【W(wǎng)DM網(wǎng)絡(luò)中擁塞控制方法的研究】計算機網(wǎng)絡(luò)擁塞控制

　　摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)信息容量需求的快速增長,網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象越來越嚴重。擁塞控制是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)QoS的重要途徑,本文提出了在采用光信號交換的全光網(wǎng)絡(luò)中如何實現(xiàn)擁塞控制的方法。 　　關(guān)鍵詞:WDM;擁塞控制
　　中圖分類號:TP316.8 文獻標(biāo)識碼:A
　　
　　1 引言
　　
　　隨著數(shù)據(jù)通信的迅速發(fā)展,特別是Internet業(yè)務(wù)量呈爆炸性增長,人們對通信系統(tǒng)在傳輸距離、交換容量等方面的要求不斷提高。這種傳輸網(wǎng)信息容量需求的快速增長,帶來的直接后果是現(xiàn)有的光纖通信系統(tǒng)出現(xiàn)了負載能力飽和的情況,迫切需要解決的是網(wǎng)絡(luò)擴容問題。網(wǎng)絡(luò)擴容的復(fù)用技術(shù)包括波分復(fù)用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)、時分復(fù)用(TDM,Time Division Multiplexing)和碼分復(fù)用(CDM,Code Division Multiplexing)。其中,TDM和CDM對電子器件的要求很高,目前還沒有成熟的實用化產(chǎn)品,而WDM在20世紀90年代中期以后迅速走向成熟并進入商業(yè)化應(yīng)用。WDM傳送網(wǎng)和高速交換路由器技術(shù)的發(fā)展對建設(shè)寬帶通信骨干網(wǎng)提供了有力的支持。波分復(fù)用技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的升級擴容、發(fā)展寬帶新業(yè)務(wù)、充分挖掘和利用光纖帶寬能力,具有十分重要的意義。因此,WDM技術(shù)是光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)增容的主要技術(shù)手段,目前的技術(shù)水平已達到40Gbit/s。
　　
　　2 WDM網(wǎng)絡(luò)及其伴隨的相關(guān)技術(shù)問題
　　
　　波分復(fù)用(WDM)將兩種或多種不同波長的光載波信號在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器(亦稱合波器,Multiplexer)匯合在一起,并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸;在接收端,經(jīng)分用器將各種波長的光載波分離,然后由光接收機作進一步處理以恢復(fù)原信號。波分復(fù)用技術(shù)就是將多個波長復(fù)用在一根光纖上進行傳輸?shù)募夹g(shù)。WDM將光纖的可用波段分成若干個小信道,每個信道對應(yīng)一個波長,不同的波長信道可以同時在同一根光纖中傳輸,使通信容量成倍或數(shù)十倍、數(shù)百倍增長,以滿足日益增長的信息傳輸需求。
　　目前大多數(shù)寬帶網(wǎng)的底層是點到點光纖鏈路,盡管WDM技術(shù)大大增加傳輸鏈路的帶寬,但是光纖傳輸系統(tǒng)速率的提高也帶來了一個新的問題。在這種高速傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中,如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處仍以電信號處理信息的速度進行交換,就會受到所謂“電子瓶頸”的限制,節(jié)點將變得龐大而復(fù)雜,超高速傳輸所帶來的經(jīng)濟效益將被昂貴的光/電和電/光轉(zhuǎn)換費用所抵消。因此,可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部以光纖為傳輸介質(zhì)、使用WDM方式傳輸信號、并以全光(all-optical)方式進行交換。
　　全光網(wǎng)絡(luò)有兩種基本形式:廣播-選擇網(wǎng)絡(luò)和波長路由網(wǎng)絡(luò)。下面圖1和圖2分別說明了這兩種網(wǎng)絡(luò)方式。
　　
　　全光網(wǎng)絡(luò)從原理上講就是網(wǎng)中直到端用戶節(jié)點之間的信號通道仍然保持著光的形式,即端到端的全光路,中間沒有光電轉(zhuǎn)換器。這樣,網(wǎng)內(nèi)光信號的流動就沒有光電轉(zhuǎn)換的障礙,信息傳遞過程無需面對電子器件處理信息速率難以提高的困難�？梢韵胂�,在這種全光網(wǎng)絡(luò)中,因為沒有電信號的參與,光信號如何路由選徑?這種條件下傳統(tǒng)的路由理論等整套思想面臨巨大的挑戰(zhàn)。具體表現(xiàn)在:因為在全光條件下路由是以波長而非鏈路為基礎(chǔ)的,因此路由從網(wǎng)絡(luò)層變到了物理層,不再只是確定目標(biāo)地址,而是要根據(jù)節(jié)點當(dāng)時的具體條件,為信息流選擇一種合適的波長(頻率)。
　　3 擁塞的產(chǎn)生
　　
　　全光網(wǎng)絡(luò)在一定程度解決了傳送帶寬的瓶頸問題,但仍然還是傳統(tǒng)的路由器加專線的組網(wǎng)方式,存在逐跳尋址與轉(zhuǎn)發(fā)等問題,不能保證服務(wù)質(zhì)量(QoS)和信息安全。擁塞是影響網(wǎng)絡(luò)性能和效率的重要因素,因此如何在全光網(wǎng)絡(luò)中進行擁塞控制,以確�；ヂ�(lián)網(wǎng)魯棒性是網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵。
　　因為在全光網(wǎng)絡(luò)WDM條件下,一股信息流從源傳送到目的地,不只是要面臨源、目的節(jié)點位置的選擇,即傳統(tǒng)意義上的路由,而且從一個節(jié)點路過時,入和出可能使用到不同的波長或頻率。而在一個固定的頻帶范圍內(nèi),可選的頻率種數(shù)是有限的,當(dāng)很多的信息流要同時從某節(jié)點通過時,有限的可供選擇的頻率種數(shù)就成了緊張資源。包括入和出都存在這個問題。
　　比如圖3,眾多的節(jié)點同時向F傳送信息,他們都需要與F預(yù)約頻率,而且各個源節(jié)點可能同時與F之間有多個連接需要建立。這就更要占用頻率數(shù)。從F節(jié)點離開的信息流又要與E之間建立連接、預(yù)約頻率,那時因為入和出不在同一接口,所以入和出之間不存在競爭。
　　
　　假設(shè)向F點入的可選擇頻率種數(shù)已用完,則后面需要與F建立連接、預(yù)約頻率的信息流就不得不進入等待,一直等到有別的信息流傳輸完畢、釋放頻率后才能進入和F預(yù)約頻率建立連接階段,這就產(chǎn)生了擁塞。
　　因為到目前為止,光信息還沒有解決存儲問題,而WDM網(wǎng)絡(luò)中不存在電信號,則要求預(yù)約頻率的信息流如何等待?遇到這種情況,則只有要求源節(jié)點先收回請求,因為在F的各入口沒有地方保存等待隊列。等到F有空余的可選頻率供其他節(jié)點預(yù)約時,原來就要求躍躍欲試的節(jié)點可能不知道,就有可能錯過機會。因此,研究在WDM網(wǎng)絡(luò)下?lián)砣�控制機制很有必要。
　　
　　4 可供參考的擁塞控制設(shè)計
　　
　　4.1 隨機發(fā)出
　　因為在F節(jié)點沒有辦法有效地保存等待隊列,所以源節(jié)點必須先收回自己的請求,等待一個隨即時間再次發(fā)出預(yù)約請求。這個等待時間間隔不能太大也不能太小,可以參考以太網(wǎng)中停止等待協(xié)議的思想,讓等待預(yù)約的節(jié)點等待一個規(guī)定的隨機時間再向F發(fā)出預(yù)約要求。這里又有與以太網(wǎng)中爭用信道不同的地方,首先F節(jié)點本身已擁有相當(dāng)數(shù)量的可選頻率,出現(xiàn)擁塞導(dǎo)致爭用的機會不是很多,不像以太網(wǎng)中爭用信道那樣只要傳送就有爭用。因此等待時間間隔要做必要的修改。
　　這種辦法的好處是簡單,缺點是可能會出現(xiàn)某節(jié)點C先要求預(yù)約,但是由于F頻率已用完而必須等待,即預(yù)約不成,在它等待的時候,剛好F釋放了某一頻率,結(jié)果另一節(jié)點來的恰是時候,與F約定成功,而C又必須苦苦地繼續(xù)等待。這樣一來導(dǎo)致對節(jié)點的不公平待遇。
　　4.2 循環(huán)查詢
　　這種辦法的特點是,入節(jié)點雖然收回了自己的請求,但始終在與F的連接口上保持著要求預(yù)約的標(biāo)志,F只要有空余的頻率可供其它節(jié)點預(yù)約,就循環(huán)查詢與之連接的所有節(jié)點,看是否有遞交的預(yù)約請求,一旦查到,就同意與之協(xié)商選取一種頻率進行通信。
　　這種辦法的好處是要求預(yù)約的節(jié)點不會錯過機會,但缺點是源節(jié)點必須時刻保持這一標(biāo)志,而F必須增加查詢能力,顯然增加了技術(shù)的復(fù)雜度。
　　WDM網(wǎng)絡(luò)相對于OTN網(wǎng)絡(luò)來說,技術(shù)上還相對簡單一些。因為WDM主要是解決點對點之間的問題,只要源和目的兩節(jié)點之間預(yù)約好頻率就能通信。因此上述辦法就解決了相鄰兩物理節(jié)點之間的頻率約定。如果某信息流穿過節(jié)點F后還要繼續(xù)向前流動,那么通過F后與下一節(jié)點之間再通過預(yù)約光波頻率以建立連接,但是從某一節(jié)點出去是不存在競爭的。
　　
　　5 結(jié)束語
　　
　　擁塞是一種復(fù)雜現(xiàn)象,擁塞控制也是一個復(fù)雜的課題,它涉及到用戶要求、網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)組成、網(wǎng)絡(luò)運作模式,需要各部分協(xié)同工作。擁塞控制設(shè)計方法通常是許多因素綜合考慮的折中,公平性和整體效率的折中,復(fù)雜性和性能之間的折中。現(xiàn)有的擁塞控制思路和方法在不同環(huán)境中不一定是最好的控制策略,在IP over WDM中,如何使用擁塞控制方法確保網(wǎng)絡(luò)的健壯性,在未來WDM光網(wǎng)的發(fā)展中仍將是值得研究的課題。
　　
　　參考文獻
　　[1]吳玉娥,吳產(chǎn)樂.WDM光網(wǎng)的擁塞控制[J].計算機與數(shù)學(xué)工程,2006(8).
　　[2]王玉寶,樊曉宇.IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其實現(xiàn)方案[J].光通信技術(shù),2008(3).

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