面向智能电网的光传输网资源调度优化方法

仇雷蕾

摘要：如何快速高效地提升网络传输业务能力，帮助能源企业控制建设网络的成本，优化网络资源配置，成为光网络研究的重点。针对上述问题，本文基于现有面向光网络的资源调度与网络方法的缺陷，构建业务的新型网络体系架构，将时间因子引入调度分配过程，并在该架构的基础上研究时间相关的业务调度策略，在业务中合理完成时间维度的调度资源。

关键字：优化网络;资源调度调;调度策略

引言

随着电力通信网规模的不断扩大和电力通信设备地理位置上的分布式部署，电力广域互联是未来电力通信网发展的必然趋势。依托软件网络这一全新的网络框构，可将电力广域网的控制平面与数据转发平面分离，通过开放应用程序编程接口及软件定义实现网络的集中管理能力，大大地改善了网络的灵活性，是未来网络框架的标准模式之一[1]。同时在面对高突发性业务时带宽利用率一般不高，频谱的使用效率较低。数据中心内部光网络业务调度时，传统的方法在业务到达时根据当前的资源状态为该业务从数据中心服务器和相应光路中分配优化的网络资源，将会引发一系列问题。本研究首先考虑将软件定义网络的概念和技术应用于光网络，并构建一种新的面向服务的光网络架构[2]。

1 传统网络的资源调度方法

网络包括同步数字体系、同步光纤网络与一些企业网。本质是以电层处理为主，在电层实现网络交换、路由选择，光提供大容量传输的手段。光传送网由多个光纤链路连接的网元组成，可以在光传送域内传送，路由，监测和保存业务信号。它的一个重要特点是能在一个有限区域内的子網实现全光透明。光传送网可以消除电网传输造成的带宽瓶颈，减少故障的发生，减少业务节点的大小，降低网络和网络的运行成本[3]。全光网络是一种以光的形式贯穿整个网络的信号，不用光电转换或进行电子层面的相关处理，也就是全光透明。其有非常突出的优点，但目前大型高速光交换技术还不成熟，即全光网络有一定的局限性。

2 面向网络资源调度的优化方法

2.1 网络优化的模型与算法

网络优化就是在目标、时间、空间、步骤和费用等问题上，对网络的使用做合理的估计和安排。在一定约束条件，网络优化是对现有网络的问题，在网络最初规划时处于最优状态的网络可能会偏离最优状态，造成网络资源利用率下降，需要对网络进行优化调整，保证网络资源的有效管理。为了优化网络性能，可以对联网节点优化设计，或者对网络拓扑结构进行优化，同时为业务选择适合的路径，以及进行容量分配等。光波分复用网络具有高速率与大容量等特点，需要分配合理的空闲容量，当发生网络或设备故障时，防止业务受到影响。进行网络设计时，首先确定网络结构、节点能力以及网络的生存能力，对这些参数做出决定后，可以进行网络设计，保证节点间的业务流量能够被正确地路由，在发生故障时保证网络可以正确地恢复。在优化阶段，虽然网络的设计目标一般是复杂的，但一般的优化目标是组网的成本最小。为了抽象与建立电力骨干通信网的光波分复用优化算法，其中，典型的基于密集光波分复用的光传输网网络含有两种架构：第一种，通过在密集光波分复用网络上增加独立光传输网转换，通过光路实现光传输网转换和密集光波分复用的互联;第二种，是消除光纤互联的光传输网密集光波分复用系统。

2.2 时间相关的跨层资源预留算法

为了在时间维度上优化应用与网络资源，提出基于时间相关的跨层资源预留算法（Cross layer Resource Reservation，CSRR），为应用请求分配应用与网络资源。业务按照泊松分布连续动态地产生，对业务进行预处理，定义时间窗的概念，就是后面所说的时间感知，将一个时间窗内到达的业务进行队列排序，按照业务优先级和时延敏感程度进行排序，业务按照队列进行处理。当一个应用请求R到达时，计算每个候选的数据中心从t_r时刻到d_lt时刻的有效资源。如果找不到候选dc，请求将因缺少应用资源被阻塞。否则，从源节点到每一个候选目标节点K-最短路算法，为每个目标节点获取n条最短的路径。弹性光网络需满足频隙一致性约束，即在光链路上，应采用相同的频隙资源，在该路径上如果找不到连续一致的频隙资源，会造成业务阻塞，基于光纤链路的一致性约束原则，估算在路径p上每个时隙的有效频隙。

2.3 时间相关的业务调整策略

时间相关的业务调度策略（Time related business SchedulingStrategy，TrSS）决定了如何从众多的候选dc-path对中选择一个最终的拥有相应路径的目标数据中心。一方面，取决于应用与网络资源的状态;另一方面，取决于数据中心运营商想要成功的目标。数据中心运营商会为不同的资源状态使用不同的策略。

基于CSRR算法，TrSS策略通过调整应用资源和网络资源的权重来执行业务调度，分为三个不同的负载平衡策略。三种策略都是根据这两种资源消耗率的权重来设计的，分别是网络资源优先、应用资源优先和网络资源与应用资源间负载平衡，其中网络资源优先是主要关注应用资源的负载，选择应用资源消耗率，最小的数据中心一路径对作为目标节点和传输路径;应用资源优先主要关注网络资源的负载，选择网络资源消耗率，最小的数据中心一路径对作为目标节点和传输。路径网络资源与应用资源间负载平衡这个策略选择整体上跨层资源消耗率最小的数据中心一路径对作为目标节点与传输路径。基于CSRR算法的时间相关的业务调度策略TrSS在综合考虑应用资源和网络资源的基础上，从时间和资源两个维度上分配和调度资源，使业务提供过程更加灵活，网络更加健硕，减少了网络因为资源瓶颈带来的阻塞，提高业务的成功率;除此之外，以更细的粒度实行资源分配和调度，极大提高了资源的利用率。对比于常用的数据中心网络资源调度策略，TrSS带来了很大的优化空间。

结语

本文重点研究光网络跨层控制架构中考虑时间因素的业务调度策略创新性，提出了时间感知的软件定义光网络跨层控制架构，将时间因子引入到该跨层资源架构中，提出时间相关的业务调度策略，以更细的粒度和更完善的维度为应用和网络资源进行优化和调度。

参考文献

[1]葛维春，崔鸿瑞，李家珏，et al.基于规模化固态储热的电网多源优化调度及效益分析[J].智慧电力，2018（12）：69-74.

[2]符杨，蒋一鎏，李振坤.基于混合量子遗传算法的微电网电源优化配置[J].电力系统保护与控制，2013（24）：50-57.