頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法和系統與流程
2023-06-03 20:23:46 1
本發明涉及一種頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法和系統。
背景技術：
目前，在網際網路、數據中心、雲計算、大數據、物聯網等應用業務需求下，全球信息量的95％以上都是通過光通信網絡傳送。正是由於業務對帶寬巨大需求，光網絡帶寬需求將呈現出指數增長趨勢，形成了光通信網絡的規模不斷增大，帶來光網絡複雜化，造成光網絡資源效率低下和光網絡發生故障的概率增大。傳統光網絡採用波分復用形成分配帶寬資源，在通道間隔、傳輸速率、業務粒度都保持不變，容易形成光網絡資源利用效率低下與帶寬資源浪費嚴重，嚴重影響了光網絡的傳輸效率。因此，頻譜靈活光網絡將成為解決帶寬浪費與帶寬粒度可變的有效手段。
在頻譜靈活光網絡中，用戶可以根據連接請求的帶寬粒度大小，利用不同的線速率和調製格式分配網絡的頻譜資源，以滿足連接請求所需要的帶寬需求。在頻譜資源分配過程中，需要滿足頻譜資源的連續性和頻譜資源一致性約束條件。然而，由於頻譜靈活光網絡的大規模建立，連接請求的發生故障潛在的風險以及網絡資源效率將受到極大的威脅。一方面，為連接請求建立路徑的過程中需要考慮工作路徑的故障概率評估機制，儘可能地選擇發生故障概率比較小的路徑作為傳輸業務的工作路徑；另一方面，由於某些區域在某一時刻的帶寬流量需求極大，將會造成頻譜靈活光網絡的某些光纖鏈路的負載比較重，無法滿足這一區域的連接請求，使得連接請求建立失敗。目前，為了建立連接請求，通常採用以下兩個步驟：
1)工作路由計算。在頻譜靈光網絡中，對於每一個連接請求，從源節點到目的節點進行路徑計算，通常採用最短路徑算法或是k條最短路徑算法計算工作路徑。然而，一方面，在傳統工作路徑計算方法中，並沒有考慮到所計算工作路徑發生故障的可能性，也沒有對工作路徑的故障概率進行評估，只是計算最小權重的路徑；另一方面，傳統工作路徑的計算過程中，也沒有考慮頻譜靈活光網絡的負載屬性，也沒有對每一條光纖鏈路進行負載大小進行評估，更沒有評估所選擇工作路徑中的每一條光纖負載情況。若找到連接請求的工作路徑，則工作路由計算成功，如果沒有找到可用路徑，則建立路徑失敗。
2)頻譜資源分配。在工作路徑路由計算成功後，根據連接請求的帶寬需求，在所選擇的工作路徑中查找可用的頻譜資源，可用的頻譜資源必須滿足頻譜連續性和頻譜一致性的雙重約束條件。若找到連接請求的頻譜資源，為連接請求預留頻譜資源。然而，對於所選擇的工作路徑頻譜佔用率並沒有考慮，也沒有研究連接請求分配了頻譜資源後對光纖鏈路的負載影響。因此，當前某些鏈路負載過重的光纖鏈路時，連接請求因頻譜資源不足而造成資源分配失敗。
上述步驟能夠在頻譜靈活光網絡中成功建立連接請求。然而，一方面，無法保證連接請求的可靠性傳輸，沒法降低連接請求傳輸路徑潛在的故障概率；另一方面，沒有考慮到連接請求所建立工作路徑中光纖鏈路的負載使用情況。可見，針對上述兩個存在的問題，在連接請求建立過程中，一方面，為了保證連接請求的服務質量，以頻譜靈活光網絡的光纖鏈路發生故障概率作為基礎，引入連接請求的工作路徑故障概率評估機制，以便減少連接請求在傳輸工作路徑發生故障的概率。另一方面，在頻譜靈活光網絡中，為了避免某些光纖鏈路因頻譜資源過度消耗而導致光纖鏈路沒有可用頻譜資源，從而引起光纖鏈路佔用的頻譜資源不均衡特性。因此，本發明將結合連接請求工作路徑的故障概率與光纖鏈路的負載佔用情況，提出頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法和系統。
利用所提出的頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法和系統，可以有效減少連接請求所選擇工作路徑潛在的故障概率，減少因光纖鏈路發生故障而引起連接請求的損失，提高頻譜靈活光網絡的傳輸路徑可靠性。同時，通過引入光纖鏈路負載均衡方法，給予頻譜靈活光網絡中負載較輕的光纖鏈路優先選擇的權利，並根據連接請求佔用光纖鏈路頻譜資源的情況，動態地調整頻譜靈活光網絡的光纖鏈路的權重，避免因某些光纖鏈路頻譜資源消耗過多而導致光纖鏈路負載不均衡，提高連接請求成功建立概率，減少連接請求阻塞率。因此，需要綜合頻譜靈活光網絡的故障概率因素和光纖鏈路的負載情況，找出最優化的連接請求在頻譜靈活光網絡建立方法，既要減少連接請求建立工作路徑的故障概率，也要滿足光纖鏈路的頻譜資源負載均衡性，使頻譜靈活光網絡的頻譜資源處於最佳狀態，以提高頻譜靈活光網絡的頻譜效率。
技術實現要素：
為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法和系統，既使連接請求的故障概率最小化，也使頻譜靈活光網絡光纖鏈路負載基本保持平衡，進而避免了頻譜靈活光網絡出現某些光纖鏈路因頻譜資源消耗過多，而導致連接請求在這些光纖鏈路容易發生阻塞。
為達到上述發明目的，本發明頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法，包括：
在計算工作路徑過程中，對於每一個連接請求cr(s,d,fs)，對從源節點s到目的節點d之間工作路徑進行故障概率f(x)的評估；
根據每條光纖鏈路的頻譜佔用率ρ(x)，動態地調整每一條光纖鏈路的權重，光纖鏈路被佔用的頻譜間隙數量越小，越有優先選擇權利，以使連接請求選擇負載較輕的光纖鏈路作為傳輸路徑；
引入故障概率和光纖鏈路負載調節參數α，使故障概率與光纖鏈路負載數值無量綱化，通過以下式子來表述，
z(x)＝α×f(x)+(1-α)×ρ(x)
式中，z(x)表示故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的數值；α表示調節參數，α∈[0，1]；f(x)表示工作路徑x的故障概率；ρ(x)表示工作路徑x的頻譜佔用率；
對於每一個連接請求cr(s,d,fs)，從源節點s到目的節點d之間找出k條工作路徑，用集合kp∈{k1，k2，...，kk}表示這k條路徑，然後在這k條工作路徑中，找出故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的最小z(x)值，即：
minimizez(x)，x∈kp
式中，minimize代表對k條工作路徑查找z(x)最小值操作，找出z(x)最小值的路徑x作為連接請求cr(s,d,fs)的工作路徑；
根據連接請求cr(s,d,fs)所需的頻譜間隙數fs，在所選擇的工作路徑中，分配頻譜資源，
若同時滿足頻譜連續性與頻譜一致性雙重約束條件，則在頻譜靈活光網絡中，建立連接請求cr(s,d,fs)；
若不滿足頻譜連續性與頻譜一致性雙重約束條件中至少一個條件，則連接請求建立失敗。
進一步地，所述的從源節點s到目的節點d之間工作路徑進行故障概率f(x)的評估具體包括：
在光纖鏈路(k,l)上故障概率用符號pk，l表示，pk，l∈(0，1)，從源節點s到目的節點d之間某條工作路徑x的可靠性是這條路徑各段鏈路可靠性的乘積，用π(k，l)∈x(1-pk，l)表示；這條工作路徑的故障概率用f(x)表示，即
f(x)＝１-π(k，l)∈x(1-pk，l)。
進一步地，所述的每條光纖鏈路的頻譜佔用率ρ(x)的獲取方法具體包括：
在光纖鏈路(k,l)中，利用以下公式計算出已經預留的頻譜間隙的數目：
其中s(k，l)和|f|分別表示光纖鏈路(k,l)上的頻率間隙的總佔用數目和頻率間隙的總數，si表示第i個索引的頻譜間隙fi的是否被佔用，用以下式子表示：
如果頻譜間隙fi已經為連接請求佔用，則si＝1，否則si＝0，連接請求在工作路徑x上，頻譜佔用率為：
式中，ρ(x)和h表示工作路徑x的頻譜佔用率和工作路徑上總的跳數。
進一步地，還包括對頻譜靈活光網絡進行初始化，設置頻譜靈活光網絡的拓撲信息、網絡連接狀態、網絡光交換節點數、光纖鏈路數、每條光纖鏈路的頻譜隙數目、每個頻譜隙的帶寬大小；在頻譜靈活光網絡g(v,e,f)中，其中v＝{v1，v2，v3，...，v|v|}表示一組光交換節點，e＝{e1，e2，e3，...，e|e|}表示一組光纖鏈路，f＝{f1，f2，f3，...，f|f|}是可用頻譜間隙的集合；|v|、|e|、|f|分別表示網絡光交換節點的數量、光纖鏈路的數量、頻率間隙的數量；從節點k到節點l的光纖鏈路將由(k,l)表示，其中k,l∈v；已知一組連接請求集合cr，每一個連接請求，cr(s,d,fs)∈cr，s和d分別表示連接請求的源節點和目的節點，fs表示在所需頻譜間隙數目方面的帶寬需求。
為達到上述發明目的，本發明頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷系統，包括：
連接請求產生模塊：根據源節點與目的節點均勻分布產生連接請求，設置連接請求數目、不同連接請求的源節點與目的節點、帶寬需求信息；
工作路徑計算模塊：根據連接請求的源節點與目的節點，採用k條最短路徑算法，計算出多條候選工作路徑；
路徑故障概率計算模塊：對於每一個連接請求，根據故障概率計算方法，從源節點到目的節點計算出多條候選的工作路徑的故障概率，從中選擇出故障概率最優的路徑作為連接請求的傳輸工作路徑；
負載均衡調節模塊：用於根據每條光纖鏈路的頻譜佔用率ρ(x)，動態地調整每一條光纖鏈路的權重，光纖鏈路被佔用的頻譜間隙數量越小，越有優先選擇權利，以使連接請求選擇負載較輕的光纖鏈路作為傳輸路徑；
故障概率與負載均衡折衷模塊：綜合候選k條工作路徑的故障概率與負載佔用情況，根據所提出的故障概率與負載均衡折衷方法，使連接請求選擇最優的工作路徑，實現故障概率與頻譜靈活光網絡負載均衡折衷，其中所述的故障概率與負載均衡折衷方法具體包括：
引入故障概率和光纖鏈路負載調節參數α，使故障概率與光纖鏈路負載數值無量綱化，通過以下式子來表述，
z(x)＝α×f(x)+(1-α)×ρ(x)
式中，z(x)表示故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的數值；α表示調節參數，α∈[0，1]；f(x)表示工作路徑x的故障概率；ρ(x)表示工作路徑x的頻譜佔用率；
對於每一個連接請求cr(s,d,fs)，從源節點s到目的節點d之間找出k條工作路徑，用集合kp∈{k1，k2，...，kk}表示這k條路徑，然後在這k條工作路徑中，找出故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的最小z(x)值，即：
minimizez(x)，x∈kp
式中，minimize代表對k條工作路徑查找z(x)最小值操作，找出z(x)最小值的路徑x作為連接請求cr(s,d,fs)的工作路徑；
頻譜資源分配模塊：根據連接請求cr(s,d,fs)所需的頻譜間隙數fs，在所選擇的工作路徑中，根據連接請求的帶寬需求，查找滿足連接請求所需的帶寬資源，
若同時滿足頻譜連續性與頻譜一致性雙重約束條件，則在頻譜靈活光網絡中，建立連接請求cr(s,d,fs)；
若不滿足頻譜連續性與頻譜一致性雙重約束條件中至少一個條件，則連接請求建立失敗。
進一步地，還包括故障概率設置模塊：根據頻譜靈活光網絡的特點，評估每一段光纖鏈路發生故障的概率，設置每條光纖鏈路的故障概率大小。
進一步地，還包括網絡初始化模塊，用於對頻譜靈活光網絡進行初始化，設置頻譜靈活光網絡的拓撲信息、網絡連接狀態、網絡光交換節點的數目、光纖鏈路的數目、每條光纖鏈路的頻譜隙數目、每個頻譜隙的帶寬大小。
進一步地，路徑故障概率計算模塊運行故障概率公式進行從源節點s到目的節點d之間工作路徑的故障概率f(x)的評估，所述的故障概率公式為：
f(x)＝1-∏(k，l)∈x(1-pk，l)
其中，在光纖鏈路(k,l)上故障概率用符號pk，l表示，pk，l∈(0，1)。
進一步地，負載均衡調節模塊通過運行頻譜佔用率ρ(x)公式獲取工作路徑x的頻譜佔用率，其中，
在光纖鏈路(k,l)中，利用以下公式計算出已經預留的頻譜間隙的數目：
式中s(k，l)和|f|分別表示光纖鏈路(k,l)上的頻率間隙的總佔用數目和頻率間隙的總數，si表示第i個索引的頻譜間隙fi的是否被佔用，用以下式子表示：
如果頻譜間隙fi已經為連接請求佔用，則si＝1，否則si＝0，連接請求在工作路徑x上，頻譜佔用率為：
式中，h表示工作路徑上總的跳數。
進一步地，還包括：判決模塊和預警模塊。判決模塊，用於執行各個模塊之間的判決功能，實現各個模塊之間的協調功能；預警模塊，用於各個模塊之間協調執行的預警功能，以保證各個模塊能夠正確運行。
藉由上述方案，本發明頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法和系統至少具有以下優點：
本發明在頻譜靈活光網絡中，為了避免某些光纖鏈路因頻譜資源過度消耗，通過引入光纖鏈路負載均衡方法，給予頻譜靈活光網絡中負載較輕的光纖鏈路優先選擇的權利，並根據連接請求佔用光纖鏈路頻譜資源的情況，動態地調整頻譜靈活光網絡的光纖鏈路的權重，使頻譜靈活光網絡的光纖鏈路負載達到均衡。
綜合頻譜靈活光網絡的故障概率因素和光纖鏈路的負載情況，找出連接請求的故障概率和負載均衡折衷方法，既要減少連接請求建立工作路徑的故障概率，又要滿足光纖鏈路負載均衡性，選擇頻譜靈活光網絡的故障概率與頻譜資源最佳工作路徑，提高連接請求成功建立概率，減少連接請求阻塞率，達到故障概率和負載均衡最佳折衷狀態。
因此，本發明減少連接請求建立連接請求的潛在故障風險，同時提高頻譜靈活光網絡光纖鏈路的資源均衡性，減少連接請求阻塞率，提高頻譜資源效率。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。
附圖說明
圖1是本發明頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法的流程圖；
圖2是本發明頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷系統框圖；
圖3是本發明頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法實施例中建立三個連接請求cr1(0,3,2)、cr2(0,3,2)、cr3(0,3,2)。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
實施例1
如圖1所示，本發明一較佳實施例所述的一種頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法，其特徵在於，包括：
在頻譜靈活光網絡g(v,e,f)中，其中v＝{v1，v2，v3，...，v|v|}表示一組光交換節點，e＝{e1，e2，e3，...，e|e|}表示一組光纖鏈路，f＝{f1，f2，f3，...，f|f|}是可用頻譜間隙的集合。|v|、|e|、|f|分別表示網絡光交換節點的數量、光纖鏈路的數量、頻率間隙的數量；從節點k到節點l的光纖鏈路將由(k,l)表示，其中k,l∈v。已知一組連接請求集合cr，每一個連接請求，cr(s,d,fs)∈cr，s和d分別表示連接請求的源節點和目的節點，fs表示在所需頻譜間隙數目方面的帶寬需求。
在計算工作路徑過程中，對於每一個連接請求，cr(s,d,fs)，為了減少連接請求工作路徑潛在的故障概率，需要對從源節點s到目的節點d之間工作路徑進行故障概率的評估。考慮光纖鏈路的故障事件在計算路徑的故障概率是獨立的，其中在光纖鏈路(k,l)上故障概率用符號pk，l表示，這裡pk，l∈(0，1)。這樣，從源節點s到目的節點d之間某條工作路徑x的可靠性是這條路徑各段鏈路可靠性的乘積，用п(k，l)∈x(1-pk，l)表示。因此，這條工作路徑的故障概率用f(x)表示，即
f(x)＝1-п(k，l)∈x(1-pk，l)(1)
在頻譜靈活光網絡中，為了避免某些光纖鏈路因頻譜資源消耗過多而導致鏈路不平衡的情況，根據每條光纖鏈路的頻譜佔用率，動態地調整每一條光纖鏈路的權重，以使連接請求儘可能地選擇負載較輕的光纖鏈路作為傳輸路徑，即光纖鏈路被佔用的頻譜間隙數量越小，越有優先選擇權利。這樣，頻譜間隙數越多的光纖鏈路，越有利於連接請求cr(s,d,fs)分配所需要的帶寬需求。考慮光纖鏈路的頻譜佔用狀態對連接請求cr(s,d,fs)建立的影響，沿著從源節點s到目的節點d之間某條工作路徑x，需要考慮每一段光纖鏈路(k,l)的頻譜間隙佔用數目。在光纖鏈路(k,l)中，利用公式以下公式可以計算出已經預留的頻譜間隙的數目：
其中s(k，l)和|f|分別表示光纖鏈路(k,l)上的頻率間隙的總佔用數目和頻率間隙的總數，si表示第i個索引的頻譜間隙fi的是否被佔用，用以下式子表示：
如果頻譜間隙fi已經為連接請求佔用，則si＝1，否則si＝0。因此，連接請求在工作路徑x上，頻譜佔用率為：
其中，ρ(x)和h表示工作路徑x的頻譜佔用率和工作路徑上總的跳數。
為了更好地建立連接請求cr(s,d,fs)，一方面，盡最大可能地減少所選擇工作路徑潛在的故障概率；另一方面，在頻譜靈活光網絡中，為了使連接請求更好地找到可用的頻譜資源，需要考慮光纖鏈路負載佔用情況，盡最大可能地選擇負載較輕的光纖鏈路作為其傳輸的鏈路，給予負載較輕的光纖鏈路優先選擇的權利，避免因某些光纖鏈路頻譜資源消耗過多而導致光纖鏈路負載不均衡。為了使頻譜靈活光網絡故障概率和光纖鏈路負載獲得最優化，建立頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方案。為了實現故障概率和負載均衡折衷方案，通過引入故障概率和光纖鏈路負載調節參數α，使故障概率與光纖鏈路負載數值無量綱化。這樣可以通過以下式子來表述，
z(x)＝α×f(x)+(1-α)×ρ(x)(5)
其中，z(x)、α、f(x)、ρ(x)分別表示故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的數值、調節參數(滿足α∈[0，1])、工作路徑x的故障概率、工作路徑x的頻譜佔用率。故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的數值z(x)的值越小，代表著頻譜靈活光網絡的故障概率越小和佔用的頻譜間隙越少，這樣有利於降低連接請求的故障概率和提高分配的頻譜資源成功率。
對於每一個連接請求cr(s,d,fs)，從源節點s到目的節點d之間找出k條工作路徑，用集合kp∈{k1，k2，...，kk}表示這k條路徑，然後在這k條工作路徑中，找出故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的最小z(x)值，即：
minimizez(x)，x∈kp(6)
這裡minimize代表對k條工作路徑查找z(x)最小值操作。根據式(6)操作，找出z(x)最小值的路徑x作為連接請求cr(s,d,fs)的工作路徑。
根據連接請求cr(s,d,fs)所需的頻譜間隙數fs，在所選擇的工作路徑中，分配頻譜資源，並且滿足頻譜連續性與頻譜一致性雙重約束條件。這樣，在頻譜靈活光網絡中，建立連接請求cr(s,d,fs)。
本實施例中，根據給定的一組連接請求，執行頻譜靈活光網絡初始化、工作路徑計算、故障概率評估、頻譜資源分配、負載均衡調節，優化故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷方法，以建立連接請求，完成頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法。對頻譜靈活光網絡的故障概率與光纖鏈路負載均衡特性，著重找出故障概率和負載均衡折衷的優化路徑，使故障概率與光纖鏈路負載基本保持平衡，解決了連接請求在頻譜靈活光網絡傳輸較低故障概率和避免光纖鏈路的負載均衡問題。因此，減少連接請求建立連接請求的潛在故障風險，同時提高頻譜靈活光網絡光纖鏈路的資源均衡性，減少連接請求阻塞率，提高頻譜資源效率。
實施例2
如圖2所示，本實施例頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷系統，包括：
網絡初始化模塊：設置頻譜靈活光網絡的拓撲信息、網絡連接狀態、網絡光交換節點的數目、光纖鏈路的數目、每條光纖鏈路的頻譜隙數目、每個頻譜隙的帶寬大小。
連接請求產生模塊：根據源節點與目的節點均勻分布產生連接請求，設置連接請求數目、不同連接請求的源節點與目的節點、帶寬需求等信息。
工作路徑計算模塊：根據連接請求的源節點與目的節點，採用k條最短路徑算法，計算出多條候選工作路徑，使連接請求更好地接入頻譜靈活光網絡。
路徑故障概率計算模塊：對於每一個連接請求，根據所提出的故障概率計算方法，從源節點與目的節點計算出多條候選的工作路徑的故障概率，從中選擇出故障概率最優的路徑作為連接請求的傳輸工作路徑。
本實施例中，路徑故障概率計算模塊運行故障概率公式進行從源節點s到目的節點d之間工作路徑的故障概率f(x)的評估，所述的故障概率公式為：
f(x)＝1-π(k，l)∈x(1-pk，l)
其中，在光纖鏈路(k,l)上故障概率用符號pk，l表示，pk，l∈(0，1)。
負載均衡調節模塊：對於每一個連接請求，考慮到頻譜靈活光網絡負載佔用情況，給予負載較輕的光纖鏈路優先選擇的權利，避免因某些光纖鏈路頻譜資源消耗過多而使連接請求無法建立，從而提高連接請求成功接入頻譜靈活光網絡的數目。
本實施例中，負載均衡調節模塊通過運行頻譜佔用率ρ(x)公式獲取工作路徑x的頻譜佔用率，其中，
在光纖鏈路(k,l)中，利用以下公式計算出已經預留的頻譜間隙的數目：
式中s(k，l)和|f|分別表示光纖鏈路(k,l)上的頻率間隙的總佔用數目和頻率間隙的總數，si表示第i個索引的頻譜間隙fi的是否被佔用，用以下式子表示：
如果頻譜間隙fi已經為連接請求佔用，則si＝1，否則si＝0，連接請求在工作路徑x上，頻譜佔用率為：
式中，h表示工作路徑上總的跳數。
故障概率與負載均衡折衷模塊：綜合候選k條工作路徑的故障概率與負載佔用情況，根據所提出的故障概率與負載均衡折衷方法，使連接請求選擇最優的工作路徑，實現故障概率與頻譜靈活光網絡負載均衡折衷。
本實施例中，所述的故障概率與負載均衡折衷方法具體包括：
引入故障概率和光纖鏈路負載調節參數α，使故障概率與光纖鏈路負載數值無量綱化，通過以下式子來表述，
z(x)＝α×f(x)+(1-α)×ρ(x)
式中，z(x)表示故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的數值；α表示調節參數，α∈[0，1]；f(x)表示工作路徑x的故障概率；ρ(x)表示工作路徑x的頻譜佔用率；
對於每一個連接請求cr(s,d,fs)，從源節點s到目的節點d之間找出k條工作路徑，用集合kp∈{k1，k2，...，kk}表示這k條路徑，然後在這k條工作路徑中，找出故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷的最小z(x)值，即：
minimizez(x)，x∈kp
式中，minimize代表對k條工作路徑查找z(x)最小值操作，找出z(x)最小值的路徑x作為連接請求cr(s,d,fs)的工作路徑。
頻譜資源分配模塊：根據連接請求cr(s,d,fs)所需的頻譜間隙數fs，在所選擇的工作路徑中，根據連接請求的帶寬需求，查找滿足連接請求所需的帶寬資源。在帶寬資源分配過程中，滿足頻譜連續性和頻譜一致性雙重約束條件，實現頻譜資源有效分配。
進一步地，本實施例可以通過不同模塊之間的相互協作完成頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷系統。本發明系統還需要包括判決模塊和預警模塊。判決模塊，用於執行各個模塊之間的判決功能，實現各個模塊之間的協調功能；預警模塊，用於各個模塊之間協調執行的預警功能，以保證各個模塊能夠正確運行。
進一步地，本實施例還可以包括故障概率設置模塊：根據頻譜靈活光網絡的特點，評估每一段光纖鏈路發生故障的概率，設置每條光纖鏈路的故障概率大小。
本實施例中運用了連接請求的工作路徑故障概率評估機制，降低連接請求在頻譜靈活光網絡中的故障概率，保證連接請求的服務質量，以便減少連接請求在傳輸路徑發生故障的概率。
圖3表示在頻譜靈活光網絡中，頻譜靈活光網絡的故障概率和負載均衡折衷方法建立一組連接請求的具體應用實例。拓撲圖表示頻譜靈活光網絡，每一條連接線表示雙向的光纖鏈路，光纖鏈路的容量為6個頻譜隙；光纖鏈路上的數值表示故障概率，限制在(0,10-3)的範圍內；生成三個連接請求cr1(0,3,2)、cr2(0,3,2)、cr3(0,3,2)，它們都是從源節點0到目的節點3，帶寬需求為2個頻譜隙。對於第一個連接請求cr1(0,3,2)，設置計算的路徑為k＝2，從源節點0到目的節點3計算2條路徑，即為0-1-2-3和0-5-4-3。根據故障概率計算公式(1)，路徑0-1-2-3和0-5-4-3的故障概率為：1.8×10-3和2.3×10-3；根據公式(4)計算路徑0-1-2-3和0-5-4-3的頻譜佔用率，分別為0和0。設置故障概率和光纖鏈路負載調節參數α＝0.5，根據公式(5)，可以計算出路徑0-1-2-3和0-5-4-3的故障概率和光纖鏈路負載折衷的數值，分別為0.9×10-3和1.15×10-3；根據公式(6)，可以找出故障概率與光纖鏈路負載均衡折衷方案的最小z(x)值，即z(0-1-2-3)＝0.9×10-3，這條路徑0-1-2-3作為連接請求cr1(0,3,2)的工作路徑，並在所選擇的路徑0-1-2-3中，分配連接請求cr1(0,3,2)的帶寬需求，建立cr1(0,3,2)連接請求。
同樣，在頻譜靈活光網絡中，用上述同樣的方法建立連接請求cr2(0,3,2)，即cr2(0,3,2)選擇路徑0-5-4-3作為工作路徑，並在這條路徑上分配頻譜資源；對於連接請求cr3(0,3,2)，則選擇路徑0-1-2-3作為工作路徑，並在這條路徑上分配頻譜資源。最終，三個連接請求cr1(0,3,2)、cr2(0,3,2)、cr3(0,3,2)建立如圖2所示的工作狀態，使頻譜靈活光網絡達到故障概率和負載均衡折衷狀態。
上述各實施例中，為了建立連接請求，首先需要對頻譜靈活光網絡進行初始化，並對光纖鏈路進行，設置頻譜靈活光網絡的光纖鏈路故障概率，生成一組連接請求；其次，為每個連接請求計算k條路徑，計算每條工作路徑的故障概率，並在每條工作路徑上查找滿足連接請求的頻譜資源；最後，設置故障概率和光纖鏈路負載調節參數，並計算k條路徑的故障概率和光纖鏈路負載折衷的數值，選擇最小折衷數值的路徑作為連接請求的工作路徑，並在所選擇的路徑中，分配連接請求的帶寬需求，建立連接請求。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，並不用於限制本發明，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。