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研究了波带交换中的静态业务疏导算法。波带交换可以有效地减少波长交换的端口数量,但是当波带粒度值取固定值时,波带的粒度难以取得合适值。波带的粒度大,有助于减少交换端口的数量,但是波带利用率低;波带粒度小,有助于提高波带利用率,但是交换端口的数量多。为此,提出了多粒度的波带取值方法。根据静态业务疏导与组播路由的相似性,提出了利用构造组播树解决静态疏导问题的方法。另外,为了减少波带与波长交换平面互联的端口数量,采用了同目的地的波带疏导策略,并针对这一疏导策略提出了一种新的波带疏导辅助图。仿真结果表明,相对于固定粒度的波带取值,可以有效地减少交换端口的数量,并提高波带利用率。
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书书书
第
32
卷
第
9
期
光
学
学
报
Vol.32
,
No.9
2012
年
9
月
犃犆犜犃犗犘犜犐犆犃犛犐犖犐犆犃
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,
2012
基于组播树的多粒度波带静态疏导算法
杨
帆
徐展琦
邱智亮
许齐钦
王正平
邢淇翔
(西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,陕西 西安
710071
)
摘要
研究了波带交换中的静态业务疏导算法。波带交换可以有效地减少波长 交 换 的 端 口 数 量,但 是 当 波 带 粒 度
值取固定值时,波带的粒度难以取得合适值。波带的 粒 度 大,有 助 于 减 少 交 换 端 口 的 数 量,但 是 波 带 利 用 率 低;波
带粒度小,有助于提高波带利用率,但是交换端口的数量多。为此,提出了多 粒 度 的 波 带 取 值 方 法。 根 据 静 态 业 务
疏导与组播路由的相似性,提出了利用构造组播树 解 决 静 态 疏 导 问 题 的 方 法。另 外,为 了 减 少 波 带 与 波 长 交 换 平
面互联的端口数量,采用了同目的地的波带疏导策 略,并 针 对 这 一 疏 导 策 略 提 出 了 一 种 新 的 波 带 疏 导 辅 助 图。 仿
真结果表明,相对于固定粒度的波带取值,可以有效地减少交换端口的数量,并提高波带利用率。
关键词
光计算;多粒度光交换;波带;组播树;波带业务疏导辅助图
中图分类号
TN915
文献标识码
A
犱狅犻
:
10.3788
/
犃犗犛201232.0906004
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狆
犺
犗犆犐犛犮狅犱犲狊
060.6781
;
060.1155
;
060.4251
;
060.4253
收稿日期:
20111230
;收到修改稿日期:
20120515
基金项目:国家
863
计划 (
2009AA01ZZ254
)、
ISN
国 家 重 点 实 验 室 基 金 (
ISN1104003
)、中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项
(
K50510010025
)、高等学校创新引智计划(
B08038
)和陕西省自然科学基金(
2011JM8037
)资助课题。
作者简介:杨
帆(
1973
—),男,博士,副教授,主要从事光网络方面的研究。
Email
:
fan
y
@
xidian.edu.cn
1
引
言
随着波分 复 用 (
WDM
)技 术 的 快 速 发 展,目 前
一根商用光纤中 复 用的 波 长数 量 已达
160
路,实验
室中已经可 达
1000
路
[
1
~
3
]
。随 着 光纤 中复 用的 波
长数量不断增长,如果使用纯波长交换的话,需要大
量的交换端口,管理控制复杂。为此,多粒度光交换
应运而生
[
4
]
。多粒度 光 交换 由 光纤 交 换、波带 交 换
和波长交换构成,由于光纤和波带中包含多个波长,
因此对光纤和波带 的 交换,可 以 完成 多 个波 长 的交
换,有效地节省 波长 交 换的 端 口数 量。 本文 研 究多
粒度光交换中的波带交换技术。波带中包含的波长
数量,称 为 波 带 粒 度。 波 带 粒 度 的 取 值 非 常 关 键。
以往波带交换的研究中,波带粒度往往取固定的值。
但是这会产生如下的矛盾:波带粒度大时,有助于减
09060041
光
学
学
报
少波带交换的端口数量,但是波带的利用率低,现有
的许多研究结果表 明,波带 粒 度大 时 波带 的 利用 率
往往要 低 于波 带 粒度 小 时的 波 带利 用 率
[
5
~
7
]
;波带
的粒度小时,波带的利用率虽然高,但是波带交换的
端口数量大。因此波 带 的粒 度 难以 取 得合 适 的值。
解决这一问题的途径,是采用多种波带粒度,根据节
点间的业务量
,选取 合 适粒 度 的波 带 承载 业 务。 本
文研究多种波带粒度 取 值下 的 静态 波 带疏 导 算法。
静态波带疏导算法,是 指 当节 点 间的 统 计业 务 量已
知时,如何将节点间的业务进行汇聚,消耗尽量少的
波带资源来传输业务。静态疏导算法主要用于光网
络的规划设计
[
8
,
9
]
。
对于静态 波带业 务疏导 算法而 言,有 两个重 要
的目标:
1
)减少波带的使用数量,从而减少波带交换
平面的交换端口数 量,降低 交 换设 备 的成 本 及复 杂
度;
2
)提高波带的利用率,使波带中的空闲波长数量
少,减少网络中 总的 波 长消 耗 数量。要 减少 波 带的
数量,必须使用 大粒 度 波带。但 如果 采 用大 粒 度的
波带导致波带利 用 率降 低,是得 不 偿失 的。 为了 解
决这个问题,采用了两种方法:
1
)通过构造组播树的
方法来提高波带的利用率;
2
)采用波带分裂的方法,
一个大粒度的波带,如果还剩有空闲波长,将被分解
成为多个小粒度的波带,在小粒度的波带层次上继续
使用
。仿真结果表明,采用了多种波带粒度后,波带
的使用数量,与采用最大的单一粒度波带时的波带数
量基本相当,但是波带利用率大幅度提高。
2
一种新的同目的地的波带业务疏导
辅助图
把节点间的业务用波带装载时,有两种方法:
1
)
向上装载,即把业务用 一 个比 它 自身 业 务量 大 的波
带装载。例如节点间的业务量为
12
个波长,可以将
其装入粒度为
16
个波 长 的波 带。 这种 方 法的 好 处
是波带的使用数量 少,但是 波 带内 会 出现 空 闲的 波
长。
2
)向下装载,即 把 业务 依 次装 入 多个 粒 度逐 次
降低的波带中
。例 如把
12
个波 长 的业 务 分别 装 入
1
个
8
粒度的波带和
1
个
4
粒度的波 带。这种 方法
的好处是波带中的 空 闲波 长 少,但是 使用 的 波带 数
量多。为了减少波 带 的使 用 数量,从 而 减少 波 带交
换的交换端口数 量,本文 采 用第 一 种方 法。 由于 这
种方法会在波带中 产 生空 闲 波长,因 此 减少 空 闲波
长的数量,提高波带利用率,是本文算法的最主要目
标。通过使用波带 疏 导的 方 法,将多 个业 务 汇聚 在
一个波带中传输
,来 达 到这 一 目标。例 如上 面 的例
子中,粒度为
16
的波 带 中空 闲 的
4
个波 长,可以 通
过疏导算法来传输其他业务。
利用波带 疏导,可以用已 建波带 中的空 闲波长
来传送其他业务
[
10
~
13
]
。为了充分使用已建波带,采
用了基于辅 助 图 的 方 法
[
14
~
17
]
。 把 节 点 间 的 已 建 波
带用逻辑路径表 示 出来
,与 物 理链 路 相区 别。 在为
业务计算路 由时
,把 逻 辑 路 径 赋 予 较 低 的 权 值,这
样,业务就会优先使用已建的波带传输,从而达到使
用已建波带中空闲波长的目的。
对于波带疏导策略,使用同目的地的策略,即把
目的地相同的业务汇聚在一个波带中传输。之所以
使用同目的地的策略,主要是因为:在以往多粒度光
交换的研究中,波带交 换 平面 与 波长 交 换平 面 需要
耗费大量的互联端 口,会到 达 波带 交 换平 面 端口 数
量的
40%
[
18
]
。出现这种现象的原因,是在把波长业
务汇聚成波带时,把目 的 地不 同 的波 长 业务 汇 聚在
了一起。在这些业 务 共同 路 径的 终 点,需要 把波 带
解复用成波长,然后把这些波长送入波长交换平面,
并交换到各自不同的传输路径上去。而使用同目的
地的疏导策略,由于将 目 的地 相 同的 波 长业 务 汇聚
成一个波带传输,因而 波 带中 的 业务 就 不需 要 依靠
波长交换平面来分 离 其传 输 路径,从 而 波带 交 换平
面可以不需要与波 长 交换 平 面互 联,可节 省 大量 的
波带交换端口。
在图
1
(
a
)中描述了同目 的地的 疏导策 略,图 中
有
3
个节点,节点
1
到节 点
3
之间 建 立有 一 个途 经
节点
2
的波带,则在节点
1
与节点
3
之间,节点
2
与
节点
3
之间,有 逻 辑 路 径 相 连 接,如 图 中 的 虚 线 所
示,表示节点
1
去往节 点
3
的业 务 以及 节 点
2
去往
节点
3
的业务 可 以 在 这 个 波 带 中 传 输。 在 图
1
(
b
)
中给出了同目的地 的 疏导 辅 助图。图 中分
3
层,其
中
wavebandla
y
er
用来表 示 物理 拓 扑的 连 接关 系,
而
accessla
y
er
和
link
p
athla
y
er
是逻辑层,已 建波
带的逻辑路径存在于逻辑层中。为逻辑路径赋予小
的权值,业务使用最短路径进行路由时,就会优先地
使用逻辑路径,即使用已建的波带来传输业务,从而
可以提高已建波带上的波长利用率。该辅助图的另
一个用处是 可以 统计 波带 交换 中 一 个 重 要 的 器 件
(波带复用器)的使用情况。辅助图中之所以用
2
个
逻辑层,主 要 是 为 了 统 计 使 用 的 波 带 复 用 器 数 量。
在 一 个 交 换 节 点,如 果 为 一 个 波 带 分 配 了 复 用
器
[
19
]
,以后再有业务在这个节点和该 波带中 的已有
业务进行汇聚时,就可以使用已分配的复用器,不必
09060042
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