基于OBS—JET協議的光網路由設計

摘 要： 全光網絡的RWA算法，認為整個網絡處于一種理想狀態。而在實際傳輸過程中，由于非理想的傳輸設備，物理層傳輸損傷達到一定程度時，信號不可接受。為了在OBS網絡中提供高質量的連接，提出一種充分考慮網絡中的信號質量和網絡狀態的路由機制，使得在選取路徑時盡量繞開那些存在故障或繁忙的節點，并根據網絡的狀態變化重新定位路徑，確保網絡的服務質量。

關鍵詞：全光網絡設計 光突發交換 JET

中圖分類號：TN9 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）10-0013-01

一、引言

全光OBS網絡中，基于JET（Just-Enough-Time）協議的數據突發在某個連接核心節點間無須進行O-E-O轉換，所行進的光路是由先前發出的控制信息事先安排好的，路由和分配（RWA）算法用來決定滿足連接的光通路。大多數的RWA問題在處理的時候認為，在理想的光網絡中，信號沿光通路傳輸是沒有錯誤的。但是，在實際的傳輸過程中，物理層的確存在傳輸損傷，并且有可能嚴重的影響整個光網絡的性能。在OBS網絡中，由于數據突發無須進行O-E-O轉換和再生，非理想的傳輸設備容易產生噪聲和信號變形，這些噪聲和信號變形沿光路進行積累。有時造成比特錯誤率（BER）異常升高，所接收到的信號不可接受，從而引起物理層的阻塞，光通路不可用。因此，在OBS網絡中RWA問題要充分考慮網絡中的傳輸狀態問題，提供動態連接。智能理由設計可以在監測出網絡中的故障后提供一個應急處理，使得網絡盡可能的保存通暢。

在高速光網絡中，放大器噪聲和極化模式色散是兩種重要的線性損傷。如果積累的噪聲使光信噪比（OSNR）低于門限要求，光通路就不能使用。相比傳統的RWA，具有智能的RWA在計算和建立光通路時，考慮了物理層損傷這一因素，通過搜索合適的光通路，可以有效的減少連接阻塞，有效的控制網絡資源的利用。

二、JET協議的局限性

JET協議基于RFD，是光域中的突發交換協議。JET允許數據信道的交換完全在光域中進行，其控制由在電域處理的突發控制分組信息決定。其偏置起始時間是在邊緣節點預先設定好的，從而降低了核心節點在頭部處理和光電處理能力的要求。

首先，對于偏置時間的設置問題，對于初始時間即不能太大，也不能太小，但究竟如何設置才能達到一個最優的效果，這是JET協議在今后研究中需要解決的問題之一。

其次，雖然目前已有多種機制進行沖突規避，如波長變換、光纖延遲、偏射路由等，但應如何協調他們之間的工作？波長變換以及光纖延遲的使用很大程度上牽涉到成本問題，過度的依賴會造成網絡成本的急劇升高，而偏射路由與網絡的拓撲結構密不可分。因此，如何找到一個它們之間的最佳結合點，也是JET協議需要解決的問題之一。

三、算法思想

由于絕大多數RWA算法將OBS網絡看作是一個理想網絡，在光通路由分配的時候并沒有考慮傳輸損傷，不能對低信號質量的傳輸進行補償，從而造成了較差的QOS，甚至無法提供有效的服務。

一般的路由設計主要包括兩個步驟：光通量計算和光通量確認。每種算法使用網絡層模塊來識別光通路。而不考慮此鏈接的傳輸損傷。如果沒有可用的路由或波長，網絡層的資源不足，鏈接請求就被阻塞。這種阻塞成為網絡資源阻塞。

而具有智能的路由算法采用最優路徑算法，所有候選的最短路徑都通過其波長拓撲進行計算，在物理層模塊考慮到其信號質量后，來進行最短路徑的加權運算。如果傳輸信號質量不低于閥值，說明信號可以滿足一定的信號要求，能夠保證其較好的QoS，源節點就可以允許使用該光通路進行連接。如果傳輸信號質量低于閥值的不能保證其信號的QoS，此時我們將其所在的路徑設為網絡擁塞。然后重新進行最短路徑的計算，選擇新的最優路徑進行傳輸。

四、算法描述

算法的具體實現步驟如下：步驟1：對于一個具有指定源/目的節點的連接請求，使用最短路徑算法（即Dijkstras算法），從網絡拓撲矩陣中計算出最短路徑。如果最短路徑存在，則發送DBH和DB；如果最短路徑不存在，則把DBH和DB丟棄。步驟2：各節點對收到的信號進行監測，如果發現收到的信號質量不小于設定的閥值，則進行正常傳輸；如果收到的信號質量小于設定的閥值，則表明信號已不能保證服務質量，將信號丟棄。并且向各邊緣節點發送故障信息。步驟3：邊緣節點收到發送的故障信息后，將網絡拓撲矩陣中的發送信息的節點和它的前驅節點間的對應路徑權值設為∞。步驟4：如果某節點發送信息時，所有的光路都被占用，則給節點向各邊緣節點發送繁忙信息，并且監測模塊中的計時器開始計時，每隔一個時間段檢測有沒有空閑可調用的光路，如果沒有繼續向各邊緣節點發送繁忙信息。如果此時檢測到有空閑可用的信息，則向各邊緣節點發送空閑信息。步驟5：邊緣節點收到發送的繁忙信息時，將網絡拓撲矩陣中的發送信息的節點和它的后繼節點間對應路徑權值加1，如果收到的是空閑信息，則將網絡拓撲矩陣中發送信息的節點和它的后繼節點間對應的路徑權值改為（其中n為收到空閑信息前矩陣中對應的權值）。如果=1，則向發送空閑信息的節點發送停止計時信息。步驟6：如果節點收到邊緣節點發來的停止計時信息，則讓監測模塊中的計時器停止計時。步驟7：重新計算最短路徑。

五、算法分析

如果監測到光路上的信號小于所定的閥值，則說明網絡中的信號無法保證其服務質量。說明該節點和上一節點間出現了故障。此時把網絡拓撲矩陣中的權值設為∞，即將該光路設為阻塞狀態。以使選取最短路徑時選取其它的路徑，從而減少了信息的丟棄率。如果發現一個節點中所有光路都被占用，這說明該節點和后一節點間的線路繁忙，算法中讓網絡拓撲中對應的權值增加，使得其所在的光路通過最短路徑計算后，不再是最短，從而為該線路進行了分流，如果一定時間后仍然繁忙，則權值繼續增加。如果該線路空閑，則其對應的權值以開平方的速度減少，使該線路快速的恢復。有效的減少了連接阻塞，有效的控制網絡資源的利用。

作者簡介：王秋云（1962-），女，漢族，山東曲阜人，學士，實驗師，研究領域：物理實驗方法。