云計算環境下通信網絡路由協調控制器設計

姜明月

摘 要： 傳統路由協調控制器設計方法存在數據傳輸次數少、傳輸不準確等問題，無法將節點分配均衡，大大降低了網絡控制效率。為此，提出基于云計算環境下通信網絡路由協調控制器的設計。構建協調控制器模塊框圖，利用低壓差分技術設計光纖以太網協調控制器結構；設計云計算環境下控制器消息接收與發送處理以及格式轉換功能，實現可自動調節的通信路由控制器。經過實驗研究表明，該控制器設計可增加數據傳輸次數，并提高數據傳輸準確率，同時控制效果較強，網絡節點魯棒性較好。

關鍵詞： 云計算； 數據傳輸； 轉換； 通信網絡； 路由； 協調控制器

中圖分類號： TN915.02?34； TP332 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）23?0101?03

Abstract： The traditional design method of routing coordinated controller has the problems of few data transmission times and inaccurate data transmission， and can′t balance the node allocation， which may reduce the control efficiency of the network greatly. Therefore， the design of the communication network routing coordinated controller in cloud computing environment is proposed. The block diagram of the coordinated controller model is constructed. The low?voltage differential technology is used to design the structure of the fiber optic Ethernet coordinated controller. The messages receiving and sending functions of the controller and the format conversion function are designed in cloud computing environment to realize the communication routing controller with automatic control function. The experimental results show that the controller can increase the times of data transmission and improve the accuracy of data transmission， and has perfect control effect and strong network node robustness.

Keywords： cloud computing； data transmission； conversion； communication network； routing； coordinated controller

0 引 言

隨著通信網絡技術的快速發展，可通過光纖以太網通信進行數據與多媒體之間的信息傳遞。基于云計算環境下的網絡在25 000 GHz范圍內可隨意設置大數量的協調控制器，并可反復使用，使用該控制器可將上百萬個頻道同時容納在其中，大大提高了通信質量。云計算環境下通信網絡采用光纖以太網對協調控制器進行設計，已經成為網絡通信的主要途徑。而傳統通信采用光纖通信方式進行設計與構建，存在傳輸性能差、數據傳輸不準確，無法解決網絡傳輸寬帶高的問題，為此光纖以太網應運而生。

在云計算環境下的路由協調控制器可降低網絡日常開銷，大大提高網絡連通度，延長使用壽命。隨著各項通信業務高速發展，有關協調控制的設計方法受到了人們重視，利用光纖資源建立起來的網絡能夠在全雙工模式下拓展鏈路長度，促使該技術的應用由局域網延伸到任何傳輸網絡成為可能。通常情況下，基于云計算環境的路由協調控制器可進行遠距離傳輸，最大傳輸距離僅僅會受到物理層面限制，不會影響整個路由網絡傳輸情況。采用該設計方法可將所有技術兼容，并根據規定的城域網和廣域網協議實現網絡的無縫連接，同時該控制器易于管理，成本較低，進行網絡傳輸的效率也可滿足用戶需求。

1 通信網絡路由協調控制器模塊設計

云計算環境下通信網絡路由協調控制器模塊設計框圖如圖1所示。

由圖1可知，該模塊設計是在云計算環境下將路由協調控制器移植到嵌入式系統中，在雙方協議規定之下完成綜合通信網絡系統的設計，并通過操作按鍵控制綜合通信網絡中協調控制器的工作模式；指示模塊的設計包括系統工作狀態、側方向網絡連通狀態、流量統計[1]。

光纖以太網控制器由可集成的介質訪問物理接口器和媒介控制器組成，該網絡進行控制時，需遵循IEEE 802.3規則，并支持100BASE?TX標準，媒體介入控制層（MAC）和物理層（PHY）分別與ISO協議模型中的第3層和第2層相對應[2]。

協調控制器基本接口是在媒體介入控制層（MAC）的簡單總線接口，該層次可為網絡信息發送與接收提供途徑，通過內部媒體獨立接口給物理層（PHY）提供數據傳輸接口；而物理層（PHY）主要負責與光纖以太網進行數據傳遞，其基本結構如圖2所示[3]。

由圖2可知，對協調控制器進行設計時，無論物理接口是串行還是并行都能正確完成工作，物理接口采用的是IEEE 1596.3低壓信號，并使用8/16位的鏈路作為協議端點規范，該規范詳細規定了采用8/16位鏈路數據進行時鐘與幀信號傳輸時，不能偏離傳輸途徑，且不可反復傳輸[4]。endprint

利用低壓差分技術對信號進行傳輸時，可使用短距離低擺幅恒流差分信號，并在互補金屬氧化物半導體上實現。其工作頻率為300 MHz左右，沿著上下時鐘對數據進行采集。與現有技術相比，該接口網絡流量較高，同時，由于所有信號都集中在一條差分線上，因此可采用較多引腳來完成龐大數量的信號傳輸。

2 通信網絡路由協調控制器軟件設計

2.1 控制器消息接收與發送處理設計

信息接收處理的主要功能是將接收信息轉換為光纖以太網包，具體過程如圖3所示。

（1） 接收控制模塊主要負責從接口處接收網絡數據包，并進行拆包，將拆分之后的網絡數據包發送給請求數據模塊以備處理[5]。

（2） 信息接收處理模塊主要從請求數據模塊中對數據進行讀取，并從請求數據中提取與之相關的信息，將此信息進行分類處理。

如果接收到的信息是經過物理接口模塊而返回的反響信息，那么需將該信息重新送入請求響應模塊之中，以備發送接口控制模塊對信息進行提取與發送；如果接收到的信息需要重寫或重讀，則需將其轉換為具有查詢地址的代碼儲存在寄存器中；如果接收到的信息郵箱信息，那么將該信息以數據的形式發送到請求模塊中，以備進行下一步處理。

（3） 消息模塊是實現信息傳遞、接收與處理的功能模塊，主要負責對接收到的信息以郵箱形式進行整合，方便構成光纖以太網包[6]。

該模塊需控制子模塊以及18個郵箱模塊，當信息發送到郵箱時，先控制子模塊按照郵箱號碼進行分段標記，并將其分成郵箱信息和郵箱消息數據；然后存入到各個郵箱模塊中，通過計算獲得郵箱信息數據存儲地址；最后將郵箱數據存入到消息數據中。

郵箱模塊主要完成郵箱匹配和產生超時信號處理，而消息模塊主要負責對超時信息進行清除整理操作，如果郵箱內信息處理超時，那么會出現清空郵箱信號，這樣可確保郵箱不被阻塞。

此外，該模塊還可負責對消息長度、分段號所產生的消息進行接收，并將其返回到信息接收處理模塊中[7]。

（4） 對信息處理后，將所接收的郵箱數據通過傳輸發送到數據模塊中，并重新組成光纖以太網數據包，通過光纖以太網發送模塊完成消息接收與發送處理。

2.2 協調控制器內部功能設計

2.2.1 信息接收控制功能

該模塊主要負責對消息組成的消息頭和數據進行接收，在該模塊中，將接收后的信息根據數據中存在的信息數據包來判斷光纖以太網數據包的標志。其接收控制功能還需負責接收重寫、重讀和普通信息，并將接收到的信息儲存到數據庫中[8]。

2.2.2 信息接收處理功能

信息接收處理模塊的狀態機如圖4所示。

該狀態機主要根據協調控制器的不同類型對數據進行儲存并接收，并存在以下幾種情況：

（1） 如果將光纖以太網信息儲存到郵箱模塊中，對應的消息數據一般為不處理狀態；

（2） 如果信息為“重寫”狀態，那么需判斷寄存器空間是否需要將此信息重新輸入，如果需要輸入，那么在寄存器空間內使用“寫”狀態清除重寫信息；

（3） 如果信息為“重讀”狀態，那么需將信息儲存到“讀”隊伍中，該隊伍可將讀取數據儲存到請求響應數據模塊中，如果沒有明確儲存器地址，那么“讀”狀態需清除所有“重讀”信息[9]。

3 實 驗

為了驗證云計算環境下通信網絡路由協調控制器設計的性能，進行了如下實驗。

3.1 實驗環境與參數設置

實驗在Matlab平臺上進行，利用一臺臺式電腦，并安裝雙端口萬兆位的光纖以太網控制器，支持外設部件互連標準總線。該部件為虛擬化的硬件優化特性，支持網絡統一格局，允許局域網、儲存網等任何網絡共享，此外，使用集成物理層（PHY）的適配器和刀片服務器夾層卡。

選取云計算環境下通信網絡節點范圍為2 400 m×2 400 m二維區域，進行隨機分布，參數設置如表2所示。

3.2 實驗結果與分析

由上述實驗環境與參數設置可知，通信網絡路由協調控制器的設計可進行定量分析，采用本文設計方法與傳統方法進行協調控制網絡傳輸性能分析實驗，將傳輸次數與正確傳輸概率作為測試指標，由此獲得實驗結果如圖5所示。

由圖5可知，當節點數量為100時，采用傳統設計方法進行數據傳輸的次數約為7 800次，并且隨著網絡節點數量增加，上升速度逐漸變慢；而在云計算環境下的協調控制器設計所進行數據傳輸的次數約為12 000次，并且隨著網絡節點數量增加，傳輸次數逐漸增多。

將傳統方法與本文方法對信息傳輸準確概率進行對比分析，結果如圖6所示。

由圖6可知：在節點數量較少時，采用傳統設計方法對信息傳輸的正確概率約為0.87，并且隨著節點數量的增加而呈現下降趨勢；而在云計算環境下協調控制器設計進行數據傳輸的正確概率約為0.98，不會因為受到節點數量的影響而降低，展示了該設計方法的優越性，信息傳輸準確率高于傳統設計方法。

4 結 語

通信路由協調控制器的特點是直接利用內置網絡來控制模塊，成功移植精簡鏈路規范，并在云計算環境下對通信路由協調控制程序進行編寫，使其轉換為具有規范協議的層次結構，該控制器設計可自動實現網絡通信功能，進而完成對網絡整體控制。針對傳統設計方法存在傳輸性能差、數據傳輸不準確等問題，采用云計算環境下設計方法可有效提高網絡傳輸的魯棒性，性能 優越，具有良好的應用價值。

參考文獻

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