网络服务器系统与新型光突发交换网络解决方案

3  基于服务系统的光突发交换网络方案

依据基于服务系统的光网络的性能分析，本文提出了双光纤链路服务器系统及接入服务器IP插空的光突发交换解决方案以提高光突发交换网络的性能，同时对两种方案的融合方案进行了仿真实验，下面对此两种方案及其融合仿真分别进行分析与说明。

3.1双光纤链路服务器系统光突发交换网络

WDM技术使得光纤链路的容量不断提高，当前的光网络架构不能充分及灵活地利用光纤链路的带宽资源，同时在已铺设的光缆中存在一些冗余的光纤。基于以上事实，我们提出了一种全新的光突发交换网络双光纤链路结构[7-9]，即在网络服务器模型的链路服务器系统中，采用两个服务器模型代替现在的单服务器模型。其网络结构可抽象为双链路服务器系统的光突发交换网络，从性能分析来看，是采用了以大容量链路服务器来换取节点服务器容量以降低节点交换服务器的复杂度提高系统性能。此双链路服务器系统光突发交换网络结构如图5所示。

图5中所示的光突发交换网络中总共有m +1波长通道，其中λ0为控制通道，λ1，λ2……λm为数据通道。每根光纤提供双向的突发包的传输，定义一个方向的传输为主传输，则另外一个方向为从传输。在图5中，光纤0的从左至右的传输为主传输，从右至左为从传输。对于突发包数据的传输优先选择主传输方向的波长通道。在双光纤链路服务器系统的OBS网络中，由控制信道传送过来的BCP先被转换为电信号进行处理，有核心节点的处理对其进行调度。处理器将根据控制包的分析结果进行交换开关的配置，如果相应资源空闲则预约成功。当相应的突发数据包到达和离开核心节点时，需更新交换开关的配置信息。

根据式(1)，在服务系统中，光网络容量则为整个系统的容量，它是接入服务器容量、节点服务器容量、链路服务器容量的综合反映。双链路服务器系统则可通过增加链路服务器容量来降低对节点服务器的要求，与单链路相比有以下优势：

两个链路的波长通道是一致的，因此可提供部分波长转换的功能，相当于提供了波长转换服务器；

网络中每一跳都具备双链路，则可由同节点的输入链路和输出链路通过交换开关构成回路，提供光纤延迟线的功能，可看作是光纤延迟服务器；

双光纤链路可对同一波长通道提供偏射路由，相当于提供偏射路由服务器功能；

相当于提供了网络存储功能；

相当于提供了Cisco公司的弹性分组环(RPR)功能，但在任何网络拓扑中均适用。

因此，可以预见与单链路服务器的光突发交换网络相比，双光纤链路服务器的光突发交换网络将获得更好的性能。

基于14节点的美国自然基金会网络NSFnet在自相似数据流的仿真结果如图6所示，其中假设每个波长传输的比特率为10 Gb/s，平均的IP包的长度为1 500 Bytes，各节点对之间的数据流量为均匀分布，节点没有存储及不具备波长转换功能。从图6中可以得到，双链路服务器系统于单链路系统相比，在阻塞率上低了好几个数量级，网络性能大大提高。

3.2IP插空的接入服务器规则的光突发交换网络

在光突发交换网络中，有些突发数据包是在相邻节点对之间传输的，而某些链路的单跳传输对资源的占用将影响其他多跳数据的传送而导致网络性能下降。针对这种情况，我们提出了在服务系统光突发交换网络模型下的接入服务器的新服务规则——IP插空[10]，使得部分单跳数据直通，从而减轻节点服务器的压力提高服务系统的性能。其实质是在网络服务器系统模型中，通过联合节点服务器系统与接入服务器系统，改善网络总体性能。

其基本原理如图7所示。在链路数据通道上传输的突发包之间除去保护间隔之外还存在空隙，IP插空的原理就是利用空隙来传输相邻节点间的IP包。对于节点服务器来说不需要对这种相邻节点间的IP包进行分析处理，采用这种全新的服务规则以增加接入服务器的功能来换取节点服务器的容量从而提高整个系统的性能。

基于14节点的NSFnet网络的仿真结果如图8所示。图8(a)中清晰的表明采用IP插空服务规则后，突发数据包的丢包率明显下降；而图8(b)则说明采用IP插空服务规则后IP包的延时并没有明显增加，随着网络负载地增大，突发包的延时有所下降。

3.3双光纤链路模型与IP插空联合的光突发交换网络

光突发交换最大的问题是阻塞概率大。以上分析表明，采用双光纤链路服务器系统及IP插空接入服务器规则能较大地提高光突发交换网络的阻塞性能，我们将双光纤链路服务器系统与IP插空接入服务器规则相结合以进一步提高光突发交换网络的性能。即提出一种结合接入服务器系统、节点服务器系统和链路服务器系统的网络解决方案。基于6节点环网的仿真结果如图9所示，可看到双纤对丢包率的显著改善。6节点环网中，双纤机制低载时能带来2~4个数量级的改善，高载时能带来60%的改善，IP填空机制在单纤时能使丢包率降低30%，将两种机制结合起来改善最大。

4  结束语

光突发交换作为一种适中的光交换方式得到了广泛的研究。如何在没有波长转换器等关键光子器件的前提下，提高突发交换的阻塞性能，是使这种交换技术走向商用的关键。本文提出了一种全新的光网络理论体系架构——基于服务系统的光网络体系架构，并在此理论体系架构下的光网络性能进行了分析。提出了整体系统性能是接入服务器、节点服务器和链路服务器的综合体现。在此基础上提出了光突发交换网络的双光纤链路服务器系统及IP插空接入服务器规则的解决方案，并对此两种方案及其融合进行了仿真分析。研究结果表明，采用双光纤链路服务器系统及IP插空接入服务器规则能较大地提高光突发交换网络的性能，将此两种策略融合可进一步提高网络的性能。在以后的工作中，我们将进一步完善基于服务系统的光网络模型，探索接入服务器、节点服务器和链路服务器之间的融合策略，进一步提高网络性能。

5  参考文献

[1]RAMASWAMIR,SIVARAJAN K N. Optical networks—a practicalperspective (second edition)[M]. San Francisco, CA,USA: Morgan Kaufmann Publishers, 2002.

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[3]MOKHTARA,AZIZO GLU M. Adaptive wavelength routing in all-optical networks[J]. IEEE/ACM Transactions on Networking, 1998, 6(2): 197-206.

[4]JOURDANA,CHIARONI D, DOTARO E, et al. The perspective of optical packet switching in IP-dominant backbone and metropolitan networks [J]. IEEE Communications Magazine, 39(3),2001:136-141.

[5]QIAOC,YOO M. Optical burst switching—a new paradigm for an optical Internet[J]. Journal of High Speed Networks, 1999, 8(1): 69-84.

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[7]YUANChi,LI Zhengbin, XU Anshi. Parallel link server architecture—a novel contention avoidance mechanism in OBS networks[J]. Photonic Network Communications, 2007, 14(3):297-305.

作 者：张振荣 袁驰 李正斌
    [8]LIZhengbin,YUAN Chi, CHENG Wen, et al. OBS based transparent optical network[C]//Proceedings of Conference on Network Architectures, Management, and Applications, Sep 5-7, 2006, Gwangju, South Korea. Bellingham, WA, USA: International Society for Optical Engineering ,2006.

[9]CHENYu,HU Jingwei, YUAN Chi, et al. A novel OBS-based grid architecture with dual-link-server model[C]// Proceedings of First International Conference on Communications and Networking in China (ChinaCom '06), 2006.

[10]YUANChi,LI Zhengbin, HE Yongqi, et al. IP calking: a novel decrease contention scheme in optical burst switched networks[C]// Proceedings of Conference on Optical Transmission, Switching, and Subsystems,Nov,2-5,2007,Wuhan,China. Bellingham, WA, USA: International Society for Optical Engineering ,2007.

作者简介：

张振荣，北京大学区域光纤通信网及新型光纤通信系统国家重点实验室博士后，广西大学计算机与电子信息学院副教授，博士。先后主持和参加国家"863"计划项目、教育部博士后基金项目和国家自然科学基金项目多项。已发表论文20多篇，其中被SCI/EI检索10余篇。主要研究领域为光纤通信与光网络。袁驰，北京大学信息科学技术学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点试验室博士研究生，专业为通信与信息系统。主要研究兴趣包括：光网络协议与体系架构，全光交换技术等，目前已经发表论文10余篇，申请专利4项。李正斌，北京大学信息科学技术学院，区域光纤通信网及新型光纤通信系统国家重点实验室，副教授，博士，毕业于西安交通大学。主要从事光纤通信和网络相关的研究。先后主持863计划、自然科学基金等科研项目多项，已发表的论文数量90余篇，专利10余项。