陳伯文，王曜輝，陳 琪，高明義，吳金炳

(1. 蘇州大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 蘇州 215006；2. 蘇州大學(xué)文正學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；3. 蘇州路之遙科技股份有限公司 技術(shù)研究院，江蘇 蘇州 215153)

0 引 言

根據(jù)思科的估算與預(yù)測(cè)[1]，未來5年，全球互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(Internet Protocol，IP)流量將會(huì)以3倍速度增長，復(fù)合年增長率為24%；移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長7倍，復(fù)合年增長率為46%。估計(jì)到2022年，全球移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將占到網(wǎng)絡(luò)IP流量的20%，移動(dòng)業(yè)務(wù)速率將提高3倍。目前，由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與業(yè)務(wù)帶寬的增長，使網(wǎng)絡(luò)資源在分配過程中無法靈活、高效地分配，造成網(wǎng)絡(luò)資源分配僵化問題?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)架構(gòu)的資源抽象與虛擬，使用戶能夠靈活配置所需帶寬服務(wù)。

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)物理架構(gòu)中，可以將不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在同一個(gè)底層物理網(wǎng)絡(luò)中來實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化。采用頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行機(jī)制，滿足網(wǎng)絡(luò)粗細(xì)化帶寬需求，使頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)可以有效支撐網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化。此外，傳統(tǒng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通過固定帶寬資源預(yù)留機(jī)制，容易造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，增加了服務(wù)商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本[2]。針對(duì)虛擬光網(wǎng)絡(luò)(Virtual Optical Network，VON)映射成本問題，提出了基于擴(kuò)展映射輔助圖的成本最優(yōu)化方法，有效解決了VON生存性映射的網(wǎng)絡(luò)成本問題[3]。為了提高VON映射的成本效益，提出面向鏈路重要度的VON利潤最大化映射算法，使VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的利潤最大化[4]。為了降低網(wǎng)絡(luò)成本，提出了混合線速率的光網(wǎng)絡(luò)成本效益方法[5]。與單線速率網(wǎng)絡(luò)不同的是，混合線速率的光網(wǎng)絡(luò)成本隨著流量的增加而發(fā)生明顯變化，從而達(dá)到了最優(yōu)化成本效益。在本文中，為了減少VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的成本，減少物理光網(wǎng)絡(luò)的資源占用，提出了混合線速率的VON映射成本優(yōu)化方法，使VON映射過程中網(wǎng)絡(luò)成本最優(yōu)。

1 VON映射架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)模型

1.1 VON映射架構(gòu)

圖1所示為VON映射架構(gòu)。采用VON和物理光網(wǎng)絡(luò)兩層結(jié)構(gòu)。在VON層中，VON分別由虛擬鏈路和虛擬節(jié)點(diǎn)組成，每條虛擬鏈路表示需求的帶寬資源，每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)表示所需計(jì)算資源。在物理光網(wǎng)絡(luò)層中，每個(gè)物理節(jié)點(diǎn)能夠提供可用的計(jì)算資源，以及可以配置足夠的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器；物理節(jié)點(diǎn)之間的鏈路表示光纖，每條光纖能夠?yàn)榉?wù)請(qǐng)求提供頻譜資源。這樣，當(dāng)VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袝r(shí)，物理光網(wǎng)絡(luò)能夠提供可用的帶寬資源和計(jì)算資源，完成VON映射。

圖1 VON映射架構(gòu)Figure 1 VON mapping architecture

1.2 網(wǎng)絡(luò)模型

VON映射成本由光轉(zhuǎn)發(fā)器成本和光再生器成本兩部分構(gòu)成，光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器能夠支持不同的線路速率和調(diào)制格式。如何恰當(dāng)選擇映射的線速率將影響到VON的映射網(wǎng)絡(luò)成本。因此，采用混合線速率方式，把虛擬鏈路映射到距離最短的路徑上，減少物理網(wǎng)絡(luò)配置光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器數(shù)目，使VON映射的網(wǎng)絡(luò)成本達(dá)到最優(yōu)化目標(biāo)。

2 VON映射原則

為了使VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的成本最優(yōu)，采用混合線速率組合方式完成VON映射，并在物理光網(wǎng)絡(luò)中配置最少數(shù)目的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器。VON映射基本原則主要分為虛擬節(jié)點(diǎn)映射和虛擬鏈路映射。在虛擬鏈路映射過程中，根據(jù)虛擬鏈路的帶寬資源需求大小，將虛擬鏈路降序映射排列，然后根據(jù)帶寬需求大的優(yōu)先映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的最短路徑上，把虛擬鏈路成功地映射到物理光網(wǎng)絡(luò)中。采用混合線速率組合方式，把虛擬鏈路所需帶寬資源切分成不同混合線速率組合進(jìn)行傳輸，然后在物理光網(wǎng)絡(luò)上分配相應(yīng)的頻譜資源。在虛擬節(jié)點(diǎn)映射過程中，根據(jù)虛擬節(jié)點(diǎn)所需的計(jì)算資源，按照降序排列方式，把虛擬網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)映射到物理光網(wǎng)絡(luò)中，直到完成虛擬節(jié)點(diǎn)映射。根據(jù)物理節(jié)點(diǎn)最大資源提供和虛擬節(jié)點(diǎn)最大資源需求相匹配映射的原則，使每一條虛擬鏈路成功地映射到物理光網(wǎng)絡(luò)中。特別地，每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)只能映射到一個(gè)物理交接節(jié)點(diǎn)，不能映射到多個(gè)物理節(jié)點(diǎn)。

圖2所示為VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)案例。在VON中，根據(jù)虛擬鏈路的帶寬資源需求，首先將虛擬鏈路降序排列，這樣虛擬鏈路映射順序?yàn)锳-C(120 Gbit/s)、A-B(100 Gbit/s)和B-C(80 Gbit/s)；然后根據(jù)大帶寬資源需求所對(duì)應(yīng)的虛擬鏈路映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的最短路徑上的原則，以及滿足虛擬節(jié)點(diǎn)大的計(jì)算資源需求映射到物理節(jié)點(diǎn)提供較多的計(jì)算資源的映射原則，把虛擬鏈路映射到物理光網(wǎng)絡(luò)中。這樣，虛擬鏈路A-C(120 Gbit/s)、A-B(100 Gbit/s)和B-C(80 Gbit/s)分別映射到物理路徑F-H(800 km)、F-E(1 000 km)和E-H(1 100 km)上，虛擬節(jié)點(diǎn)A(10個(gè)計(jì)算單位)、B(30個(gè)計(jì)算單位)和C(20個(gè)計(jì)算單位)分別映射到物理節(jié)點(diǎn)F(60個(gè)計(jì)算單位)、E(50個(gè)計(jì)算單位)和H(70個(gè)計(jì)算單位)上。采用混合線速率方式，把虛擬鏈路上A-C、A-B和B-C的帶寬資源切分成不同的線速率，然后在物理光網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)路徑上查找并分配頻譜資源，完成VON映射。

圖2 VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)案例Figure 2 Case of VON mapping to physical optical network

3 單線速率VON映射方法

根據(jù)VON映射原則，采用單線速率的傳輸方式，把虛擬鏈路的帶寬需求用單線速率來傳輸。圖3所示為單線速率VON映射方法流程圖，具體VON映射步驟如下：

圖3 單線速率VON映射流程圖Figure 3 Flow chart of single-line rate VON mapping

步驟1：輸入一組VON和物理光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，即對(duì)一組VONSv(Nv,Lv,Cv,Fv)和物理光網(wǎng)絡(luò)Sp(Np,Lp,Cp,Fp)進(jìn)行初始化。

步驟2：在一組VON中，首先按照編號(hào)順序選取VON進(jìn)行映射，然后按照虛擬鏈路的帶寬需求按由大到小順序進(jìn)行映射，最后根據(jù)虛擬節(jié)點(diǎn)計(jì)算資源需求按由大到小順序進(jìn)行映射。

步驟3：在物理光網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)的傳輸路徑，并為每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)配置不同線速率的光轉(zhuǎn)發(fā)器，以及在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間配置不同線速率的光再生器。

步驟4：取出最高帶寬資源需求的虛擬鏈路進(jìn)行優(yōu)先映射，在物理光網(wǎng)絡(luò)中，首先選擇配置好的最短路徑，這條最短路徑作為這條虛擬鏈路的映射路徑。如果物理光網(wǎng)絡(luò)中這條最短路徑的兩端節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源能夠滿足虛擬鏈路兩端節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源要求，即這條虛擬鏈路能夠映射到所選擇的最短路徑上。

步驟5：如果所選擇的最短路徑不滿足虛擬鏈路映射要求，在這個(gè)物理光網(wǎng)絡(luò)中找到下一條次短路徑，將這條次短路徑作為虛擬鏈路的映射路徑，并判斷虛擬鏈路和物理路徑的兩端計(jì)算資源是否滿足要求。如果計(jì)算資源滿足要求，就把這條虛擬鏈路映射到所選擇的物理路徑上；如果計(jì)算資源不滿足要求，再繼續(xù)查找下一條次短路徑，直到在物理光網(wǎng)絡(luò)中找到一條滿足計(jì)算資源需求的路徑。重復(fù)步驟4和5，直到所有虛擬鏈路都完成映射。

步驟6：當(dāng)VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)每條虛擬鏈路的帶寬需求，采用單線速率方式，計(jì)算出每條虛擬鏈路需要多少條光通道來傳輸虛擬鏈路的帶寬資源，然后查找并分配每條光通道的頻譜資源，同時(shí)為每一條光通道配置光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器。

步驟7：當(dāng)每條虛擬鏈路都成功映射到物理光網(wǎng)絡(luò)后，計(jì)算每個(gè)VON的映射成本。當(dāng)把所有VON都映射到物理光網(wǎng)絡(luò)后，可以計(jì)算出這一組VON的網(wǎng)絡(luò)總成本。

4 混合線速率VON映射成本優(yōu)化方法

4.1 混合線速率切分方法

為了減少VON的映射成本，采用混合線速率的方式進(jìn)行傳輸，這樣需要對(duì)每一條虛擬鏈路的帶寬需求按照不同線速率進(jìn)行切分。將虛擬鏈路的帶寬需求切分成混合速率的方法如下：

(1) 將虛擬鏈路帶寬需求設(shè)置為F，將線速率設(shè)置為Ri∈{R1,R2,…,R|r|}，其中|r|為線速率總數(shù)；Ri為第i種線速率。

(2) 在|r|種不同的線速率下，計(jì)算出帶寬需求為F的虛擬鏈路需要的光通道數(shù)量，記為Oi∈{O1,O2,…,O|r|},Oi=F/Ri。

(4) 從所有組合中選擇一個(gè)Wk，這個(gè)組合必須要求是全部組合中需要光通道最少的一組，同時(shí)也需要滿足兩個(gè)約束條件Wk-F≥0和Wk-F

(5) 在完成上述步驟(1)～(4)后，選取得到的線速率的組合就是需要光通道最少的組合，混合線速率切分方法是VON映射成本優(yōu)化的關(guān)鍵所在。表1所示為不同線速率下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，提供了在不同線速率、不同調(diào)制格式和不同最大傳輸距離下，相應(yīng)的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器的單位成本。

表1 不同線速率下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)Table 1 Network parameters at different line rates

4.2 混合線速率VON映射方法

根據(jù)VON的映射原則，把VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)后，采用混合線速率傳輸方式，把虛擬鏈路的帶寬需求按照混合線速率切分方法，從中選出一組混合線速率的光通道，保證VON映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的成本最低。圖4所示為混合線速率VON映射成本優(yōu)化方法流程圖，由圖可知，混合線速率VON映射方法的步驟與單線速率VON映射方法只有步驟6是不同的。這是因?yàn)榛旌暇€速率考慮到每條虛擬鏈路的不同切分方式，需要在虛擬鏈路映射后，在物理光網(wǎng)絡(luò)中采用不同的線速率進(jìn)行傳輸，以減少VON的映射成本。對(duì)于混合線速率VON映射方法的步驟6描述如下：

圖4 混合線速率VON映射流程圖Figure 4 Flow chart of mixed linear rate VON mapping

首先虛擬鏈路的帶寬需求需要按照混合線速率切分方法，把虛擬鏈路的帶寬需求切分成不同的混合線速率組合光通道，從這些組合光通道中選出映射成本最低的混合線速率光通道；然后根據(jù)所選出的混合線速率光通道查找并分配每個(gè)光通道的頻譜資源；最后，配置混合線速率光通道的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器。

4.3 單線速率與混合線速率虛擬鏈路占用光通道實(shí)例

為了清楚地了解單線速率與混合線速率VON的映射頻譜資源配置情況，這里設(shè)置每一個(gè)頻譜隙的頻譜寬度為12.5 GHz，每條光纖鏈路有12個(gè)頻譜隙，編號(hào)為f1～f12，3種線速率40、100和400 Gbit/s的配置信息如表1所示。40 Gbit/s(25 GHz)占用2個(gè)頻譜隙，100 Gbit/s(37.5 GHz)占用3個(gè)頻譜隙，400 Gbit/s(125 GHz)占用10個(gè)頻譜隙。如果某條虛擬鏈路的帶寬需求為240 Gbit/s，映射到物理光網(wǎng)絡(luò)的工作路徑為1-2-3。(1) 采用40 Gbit/s線速率來傳輸，如圖5(a)所示，需要把240 Gbit/s分成6個(gè)不同的光通道，分別為CH1、CH2、CH3、CH4、CH5和CH6。這樣在工作路徑1-2-3上，光纖鏈路1-2和2-3分別占用的頻譜隙個(gè)數(shù)為2×6=12，這樣總占用頻譜隙個(gè)數(shù)為24。(2) 采用100 Gbit/s線速率來傳輸，如圖5(b)所示，需要把240 Gbit/s分成3個(gè)不同的光通道，分別為CH1、CH2和CH3，這樣在工作路徑1-2-3上，光纖鏈路1-2和2-3分別占用的頻譜隙個(gè)數(shù)為3×3=9，這樣總占用頻譜隙個(gè)數(shù)為18。(3) 采用400 Gbit/s線速率來傳輸，如圖5(c)所示，需要把240 Gbit/s分成1個(gè)不同的光通道，這樣在工作路徑1-2-3上，光纖鏈路1-2和2-3分別占用的頻譜隙個(gè)數(shù)為10×1=10，這樣總占用頻譜隙個(gè)數(shù)為20。(4) 采用混合線速率來傳輸，如圖5(d)所示，需要把240 Gbit/s分成2個(gè)100 Gbit/s光通道(CH1和CH2)和1個(gè)40 Gbit/s光通道(CH3)，這樣在工作路徑1-2-3上，光纖鏈路1-2和2-3分別占用的頻譜隙個(gè)數(shù)為3×2+2×1=8，這樣總占用頻譜隙個(gè)數(shù)為16。因此，與單線速率相比，混合線速率占用最小的頻譜隙；與40 Gbit/s和400 Gbit/s相比，線速率為100 Gbit/s的單線速率占用的頻譜隙更小。

圖5 單線速率與混合線速率虛擬鏈路占用光通道實(shí)例Figure 5 Example of optical channel occupied by single-line rate and hybrid line-rate virtual link

5 仿真與結(jié)果分析

5.1 仿真條件設(shè)置

為降低VON映射的網(wǎng)絡(luò)成本，提出了混合線速率VON映射方法。為了評(píng)估本文所提混合線速率VON映射方法，通過引入單線速率VON映射方法，混合線速率VON映射成本和頻譜隙占用數(shù)可以得到更好的均衡性能。VON映射的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：VON映射的總成本、頻譜隙占用數(shù)、光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目和光再生器數(shù)目。

圖6所示為國家科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)(National Science Foundation Net, NSFNET)拓?fù)洌次锢韺泳W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。在光網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，所有光纖鏈路具有充足的頻譜資源，每條物理鏈路上的數(shù)字都代表著傳輸距離(km)，每個(gè)物理節(jié)點(diǎn)代理著交換節(jié)點(diǎn)，包括計(jì)算資源、光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器的配置位置。在仿真過程中，每個(gè)VON都是由3個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)和3條虛擬鏈路組成的，每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)代表需求的計(jì)算資源，每條虛擬鏈路代表帶寬需求。在VON中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需要的計(jì)算資源服從[5, 10]的均勻分布，虛擬節(jié)點(diǎn)通過虛擬鏈路相連接，每條鏈路所需要的帶寬資源在[200 Gbit/s，500 Gbit/s]上均勻分布。考慮40、100和400 Gbit/s 3種線速率。每一個(gè)仿真中，計(jì)算10組不同VON的平均值作為仿真結(jié)果。

圖6 NSFNET拓?fù)鋱DFigure 6 Network Topology Diagram of NSFNET

5.2 仿真結(jié)果分析

在NSFNET拓?fù)鋱D中進(jìn)行仿真，如圖6所示，并將單線速率VON映射方法與混合線速率VON映射方法進(jìn)行比較。對(duì)VON映射的總成本、頻譜隙占用數(shù)、光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目和光再生器數(shù)目等4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，最終得到混合線速率VON映射方法具備網(wǎng)絡(luò)總成本和頻譜占用的均衡性。

(1) 網(wǎng)絡(luò)總成本

綜上所述，建筑項(xiàng)目中給排水這一環(huán)節(jié)的質(zhì)量要求是確保人民擁有良好生活的一項(xiàng)重要保證。但在這個(gè)環(huán)節(jié)中常常會(huì)出現(xiàn)許多不符合規(guī)章制度的問題，這就直接致使給排水管道的壽命降低，室內(nèi)出現(xiàn)反臭味等情況，讓居民的生活不再便利。所以改善給排水施工工程的質(zhì)量，妥善解決給排水存在的問題，是建筑單位刻不容緩的事情。

VON映射總成本主要是由VON映射完成所需要的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器的網(wǎng)絡(luò)成本構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)總成本越小，代表映射完成后服務(wù)的花費(fèi)越少，對(duì)于VON映射成本的優(yōu)化效果越明顯。

圖7 不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的網(wǎng)絡(luò)總成本Figure 7 Total network cost of VON mapping between single line rate and mixed line rate at different line rates

圖7所示為不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的網(wǎng)絡(luò)總成本，根據(jù)仿真結(jié)果，與混合線速率VON映射方法相比，單線速率在400 Gbit/s時(shí)VON映射成本最低，比混合線速率的VON映射方法低大約21%，這是因?yàn)樘摂M鏈路的帶寬需求都是按照400 Gbit/s切分時(shí)，需要的線速率光通道數(shù)目最少，使配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器比較少，所以400 Gbit/s單線速率的映射成本最低。然而，在100和40 Gbit/s線速率時(shí)，混合線速率的VON映射成本都比單線速率的VON映射低，分別降低了29%和35%，這是因?yàn)榛旌暇€速率考慮了不同線速率的組合形成，使得混合線速率的光通道數(shù)目小于單線速率的光通道，需要配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器的數(shù)目小于單線速率，使得混合線速率的VON映射成本低于單線速率VON映射成本。

(2) 頻譜隙占用數(shù)

頻譜隙占用數(shù)是指在VON映射過程中所占用頻譜靈活光網(wǎng)絡(luò)的頻譜間隙總數(shù)。頻譜隙占用數(shù)越高，說明VON映射方法需要的頻譜間隙數(shù)就越多，頻譜資源效率越低。頻譜隙占用數(shù)越低，說明VON映射需要占用的頻譜隙少，說明網(wǎng)絡(luò)資源效率高。頻譜隙占用數(shù)計(jì)算如下：

如圖8所示，與單線速率VON映射方法相比，混合線速率VON映射方法占用最少的頻譜隙數(shù)目，這是因?yàn)榛旌暇€速率VON映射方法考慮了不同的線速率組合方式，減少虛擬鏈路切分成混合線速率，使VON映射成本更低。此外，40 Gbit/s單線速率的VON映射占用的頻譜資源最多，因?yàn)閷?duì)不同的虛擬鏈路帶寬需求切分出來的光通道數(shù)目多，造成40 Gbit/s單線速率的VON映射占用最多頻譜資源。與100 Gbit/s線速率相比，由于400 Gbit/s線速率的頻譜帶寬比較寬，即每個(gè)線速率為400 Gbit/s的光通道占用10個(gè)頻譜隙寬度，所以在VON映射程中線速率為400 Gbit/s的光通道占用更多頻譜隙。

圖8 不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的頻譜占用率Figure 8 Spectral occupancy of single line rate and mixed line rate VON mapping at different line rates

圖9所示為不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目，由圖可知，混合線速率VON映射過程中配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目比400 Gbit/s單線速率VON映射過程配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目多，這是因?yàn)椋摂M鏈路的帶寬資源在切分成混合線速率后的光通道數(shù)比400Gbit/s單線速率的光通道數(shù)大，所以混合線速率VON比單線速率的大。此外，與100和40 Gbit/s單線速率VON映射相比，混合線速率VON映射過程配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目小，這是因?yàn)樘摂M鏈路的帶寬資源在切分成混合線速率時(shí)，其光通道數(shù)目比100和40 Gbit/s單線速率要少，所以混合線速率VON映射過程需要配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器少?；旌暇€速率的VON映射方法所需要配置的光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目多于最高線速率400 Gbit/s，但是比100和40 Gbit/s單線速率要少。

圖9 不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的光轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目Figure 9 The number of optical transponders mapped by single line rate and mixed line rate VON at different line rates

(4) 光再生器數(shù)目

圖10 不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的光再生器數(shù)目Figure 10 The number of optical regenerators mapped by single line rate and mixed line rate VON at different line rates

圖10所示為不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的光再生器數(shù)目。在VON數(shù)量低于15個(gè)時(shí)，混合線速率VON映射方法與單線速率VON映射方法都不需要配置光再生器。這是因?yàn)?，?dāng)VON數(shù)量比較少時(shí)，物理光網(wǎng)絡(luò)有足夠的計(jì)算資源和帶寬資源去承載每一個(gè)VON映射。隨著VON數(shù)量增大，物理光網(wǎng)絡(luò)需要配置的光再生器的數(shù)量增加。由于采用400 Gbit/s線速率切分每一條虛擬鏈路的帶寬資源時(shí)，需要最少的光通道數(shù)目，所以單線速率VON映射方法需要配置的光再生器的數(shù)目最少。此外，混合線速率VON映射方法需要的光再生器數(shù)目比100或40 Gbit/s單線速率VON映射方法少，這是因?yàn)榛旌暇€速率VON映射方法在為每條虛擬鏈路帶寬切分中形成的光通道數(shù)目較少，所以需要配置的光再生器也較少。

通過以上仿真結(jié)果可知，與混合線速率VON映射方法相比，雖然400 Gbit/s單線速率VON映射成本最少，但是會(huì)占用較多的頻譜資源。綜合單線速率400、100和40 Gbit/s的VON映射方法的仿真結(jié)果可以看出，混合線速率VON映射方法能夠在網(wǎng)絡(luò)成本和頻譜占用率兩方面得到更好的平衡與優(yōu)化。這樣，采用混合線速率VON映射有利于獲得更好的網(wǎng)絡(luò)成本和網(wǎng)絡(luò)頻譜資源優(yōu)化。

(5) 運(yùn)行時(shí)間

圖11所示為不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射方法的運(yùn)行時(shí)間，在400、100和40 Gbit/s下，單線速率方法的運(yùn)行時(shí)間很相近。與單線速率方法相比，本文所提混合線速率VON映射方法需要更長的運(yùn)行時(shí)間，這是由于混合線速率需要對(duì)虛擬鏈路的帶寬需求進(jìn)行不同的線速率切分，并進(jìn)行不同的線速率組合遍歷，所以需要更長的運(yùn)行時(shí)間。因此，混合線速率VON映射方法具有更高的時(shí)間復(fù)雜度。

圖11 不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的運(yùn)行時(shí)間Figure 11 Running time of VON mapping of single line rate and mixed line rate at different line rates

(6) 網(wǎng)絡(luò)容量

圖12所示為不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的網(wǎng)絡(luò)容量。由圖可知，隨著VON數(shù)量的增加，VON占用的網(wǎng)絡(luò)容量不斷增加，這是因?yàn)閂ON數(shù)量增加時(shí)，物理光網(wǎng)絡(luò)需要更多的網(wǎng)絡(luò)帶寬容量來承載虛擬網(wǎng)絡(luò)映射。此外，由圖還可知，單線速率400 Gbit/s的VON映射占用最大的網(wǎng)絡(luò)容量，這是因?yàn)樘摂M鏈路的帶寬切分成400 Gbit/s線速率時(shí)，會(huì)浪費(fèi)更多網(wǎng)絡(luò)帶寬容量。與單線速率40和100 Gbit/s相比，混合線速率所占用的網(wǎng)絡(luò)容量更少，這是因?yàn)榛旌暇€速率VON映射方法考慮了不同的線速率組合方式，減少了虛擬鏈路切分成單線速率的通道數(shù)，減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬容量浪費(fèi)。

圖12 不同線速率下單線速率和混合線速率VON映射的網(wǎng)絡(luò)容量Figure 12 Network capacity of VON mapping between single line rate and mixed line rate at different line rates

6 結(jié)束語

在VON中，本文采用混合線速率切分方式，把虛擬鏈路的帶寬資源切分成不同的線速率傳輸，提出了混合線速率VON映射成本優(yōu)化方法。仿真結(jié)果表明，與40和100 Gbit/s單線速率VON映射方法相比，混合線速率VON映射方法能夠有效減少網(wǎng)絡(luò)成本和頻譜隙占用數(shù)。雖然400 Gbit/s單線速率VON映射方法比混合線速率VON映射成本低，但是單線速率VON映射方法會(huì)占用更多的頻譜資源?？梢?，混合線速率VON映射方法能夠在網(wǎng)絡(luò)成本、頻譜隙占用數(shù)、光轉(zhuǎn)發(fā)器和光再生器數(shù)目方面得到更好的平衡與優(yōu)化。因此，通過采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，能夠?yàn)橛脩綮`活配置網(wǎng)絡(luò)資源信息，提高網(wǎng)絡(luò)資源效率，減少網(wǎng)絡(luò)成本。