網絡通信系統的控制技術

由 欣 ，呂澤漢 ，葛天路 ，張 斌

1.91917部隊，北京 102401

2.海后衛生部，北京 100841

3.海軍工程大學通信工程系，湖北武漢 430033

網絡通信系統的控制技術

由 欣1，呂澤漢2，葛天路3，張 斌2

1.91917部隊，北京 102401

2.海后衛生部，北京 100841

3.海軍工程大學通信工程系，湖北武漢 430033

隨著信息技術的不斷發展，現代通信系統不僅能夠快速、準確傳輸與交換信息，同時又是集信息服務與計算機技術為一體的現代信息網絡，可以為當今社會提供多方面的、豐富多彩的信息服務，同時也廣泛應用于軍事領域。在通信系統中如何選擇路由，同時又避免傳輸路徑上業務量過載產生擁塞，都是系統的重要問題。本文對通信網絡控制中路由選擇與業務量控制進行了研究。

網絡通信；路由選擇；流量控制

網絡通信系統中流量控制與路由選擇是通信網中重要的技術，它能起到有效利用通信系統資源的作用，同時也能保障通信系統的穩定運行。

1 路由選擇

路由選擇就是根據一定的算法在傳輸路徑上找出一條從源結點到目的結點的最佳通路。一種較好的路由算法應當使信息分組通過網絡的平均延遲時間較短，平衡網內業務量的能力較強。路由算法是一個重要研究領域，有各種各樣的算法，但概括起來有兩類：固定路由算法與自適應路由算法。

固定路由算法是在網絡投入運行前，事先估測網絡的流量分布，并按照一定原則（如延時最小，業務吞吐量最大等）確定任意兩結點之間的最佳路徑，再根據這些路徑為每個結點制定一個路由表。網絡運行時，各結點依照這個路由表為信息分組確定傳送路徑。顯然，路由表不可能及時地響應網絡流量分布變化來改變，只能運行一段時間后，再重新計算并替換，而運行過程中是固定的。

自適應路由算法是指每個結點要根據網絡當前運行的實際情況，動態地選擇結點的路由。這就要求結點的路由表必須及時地按照網絡運行狀態的變化而不斷修改。顯然，要使網絡各個結點掌握網絡當前運行狀態，往往需要占用較大的通信量來傳送網絡狀態信息，以及通過相當的計算來更新路由表。自適應算法按照控制的位置又分為集中式、孤立式與分布式3種。

在采用集中式自適應路由算法的網絡中，設有路由控制中心（NCC），由NCC收集各結點的狀態信息，如各條鏈路的流量、各個隊列的長度、網絡的連通情況等，為各個結點制定路由表。當然，路由表的更替可以周期性地進行，或者網絡狀態發生較大變化時收集一次狀態信息，更新一次路由表。

孤立式是指在選擇路由時，僅孤立地依靠結點當前運行狀態，而不考慮網絡其他結點的運行狀態。分布式路由算法的基本特點是網絡中相鄰結點之間定期或不定期交換各自的運行信息，并以此為基礎產生各結點當前的新路由表，應該說這樣得到的路由表更加符合實際。因此，分布式是目前應用最為廣泛的一種路由算法。而在實際網絡中，采用的路由算法又可能是幾種方法的混合。

2 流量控制與擁塞控制

流量控制主要用于避免源端發送過高的業務量，以免超過目的端的處理能力。在分組交換網絡中，由于網絡中傳送的信息分組數量過多而造成網絡的傳輸性能下降的現象稱為擁塞。擁塞可能只在一個小的局部區域產生影響，也可能使整個網絡無法運行。

通過結點的存儲轉發的網絡，其主要資源是鏈路的傳輸頻帶與結點中的緩存區。在正常工作狀態下，一個結點接收到一個信息分組，根據路由算法，將其轉發到相應的輸出鏈路。如果某段時間內，加在某一鏈路的負荷量超出該鏈路的最大數據傳輸率，則會有一些信息分組不能及時轉發出去，而在該鏈路上形成一個隊列等待轉發。該結點的所有輸出鏈路的等待隊列都在該結點的緩存區中。如果超負荷的持續時間短，緩存區中信息分組可逐步得到疏通，雖有一定延遲，但能全部轉發至接收站。這種情況下，網絡的吞吐量等于網絡中所有通信站發出的信息分組總和（即網絡負荷）。但是，如果持續增加網絡負荷，情況會發生惡化，在每一條鏈路等待轉發的信息分組越來越多，以至結點的緩存區全部占滿，這時結點再接收的信息分組會丟失。這些丟失的信息分組會在數據鏈路層協議的作用下又重新發送。這就意味著經過網絡正確傳送的信息分組比各個站發送的信息分組少了。這樣，造成負荷量增大，而吞吐量增長緩慢。此時若不及時采取措施，會產生吞吐量下降的現象，產生擁塞。產生擁塞的另一原因是緩存區的死鎖。

流量與擁塞控制的方法可以分為兩類：反應型控制和預防型控制。反應型流量與擁塞控制主要依靠對網絡狀態的觀察或反饋以及檢測一定的網絡條件，這些狀態、條件能夠表征或預測擁塞的起始?？刂撇呗愿鶕鞣N特定的觀察結果，指出需要采取的行動。網絡控制機構能夠采用具體措施緩解擁塞。預防型擁塞控制用以避免擁塞的產生。如果延遲在網絡應用中不起主要作用，預防型擁塞控制可以采用反饋機制。否則，要達到預防擁塞的目的，只能采取開環方式，通過對業務流量及其對網絡承載能力的預測，確定輸入網絡的業務量，合理分配網絡資源分配。

3 通信網絡的約定

一個通信網不但要有終端、信道與交換機等硬件設備，還必須有一套通信各方應當遵守的規則與約定。例如電信網中的信令與數據通信網絡中的協議以及相應的通信軟件。電信網中信令的作用是在網絡內部設備之間完成建立與控制接續有關的信息交換過程。數據通信網中協議的作用與信令相當，但內容更加復雜。

信令可分為用戶-網絡信令、局間信令與用戶-用戶信令。根據信令通路與話音通路關系，信令可以分為隨路信令與共路信令。隨路信令是將話路所需要的控制信號（占用、應答、拆線與撥號等）與話音處于同一傳輸通路內。共路信令是將多條話路所需的各種局間控制信號，集中到一條與話路分開的公共信令信道上傳送。ITU-T的7號信令是國際標準的共路信令系統，最適于程控交換與數據傳輸相結合的綜合數字網（IND）和綜合業務數字網（ISDN）使用。公共信道信令網可看做是重疊在電路變換語音網上的分組交換網，該網的主要元件是信令端點與信令轉發點。信令轉發點為分組交換，負責將信令消息從一個對應網絡節點發送至另一個對應網絡節點。

[1]高益，黃俊偉.網絡流量控制的分析與設計[J].北京電子科技學院學報，2008(2).

[2]綜合業務數字通信系統與通信網[J].電子科技文摘，2002(2).

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1674-6708（2011）48-0206-01