網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的控制技術(shù)

由 欣 ，呂澤漢 ，葛天路 ，張 斌

1.91917部隊，北京 102401

2.海后衛(wèi)生部，北京 100841

3.海軍工程大學(xué)通信工程系，湖北武漢 430033

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的控制技術(shù)

由 欣1，呂澤漢2，葛天路3，張 斌2

1.91917部隊，北京 102401

2.海后衛(wèi)生部，北京 100841

3.海軍工程大學(xué)通信工程系，湖北武漢 430033

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代通信系統(tǒng)不僅能夠快速、準(zhǔn)確傳輸與交換信息，同時又是集信息服務(wù)與計算機技術(shù)為一體的現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)，可以為當(dāng)今社會提供多方面的、豐富多彩的信息服務(wù)，同時也廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。在通信系統(tǒng)中如何選擇路由，同時又避免傳輸路徑上業(yè)務(wù)量過載產(chǎn)生擁塞，都是系統(tǒng)的重要問題。本文對通信網(wǎng)絡(luò)控制中路由選擇與業(yè)務(wù)量控制進(jìn)行了研究。

網(wǎng)絡(luò)通信；路由選擇；流量控制

網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中流量控制與路由選擇是通信網(wǎng)中重要的技術(shù)，它能起到有效利用通信系統(tǒng)資源的作用，同時也能保障通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 路由選擇

路由選擇就是根據(jù)一定的算法在傳輸路徑上找出一條從源結(jié)點到目的結(jié)點的最佳通路。一種較好的路由算法應(yīng)當(dāng)使信息分組通過網(wǎng)絡(luò)的平均延遲時間較短，平衡網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)量的能力較強。路由算法是一個重要研究領(lǐng)域，有各種各樣的算法，但概括起來有兩類：固定路由算法與自適應(yīng)路由算法。

固定路由算法是在網(wǎng)絡(luò)投入運行前，事先估測網(wǎng)絡(luò)的流量分布，并按照一定原則（如延時最小，業(yè)務(wù)吞吐量最大等）確定任意兩結(jié)點之間的最佳路徑，再根據(jù)這些路徑為每個結(jié)點制定一個路由表。網(wǎng)絡(luò)運行時，各結(jié)點依照這個路由表為信息分組確定傳送路徑。顯然，路由表不可能及時地響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量分布變化來改變，只能運行一段時間后，再重新計算并替換，而運行過程中是固定的。

自適應(yīng)路由算法是指每個結(jié)點要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運行的實際情況，動態(tài)地選擇結(jié)點的路由。這就要求結(jié)點的路由表必須及時地按照網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的變化而不斷修改。顯然，要使網(wǎng)絡(luò)各個結(jié)點掌握網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前運行狀態(tài)，往往需要占用較大的通信量來傳送網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，以及通過相當(dāng)?shù)挠嬎銇砀侣酚杀?。自適應(yīng)算法按照控制的位置又分為集中式、孤立式與分布式3種。

在采用集中式自適應(yīng)路由算法的網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)有路由控制中心（NCC），由NCC收集各結(jié)點的狀態(tài)信息，如各條鏈路的流量、各個隊列的長度、網(wǎng)絡(luò)的連通情況等，為各個結(jié)點制定路由表。當(dāng)然，路由表的更替可以周期性地進(jìn)行，或者網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生較大變化時收集一次狀態(tài)信息，更新一次路由表。

孤立式是指在選擇路由時，僅孤立地依靠結(jié)點當(dāng)前運行狀態(tài)，而不考慮網(wǎng)絡(luò)其他結(jié)點的運行狀態(tài)。分布式路由算法的基本特點是網(wǎng)絡(luò)中相鄰結(jié)點之間定期或不定期交換各自的運行信息，并以此為基礎(chǔ)產(chǎn)生各結(jié)點當(dāng)前的新路由表，應(yīng)該說這樣得到的路由表更加符合實際。因此，分布式是目前應(yīng)用最為廣泛的一種路由算法。而在實際網(wǎng)絡(luò)中，采用的路由算法又可能是幾種方法的混合。

2 流量控制與擁塞控制

流量控制主要用于避免源端發(fā)送過高的業(yè)務(wù)量，以免超過目的端的處理能力。在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息分組數(shù)量過多而造成網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能下降的現(xiàn)象稱為擁塞。擁塞可能只在一個小的局部區(qū)域產(chǎn)生影響，也可能使整個網(wǎng)絡(luò)無法運行。

通過結(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，其主要資源是鏈路的傳輸頻帶與結(jié)點中的緩存區(qū)。在正常工作狀態(tài)下，一個結(jié)點接收到一個信息分組，根據(jù)路由算法，將其轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的輸出鏈路。如果某段時間內(nèi)，加在某一鏈路的負(fù)荷量超出該鏈路的最大數(shù)據(jù)傳輸率，則會有一些信息分組不能及時轉(zhuǎn)發(fā)出去，而在該鏈路上形成一個隊列等待轉(zhuǎn)發(fā)。該結(jié)點的所有輸出鏈路的等待隊列都在該結(jié)點的緩存區(qū)中。如果超負(fù)荷的持續(xù)時間短，緩存區(qū)中信息分組可逐步得到疏通，雖有一定延遲，但能全部轉(zhuǎn)發(fā)至接收站。這種情況下，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量等于網(wǎng)絡(luò)中所有通信站發(fā)出的信息分組總和（即網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷）。但是，如果持續(xù)增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，情況會發(fā)生惡化，在每一條鏈路等待轉(zhuǎn)發(fā)的信息分組越來越多，以至結(jié)點的緩存區(qū)全部占滿，這時結(jié)點再接收的信息分組會丟失。這些丟失的信息分組會在數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的作用下又重新發(fā)送。這就意味著經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)正確傳送的信息分組比各個站發(fā)送的信息分組少了。這樣，造成負(fù)荷量增大，而吞吐量增長緩慢。此時若不及時采取措施，會產(chǎn)生吞吐量下降的現(xiàn)象，產(chǎn)生擁塞。產(chǎn)生擁塞的另一原因是緩存區(qū)的死鎖。

流量與擁塞控制的方法可以分為兩類：反應(yīng)型控制和預(yù)防型控制。反應(yīng)型流量與擁塞控制主要依靠對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的觀察或反饋以及檢測一定的網(wǎng)絡(luò)條件，這些狀態(tài)、條件能夠表征或預(yù)測擁塞的起始?？刂撇呗愿鶕?jù)各種特定的觀察結(jié)果，指出需要采取的行動。網(wǎng)絡(luò)控制機構(gòu)能夠采用具體措施緩解擁塞。預(yù)防型擁塞控制用以避免擁塞的產(chǎn)生。如果延遲在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中不起主要作用，預(yù)防型擁塞控制可以采用反饋機制。否則，要達(dá)到預(yù)防擁塞的目的，只能采取開環(huán)方式，通過對業(yè)務(wù)流量及其對網(wǎng)絡(luò)承載能力的預(yù)測，確定輸入網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量，合理分配網(wǎng)絡(luò)資源分配。

3 通信網(wǎng)絡(luò)的約定

一個通信網(wǎng)不但要有終端、信道與交換機等硬件設(shè)備，還必須有一套通信各方應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)則與約定。例如電信網(wǎng)中的信令與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議以及相應(yīng)的通信軟件。電信網(wǎng)中信令的作用是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部設(shè)備之間完成建立與控制接續(xù)有關(guān)的信息交換過程。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中協(xié)議的作用與信令相當(dāng)，但內(nèi)容更加復(fù)雜。

信令可分為用戶-網(wǎng)絡(luò)信令、局間信令與用戶-用戶信令。根據(jù)信令通路與話音通路關(guān)系，信令可以分為隨路信令與共路信令。隨路信令是將話路所需要的控制信號（占用、應(yīng)答、拆線與撥號等）與話音處于同一傳輸通路內(nèi)。共路信令是將多條話路所需的各種局間控制信號，集中到一條與話路分開的公共信令信道上傳送。ITU-T的7號信令是國際標(biāo)準(zhǔn)的共路信令系統(tǒng)，最適于程控交換與數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合的綜合數(shù)字網(wǎng)（IND）和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）使用。公共信道信令網(wǎng)可看做是重疊在電路變換語音網(wǎng)上的分組交換網(wǎng)，該網(wǎng)的主要元件是信令端點與信令轉(zhuǎn)發(fā)點。信令轉(zhuǎn)發(fā)點為分組交換，負(fù)責(zé)將信令消息從一個對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送至另一個對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

[1]高益，黃俊偉.網(wǎng)絡(luò)流量控制的分析與設(shè)計[J].北京電子科技學(xué)院學(xué)報，2008(2).

[2]綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)[J].電子科技文摘，2002(2).

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1674-6708（2011）48-0206-01