CN106713181A - 基于延时预留机制的obs网络突发包竞争解决方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于延时预留机制的OBS网络突发包竞争解决方法，包括：当源节点有新的突发包生成时，生成此突发包的控制包，将控制包沿控制信道向下行链路传输；控制包到达一个新的中间节点时，控制单元读取控制包内容，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段；如果信道预留成功，则将控制包沿控制信道向下行链路传输；如果信道预留不成功，随机产生时间间隔，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段；如果信道预留不成功，则再产生随机数，重复处置直至预留成功，丢弃原控制包，产生一个新的控制包；新控制包逆向经过中间节点时，取消原预留资源；新控制包到达源节点时，源节点读取控制包内容，为突发包产生另外新的控制包。

Description

基于延时预留机制的OBS网络突发包竞争解决方法
技术领域
本发明涉及一种基于延时预留机制的解决光骨干网络中核心节点突发包竞争问题的方法，属于光通信技术领域。
背景技术
光突发交换(OBS)是一种适用于全光网络、以突发包为最小交换单元的快速交换方式。在OBS网络中，突发包与其控制包沿不同波长信道独立传送，并采用了单向资源预留机制来确保突发包的全光透明传输。
在图1所示的OBS核心网络中，核心节点A-F均可以作为源节点和目的节点，其结构如图2所示。拥有相同目的节点的IP数据包在源节点封装形成突发包、并生成突发包的控制包，控制包携带突发包的编号、目的节点、突发包的长度、和突发包传输所用信道等基本信息。控制包将沿控制信道先于突发包传输，突发包一段时间之后沿数据信道传输，延后时间(称为初始偏移时间)为控制包在路径中预留资源所用时间，如图3所示。当控制包到达一个新的中间节点(路径上除了源节点和目的节点的其他核心节点)时，控制包进行光/电信号转换之后进入控制单元，控制单元读取控制包中的信息并在下行链路中为突发包预留信道。如果信道预留不成功，则控制包被控制单元丢弃。如果信道预留成功，则控制单元将控制包进行电/光信号转换后经控制信道发送向下行节点。如图3所示，在初始偏移时间之后，源节点发送突发包。在中间节点中，如果资源预留成功，突发包不需要光/电转换直接通过节点的交换结构。如果资源预留不成功，突发包将被丢弃。
由于光突发交换网络中采用单向资源预留机制，因此一旦有两个控制包要求在同一个输出光纤的同一信道重叠的时间段预留资源，就会发生突发包的竞争，导致突发包的丢失。如何解决突发包的竞争问题是OBS网络的研究重点之一。
目前,OBS网络中传统的解决突发包竞争的方法有许多种，其中主要有偏射路由,波长交换,数据分段丢弃和光缓存等。下面对这些方法进行逐一分析：
(1)偏射路由:当突发包到达中间节点时，如果下行链路中的可用信道全部被占用，则突发包被偏转到节点所连的其他链路并通过另一条较长的路径传输向目的节点。如果这条链路上的可用信道也被全部占用，那么突发包将会被继续偏转到新的链路直到找到空闲的可用信道。如果节点所连所有链路上的所有可用信道都被占用或者达到网络中允许的最大偏射次数，那么突发包将被丢弃。偏转路由方法在网络负载量偏低和中等的时候表现较好，在网络负载量较大时，竞争发生概率较高，使得网络中存在大量的偏射突发包。由于偏射突发包通常将延更长的路径传输，因此这些偏射突发包将使用更多地网络资源并进一步加剧网络中的竞争，从而使得网络中的丢包概率急剧增加，反而会加剧此时网络吞吐量的崩溃。
(2)波长交换器：波长转换器是把光信号从一个波长转换为另一个波长的器件。如果下行链路中的可用信道全部被专用，则突发包经过波长转换器后可使用其他波长的空闲信道。当链路中不同波长的信道利用率有高有低时，使用波长交换器可以有效地解决突发包的竞争问题。然而，当链路中不同波长的信道利用率均很高时，即其他波长的信道也被全部占用时，使用波长交换器也无法解决突发包的竞争问题。
(3)数据分段丢弃：此方法是把突发包分段，当竞争发生时，仅丢弃其中一个突发包的发生竞争的片段，一旦争用的输出信道空闲，突发包剩余的片段被继续传输。使用数据分段丢弃的方法可以尽可能的利用信道中的空闲部分，增加链路利用率，然而这种方法并不能减少链路的无效利用率，因此无法解决网络吞吐量崩溃的问题。
(4)光缓存：在网络节点中添加光纤延迟线，这种方法虽然在短期内可以解决问题，但如果网络中的总负载量长时间大于网络的总信道数，延迟线被全部占用后网络中的竞争问题依然无法解决。而当网络负载量较大，延迟线被全部占用后，网络吞吐量崩溃的情况依然会发生。
发明内容
本发明旨在提供一种能够减少因竞争而产生的丢包概率的OBS网络突发包竞争解决方法。技术方案如下：
一种基于延时预留机制的OBS网络突发包竞争解决方法，包括以下步骤：
(1)当源节点有新的突发包生成时，生成此突发包的控制包p1，设定初始偏置时间，将控制包沿控制信道向下行链路传输；
(2)控制包p1到达一个新的中间节点时，经过光/电转换进入控制单元，控制单元读取控制包内容，确定信道预留时间段[ts,te]、下行链路、所用信道波长，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段[ts,te]；如果信道预留成功，则将控制包进行电/光转后之后沿控制信道向下行链路传输；
(3)如果信道预留不成功，随机产生时间间隔t＝t0，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段[ts+t,te+t]；
(4)如果信道预留不成功，则再产生随机数tn,使得新时间间隔为t＝t+tn，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段[ts+t,te+t]；
(5)重复步骤4直至预留成功，丢弃原控制包p1，产生一个新的控制包p2，并将新控制包p2沿原控制包传输路径逆向传输到源节点；
(6)新控制包p2逆向经过中间节点时，取消原预留资源；
(7)新控制包p2到达源节点时，源节点读取控制包内容，为突发包产生新的控制包p3，重新设置初始偏置时间并在合适时间将控制包p3沿源-目的节点之间的路径传输向目的节点重新为数据包预留信道资源；
(8)重复2-7步骤直至路径中各中间节点预留信道资源成功，在初始偏置时间结束后源节点开始传输数据包。
本发明使得离终点更近的突发包有更大的概率传输到终点。由于突发包离终点更近时占用过的网络资源更大，最少剩余链路优先和分段丢弃相结合的方法使得网络中更多的资源被有效占用，从而提高了网络中的有效利用率，减少网络中因竞争而产生的丢包率。当网络的负载量很大时，本协议可以有效地解决网络资源利用率高但有效利用率很低的问题，从而提高网络的吞吐量，解决在网络负载量大时吞吐量崩溃的问题。
附图说明
图1 OBS核心网络示意图
图2 OBS核心节点结构
图3 JET信道资源预留示意图
图4 6节点环型网络示意图
图5信道预留示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:
本发明的基本思想是：如果信道资源预留不成功，则设置更长的间隔时间并在间隔时间之后重新预留资源直至成功。
OBS网络通常包括一个核心网络和多个接入网络。核心网络中的节点均具有入口节点、目的节点和中间结点的功能。节点之间链路中包含1条或多条光缆，每条光缆中通常包含多条光纤，每条光纤包含多个不同波长的信道。每条光纤中特定波长的信道为控制信道，用来传输控制包，其他信道为数据信道，用来传输突发包。
在OBS核心网络的入口节点(源节点)，接入的数据业务来自各种接入网络(包括局域网、广域网、ATM网等)不同IP数据包到达源节点时，相同出口节点的数据包被发送到相同的突发组装单元内。突发包组装成功后，源节点负责为其建立相对应的控制包。控制包包含突发包的源地址、目的地址、突发包长度控制包和突发包间隔时间等信息。
如图4所示的核心网络中，点A、B、C、D、E、F为6个不同的核心节点，这些节点具有源节点、目的节点和中间节点的功能，其结构如图2所示。单向链路001连接核心节点A和B，箭头表示其中数据流方向为从A到B。链路002-006均为单向链路，其中数据流方向如箭头所示。此网络中共有010-015 6个不同的源-目的节点对(SD)。每一SD经过3条链路，例如SD010将经过001、002和003三条链路。突发包020为节点F中一个新组装的突发包，节点F生成突发包020的控制包。突发包020的源节点为F，目的节点为C，中间经过节点A和B。
突发包020在F节点组装成功后，F节点为突发包生成控制包pt1和初始偏移时间T1。T1的设置要求为大于(2P*(H-1)+2δ*(H-1))，其中H为路径中包含的链路数目，在此例中H＝3。控制包pt1进行光/电信号转换之后进入控制单元，控制单元读取控制包中的目的地址，通过查表(预先保存在控制单元中)确定下行链路为链路006，查询下行链路中突发包传输所使用的波长的信道的情况，并为突发包预留信道资源，如图5所示。之后控制pt1包经过电/光转换之后沿链路006中的控制信道传输向中间节点A。
当控制包pt1到达节点A时，控制包经过光/电信号转换之后进入节点A的控制单元，节点A的控制单元读取控制包中的目的地址，通过查表确定下行链路为链路001，并在链路001中成功预留信道(如图5所示)。之后控制包pt1经过电/光转换之后沿链路001中的控制信道传输向中间节点B。
当控制包pt1到达节点B时，节点B的控制单元读取控制包中的目的地址，通过查表确定下行链路为链路002，查询下行链路中突发包传输所使用的波长的信道的情况，此时链路002中的对应波长信道在[ts,te]时间段全部被占用，因此信道预留不成功。此时节点B的控制单元随机产生一个时间间隔TS，并查询对应波长信道在[ts+TS,te+TS]时间段的使用情况，发现可用信道，并成功在时间段[ts+TS,te+TS]预留信道资源。之后节点B丢弃控制包pt1，并产生一个新的控制包pt2沿路径B-A-F传输向源节点F。
控制包pt2到达节点A时，将取消控制包pt1预留的信道以节省资源。
控制包pt2到达节点F时，将取消控制包pt1预留的信道以节省资源。之后节点F为突发包生成一个新的控制包pt3，并计算控制包pt3的发送时间t3和初始偏移时间T2，使得控制包pt3在合适的时间到达节点B(在链路002中的预留时间段恰好是[ts+TS,te+TS])。
在t3时刻，控制包在节点F成功为突发包020预留信道资源，并沿链路006的控制信道传输向节点A。
当控制包pt3到达节点A时，控制包经过光/电信号转换之后进入节点A的控制单元，节点A的控制单元读取控制包中的目的地址，通过查表确定下行链路为链路001，并在链路001中成功预留信道(如图5所示)。之后控制包pt3经过电/光转换之后沿链路001中的控制信道传输向中间节点B。
当控制包pt3到达节点B时，由于之前已经成功在时间段[ts+TS,te+TS]预留资源，则控制包成功在路径015中为突发包020预留信道资源。
在t3+T2时刻,源节点开始沿预留好的信道传输突发包020。突发包020经过路径015中预留的信道资源成功传输到目的节点C。

Claims (1)

1.一种基于延时预留机制的OBS网络突发包竞争解决方法，包括以下步骤：
(1)当源节点有新的突发包生成时，生成此突发包的控制包p1，设定初始偏置时间，将控制包沿控制信道向下行链路传输；
(2)控制包p1到达一个新的中间节点时，经过光/电转换进入控制单元，控制单元读取控制包内容，确定信道预留时间段[ts,te]、下行链路、所用信道波长，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段[ts,te]；如果信道预留成功，则将控制包进行电/光转后之后沿控制信道向下行链路传输；
(3)如果信道预留不成功，随机产生时间间隔t＝t0，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段[ts+t,te+t]；
(4)如果信道预留不成功，则再产生随机数tn,使得新时间间隔为t＝t+tn，在下行链路相同波长的信道中为突发包预留时间段[ts+t,te+t]；
(5)重复步骤4直至预留成功，丢弃原控制包p1，产生一个新的控制包p2，并将新控制包p2沿原控制包传输路径逆向传输到源节点；
(6)新控制包p2逆向经过中间节点时，取消原预留资源；
(7)新控制包p2到达源节点时，源节点读取控制包内容，为突发包产生新的控制包p3，重新设置初始偏置时间并在合适时间将控制包p3沿源-目的节点之间的路径传输向目的节点重新为数据包预留信道资源；
(8)重复2-7步骤直至路径中各中间节点预留信道资源成功，在初始偏置时间结束后源节点开始传输数据包。
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