多域ASON資源預留方案研究

摘 要:根據源路由方式的特點，將域內資源預留方案擴展到多域ASON中，形成三種域間資源預留方案:域間保守前向資源預留、域間貪婪前向資源預留和域間后向資源預留。仿真結果表明，隨著網絡負載的加大，域間貪婪前向資源預留由于占用了過多的冗余資源，其阻塞率逐漸超過域間保守前向資源預留方案，而域間后向資源預留方案在任何網絡負載情況下都具有最小的阻塞率。

關鍵詞:多域ASON; 源路由; 域間資源預留

中圖法分類號:TP301.6文獻標志碼:A

文章編號:1001-3695(2010)06-2254-03

doi:10.3969/j.issn.1001-3695.2010.06.073

Research on resource reservation strategy in multidomain ASON

WANG Xiaoqiang1， XIAO Shangde2

(1.Dept. of Basic Course， Xijing University，Xi’an 710123， China;2.Dept. of RD， Nanjing Linkage(Group)Co，.Ltd，Nanjing 210013， China )

Abstract:According to the characteristics of source routing， expanded intradomain resource reservation strategies into three interdomainresource reservation strategiesadopted in multidomain ASON: interdomain conservative FRP， interdomain greedy FRP and interdomain BRP. The simulation results show that， with the increase of network traffic， the blocking ratio of interdomain greedy FRP gets higher than that of interdomain conservative FRP， because the latter occupy too much redundantresource. interdomain BRP has thelowest blocking ratioamong three strategies underany networktraffic.

Key words:multidomain ASON; source routing; interdomain resource reservation

資源預留是光網絡智能化的一項關鍵技術，它使用一定的路由及信令方案，實現對特定網絡資源的預留[1]。資源預留技術是實現諸如交換連接建立、網絡保護與恢復等各種智能化操作的基礎。

隨著ASON網絡規模日益擴大，如果將所有網絡設備放在同一路由域內管理，則單個節點需要維護以及節點間通過路由協議交互的信息將劇增，進而導致網絡收斂速度、路由算法效率急劇下降等一系列問題。為了提高網絡的可擴展性、靈活性和安全性，ASON將被劃分為多個路由域[2]，并采用分布式管理方式。為保證網絡的可擴展性，各路由域間只交換經過概括的信息。因此，網絡中的每個節點都不具有全網的詳細拓撲和資源使用信息。如何在這種缺少全局信息的條件下，為業務提供良好的跨域路由服務便成了網絡運營管理者迫切需要解決的重要問題。

目前，對多域ASON 的性能研究還處于起步階段，網絡的一些動態性能，如不同資源預留方案對網絡連接請求的阻塞率的影響等，都沒有得到深入研究。文獻[3]驗證了以往的域內RWA算法運用到多域網絡中時需要改進，文中的多域網絡模型和路由計算均采用了簡化的模型，并且對于波長預留采取了集中式方式，這與ASON分布式的資源預留方式不符。文獻[4]對域間路由算法進行了研究，但并沒有給出具體的資源預留方案。本文針對分層ASON 網絡的這一動態性能進行研究，主要研究比較了分層結構中的三種資源預留方案，并通過離散事件仿真技術比較了三種方案在實際網絡中的性能。

1 源路由方式下的域間資源預留方案

1.1 域間保守前向資源預留方案(interdomain conservative FRP)

該方案是基于動態路由的前向資源預留方案在多域網絡中的擴展，該方案的具體信令過程如下:

源節點收到連接建立請求后，根據本域的詳細拓撲、資源信息和域外的抽象信息，計算一條去往目的域邊界節點之間空閑波長最多的抽象路由。該抽象路由信息包括本域的詳細路由信息和域外的抽象路由信息(僅給出跨越某域的入口節點和出口節點)，如果存在多條這樣的路由，則隨機選擇一條。預留波長則在這條路由的空閑波長集中隨機選取(假設為λ)。然后，源節點發起連接建立信令過程，即初始化Resv信令包并將計算好的寬松路由寫入ERO[5]中。

當Resv信令包在源節點所在域內傳送時，收到信令包的每個節點預留波長λ并根據ERO中的路由信息將信令包轉發到下一跳。當信令包到達下一個域(非目的域)的邊界節點時，該節點則根據本域的詳細拓撲和資源信息對ERO中涉及該域的抽象路由進行擴展，擴展策略為選擇λ可用且跳數最少的路徑，并將擴展后的路由信息(經過的節點)記錄到ERO中。

當目的域邊界節點收到信令包后，計算本節點與目的節點之間是否存在波長λ可用的路徑。如果存在，則其處理流程與中間域邊界節點一致，即擴展該邊界節點到目的節點之間的抽象路由，并將信令包轉發給擴展路由上的下一跳，直至目的節點。至此，源宿節點之間的路由信息已具體到每一跳。

目的節點收到Resv信令包后沿反向路由向源節點發送被逐跳轉發的Conf信令包，該信令包中攜帶了源宿節點之間的完整路由信息。中間節點收到Conf信令包并待光交叉矩陣配置完成后，將該包轉發到上游節點。當源節點收到Conf信令包并配置完光交叉矩陣后，連接建立成功。

1.2 域間貪婪前向資源預留方案(interdomain greedy FRP)

該方案是基于固定路由的前向資源預留方案在多域網絡中的擴展，具體信令過程如下:

源節點的路由計算規則與前述方案一致，只是其初始預留波長為寬松路由上的空閑波長集。然后源節點發起連接建立信令過程，即初始化Resv信令包并將寬松路由計算結果寫入到ERO中，將寬松路由上的空閑波長集寫入到avail_set結構中。

當信令在域內傳送時，不同于固定路由方式下的預留方案的是:源節點無須預留去往下一跳節點鏈路上的所有空閑波長，而只需預留avail_set結構中的空閑波長。當Resv信令包達到下個域(非目的域)的邊界節點時，該節點選擇域內如下一條路徑作為入口節點和出口節點之間的擴展路由。該路徑上的空閑波長集與avail_set結構中的空閑波長集的交集中空閑波長數最多。這樣做是期望這些波長中的至少一個在目的域邊界節點到目的節點之間可用的概率盡可能大。如果存在多條這樣的路徑，則選擇一條跳數最少的作為擴展路由，并取該路徑上的空閑波長集與avail_set結構中的空閑波長集的交集對avail_set結構進行更新。然后，該邊界節點預留avail_set結構中空閑波長并繼續向下游節點轉發Resv信令包。同時，根據需要向上游節點發送Rls信令包以釋放剛從原avail_set結構中刪除的那些波長資源。Resv信令包在當前域內傳送時，每個中間節點則預留avail_set結構中的空閑波長。

目的域邊界節點收到信令包后執行同樣的操作。如果發現本節點到目的節點的空閑波長集與avail_set結構的空閑波長集的交集不為空，即源、宿間路由上至少有一個波長可用，該邊界節點則擴展抽象路由并更新avail_set結構，然后繼續向目的節點轉發Resv信令包。目的節點收到信令包后，從avail_set結構的空閑波長集中隨機挑選一個作為最終使用波長，并通過一個沿反向路由逐跳轉發的Conf信令包對上游節點的光交叉矩陣進行配置，同時釋放各鏈路上所預留的多余波長。當源節點收到Conf信令包并配置光交叉矩陣后，連接便建立成功。

圖1給出了該方案的信令過程圖，其中的Tt、Tp、Tc分別代表信令傳輸時延、信令處理時延及節點光交叉矩陣配置時延。

1.3 域間后向資源預留方案(interdomain BRP)

該方案是基于固定路由的后向資源預留方案在多域網絡中的擴展。該方案中，源節點以及所有域的入口邊界節點對抽象路由的擴展與前述的域間貪婪前向資源預留基本一致。有一點不同的是，信令在前向過程中并不進行資源預留，而只探測空閑波長，即前向過程信令包為Prob。當目的節點選定一個預留波長后，即向源節點發送一個逐跳傳送的Resv_Conf信令包，以預留波長并配置光交叉矩陣。當源節點收到Resv_Conf信令包，預留指定波長并配置好光交叉矩陣后，連接建立成功，此方案的信令過程如圖2所示。

2 仿真及分析

采用如圖3所示的泛歐光網絡(optical panEuropean network， OPEN)作為仿真網絡拓撲，網絡中共有28個節點，分為兩層、第0層由四個路由域組成。采用文獻[6]描述的仿真平臺進行仿真。該仿真平臺對基于NS2的單域ASON仿真平臺進行了擴展，添加了分域分層、拓撲聚合等分層網絡必要的功能。

在仿真中，主要測試三種資源預留方案的域間連接阻塞率。業務請求均勻分布于源、宿節點之間。連接請求的到達服從均值為λ的泊松分布，而連接請求的持續時間服從均值為1/μ的指數分布，即全網的總負載為λ/μ。節點之間由雙向光纖連接，每根光纖的波長數為32，且節點均不具備波長轉換功能。另外，每個連接請求將試圖在源節點與目的節點之間建立起一條雙向光通道，在該雙向通道的兩個方向上須使用相同的波長及路由。域內路由計算和波長分配分別采用最短路徑和隨機分配算法，而資源預留統一采用前向資源預留方案。另外設定，每條鏈路上的傳送時延Tt為1 ms(對應的物理距離約為200 km)。每個信令包的處理時延TP設置為0.1 ms。節點交叉矩陣配置時延Tc為5 ms。仿真中，固定了業務的持續時間，而選取一系列數值作為業務到達速率的均值，以仿真不同程度的網絡負載情況。

從圖4中可以看出，網絡負載較輕時，貪婪前向預留方案的阻塞率要比保守前向預留方案低，原因已經在前面進行了分析。這是因為前者只預留一個波長，而后者預留了更多的波長，使得后者預留的波長在目的域邊界節點到目的節點可用的概率相對前者要大。這時，貪婪風格的預留方式并沒體現出它占用過多冗余資源的劣勢。

當網絡負載加大時，可以看到貪婪前向預留方案的阻塞率逐漸超過保守前向預留方案，這是由于跨域連接建立時，經過的節點和鏈路多，貪婪風格預留方案占用了過多的冗余資源(一條連接只需使用其中一個波長，預留的其他波長對本連接來說是多余的)。這種方案雖然能提高本連接資源預留成功的概率，卻降低了其他同一時期內到達的連接請求資源預留成功的概率(如兩個連接請求的路由至少共用同一條鏈路，預留波長時將加大沖突概率)。因此，在網絡負載加大時，這種方案的劣勢逐漸體現出來。

對于域間后向資源預留方案，它的阻塞率在三者中最低。這是由于該方案在信令前向過程中避免了預留冗余資源。這種情況下，并不會降低其他連接請求資源預留成功的概率。因此，其阻塞率較其他兩種方案要低。

3 結束語

資源預留作為光網絡智能化的一項關鍵技術，是影響連接建立成功概率和連接建立時間長短的重要因素。目前，對資源預留方案的研究主要集中在單域網絡。而在多域網絡中，由于每個節點都不具有全局信息，故其資源預留將較域內資源預留更為復雜。

本文將域內資源預留方案擴展到多域網絡中，測試并比較了三種資源預留方案的性能。其中域間后向資源預留方案由于避免了預留冗余資源，在三種方案中具有最低的阻塞率。而隨著網絡負載的加大，可用資源減少，貪婪前向預留方案由于占用了過多的冗余資源，其阻塞率會逐漸超過保守前向預留方案。

參考文獻:

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