【摘要】 針對當前IP overWDM光網(wǎng)絡中業(yè)務量疏導技術(shù)研究的問題，提出了一種新的支持多優(yōu)先級服務質(zhì)量的業(yè)務疏導機制。該機制結(jié)合了搶占和流量分割技術(shù)，能夠基于業(yè)務流QOS的需求選擇恰當?shù)氖鑼窂?。仿真結(jié)果表明，該機制能有效降低具有時延約束的高優(yōu)先級連接請求阻塞率。

【關(guān)鍵詞】 業(yè)務疏導 流量分割 搶占

一、引言

目前，關(guān)于IP over WDM光網(wǎng)絡中的疏導問題，已有一定的文獻做了相關(guān)研究。文獻[1]研究了一種用于WDM的光服務質(zhì)量模型，通過分析一組與光路質(zhì)量和可靠性相關(guān)的光參數(shù)，討論了如何利用這種模型為區(qū)分業(yè)務提供QOS保證。文獻[2]研究了一種區(qū)分業(yè)務服務質(zhì)量的搶占機制，用來在業(yè)務中斷情況下快速恢復高優(yōu)先級業(yè)務。然而當網(wǎng)絡高負載下，高優(yōu)先級業(yè)務請求的帶寬較多時，由于在單條路徑上難以實現(xiàn)搶占，仍容易受到阻塞。

針對以上問題，本文設(shè)計出了一種基于多優(yōu)先級的業(yè)務疏導機制。該機制能夠基于業(yè)務流QOS的需求選擇恰當?shù)氖鑼窂?，同時結(jié)合搶占和流量分割技術(shù)，在保證業(yè)務請求的時延約束條件下，有效降低高優(yōu)先級連接請求阻塞率。

二、具有時延約束的多優(yōu)先級業(yè)務疏導機制

2.1 基于QOS多優(yōu)先級的分級策略

通常，業(yè)務在每段鏈路上的時延由節(jié)點的處理時延、排隊時延、報文的發(fā)送時間以及傳播時延構(gòu)成。采用加權(quán)公平隊列調(diào)度算法，并通過漏統(tǒng)整形，路徑的傳播時延表示如下：

D（s，d）=+++πii （1）

其中，b為業(yè)務流的突發(fā)長度，σ為預留帶寬，n為業(yè)務經(jīng)過的路徑跳數(shù)，Lmax為業(yè)務流的最大分組長度，Ci為第i跳鏈路的帶寬，πi為第i跳的傳輸時延。

路徑的時延抖動為：

J（s，d）=+ （2）

根據(jù)對QoS 的要求[6]，可將業(yè)務劃分為3個優(yōu)先級：Class0，Class1 和Class2，優(yōu)先級別逐漸降低。Class0 業(yè)務需要同時滿足端到端的傳輸時延和時延抖動的約束，如聚合視頻流業(yè)務。Class1 業(yè)務則需要滿足端到端的時延約束，如聚合語音流業(yè)務。對于Class2 業(yè)務，網(wǎng)絡在能夠滿足其帶寬需求的前提下盡力傳輸。

對于不同QOS要求的業(yè)務，疏導側(cè)重點不同。對于Class0業(yè)務和Class1業(yè)務，采用選擇已有直達光路→選擇現(xiàn)有由多條光路構(gòu)成的多跳路徑→新建一條直達光路→通過結(jié)合使用已有光路和新建光路的疏導策略，以盡可能地滿足其連接要求，同時由于時延約束的要求，其在傳輸路徑上經(jīng)過的跳數(shù)還需要加以限制。對于Class2業(yè)務，由于并沒有QOS保證要求，對疏導路徑的選擇也不做嚴格限制，故其疏導策略為選擇已有直達光路→選擇現(xiàn)有多個光路形成的多跳路徑。如果Class0 和Class1業(yè)務通過上述策略依舊無法建立連接，則需要使用流量分割和多路搶占技術(shù)來保證新業(yè)務連接請求的成功建立。

2.2 流量分割和搶占技術(shù)

在對Class0 和Class1業(yè)務進行流量分割時，需要考慮時延約束的要求（對于Class0業(yè)務還需要考慮時延抖動的約束），所以對業(yè)務進行流量分割時，需要限制它們在傳輸路徑上經(jīng)過的跳數(shù)不超過Hmax（可根據(jù)用戶的時延要求和網(wǎng)絡具體情況進行設(shè)定）。另外，由于流量分割技術(shù)會增加網(wǎng)絡的信令處理和管理負擔，在進行流量分割時，有必要限制流量分割的數(shù)目不超過門限α來減輕網(wǎng)絡的負擔，同時降低算法的復雜度。

本文假定α為2。對于從s到d，適用于傳輸子業(yè)務流量的一個路徑集合K，做出這樣的約束：對于K中任意兩條路徑Lm和Ln，它們對應的路徑跳數(shù)分別為hm、hn（假設(shè)hm≥hn）要滿足：hn≤hm≤Hmax。

當網(wǎng)絡處于高負載時，大帶寬要求的高優(yōu)先級業(yè)務請求經(jīng)過流量分割后，也可能受到阻塞。為了保證高優(yōu)先級業(yè)務的接入，有必要引入搶占機制。在區(qū)分服務環(huán)境中，搶占機制常常被用于保證為高優(yōu)先級的用戶提供可靠的服務。當網(wǎng)絡沒有足夠的資源時，可以中斷低優(yōu)先級用戶的業(yè)務流，搶占它們的資源，從而保證高優(yōu)先級業(yè)務的優(yōu)先接入。為了適應流量分割的要求，需要在傳統(tǒng)的單一路徑搶占機制的基礎(chǔ)上進行擴展，將可被搶占的目標集擴展到多條路徑上。本文選擇經(jīng)典的Min_BW作為設(shè)計原型，把它改進為可以在多條路徑上實施搶占，從而提高大帶寬要求的高優(yōu)先級業(yè)務搶占成功率。算法的優(yōu)化目標按：（1）最小化被搶占的帶寬；（2）最小化被搶占的LSP優(yōu)先級；（3）最小化被搶占的LSP數(shù)目來實現(xiàn)搶占。

2.3 機制描述

如表1所示，綜合上述思想，具有時延約束的多優(yōu)先級業(yè)務疏導機制的主要步驟如下：

（1）對于Req（s，d，p，bw），如果p≠Class2，執(zhí)行步驟（2），否則，通過現(xiàn)有光路進行疏導。如果疏導失敗，拒絕Req（s，d，p，bw）。（2）通過現(xiàn)有光路、新建光路進行疏導，如果疏導失敗，執(zhí)行步驟（3）。（3）把Req（s，d，p，bw）價為兩個子業(yè)務Req（s，d，p，bwm）和Req（s，d，p，bwn），其中bw=bwm+bwn。嘗試在K中任意兩條路徑Lm和Ln上進行疏導。如果成功，執(zhí)行步驟（6），否則，執(zhí)行步驟（4）。（4）如果Bl=0，跳到步驟（5），否則將Bl所對應的路徑作為Ln，bwm=bw-BI，嘗試使用現(xiàn)有光路、新建光路、應用搶占，為Req（s，d，p，bwm）尋找一條路徑Lm，如果成功，并且滿足{Lm，Ln}[∪] K，跳到步驟（6），否則轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟（5）。（5）根據(jù)擴展后的Min_BW算法優(yōu)化目標在K中的任意兩條路徑上實施搶占，選擇一對合適的路徑作為Lm和Ln，如果成功，執(zhí)行步驟（6），否則拒絕Req（s，d，p，bw）。（6）接受Req（s，d，p，bw），把業(yè)務同時疏導到路徑Lm和Ln。

三、仿真分析

本文選用圖1所示的拓撲結(jié)構(gòu)作為目標網(wǎng)絡，對所提新機制的性能在OPNET下進行仿真分析。網(wǎng)絡包含14個節(jié)點，各個節(jié)點的結(jié)構(gòu)均為LSR/OXC雙層結(jié)構(gòu)，OXC不具有波長變換能力，每個節(jié)點的光收發(fā)器數(shù)目為T。各個節(jié)點通過單光纖鏈路進行連接。

假設(shè)鏈路中有10個波長信道。每個傳輸方向各5個波長，單波長容量設(shè)為10個單位。業(yè)務請求的到達服從均值為λ的泊松分布，連接請求的源、宿節(jié)點對由網(wǎng)絡隨機產(chǎn)生，帶寬請求在1到6個單位間整數(shù)均勻分布，業(yè)務保持時間服從均值為1/u的負指數(shù)分布，Class0、Class1、Class2業(yè)務的連接請求之比為 1：2：3。一個業(yè)務通過流量分割最多被疏導到兩條路徑上。Class0的最大光路跳數(shù)為3，Class1的最大光路跳數(shù)為5。對于每個連接建立請求，無等待隊列。如果建立不成功，則拒絕該請求。

從圖2可以看出，新機制下，沒有時延限制的Class2業(yè)務只能通過現(xiàn)有光路建立連接，同時受到其他高優(yōu)先級業(yè)務搶占的影響，阻塞概率持續(xù)上升。隨著網(wǎng)絡負載的逐漸增加，Class2阻塞的上升幅度加劇。

而具有時延約束的Class0和Class1業(yè)務，由于加入了流量分割和搶占技術(shù)，業(yè)務的阻塞概率相比Class2較低。而Class0處于業(yè)務類別的最高優(yōu)先級，對資源的搶占具有絕對優(yōu)勢，阻塞率最低。但隨著網(wǎng)絡負載的加大，鏈路逐漸趨于飽和，同時受到連接跳數(shù)的限制，大帶寬需求的業(yè)務也難找到合適的路徑進行傳輸，因此阻塞概率也會逐漸加大。如果允許一個業(yè)務流能夠被分割為更多的子業(yè)務流，高優(yōu)先級的阻塞概率會進一步下降，但也同時意味著網(wǎng)絡更大的信令開銷。

從實驗中我們可以看到，通過對大帶寬請求的Class0和Class1業(yè)務實施流量分割和搶占技術(shù)，一定程度上緩解了網(wǎng)絡高負載下高優(yōu)先級大帶寬業(yè)務請求的接入不公平性，降低了連接請求的阻塞率。但在網(wǎng)絡高負載下，大帶寬業(yè)務請求要獲得完全的接入公平性，還需要應用一些專門的準入機制來協(xié)調(diào)控制，這也是我們今后的研究重點。

四、結(jié)論

本文提出了一種支持多優(yōu)先級服務質(zhì)量的業(yè)務疏導機制，該機制能夠根據(jù)業(yè)務流QOS的需求選擇恰當?shù)氖鑼窂剑行Ы档途哂袝r延約束的高優(yōu)先級連接請求阻塞率，緩解在網(wǎng)絡負載較大的情況下，高優(yōu)先級大帶寬業(yè)務請求的接入不公平性。但在業(yè)務流分割和搶占的同時，也帶來了更大的管理負擔和信令開銷。

參 考 文 獻

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