基于obs信道分群的負(fù)載平衡波帶分配策略

基于obs信道分群的負(fù)載平衡波帶分配策略

本文在文獻(xiàn)提出的數(shù)據(jù)可靠性集群規(guī)劃策略的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用于多粒度交換網(wǎng)絡(luò)。起點(diǎn)是將obs網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信道（波長）組與多粒度光交換中的波帶對應(yīng)。具有相同或相似類型的服務(wù)通過集群傳輸。集群中的信道交換以單元的形式進(jìn)行，以降低突發(fā)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性和波長檢測器的數(shù)量。提出了一種新的基于OBS信道分群的負(fù)載平衡波帶分配策略。該調(diào)度策略既能充分利用波帶交換的思想,又能夠解決突發(fā)數(shù)據(jù)不能在全波長上調(diào)度以及流量控制的問題。1數(shù)據(jù)信道分群調(diào)度機(jī)制圖1所示為文獻(xiàn)提出的支持區(qū)分服務(wù)信道分群調(diào)度的OBS核心節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)模型,它主要由計(jì)量器、策略控制器、數(shù)據(jù)信道分群控制器、調(diào)度器和交換控制器組成。計(jì)量器對到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)的各優(yōu)先級BHP(BurstHeadPacet)的業(yè)務(wù)流量進(jìn)行計(jì)量,計(jì)量的結(jié)果送往數(shù)據(jù)信道分群控制器作為數(shù)據(jù)信道分群調(diào)度的重要依據(jù)。策略控制器根據(jù)計(jì)量器的計(jì)量結(jié)果決定分組規(guī)則、BHP調(diào)度規(guī)則和帶寬預(yù)留規(guī)則,信道分群規(guī)則和BHP調(diào)度規(guī)則均取決于業(yè)務(wù)特性和各類業(yè)務(wù)的流量:策略控制器還根據(jù)信道資源被預(yù)留的情況控制數(shù)據(jù)信道的預(yù)留。數(shù)據(jù)信道分組控制器根據(jù)計(jì)量器的計(jì)量結(jié)果和分組規(guī)則對出口數(shù)據(jù)信道進(jìn)行分組,并為每組分配適當(dāng)?shù)男诺罃?shù)目。調(diào)度器根據(jù)分組策略進(jìn)行數(shù)據(jù)信道的調(diào)度。交換控制器根據(jù)調(diào)度器的信息對交換矩陣進(jìn)行配置。信道分群調(diào)度機(jī)制如圖2所示。在邊緣節(jié)點(diǎn),各類等級的突發(fā)數(shù)據(jù)在相應(yīng)的信道群上傳輸。在核心節(jié)點(diǎn),各等級的突發(fā)數(shù)據(jù)只能在本信道群上調(diào)度。這種調(diào)度策略的主要思想是對數(shù)據(jù)信道按業(yè)務(wù)優(yōu)先級進(jìn)行分組,每一優(yōu)先級對應(yīng)一組數(shù)據(jù)信道,各組信道中的信道數(shù)與各業(yè)務(wù)流量大致成比例。對于某一優(yōu)先級的業(yè)務(wù)通常只能在各自對應(yīng)的信道組內(nèi)進(jìn)行調(diào)度和資源預(yù)留,當(dāng)較高優(yōu)先級的業(yè)務(wù)預(yù)留失敗時可以在較低優(yōu)先級的信道組內(nèi)進(jìn)行再調(diào)度,尋找空隙信道資源。2邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)模型我們將文獻(xiàn)提出的數(shù)據(jù)信道分群調(diào)度策略應(yīng)用到多粒度光交換網(wǎng)絡(luò)中,主要思想為:當(dāng)我們?yōu)橐粋€(源,目的)節(jié)點(diǎn)對分配一條路徑以后,根據(jù)這條路徑可以確定相應(yīng)的波帶路徑:當(dāng)某業(yè)務(wù)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)與該條波帶路徑的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)相同、邊緣節(jié)點(diǎn)根據(jù)相同的目的地址對IP包進(jìn)行匯聚時,可以為這些業(yè)務(wù)分配該條波帶路徑,產(chǎn)生的突發(fā)包可以在該波帶內(nèi)任意信道(波長)上發(fā)送:在中間節(jié)點(diǎn),沒有數(shù)據(jù)要傳送到沿著路徑以外的節(jié)點(diǎn)(即沒有波長需要分接),所以不需要將這一波帶解復(fù)用到波長,因而這種方式不會增加交換的復(fù)雜程度。在核心節(jié)點(diǎn),分配在某信道群中的突發(fā)數(shù)據(jù)只能在該信道群中調(diào)度,所以只需要帶內(nèi)波長轉(zhuǎn)換,與一般的OBS網(wǎng)絡(luò)相比,減少了大量的波長轉(zhuǎn)換器。基于上述思想的多粒度光交換網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。其中計(jì)量器的功能是統(tǒng)計(jì)各信道群中的平均負(fù)載。計(jì)量結(jié)果發(fā)送至判決器進(jìn)行判決。判決的結(jié)果發(fā)送至OBS管理單元幫助其判斷下一步的控制操作。核心節(jié)點(diǎn)主要完成光纖、波帶和波長的交換,以及信道群內(nèi)的突發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)度。3負(fù)載平衡波帶分配為減小交換的復(fù)雜度,假定采用不可重配置交換結(jié)構(gòu),波帶中波長的數(shù)目按照均勻分配原則;為能夠?qū)崿F(xiàn)信道群內(nèi)突發(fā)數(shù)據(jù)的調(diào)度,允許帶內(nèi)波長轉(zhuǎn)換;采用最短路徑的路由分配方法以減小突發(fā)數(shù)據(jù)的偏置時間:規(guī)定邊緣節(jié)點(diǎn)處采用相同目的節(jié)點(diǎn)的匯聚機(jī)制,另外假設(shè)突發(fā)數(shù)據(jù)的偏置時間范圍為(0,t),可將偏置時間分成[0,t/N],[t/N,2t/N],…[(N-2)t/N,(N-1)t/N],[(N-1)t/N,t]的N個時間域,按照時間值從小到大的順序,分別編號為1,2,3,…N。同時根據(jù)偏置時間所屬的時間域,將突發(fā)數(shù)據(jù)分成N個等級。我們將偏置時間最小的突發(fā)數(shù)據(jù)定義為最高等級(等級1),次之的突發(fā)數(shù)據(jù)定義為第二等級,以此類推。其分配策略描述如下:步驟1:在OBS邊緣節(jié)點(diǎn),當(dāng)業(yè)務(wù)到達(dá)時,對IP分組進(jìn)行匯聚、分類并進(jìn)行標(biāo)記;步驟2:為業(yè)務(wù)群分配一條最短路由,同時建立波帶連接。為業(yè)務(wù)群內(nèi)每一種等級的業(yè)務(wù)分配一個波帶;步驟3:計(jì)量器持續(xù)統(tǒng)計(jì)每一信道群中的平均負(fù)載,并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)送至判決器;步驟4:預(yù)先設(shè)定各信道群的負(fù)載平衡門限LB-TH值,判決器以計(jì)量器計(jì)量結(jié)果為依據(jù),比較各信道群的負(fù)載是否超過負(fù)載平衡門限。當(dāng)某信道群的負(fù)載超過門限時,將判決結(jié)果送至OBS管理單元,作為管理單元控制發(fā)送的依據(jù):步驟5:管理單元根據(jù)判決結(jié)果決策,在邊緣節(jié)點(diǎn)將負(fù)載超過門限的某類突發(fā)數(shù)據(jù)按比例部分轉(zhuǎn)發(fā)至未超過門限的信道群。其轉(zhuǎn)發(fā)的原則為:當(dāng)有信道群的負(fù)載超過門限值時,以負(fù)載平衡門限和中間等級(中間等級號定義為M=N/2,N為偶數(shù);或M=(N+1)/2,N為奇數(shù))的群為參照,采用折半查找法,從等級為1的群開始,負(fù)載量高且等級高的信道群內(nèi)的突發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至負(fù)載量低且等級低的信道群內(nèi)。圖4舉例說明了轉(zhuǎn)發(fā)原則。例如有5個等級的信道群,采用折半的方法,以等級為3的群作為參照,等級大于3的群為高等級群,等級小于等于3的群稱為低等級群。從等級為1的群開始查找,由于Δ13>Δ14>Δ15,所以我們將信道群1中的部分突發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至信道群3中;由于Δ25>Δ24則將信道群2中的部分突發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至信道群5。與OBS信道分群策略不同的是本負(fù)載平衡波帶分配策略對轉(zhuǎn)發(fā)比例有明確的規(guī)定:假設(shè)當(dāng)前某信道群內(nèi)平均負(fù)載為Lcurrent,負(fù)載門限為LB-TH,那么轉(zhuǎn)發(fā)到其它信道群的突發(fā)數(shù)據(jù)的比例為α=[(Lcurrent-LB-TH)/Lcurrent]我們提出的負(fù)載平衡波帶分配策略首先將業(yè)務(wù)分類,并給不同等級的業(yè)務(wù)分配不同的波帶;當(dāng)某個信道群的業(yè)務(wù)負(fù)載過高時,由于不能將單個突發(fā)數(shù)據(jù)調(diào)度到其它信道,所以可通過向其它信道群調(diào)度多個突發(fā)數(shù)據(jù)的方式,來降低單個信道群的負(fù)載,從而實(shí)現(xiàn)各個信道群中負(fù)載的平衡?？傊?多粒度光交換技術(shù)是下一代光網(wǎng)絡(luò)一自動交換光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一,它簡化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及其控制系統(tǒng),提高了光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳送效率和吞吐容量,大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)處理能力的靈活性。本文將光突發(fā)交換中