專利名稱：一種提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)公平性的波長調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的波長調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
隨著IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長，IP over WDM(波分復(fù)用)作為未來IP網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)日趨明顯。當(dāng)前以WDM為基礎(chǔ)的光突發(fā)交換(OBS)技術(shù)是最有前途的技術(shù)之一。光突發(fā)交換中，使用的帶寬粒度介于光電路交換和光分組交換之間，比光線路交換靈活，帶寬利用率高，又比光分組交換更貼近實用?？梢哉f，它結(jié)合了兩者的優(yōu)點且克服了兩者的部分缺點，是兩者之間的平衡選擇，因而逐漸引起了眾多學(xué)者的重視。
在OBS中，OBS邊緣路由器把來自傳統(tǒng)路由器的IP包組裝成被稱為突發(fā)(Burst)的超長IP包，對應(yīng)于每一個突發(fā)，形成一個突發(fā)控制分組(BCP)，以攜帶該突發(fā)的交換控制信息，如目的地址等。形成數(shù)據(jù)突發(fā)的目的是為了增大交換的顆粒。
在標(biāo)準(zhǔn)的恰量時間協(xié)議(簡稱JET協(xié)議Just Enough Time)方案下，帶寬申請過程是單向的。信源發(fā)出預(yù)留資源的控制包，信源在等待了一個初始偏置時間后，不等應(yīng)答信息到來就可發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)突發(fā)與控制分組在不同的物理信道上傳輸，數(shù)據(jù)突發(fā)以直通的方式通過OBS交換網(wǎng)絡(luò)，控制分組在每個節(jié)點經(jīng)過光/電(O/E)轉(zhuǎn)換、處理和電/光(E/O)轉(zhuǎn)換，完成對數(shù)據(jù)突發(fā)的控制處理。因此在每個中間節(jié)點上，都要將偏置時間減小，即去除控制包的處理和等待時間。
在標(biāo)準(zhǔn)JET協(xié)議中，突發(fā)包的偏置時間越大，該突發(fā)包丟包的概率越小。隨著突發(fā)包在多跳網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過的跳數(shù)不斷增加，它們的剩余偏置時間將不斷減小。這樣相當(dāng)于降低了這些包的優(yōu)先級，使得它們相對于剛開始傳送的包，更容易被阻塞。因此長路由的包的丟包率將大于短路由的包，影響了整個網(wǎng)絡(luò)的公平性。而且，由于那些經(jīng)過了多跳的包沒能到達終點，它們已經(jīng)預(yù)留的那些網(wǎng)絡(luò)資源也就浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述不足，提供一種全新的波長調(diào)度方法，通過給經(jīng)過多跳的包增加適當(dāng)?shù)臋?quán)重，使得它可以搶占權(quán)重較小的包預(yù)留的波長資源，這樣有效地解決了公平性問題。另外，由于選擇了合適的權(quán)重方法，還降低了考慮突發(fā)包長度的加權(quán)全網(wǎng)端到端丟包率。
本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)在本發(fā)明中，計算的是考慮突發(fā)包長度的全網(wǎng)端到端丟包率。全網(wǎng)端到端丟包率描述的是網(wǎng)絡(luò)中的全部丟包與網(wǎng)絡(luò)中全部發(fā)出的包之間的關(guān)系。另外，在OBS中，每個突發(fā)包都是由大量的IP包組成的。因為最終關(guān)心的還是IP包的丟包率，而且在本發(fā)明中不涉及OBS網(wǎng)絡(luò)中的匯聚過程，因此本方法用考慮突發(fā)包長度的加權(quán)全網(wǎng)丟包率來盡可能反映IP包的丟包率。這里，用整個網(wǎng)絡(luò)中所有丟包的包長之和與所有發(fā)出的包的包長之和的比值來計算考慮突發(fā)包長度的加權(quán)全網(wǎng)端到端丟包率。
本發(fā)明方法包括以下步驟A.接收到新來的突發(fā)包，使用可插空最遲可用未占用信道(簡稱LAUC-VFlatest available unused channel with void filling)方法，為其調(diào)度波長資源。
B.如果找到了空閑的波長，那么調(diào)度成功，方法終止。否則，轉(zhuǎn)到步驟C。
C.計算每個波長的權(quán)重Mi，i代表第i個波長，并計算最小值Mmin＝min(Mi)，i＝1，2，...，K，K為波長數(shù)目。
D.計算新來的突發(fā)包的權(quán)重值Marrival。
E.比較Mmin和Marrival。如果Marrival＜Mmin，那么調(diào)度失敗，丟棄該突發(fā)包，方法終止。否則，轉(zhuǎn)到步驟F。
F.相應(yīng)波長上的沖突的突發(fā)包預(yù)留的資源將會被新來的突發(fā)包搶占，并向下游節(jié)點發(fā)送拆鏈消息。
本方法用突發(fā)包已經(jīng)預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量來作為突發(fā)包的權(quán)重。對于一個在OBS網(wǎng)絡(luò)中傳播的突發(fā)包，假設(shè)它已經(jīng)經(jīng)過的跳數(shù)為h，突發(fā)包長度為l。如果它在當(dāng)前節(jié)點預(yù)留波長資源成功的話，那么它所預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量可以表示為(h+1)×l。本方法把它作為該突發(fā)包的權(quán)重。這樣，突發(fā)包越長，經(jīng)過的跳數(shù)越多，它的權(quán)重就越大，越容易搶占別的突發(fā)包的資源，也就越不容易丟包。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果本發(fā)明的權(quán)重計算方法可以精確的反映丟棄一個突發(fā)包所要付出的代價。巧妙的把經(jīng)過的條數(shù)和突發(fā)包長度結(jié)合在一起，可以同時改善網(wǎng)絡(luò)的公平性和信道利用率。原因如下 由于權(quán)重方法中考慮了經(jīng)過的跳數(shù)，可以有效的縮小路由長度不同的突發(fā)包之間的丟包率差異，從而改善網(wǎng)絡(luò)公平性。
普通的JET協(xié)議下，如果那些經(jīng)過了多跳的包發(fā)生丟包，這些突發(fā)包已經(jīng)預(yù)留的那些網(wǎng)絡(luò)資源也就浪費。采用突發(fā)包所預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量作為權(quán)重的方法，可以有效的降低這種情況發(fā)生的概率，從而進一步降低了全網(wǎng)端到端丟包率。
另外，這種權(quán)重方法考慮了包長。這相當(dāng)于給大的突發(fā)包更高一些的優(yōu)先級，從而使得這些大突發(fā)包不容易丟包。大的突發(fā)包中包含的IP包的數(shù)目也更多，這樣就可以有效地降低基于IP包的丟包率。
另外，在計算波長的權(quán)重時，如果在某個波長上存在多個沖突包，用多個包的權(quán)重之和來表示該波長上的權(quán)重。之所以采用求和的方法，是因為本權(quán)重方法是用預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量來衡量的，這樣必然要用各個包預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量之和來表示多個包的權(quán)重。這種權(quán)重計算方法可以精確的反映丟棄多個突發(fā)包所要付出的代價。
下面通過仿真一個7×7網(wǎng)孔型mesh-torus網(wǎng)絡(luò)，來比較本發(fā)明的方法和標(biāo)準(zhǔn)JET的性能每條鏈路包含兩根光纖，分別用于兩個方向上。每根光纖上有8個波長，波長上的速率是10Gbps。每個節(jié)點有一個本地源，負(fù)責(zé)產(chǎn)生突發(fā)包。突發(fā)包的生成服從泊松過程。突發(fā)包長度為負(fù)指數(shù)分布，平均長度為50，000字節(jié)(在10G鏈路上，相當(dāng)于40μs)。每個節(jié)點上的突發(fā)包的目的地址隨機分布于網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點上。采用最短路徑方法計算網(wǎng)絡(luò)中兩點之間的靜態(tài)路由。控制包的處理時間是100μs。偏置時間為1000μs。
參照圖2，給出了在兩種不同調(diào)度方法下，加權(quán)全網(wǎng)丟包率和負(fù)荷之間的關(guān)系。從圖中可以看出本調(diào)度方法所取得的性能要比標(biāo)準(zhǔn)JET的好。
參照圖3，給出了標(biāo)準(zhǔn)JET協(xié)議下，全網(wǎng)中不同的路由長度的突發(fā)包的加權(quán)丟包率和負(fù)荷之間的關(guān)系。H為突發(fā)包的路由長度。H＝i(i＝1，2，3，4，5，6)表示該突發(fā)包的路由長度為i。從圖中可以看出對于標(biāo)準(zhǔn)JET協(xié)議，路由長度越長，丟包率就越高。這與前面的理論分析相符合。在負(fù)荷為0.6時，路由長度為6的突發(fā)包與路由長度為1的突發(fā)包的丟包率之間的比值為1700。隨著負(fù)荷增加，該比值不斷減小。負(fù)荷為0.9時，該比值下降為240。該結(jié)果表明在不加任何改進措施的標(biāo)準(zhǔn)JET協(xié)議下，OBS網(wǎng)絡(luò)的公平性是很差的。
參照圖4，給出了在改進的調(diào)度方法下，全網(wǎng)中不同的路由長度的突發(fā)包的加權(quán)丟包率和負(fù)荷之間的關(guān)系。從圖中可以看出路由長度為2，3，4，5，6的突發(fā)包的加權(quán)丟包率基本上相等，路由長度為1的突發(fā)包的丟包率要比前面三者略低，但差別不大。在負(fù)荷為0.3時，路由長度為6的突發(fā)包與路由長度為1的突發(fā)包的丟包率之間的比值為2.6。負(fù)荷為0.6和0.9時，該比值分別為2和1.6。結(jié)合圖3和圖4的仿真結(jié)果，可以看出，采用改進的調(diào)度方法后，OBS網(wǎng)絡(luò)的公平性有了很大的提高。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是兩種不同調(diào)度方法下，加權(quán)全網(wǎng)丟包率和負(fù)荷之間的關(guān)系圖；圖3是標(biāo)準(zhǔn)JET下，全網(wǎng)中不同路由長度的包的加權(quán)丟包率和負(fù)荷之間的關(guān)系圖；圖4是改進JET協(xié)議下，全網(wǎng)中不同路由長度的包的加權(quán)丟包率和負(fù)荷之間的關(guān)系圖。
具體實施例方式
參照圖1，給出了本發(fā)明方法的流程圖。
在本發(fā)明的方法中，當(dāng)一個新的突發(fā)包到來時，首先通過LAUC-VF(中文？)方法來尋找一個空閑的波長。如果找到了空閑的波長，那么方法終止。如果LAUC-VF方法失敗，說明在每個波長上都存在一個或多個包所預(yù)留的資源與新來的突發(fā)包沖突。此時，計算每個波長上沖突的包的權(quán)重Mi，i代表第i個波長。
如果存在多個沖突包時，用多個包的權(quán)重之和來表示該波長上的權(quán)重。之所以采用求和的方法，而不是采用求最大值的方法，是因為本權(quán)重方法是用預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量來衡量的，這樣必然要用各個包預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量之和來表示多個包的權(quán)重。
Mi=Σj=1NiMi,j,---(1)]]>其中，Mi，j表示第i個波長上第j個沖突的突發(fā)包的權(quán)重值。Ni表示第i個波長上沖突的突發(fā)包個數(shù)。
然后，求出所有波長中最小的權(quán)重值。
Mmin＝min(Mi)，i＝1，2，…，K， (2)其中，K為波長數(shù)目。
將Mmin與新來的包的權(quán)重值Marrival相比較。如果新來的包的權(quán)重Marrival大于最小的沖突包權(quán)重Mmin，則該波長上的沖突包預(yù)留的資源將會被新來的包搶占。否則，丟棄新來的包。
一旦波長上已經(jīng)預(yù)留的資源被新來的包搶占，必須向下游節(jié)點發(fā)送拆鏈消息，釋放下游節(jié)點相應(yīng)的預(yù)留資源。拆鏈包的個數(shù)與被強占的突發(fā)包的個數(shù)相對應(yīng)。拆鏈包的路由也與相應(yīng)的被搶占包的路由相同。
當(dāng)下游節(jié)點收到拆鏈包時，如果找到相應(yīng)的預(yù)留資源的話，清除它，并且向它的下游節(jié)點繼續(xù)發(fā)送拆鏈包。如果沒有找到相應(yīng)的預(yù)留記錄的話，這說明突發(fā)包已經(jīng)被丟棄或者拆除，此時銷毀拆鏈包即可。
權(quán)利要求
1.一種提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)公平性的波長調(diào)度方法，包括下列步驟A.接收到新來的突發(fā)包，使用LAUC-VF方案，為其調(diào)度波長資源；B.如果找到了空閑的波長，那么調(diào)度成功，方法終止；否則，轉(zhuǎn)到步驟C；C.計算每個波長的權(quán)重Mi，i代表第i個波長，并計算最小值Mmin＝min(Mi)，i＝1，2，...，K，K為波長數(shù)目；D.計算新來的突發(fā)包的權(quán)重值Marrival；E.比較Mmin和Marrival；如果Marrival＜Mmin，那么調(diào)度失敗，丟棄該突發(fā)包，方法終止；否則，轉(zhuǎn)到步驟F；F.相應(yīng)波長上的沖突的突發(fā)包預(yù)留的資源將會被新來的突發(fā)包搶占，并向下游節(jié)點發(fā)送拆鏈消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)公平性的波長調(diào)度方法，其特征在于對于一個在OBS網(wǎng)絡(luò)中傳播的突發(fā)包，假設(shè)它已經(jīng)經(jīng)過的跳數(shù)為h，突發(fā)包長度為l，如果它在當(dāng)前節(jié)點預(yù)留波長資源成功的話，那么它所預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量可以表示為(h+1)×l，即該突發(fā)包的權(quán)重。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)公平性的波長調(diào)度方法，其特征在于如果某個波長上存在多個沖突包時，用多個包的權(quán)重之和來表示該波長上的權(quán)重。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)公平性的波長調(diào)度方法，其特征在于當(dāng)下游節(jié)點收到拆鏈包時，如果找到相應(yīng)的預(yù)留資源的話，清除它，并且向它的下游節(jié)點繼續(xù)發(fā)送拆鏈包；如果沒有找到相應(yīng)的預(yù)留記錄的話，這說明突發(fā)包已經(jīng)被丟棄或者拆除，此時銷毀拆鏈包即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)公平性的波長調(diào)度方法。在JET協(xié)議下，隨著突發(fā)包經(jīng)過的節(jié)點數(shù)增多，偏置時間不斷減小，丟包的概率也加大。這種情況將極大的影響網(wǎng)絡(luò)的公平性和信道利用率。本發(fā)明的波長調(diào)度方法，把突發(fā)包所預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源總量作為它的權(quán)重，權(quán)重大的突發(fā)包可以搶占權(quán)重較小的包預(yù)留的波長資源，這樣有效地解決了公平性問題。在負(fù)荷為0.6時，采用該調(diào)度方法后，最長路由和最短路由的兩種突發(fā)包的全網(wǎng)丟包率之間的比值從原來的1700下降到2。另外，由于選擇了合適的權(quán)重方法，還降低了考慮突發(fā)包長度的加權(quán)全網(wǎng)丟包率。
文檔編號H04B10/12GK1756441SQ200410080250
公開日2006年4月5日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者紀(jì)越峰, 胡軼群 申請人:北京郵電大學(xué)