基于OBS-JET協(xié)議的光網(wǎng)路由設計

（曲阜師范大學實驗教學中心，山東 日照 276826）

一、引言

全光OBS網(wǎng)絡中，基于JET（Just-Enough-Time）協(xié)議的數(shù)據(jù)突發(fā)在某個連接核心節(jié)點間無須進行O-E-O轉(zhuǎn)換，所行進的光路是由先前發(fā)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(shù)的RWA問題在處理的時候認為，在理想的光網(wǎng)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(wǎng)絡的性能。在OBS網(wǎng)絡中，由于數(shù)據(jù)突發(fā)無須進行O-E-O轉(zhuǎn)換和再生，非理想的傳輸設備容易產(chǎn)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(wǎng)絡中RWA問題要充分考慮網(wǎng)絡中的傳輸狀態(tài)問題，提供動態(tài)連接。智能理由設計可以在監(jiān)測出網(wǎng)絡中的故障后提供一個應急處理,使得網(wǎng)絡盡可能的保存通暢。

在高速光網(wǎng)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(tǒng)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(wǎng)絡資源的利用。

二、JET協(xié)議的局限性

JET協(xié)議基于RFD，是光域中的突發(fā)交換協(xié)議。JET允許數(shù)據(jù)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(fā)控制分組信息決定。其偏置起始時間是在邊緣節(jié)點預先設定好的，從而降低了核心節(jié)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(yōu)的效果，這是JET協(xié)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(guī)避，如波長變換、光纖延遲、偏射路由等，但應如何協(xié)調(diào)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(wǎng)絡成本的急劇升高，而偏射路由與網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)密不可分。因此，如何找到一個它們之間的最佳結(jié)合點，也是JET協(xié)議需要解決的問題之一。

三、算法思想

由于絕大多數(shù)RWA算法將OBS網(wǎng)絡看作是一個理想網(wǎng)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(zhì)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(wǎng)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(wǎng)絡層的資源不足，鏈接請求就被阻塞。這種阻塞成為網(wǎng)絡資源阻塞。

而具有智能的路由算法采用最優(yōu)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(zhì)量后，來進行最短路徑的加權(quán)運算。如果傳輸信號質(zhì)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(jié)點就可以允許使用該光通路進行連接。如果傳輸信號質(zhì)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(wǎng)絡擁塞。然后重新進行最短路徑的計算，選擇新的最優(yōu)路徑進行傳輸。

四、算法描述

算法的具體實現(xiàn)步驟如下：步驟1：對于一個具有指定源/目的節(jié)點的連接請求，使用最短路徑算法（即Dijkstra’s算法），從網(wǎng)絡拓撲矩陣中計算出最短路徑。如果最短路徑存在，則發(fā)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(jié)點對收到的信號進行監(jiān)測，如果發(fā)現(xiàn)收到的信號質(zhì)量不小于設定的閥值，則進行正常傳輸；如果收到的信號質(zhì)量小于設定的閥值，則表明信號已不能保證服務質(zhì)量，將信號丟棄。并且向各邊緣節(jié)點發(fā)送故障信息。步驟3：邊緣節(jié)點收到發(fā)送的故障信息后，將網(wǎng)絡拓撲矩陣中的發(fā)送信息的節(jié)點和它的前驅(qū)節(jié)點間的對應路徑權(quán)值設為∞。步驟4：如果某節(jié)點發(fā)送信息時，所有的光路都被占用，則給節(jié)點向各邊緣節(jié)點發(fā)送繁忙信息,并且監(jiān)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(diào)用的光路，如果沒有繼續(xù)向各邊緣節(jié)點發(fā)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(jié)點發(fā)送空閑信息。步驟5：邊緣節(jié)點收到發(fā)送的繁忙信息時，將網(wǎng)絡拓撲矩陣中的發(fā)送信息的節(jié)點和它的后繼節(jié)點間對應路徑權(quán)值加1，如果收到的是空閑信息，則將網(wǎng)絡拓撲矩陣中發(fā)送信息的節(jié)點和它的后繼節(jié)點間對應的路徑權(quán)值改為（其中n為收到空閑信息前矩陣中對應的權(quán)值）。如果=1，則向發(fā)送空閑信息的節(jié)點發(fā)送停止計時信息。步驟6：如果節(jié)點收到邊緣節(jié)點發(fā)來的停止計時信息，則讓監(jiān)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(jiān)測到光路上的信號小于所定的閥值，則說明網(wǎng)絡中的信號無法保證其服務質(zhì)量。說明該節(jié)點和上一節(jié)點間出現(xiàn)了故障。此時把網(wǎng)絡拓撲矩陣中的權(quán)值設為∞，即將該光路設為阻塞狀態(tài)。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(fā)現(xiàn)一個節(jié)點中所有光路都被占用，這說明該節(jié)點和后一節(jié)點間的線路繁忙，算法中讓網(wǎng)絡拓撲中對應的權(quán)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(quán)值繼續(xù)增加。如果該線路空閑，則其對應的權(quán)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(wǎng)絡資源的利用。