一种新的光多播信令机制及性能仿真

蒋春蕾

（西昌学院 汽车与电子工程学院，四川 西昌615013）

一种新的光多播信令机制及性能仿真

蒋春蕾

（西昌学院 汽车与电子工程学院，四川 西昌615013）

为了解决R SVP-TE信令机制在建立光多播连接时的波长预留冲突问题，提出了一种基于两次信令握手的新的光多播信令机制，给出了该信令机制的波长和路由分配过程。通过仿真实验，结果表明：在相同的网络负载下，新的光多播信令机制可以有效减少网络中波长转换器的使用数量，降低光多播连接的网络阻塞率。

光多播信令机制；R SVP-TE；波长预留冲突；性能仿真

0 引言

随着高质量的视频会议、视频点播以及多点协同计算等业务的大量应用，光多播业务连接的路由和波长分配问题已成为光网络研究的热点[1]。目前，在光多播业务的路由和波长分配中，广泛基于GMPLS（General Multi-Protocol Label Switching,GMPLS）的RSVPTE（Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering, RSVP-TE）协议[2]，采用逐跳信令的方式完成从目的节点到源节点的波长和路由配置。在这种方式中，每个目的节点只能掌握源节点到自身的波长使用情况，无法了解源节点到其它目的节点的波长使用情况，导致光多播业务无法获得最优的波长分配方案。为此，本文提出一种新的光多播信令机制，以最少的波长转换器为代价，获得光多播业务的最优波长分配方案，大大提高光多播业务的连通性能。

1 RSVP-TE机制的预留冲突问题

在点到点的业务连接中，RSVP-TE信令机制采用逐跳的方式实现路由和波长的分配[3]。具体实现过程为：①源节点计算光路的显性路由，并封装在Path消息的显性路由对象ERO（Explicit Rout Object,ERO）中，通过Path消息的标签集对象LS（Label Set Object, LS）记录路由上的可用波长信息，并随Path消息传到下一个节点。②在下一节点，将LS更新为原LS与下一跳上的空闲波长集的交集；重复该步骤，直到Path消息到达目的节点。③目的节点收到Path消息后，选择LS中编号最小的波长作为工作波长，配置光交叉点的波长，将选择的工作波长信息写入Resv消息并向上游节点发送，直到Resv消息到达源节点。④当源节点配置完光交叉点的波长后，即完成整个光路的建立。

为了适应光多播业务的连接，RFC4875对RSVPTE协议的Path消息进行了扩展，新增了支持点到多点的连接建立的次级显性路由对象SERO[4]（P2MP Secondary Explicit Rout Object,SERO），用于记录光多播树上的分支路径的路由信息。扩展后的RSVP-TE协议虽然解决了光多播业务的连接建立问题，但是在本质上仍采用后向预留机制，这种机制将会在路由上的分叉节点处发生波长预留冲突，从而导致光路建立失败，例如图1给出了一个波长预留冲突的例子。在图1中，假设交叉节点B没有配置波长转换器，不具备波长转换功能，各路径上标注的数字集合表示该路由上的空闲波长集。在交叉节点B处，LS更新为节点B接收到的LS与两个分支路由上的空闲波长集的交集，源节点C接收到的LS为｛1,2｝，选择LS中编号最小的波长1作为工作波长，通过Resv消息返回节点B；源节点E收到的LS为｛2｝，选择波长2作为工作波长，通过Resv消息返回节点B。由于节点B没有波长转换功能，在节点B处就会发生波长预留冲突问题，造成此次光多播连接建立失败。

图1 光多播连接建立中的波长预留冲突现象

为了解决RSVP-TE信令机制的波长预留冲突问题，常用的方法是在光网络的交叉节点处部署波长转换器，通过波长转换实现光多播连接的建立。但是，在光网络工程建设中，为了减少建设成本，光网络中部署的波长转换器数量有限，因此，减少波长转换器的使用数量，提高其使用效率，对降低建设成本、提高光多播连接建立的成功率具有非常重要的意义。

2 新的光多播信令机制

为了有效解决RSVP-TE信令机制在光多播连接建立中的波长预留冲突问题，提高光多播连接建立的成功率，本文在RSVP-TE信令机制的基础上提出了一种新的光多播信令机制。在本新信令机制中，当Path消息到达各个目的节点后，各目的节点返回每种可能的波长分配方案，并通过Notify消息告知源节点；由源节点综合各目的节点的波长分配方案，选择最优的波长分配方案，并将波长分配方案再次通过Path消息向各个目的节点传递，各目的节点收到该Path消息后，再次返回一个Resv消息，完成光网络中交叉节点的波长配置，最终建立整个光网络的光多播连接。新信令机制的信息流程如图2所示。

图2 新信令机制的信息流程

新信令机制中的Notify消息在RSVP-TE机制的标准Notify消息基础上，新增了两个对象：波长转换计数器WTC（Wavelength Transforming counter,WTC）和可用波长对象PWO （Practicable Wavelength Object, PWO）。WTC用来统计在每种可能的波长分配方案下需要进行波长转换的次数，PWO用来表示在该链路中可用的波长分配方案。具体的路由和波长分配过程如下。

第一步，源节点发送Path消息，搜集路由上的可用波长，分两种情况：①若多播光网络中的节点没有空闲的波长转换器或者没有配置波长转换器，则该节点向下一跳发送Path消息的LS更新为该节点收到的LS与该节点下一跳的所有分支链路上的空闲波长集的交集。②若多播光网络中的节点有空闲的波长转换器，则该节点向下一跳发送Path消息的LS直接更新为下一跳分支链路上各自的空闲波长集。

第二步，目的节点收到Path消息后，向源节点发送Notify消息。在目的节点处，将WTC设置初始值为0，将目的节点收到的LS作为第一跳链路的PWO。在反向传递Notify消息的每一跳中更新WTC和PWO的值，分两种情况：①当网络中的节点没有配置波长转换器或者没有空闲的波长转换器时，若该节点为交叉节点，则该节点向上游节点发送Notify消息的PWO更新为与之相连的下游节点到该节点的所有PWO的交集，并将WTC中相应波长转换值更新为与之相连的下游节点到该节点的对应WTC值之和；若该节点为非交叉节点，则该节点向上游节点发送Notify消息的PWO和WTC值均不更新。②当网络中的节点配置有空闲的波长转换器时，若该节点为交叉节点，则首先将该节点向上游节点发送Notify消息的PWO更新为该节点到上游节点链路上的可用空闲波长集，然后按照下列原则确定工作波长：假设此时该节点配置的空闲波长转换器个数为M，与该节点相连的下游分支链路有N条，更新后的PWO中某个波长λ在该节点的下游分支链路的L（L＜N）条不可用。如果L＞M，则将该波长从PWO中删除；如果L≤M，则该波长保留在PWO中，可作为工作波长，并将该波长对应的WTC值更新为该节点的下游分支链路PWO中的波长λ对应的WTC值之和再加上L。若该节点为非交叉节点，则将该节点向上游节点发送Notify消息的PWO直接更新为该节点到上游节点链路上的可用空闲波长集，在更新后的PWO中，如果可用波长已经在该节点的下游链路上，则该波长对应的WTC值不变；如果可用波长不在该节点的下游链路上，则将该波长对应的WTC值加1。

第三步，源节点接收到Notify消息后，选择WTC最小值对应的波长作为源节点第一跳链路上的工作波长，将波长信息写入第二次的Path消息的LS中，并对节点进行光交叉配置。路由中的节点收到上游节点的Path消息后，分以下两种情况进行下一跳的波长分配，并完成相应节点的光交叉矩阵的配置：①如果下一跳的链路上的PWO包含了该节点上一跳分配的波长，则在下一跳链路上也分配该工作波长。②如果下一跳的链路上的PWO没有包含该节点上一跳分配的波长，则在下一跳链路上选择WTC最小值对应的PWO中的波长作为工作波长。

第四步，目的节点接收到第二次Path消息，完成光交叉矩阵的配置，并向源节点返回Resv消息；当源节点接收到Resv消息后，表示成功建立了整个光多播连接，可以进行多播业务数据的传输。

以图1所示的光多播网络为例，假设交叉节点B具有足够多的空闲波长转换器，采用本文的新信令机制进行路由和波长分配的过程如图3所示。从图3可以看出，采用波长2作为工作波长，可以实现在交叉节点B处不用波长转换器，就能完成整个光多播连接的建立，从而减少了波长转换器的使用次数，降低建设成本。

图3 新信令机制下的光多播连接建立过程

3 性能仿真与分析

下面，分波长转换器数量不限的静态多播网络和波长转换器数量有限的动态多播网络两种情况，将RSVP-TE信令机制和本文的新信令机制从波长转换器使用数量和光多播连接的阻塞率两个方面进行性能对比仿真实验。

3.1 波长转换器数量不限的静态多播网络

搭建一个静态多播网络的拓扑结构如图4所示。在该网络中，源节点A经过4跳链路向8个目的节点发送一个固定的多播连接请求，每条链路上分配16个可用波长，每个节点配置的波长转换器数量不限，共进行106次多播连接实验，研究不同网络负载条件下，两种信令机制成功建立该多播连接需要的平均波长转换器数量，仿真结果如图5所示。

图4 静态多播网络的拓扑结构

从图5可以看出，随着网络负载的增加，多播连接成功建立所需的波长转换器数量也增加，但与RSVP-TE信令机制相比，采用本文的新信令机制建立多播连接所需的波长转换器数量增加较为缓慢。当网络负载较低时，两种机制建立多播连接时需要的波长转换器数量大致相同；当网络负载较高时，采用本文的新信令机制成功建立多播连接所需的波长转换器数量明显低于采用RSVP-TE信令机制所需的波长转换器数量，当网络负载达到90 Erlang时，与RSVP-TE信令机制相比，本文的新信令机制完成多播连接所需的波长转换器数量减少了59%，可大大降低网络的建设成本。

图5 不同网络负载下波长转换器使用情况对比

3.2 波长转换器数量有限的动态多播网络

在实际的光网络中，部署的波长转换器数量是有限的，因此研究波长转换器数量有限条件下的多播连接建立问题有非常重要的现实意义。以21节点的NSFNET网络[5]作为仿真网络，每个节点配置4个波长转换器，每条链路配置16个波长，在仿真中作如下假设：①多播连接请求服从参数为λ的泊松分布，请求服务时间服从参数为1/μ的负指数分布；②多播连接的源节点和目的节点随机产生，且目的节点在区间[2,5]上服从均匀分布。多播连接的路由计算采用最短路径树算法[6]，共进行105次多播连接实验，研究不同网络负载条件下，两种不同的信令机制建立多播连接时的阻塞率情况，仿真结果如图6所示。

从图6可以看出，随着网络负载的增加，多播连接的阻塞率增大，与RSVP-TE信令机制相比，采用本文的新信令机制建立多播连接时的阻塞率增长较为缓慢。当网络负载较低时，采用本文的新信令机制建立多播连接时的阻塞率几乎为0；当网络负载较高时，在同一网络负载下，采用本文的新信令机制建立多播连接时的阻塞率明显低于RSVP-TE信令机制，当网络负载达到90 Erlang时，采用本文的新信令机制建立多播连接时的阻塞率比RSVP-TE信令机制降低了54%，大大提高了多播连接的连通性能。

图6 不同网络负载下多播连接的阻塞率对比

4 结束语

本文针对RSVP-TE信令机制建立多播连接时存在波长预留冲突的问题，设计了一种基于两次信令握手的新光多播信令机制，详细阐述了新信令机制的两次信令握手的过程，通过两次信令握手完成了多播连接的波长和路由分配。与RSVP-TE信令机制相比，该新的信令机制可以有效减少网络中波长转换器的使用数量，降低多播业务连接的网络阻塞率。在后续的工作中，我们将研究在分布式管理模式下，如何应用该新信令机制，以满足用户多样化的多播业务连接需求。

[1]成芳.全光网络多播性能研究[D].北京：北京邮电大学,2011:15-19.

[2]潘兴亚,孙卫强.RSVP-TE协议性能测试框架的研究与实现[J].光通信技术,2014,38(1):57-59.

[3]赵继军,郭昆,冯楠,等.基于RSVP-TE的有向泛洪IRWA算法研究[J].光通信研究,2013(5):8-11.

[4]王舒韵.MPLS/BGP VPN组播相关协议的研究与改进[D].成都：电子科技大学,2012:13-17.

[5]徐建勇,沈建华.一种改进智能光网络波长转换器配置策略[J].光电工程,2013,40(2):137-144.

[6]李秀.最短路径树动态算法的研究[D].成都：电子科技大学,2011:24-38.

New optical multicast signaling mechanism and performance simulation

JIANG Chun-lei
(Auto and electronic engineering college,Xichang Institute,Xichang Sichuan 615013,China）

In order to resolve the wavelength reservation conflict problem of RSVP-TE signaling mechanism when it establishes the optical multicast connection,a new optical multicast signaling mechanism based on two signaling handclasp is put forward,and the wavelength and route allocation process of the new signaling mechanism is provided.Through the simulation experiment,the results demonstrate that under the same network load,the new optical multicast signaling mechanism can effectively reduce the usage number of wavelength conversion device in the network,and decrease the network block ratio of the optical multicast connection.

optical multicast signaling mechanism,RSVP-TE,wavelength reservation conflict,performance simulation.

TP393.1

A

1002-5561（2016）02-0016-04

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.02.005

2015-11-02。

四川省教育厅科研项目（14ZB0229）资助。

蒋春蕾(1979-)，女，硕士，副教授，主要研究方向为光通信网络与算法等。