基于obs信道分群的负载平衡波带分配策略

基于obs信道分群的负载平衡波带分配策略

本文在文献提出的数据可靠性集群规划策略的基础上，将其应用于多粒度交换网络。起点是将obs网络中的数据信道（波长）组与多粒度光交换中的波带对应。具有相同或相似类型的服务通过集群传输。集群中的信道交换以单元的形式进行，以降低突发数据处理的复杂性和波长检测器的数量。提出了一种新的基于OBS信道分群的负载平衡波带分配策略。该调度策略既能充分利用波带交换的思想,又能够解决突发数据不能在全波长上调度以及流量控制的问题。1数据信道分群调度机制图1所示为文献提出的支持区分服务信道分群调度的OBS核心节点功能结构模型,它主要由计量器、策略控制器、数据信道分群控制器、调度器和交换控制器组成。计量器对到达核心节点的各优先级BHP(BurstHeadPacet)的业务流量进行计量,计量的结果送往数据信道分群控制器作为数据信道分群调度的重要依据。策略控制器根据计量器的计量结果决定分组规则、BHP调度规则和带宽预留规则,信道分群规则和BHP调度规则均取决于业务特性和各类业务的流量:策略控制器还根据信道资源被预留的情况控制数据信道的预留。数据信道分组控制器根据计量器的计量结果和分组规则对出口数据信道进行分组,并为每组分配适当的信道数目。调度器根据分组策略进行数据信道的调度。交换控制器根据调度器的信息对交换矩阵进行配置。信道分群调度机制如图2所示。在边缘节点,各类等级的突发数据在相应的信道群上传输。在核心节点,各等级的突发数据只能在本信道群上调度。这种调度策略的主要思想是对数据信道按业务优先级进行分组,每一优先级对应一组数据信道,各组信道中的信道数与各业务流量大致成比例。对于某一优先级的业务通常只能在各自对应的信道组内进行调度和资源预留,当较高优先级的业务预留失败时可以在较低优先级的信道组内进行再调度,寻找空隙信道资源。2边缘节点和核心节点的结构模型我们将文献提出的数据信道分群调度策略应用到多粒度光交换网络中,主要思想为:当我们为一个(源,目的)节点对分配一条路径以后,根据这条路径可以确定相应的波带路径:当某业务的源节点和目的节点与该条波带路径的源节点和目的节点相同、边缘节点根据相同的目的地址对IP包进行汇聚时,可以为这些业务分配该条波带路径,产生的突发包可以在该波带内任意信道(波长)上发送:在中间节点,没有数据要传送到沿着路径以外的节点(即没有波长需要分接),所以不需要将这一波带解复用到波长,因而这种方式不会增加交换的复杂程度。在核心节点,分配在某信道群中的突发数据只能在该信道群中调度,所以只需要带内波长转换,与一般的OBS网络相比,减少了大量的波长转换器。基于上述思想的多粒度光交换网络边缘节点和核心节点结构模型如图3所示。其中计量器的功能是统计各信道群中的平均负载。计量结果发送至判决器进行判决。判决的结果发送至OBS管理单元帮助其判断下一步的控制操作。核心节点主要完成光纤、波带和波长的交换,以及信道群内的突发数据调度。3负载平衡波带分配为减小交换的复杂度,假定采用不可重配置交换结构,波带中波长的数目按照均匀分配原则;为能够实现信道群内突发数据的调度,允许带内波长转换;采用最短路径的路由分配方法以减小突发数据的偏置时间:规定边缘节点处采用相同目的节点的汇聚机制,另外假设突发数据的偏置时间范围为(0,t),可将偏置时间分成[0,t/N],[t/N,2t/N],…[(N-2)t/N,(N-1)t/N],[(N-1)t/N,t]的N个时间域,按照时间值从小到大的顺序,分别编号为1,2,3,…N。同时根据偏置时间所属的时间域,将突发数据分成N个等级。我们将偏置时间最小的突发数据定义为最高等级(等级1),次之的突发数据定义为第二等级,以此类推。其分配策略描述如下:步骤1:在OBS边缘节点,当业务到达时,对IP分组进行汇聚、分类并进行标记;步骤2:为业务群分配一条最短路由,同时建立波带连接。为业务群内每一种等级的业务分配一个波带;步骤3:计量器持续统计每一信道群中的平均负载,并将统计结果发送至判决器;步骤4:预先设定各信道群的负载平衡门限LB-TH值,判决器以计量器计量结果为依据,比较各信道群的负载是否超过负载平衡门限。当某信道群的负载超过门限时,将判决结果送至OBS管理单元,作为管理单元控制发送的依据:步骤5:管理单元根据判决结果决策,在边缘节点将负载超过门限的某类突发数据按比例部分转发至未超过门限的信道群。其转发的原则为:当有信道群的负载超过门限值时,以负载平衡门限和中间等级(中间等级号定义为M=N/2,N为偶数;或M=(N+1)/2,N为奇数)的群为参照,采用折半查找法,从等级为1的群开始,负载量高且等级高的信道群内的突发数据转发至负载量低且等级低的信道群内。图4举例说明了转发原则。例如有5个等级的信道群,采用折半的方法,以等级为3的群作为参照,等级大于3的群为高等级群,等级小于等于3的群称为低等级群。从等级为1的群开始查找,由于Δ13>Δ14>Δ15,所以我们将信道群1中的部分突发数据转发至信道群3中;由于Δ25>Δ24则将信道群2中的部分突发数据转发至信道群5。与OBS信道分群策略不同的是本负载平衡波带分配策略对转发比例有明确的规定:假设当前某信道群内平均负载为Lcurrent,负载门限为LB-TH,那么转发到其它信道群的突发数据的比例为α=[(Lcurrent-LB-TH)/Lcurrent]我们提出的负载平衡波带分配策略首先将业务分类,并给不同等级的业务分配不同的波带;当某个信道群的业务负载过高时,由于不能将单个突发数据调度到其它信道,所以可通过向其它信道群调度多个突发数据的方式,来降低单个信道群的负载,从而实现各个信道群中负载的平衡。总之,多粒度光交换技术是下一代光网络一自动交换光网络的关键技术之一,它简化网络节点及其控制系统,提高了光网络设备的传送效率和吞吐容量,大大增强了网络处理能力的灵活性。本文将光突发交换中