馮 雪 龐尚珍

[摘 要]介紹了IP via MPLS over DWDM網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及幾種路由算法的優(yōu)缺點。

[關(guān)鍵詞]MPLS DWDM OXC

[中圖分類號]TN929[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0010-02

1 IP via MPLS over DWDM網(wǎng)絡(luò)

在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)范疇內(nèi),由MPLS業(yè)務(wù)量工程控制層來執(zhí)行至關(guān)重要的選路、監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)生存性功能,也就是使用MPLS來提高網(wǎng)絡(luò)性能和執(zhí)行流量工程(TE),同時由光網(wǎng)絡(luò)層來提供DWDM傳輸和波長路由的光層“電路級”聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。簡言之,就是多協(xié)議波長交換技術(shù),它是IP via MPLS over DWDM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種實現(xiàn)形式,以波長為標(biāo)簽,直接在波長信道上以標(biāo)簽交換方式交換單個的IP包,可在很大程度上簡化多層網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)[1]。如圖1所示。

在網(wǎng)絡(luò)的邊緣,當(dāng)IP數(shù)據(jù)包到達一個LER時,LER要分析IP包頭的信息,并且按照它的目的地址和業(yè)務(wù)等級加以區(qū)分。MPLS將所有需要做相同轉(zhuǎn)發(fā)處理并且轉(zhuǎn)發(fā)到相同下一跳的分組歸入到同一轉(zhuǎn)發(fā)類中。轉(zhuǎn)發(fā)時,將數(shù)據(jù)包從標(biāo)簽信息庫所規(guī)定的下一個接口發(fā)送出去。在網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)一個帶有標(biāo)簽的包到達LSR時,LSR提取入口標(biāo)簽作為索引在標(biāo)簽信息庫中查找。當(dāng)LSR找到相關(guān)信息后,取出出口的標(biāo)簽,并由出口標(biāo)簽替代入口標(biāo)簽,從標(biāo)簽信息庫中所描述的下一跳接口送出數(shù)據(jù)包。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達了MPLS域的另外一端時,LER剝?nèi)シ庋b的標(biāo)簽,仍然按照IP包的路由方式將數(shù)據(jù)包繼續(xù)傳送到目的地。由于數(shù)據(jù)包使用的標(biāo)簽具有轉(zhuǎn)發(fā)的惟一性,降低了轉(zhuǎn)發(fā)表的查找次數(shù),因而提高了包的轉(zhuǎn)發(fā)速度。把MPLS引入DWDM網(wǎng)絡(luò)中,一個端到端的光路徑就是一個獨立的LSP。而且,在LSP建立后,在數(shù)據(jù)傳送過程中,LSR節(jié)點不需進行顯式的標(biāo)記處理及查詢操作,任何鏈路層成幀的處理及電再生都沒有。在這里,標(biāo)記與DWDM波長通道是對應(yīng)的,一個LSR接口端口不同的LSP不能共享同一標(biāo)記。

該方案的一大特色就是將標(biāo)簽和DWDM波長信道聯(lián)系起來,分立波長或光信道就類似于標(biāo)簽,并允許使用MPLS信令來指配光信道。這時一個端到端的光路就類似于特定的標(biāo)簽交換通道(LSP),也就是在光節(jié)點之間形成的標(biāo)簽交換通道。因此,特別適用于由可重構(gòu)的OADM和OXC組成的以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為核心的光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,由此原理構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)可通過不同的IP用戶接入網(wǎng)絡(luò),有效地支持各種各樣的IP業(yè)務(wù)。

2 IP via MPLS over DWDM路由算法

2.1 MinLP算法與MinTH算法

光互聯(lián)網(wǎng)中LSP的路由算法是一個NP-hard問題,解決該問題通常都采用分層圖(Layered Graph,LG)模型[2],但LG模型存在如下缺陷:首先,在OX無波長轉(zhuǎn)換能力的情況下,如果一條LSP被多跳光路承載LG模型要求這些光路的波長必須相同,但GMPLS規(guī)定波長本身可以被作為標(biāo)記,承載LSP的光路的波長允許不一致,這樣LG模型可能增大網(wǎng)絡(luò)對LSP建立請求的阻塞率。再者,LG模型一般不考慮結(jié)點光收發(fā)器對網(wǎng)絡(luò)阻塞率的影響,但如果結(jié)點光收發(fā)器受限,新建光路時可用光收發(fā)器數(shù)可能成為LSP選路的制約瓶頸。針對LG模型的缺陷,MPLS over DWDM光網(wǎng)絡(luò)路由算法中比較典型的是文獻[3]提出的MinTH(Minimizing the number of Traffic Hops)和MinLP(Minimizing the number of Light-Path)算法, MinTH力求使每個LSP的源、宿結(jié)點對跨越的光路跳數(shù)最小,而MinLP要求承載LSP所要新建的光路數(shù)最少。MinTH算法主要考慮對單個LSP服務(wù)質(zhì)量的滿足,MinLP算法則考慮對網(wǎng)絡(luò)鏈路資源的優(yōu)化利用。

2.2 BRPS方法與RPPS方法

為了解決IP over DWDM網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)傳送問題,文獻[4]提出了帶寬資源預(yù)留的優(yōu)先級方法 (bandwidth reservation based priority scheme,BRPS)與基于限定路徑的優(yōu)先級方法(restricted path based priority,RPPS)。BRPS解決了傳統(tǒng)的基于波長資源預(yù)留的優(yōu)先級方法在虛鏈路建立時受到限制的問題,在低負載時,可以得到較低的阻塞率。RPPS通過為網(wǎng)絡(luò)中不同等級的業(yè)務(wù)分配不同數(shù)目的限定路徑RP,提供區(qū)分服務(wù)。RP選取為物理拓撲上的一條或多條最短路,它規(guī)定了業(yè)務(wù)路由時的資源選擇范圍。RPPS不但得到了較低的阻塞率,也解決了網(wǎng)絡(luò)資源的有效利用問題。BRPS的阻塞率要比WRPS的低。這主要是因為在WRPS中,部分波長資源被預(yù)留,邏輯鏈路的建立受到限制,網(wǎng)絡(luò)資源未能得到充分利用。而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負載強度高于800 Erlang時, RPPS的平均阻塞率比BRPS的低,相對于傳統(tǒng)的基于波長資源預(yù)留的優(yōu)先級方法而言, BRPS在低負載時有較低的阻塞率。

2.3 帶寬碎片消除法BDM

帶寬碎片消除法BDM的關(guān)鍵就在于如何根據(jù)到達的LSP建立請求的帶寬要求,以及全網(wǎng)的資源使用情況來構(gòu)造分層圖,并決定分層圖中邏輯IP鏈路和波長鏈路的權(quán)值。它利用到達業(yè)務(wù)流帶寬要求的統(tǒng)計特性,以及此時網(wǎng)絡(luò)中邏輯IP鏈路的資源使用情況,動態(tài)決定究竟是利用現(xiàn)存的邏輯IP鏈路還是在DWDM層新建光路來滿足業(yè)務(wù)流的LSP建立請求,從而可以有效減少產(chǎn)生的帶寬碎片數(shù)量,提高全網(wǎng)資源利用率,因此在建立LSP前,可以先對分層圖進行裁減,刪除那些不滿足帶寬要求的鏈路。然后在新的分層圖上采用最短路徑算法(如Dijkstra等)求出一條權(quán)值最小的通路;為了避免產(chǎn)生過多的帶寬碎片,在建立LSP時總是要盡量做到使網(wǎng)絡(luò)中所有邏輯IP鏈路上的剩余帶寬能夠滿足更多后續(xù)到達的LSP建立請求的帶寬要求,從而可以有效地保證接納更多的后續(xù)LSP建立請求。

2.4 蟻群算法ACA

實現(xiàn)QoS組播,需要進行有效的路由選擇,找到費用優(yōu)化的QoS組播路由樹,并為之分配波長。事實上,尋找這樣一棵QoS組播路由樹的問題是NP-hard問題,并且由于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的動態(tài)性、不精確性以及用戶QoS需求的難以準(zhǔn)確刻畫。因此,采用一個區(qū)間來度量QoS約束比較合適,而基于蟻群算法(Ant Colony Algorithm,ACA)[5]ACA是一種模擬自然界螞蟻尋徑行為的算法,利用蟻群尋找食物或蟻穴時具有找到最短路徑的特性,我們把它應(yīng)用于基于動態(tài)負載平衡的網(wǎng)絡(luò)邏輯拓撲求解,即螞蟻選擇路徑時,選擇某條路徑的概率是由路由上同類螞蟻的分泌物和總的分泌物強度折衷決定的,通過候選解組成群體的進化過程來尋求最優(yōu)解。在考慮網(wǎng)絡(luò)負載均衡的前提下構(gòu)造費用近優(yōu)組播路由樹,同時基于Chlamtac提出的波長圖(Wavelength Graph,WG)思想以最小化組播路由樹延遲為目標(biāo)進行波長分配,將組播路由樹構(gòu)造與 波長分配一體化考慮的算法,算法的核心在于:對于到達源路由器的一個有帶寬要求的業(yè)務(wù)連接建立請求LSP來說,如何判斷究竟是為它開辟新的波長通道好,還是在現(xiàn)存的基于IP級的虛拓撲上選擇一條可用的邏輯IP鏈路更好,在滿足用戶QoS需求的同時,使組播路由樹費用趨近最優(yōu)。這樣,算法的實質(zhì)就是保持負載分布的平衡性,同時也要使業(yè)務(wù)對間的路由盡量短。但ACA依然存在收斂于局部最優(yōu)解及收斂速度慢等缺陷。

綜上所述,IP via MPLS over DWDM網(wǎng)絡(luò)及路由算法在近期有較多研究,還有進一步研究的空間。

[參考文獻]

[1] 謝曉堯,熊煒.IP OVER DWDM網(wǎng)絡(luò)模式的研究[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第31卷第4期2002,08:112-115.

[2] Chen C and Banerjee S.A new model for optimal routing and wavelength assignment in wavelength division multiplexed optical networks.IEEE INFOCOM 1996,San Francisco,USA, April 1996:164-171.

[3] Zhu H Y,Zang H,and Zhu K Y,et al..A novel generic graph model for traffic grooming in heterogeneous WDM mesh networks.IEEE/ACM Trans.on Networking,2003,11(2):285-299.

[4] 崔新友等.IP over DWDM 網(wǎng)絡(luò)多業(yè)務(wù)傳送的路由算法[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2008, Vol.48, No.1.

[5] 王興偉,程輝,李佳等.一種IP/DWDM光因特網(wǎng)中的組播路由算法[J].東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2003,24(12):1165-1168.