本发明涉及灵活以太网，尤其涉及一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法。
背景技术：
1、第五代移动通信技术(5th generation mobile communication technology，简称5g)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术。国际电信联盟(itu)定义了5g的三大类应用场景，即增强移动宽带(embb)、超高可靠低时延通信(urllc)和海量机器类通信(mmtc)。增强移动宽带(embb)主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验；超高可靠低时延通信(urllc)主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求；海量机器类通信(mmtc)主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。5g时代业务与应用场景存在多样性，但标准以太网接口由于其阶梯型速率体系带来的带宽颗粒度不灵活，以及与光传输设备能力的发展不匹配，使得现有光网络资源不能被充分利用。在这个背景下，flexe诞生了。
2、flexe英文全称为flexible ethernet，译为“灵活以太网”。它在充分利用现有以太网标准的前提下，提供了一种通用机制，实现了mac层(媒体访问控制子层协议，位于osi七层协议中数据链路层的下半部分，主要负责控制与连接物理层的物理介质)与phy层(物理层)的解耦，使得以太网client可向上层应用提供各种灵活的带宽，并且不再需要光传输网络的链路速率与ip设备接口的以太网速率保持严格的匹配，从而实现对新型带宽以太网接口的传输和承载。flexe通过时分复用机制，将物理接口带宽按时隙进行分割。此外，flexe实现了三种功能：①绑定：捆绑多个ieee 802.3标准的物理接口，使多个phy一起工作，以支持更高速率。②子速率：低速率的数据流共享一个phy或多个phy。③通道化：多个低速率数据流共享一个phy或多个phy。flexe通过实现链路捆绑、子速率和通道化三大核心功能，实现灵活控制接口速率，适应不同的网络传输结构，承载各类速率需求业务。
3、flexe-over-wdm是5g承载网络的组网技术之一，它通过在wdm(波分复用)上将物理以太网接口捆绑或划分为多个“硬切片”来支持确定性5g传输，被认为是5g承载网架构中具有研究前景的方向。在flexe-over-wdm网络架构中，每个节点由三种器件组成：路由器、传输盒及roadm(可重构光分插复用器)。在该架构中，在ip路由器的内部，添加了flexeshim层，通过flexe shim层可以将mac流映射到所需的一组物理接口(phy)中或从所需的一组物理接口中解映射。每个phy物理上与一个ip端口相关联，该物理端口会被划分为多个时隙(slot)。一组逻辑上捆绑在一起的phy可以组成一个flexe group(flexible ethernetgroup，灵活以太网组)。flexe在光传输网络中有三种映射模式，分别是：unaware、aware和termination模式，在unaware模式下，每个flexe group部署在两个端节点处。每个端节点上有一定数量的路由器卡、传输盒和phy，每张路由器卡上有一定数量的端口，可以支持flexe group的创建，并建立必要的光路以服务wdm层上的业务。
4、然而，现有技术有的只是提出了5g业务分级分档保障和业务优先级的思路，却没有落点到具体数据的业务场景的路由选择和资源分配方法上；有的虽然提到了在现有的flexe over wdm网络中按照需求到达顺序为业务计算路由并分配资源，对每个业务按照最少跳数原则为业务计算出路由后再进行资源分配，但是路由规划和资源分配执行在先后两个步骤中，在最少跳数的路由选择的规则下，可能会发生网络拓扑中的某些节点的基础设施资源(路由器卡、端口、phy)消耗过快的情况，使业务队列中排序相对靠后的业务资源分配失败、无法开通，整个网络的综合满意度降低；有的提出了路由算法使用于flexe-over-wdm网络中，主要考虑节点资源利用率等性能参数来选择业务路径，没有考虑到flexe-over-wdm网络中创建flexe group只能在同一张路由器卡上的条件限制。
技术实现思路
1、本发明提供一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，用以解决现有技术中网络的综合满意度低的缺陷，实现路径选择和资源分配过程中尽可能的使整个网络的综合满意度最大化，同时节省phy和路由器卡资源的使用。
2、本发明提供一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其包括以下步骤：
3、根据带宽、端到端时延和可靠性确定业务重要度的计算公式，其中，业务重要度的计算公式为：
4、
5、式中，表示业务重要度，k表示业务优先级的权重系数，α表示带宽因子的权重系数，β表示端到端时延因子的权重系数，γ表示可靠性因子的权重系数，表示业务flows,d的带宽需求，表示业务flows,d的端到端时延需求，表示业务flows,d的可靠性需求；
6、根据业务重要度的计算公式，为所有业务计算业务重要度值，并按照业务重要度值的大小对各业务进行排序，形成业务队列；
7、在业务队列中依次取出队头业务，并对队头业务进行路由规划，得到队头业务的业务路径；
8、在队头业务的业务路径上的每一跳端节点间进行flexe group资源分配，分配成功后更新网络资源状况，再进行下一条业务路径的选择和资源分配。
9、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述得到队头业务的业务路径的过程为：
10、根据队头业务的优先级属性，为队头业务设置路由代价模型；
11、根据业务源点和终点以及灵活以太网和波分复用混合网的拓扑结构，生成队头业务在灵活以太网和波分复用混合网中的所有路径；
12、根据路由代价模型计算生成的所有路径的路由代价，并将路由代价最小的路径作为队头业务的业务路径。
13、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，还包括计算增强移动带宽场景下flexe-over-wdm网络的网络满意度指标。
14、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述增强移动带宽场景下flexe-over-wdm网络的网络满意度为：
15、
16、式中，s表示网络满意度，其通过对网络中开通成功的业务的重要度求和得到，网络满意度s越大，表示网络满足多个不同优先级业务的路径选择和资源分配的能力越强；表示业务开通情况，
17、
18、式中，s表示源节点，d表示目的节点。
19、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述根据队头业务的优先级属性，将队头业务分为主要业务和次要业务；所述主要业务的路由代价模型为：
20、metric_majori,j＝μui,j+σ(1-ei,j)，
21、式中，metric_majori,j表示主要业务中节点i和节点j间的路由代价；μ表示链路现有flexe资源使用率的权重系数；ui,j表示节点i和节点j间链路的现有flexe资源使用率；σ表示节点i和节点j间grouplink链路增强能力的权重系数；ei,j表示节点i和节点j间grouplink链路的增强能力，反映节点i与节点j之间继续扩展和新建grouplink的能力大小。
22、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述节点i和节点j间链路现有flexe资源使用率ui,j为：
23、
24、式中，phy表示物理链路，numberfreeslot表示空闲slot的数量，numberslot表示slot的总数量，g表示节点i和节点j间的一个flexe group，g表示节点i和节点j间flexe group集合。
25、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述节点i和节点j间grouplink链路的增强能力ei,j为：
26、ei,j＝ei*(1-ci)*ej*(1-cj)，
27、式中，ei表示节点i能够支持group扩展或新建的能力，节点可支配的端口资源越多，空闲的端口数量越多，节点扩展能力越强；ci表示节点i的特征向量中心性，ej表示节点j能够支持group扩展或新建的能力；cj表示节点j的特征向量中心性，能够反应网络中节点j的重要性，其大小取决于其邻居节点的数量和重要性；flexe资源使用率越低，grouplink链路的增强能力越强，路由代价越小；
28、其中，节点i能够支持group扩展或新建的能力ei为：
29、
30、式中，card表示单张路由器卡，portfree表示一张路由器卡上的空闲端口数量，portnum表示一张路由器卡上的总端口数量，routercards表示节点上路由器卡集合。
31、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述次要业务的路由代价模型为：
32、
33、式中，metric_ninori,j表示次要业务中节点i和节点j间的路由代价，表示flows,d进行实际资源分配时所需要的带宽。
34、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述业务flows,d进行实际资源分配时所需要的带宽为：
35、
36、式中，表示业务带宽需求，clnslot表示flexe group的slot粒度，表示向上取整。
37、根据本发明提供的一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，所述在队头业务的业务路径上的每一跳端节点间进行flexe group资源分配的过程为：
38、在两节点之间寻找能够满足业务带宽的flexe group去承载业务，如果存在，则在能够满足业务带宽的flexe group中选择空闲slot资源最少的flexe group；
39、如果不存在，结合所在路由器卡上的端口资源使用情况，判断扩展现有的flexegroup的可行性，并提前计算扩展后的flexe group中剩余slot资源；
40、如果存在可扩展的flexe group，则选择扩展后空闲slot资源最少的flexe group进行扩展并为业务分配带宽资源；
41、如果无法扩展，则对两节点之间所有的flexe group上承载的业务进行重排，对已分配的flexe group资源进行重新排列组合和再分配；基于重排后的flexe group空闲slot资源情况，判断是否存在能够满足业务带宽需求的flexe group，选择空闲slot资源最少的flexe group承载业务；
42、如果重排后仍不存在能够承载业务的flexe group，则新建flexe group。
43、本发明还提供一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度系统，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器处理所述计算机程序时实现上述任一项所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法。
44、本发明提供的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，通过对所有业务根据熵权法确定带宽、端到端时延、可靠性的权重系数，结合业务优先级，进行业务重要度的计算，形成业务队列；根据提出的分级业务路由代价模型，结合现有grouplink链路上的资源使用情况和网络中节点的资源使用情况进行路由选择；根据提出的资源分配方案进行每一跳的带宽资源分配；本发明能够提高开通成功业务的数量，节省phy和路由器卡数量，对于提高整个网络的业务满意度有明显的效果。
1.一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述得到队头业务的业务路径的过程为：
3.根据权利要求1或2所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，还包括计算增强移动带宽场景下flexe-over-wdm网络的网络满意度指标。
4.根据权利要求3所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述增强移动带宽场景下flexe-over-wdm网络的网络满意度为：
5.根据权利要求2所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述根据队头业务的优先级属性，将队头业务分为主要业务和次要业务；所述主要业务的路由代价模型为：
6.根据权利要求5所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述节点i和节点j间链路现有flexe资源使用率ui,j为：
7.根据权利要求5所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述节点i和节点j间grouplink链路的增强能力ei,j为：
8.根据权利要求5所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述次要业务的路由代价模型为：
9.根据权利要求7所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述业务flows,d进行实际资源分配时所需要的带宽为：
10.根据权利要求7所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法，其特征在于，所述在队头业务的业务路径上的每一跳端节点间进行flexe group资源分配的过程为：
11.一种用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度系统，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器处理所述计算机程序时实现如所述权利要求1～10任一项所述的用于灵活以太网和波分复用混合网的分级业务调度方法。
