基于MPLSVPN架構(gòu)與AR技術(shù)的三層組網(wǎng)傳輸方法

汪 偉

(淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系，安徽 淮北 235000)

在下一代互聯(lián)網(wǎng)中，IP/MPLS over WDM被認(rèn)為是最理想的應(yīng)用形式，而“網(wǎng)絡(luò)融合”是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流思想[1]。優(yōu)化組網(wǎng)傳輸機(jī)制是眾多研究學(xué)者的研究重點(diǎn)，其中，文獻(xiàn)[2]基于總鏈路時(shí)延合理值和總鏈路時(shí)延誤差值，介紹了混合組網(wǎng)下SV報(bào)文傳輸時(shí)延測(cè)量方法，通過選取就地化保護(hù)專網(wǎng)的專項(xiàng)測(cè)試分析，設(shè)計(jì)了一種SV數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延實(shí)時(shí)測(cè)量及補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑧?yīng)用于智能站“三網(wǎng)共口”就地化保護(hù)專網(wǎng)等場(chǎng)合。文獻(xiàn)[3]提出了利用 Lora無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)皮帶運(yùn)輸過程進(jìn)行監(jiān)控的技術(shù)方案，以 Lora鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)方式確定節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)訪問關(guān)系，以主節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)為從傳輸方式，能滿足無線網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸功能要求。

將標(biāo)簽交換技術(shù)、 IP虛擬專網(wǎng)(IPVPN)和傳統(tǒng)路由技術(shù)相結(jié)合，以滿足多種靈活的業(yè)務(wù)需求為目的，構(gòu)建寬帶內(nèi)外網(wǎng)。本文結(jié)合以上技術(shù)優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于MPLSVPN架構(gòu)與AR技術(shù)的三層組網(wǎng)傳輸方法。

1 三層組網(wǎng)框架

構(gòu)建基于MPLSVPN架構(gòu)與AR技術(shù)的三層組網(wǎng)，框架如圖1所示。

由圖1可以看出，基于MPLSVPN架構(gòu)與AR技術(shù)的三層組網(wǎng)框架由三個(gè)平面協(xié)作實(shí)現(xiàn)，分為控制平面，數(shù)據(jù)平面和管理平面。數(shù)據(jù)傳輸流程如下：

步驟1：接收物理層所傳輸?shù)馁Y源，并對(duì)其初始化。例如讀取進(jìn)程的 ID等信息，讀取外部屬性值，對(duì)節(jié)點(diǎn)的屬性進(jìn)行初始化。

步驟2：如果收到的中斷消息是由 IP保護(hù)模塊發(fā)送的一條消息造成的，表明已收到一條信令消息，則讀取消息中的屬性值，根據(jù)情況更新服務(wù)記錄，并調(diào)用子進(jìn)程進(jìn)入相應(yīng)的處理狀態(tài)。

步驟3：當(dāng) RC路由控制模塊發(fā)送消息時(shí)，讀取消息中的屬性值，然后根據(jù)這些屬性值調(diào)用子進(jìn)程判斷中斷的類型，選擇不同的處理狀態(tài)。

步驟4：當(dāng) LRM鏈接資源管理模塊收到中斷消息時(shí)，根據(jù)資源配置判斷是否成功地跳轉(zhuǎn)到了子進(jìn)程的響應(yīng)模塊。

步驟5：當(dāng) CC模塊的子進(jìn)程發(fā)送收到的中斷消息時(shí)，根據(jù)子進(jìn)程的響應(yīng)結(jié)果選擇相應(yīng)的服務(wù)記錄，并進(jìn)行持續(xù)刷新，解釋具體內(nèi)容。

在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，主要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列模型及動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2 數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列模型構(gòu)建

在這一部分，主要構(gòu)建了數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列模型。在構(gòu)建之前，使用資源預(yù)留協(xié)議快速建立端到端路徑，以保證相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量。然后，基于MPLSVPN技術(shù)，建立資源預(yù)留協(xié)議，對(duì)預(yù)約請(qǐng)求和響應(yīng)進(jìn)行處理。會(huì)話包括目標(biāo)地址、目標(biāo)端口號(hào)(也稱為流)和傳輸層協(xié)議類型。為了建立一個(gè)端到端的進(jìn)程，兩個(gè)端點(diǎn)之間的所有路由器必須保留每個(gè)進(jìn)程的資源。

發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送消息，以與接收器建立傳輸路徑。每個(gè)路由器都記錄流標(biāo)識(shí)符并為其保存資源。當(dāng)接收器接收到消息時(shí)，它使用相同的流標(biāo)識(shí)符響應(yīng)發(fā)送消息。消息沿相同的路徑發(fā)送給發(fā)送者，并在消息通過每個(gè)路由器時(shí)被確認(rèn)[4-5]。繼而，數(shù)據(jù)流將通過該路徑在發(fā)送方和接收方之間傳輸，每條路由將為數(shù)據(jù)流預(yù)留資源，并提供協(xié)商和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。

但是，單一的信號(hào)控制并不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的端到端控制，要實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的有效控制，需要多個(gè)構(gòu)件的協(xié)同工作。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)跳數(shù)為N的路徑而言，長(zhǎng)度為Q的數(shù)據(jù)幀，其路由轉(zhuǎn)發(fā)延遲可以表示為

(1)

其中，di表示每一個(gè)節(jié)點(diǎn)i的排隊(duì)延遲，xi表示每跳的交換時(shí)間延遲，Bi表示端到端控制次序閾值。

在上述端到端路徑建立完成之后，設(shè)計(jì)滿足多業(yè)務(wù)等級(jí)的、分組網(wǎng)絡(luò)需求的傳送節(jié)點(diǎn)隊(duì)列模型[6-10],如圖2所示。

圖2中，通過多序列的傳送節(jié)點(diǎn)隊(duì)列管理與調(diào)度，調(diào)整帶寬。但是，如果只對(duì)不同的隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，則可以確保先處理關(guān)鍵服務(wù)。然而，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)的包速率總是高于接口的包速率時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的包將不會(huì)被發(fā)送。為了解決這一問題，采用MPLSVPN結(jié)構(gòu)將隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)與可用帶寬聯(lián)系起來。MPLSVPN的工作過程如圖3所示。

在MPLSVPN架構(gòu)中，每一種事件處理程序都是一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，使用子進(jìn)程可以進(jìn)一步細(xì)化處理細(xì)節(jié)。當(dāng)處理完成時(shí)，它返回到狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程，在此過程中，中斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程以繼續(xù)或安排新進(jìn)程執(zhí)行。假設(shè)等級(jí)隊(duì)列可表示為與每一個(gè)等價(jià)的隊(duì)列所占用的帶寬，即

(2)

在此基礎(chǔ)上，為衡量網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)服務(wù)的影響，延遲偏差定義如下：

(3)

其中，T表示網(wǎng)絡(luò)中分組的數(shù)目，ti為分組i的時(shí)延。

利用上述設(shè)計(jì)方法構(gòu)造數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列模型，在不同的業(yè)務(wù)層次上獲得合理的帶寬，既保證了關(guān)鍵業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)，又避免了對(duì)非關(guān)鍵業(yè)務(wù)的過度限制。

3 動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制構(gòu)建

在上述數(shù)據(jù)傳輸隊(duì)列模型構(gòu)建完成的基礎(chǔ)上，建立動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制。引入刷新周期，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新調(diào)整，將刷新周期記作R,對(duì)定時(shí)器時(shí)間間隔進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整[11-15]，為不同級(jí)別的業(yè)務(wù)提供保障?；谶B接控制模塊的動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制工作流程如圖4所示：

在具體應(yīng)用時(shí)，需要考慮狀態(tài)被接收后的情況，R值存儲(chǔ)于本地狀態(tài)中，本地生存時(shí)間的值S是由刷新周期來決定的。為了表示方便，定義發(fā)送者源端指示符號(hào)，其表達(dá)式如下：

(4)

其中，addr(j)代表節(jié)點(diǎn)j的地址。sender_addr代表以發(fā)件人地址的形式定義的狀態(tài)歸屬指示符號(hào)，此時(shí)，資源等級(jí)為

(5)

其中，Sj代表節(jié)點(diǎn)i的狀態(tài)鏈表。

同時(shí)，為避免丟失狀態(tài)，需要搶占資源，過程如圖5所示。

圖5中，為了在本地最壞情況下，保證動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制，即任意狀態(tài)的丟失都不會(huì)對(duì)狀態(tài)鏈表的傳輸過程產(chǎn)生影響，鏈表不被刪除，要求節(jié)點(diǎn)的生存期滿足

(6)

式中K為正整數(shù)。

通過上述過程搶占資源，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

最后，為了提高三層組網(wǎng)傳輸?shù)膮f(xié)同效果，將AR技術(shù)應(yīng)用于三層組網(wǎng)傳輸。借助AR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)廠商和虛擬場(chǎng)景的疊加，從而形成了一個(gè)新的虛擬世界。

采用AR技術(shù)作為現(xiàn)場(chǎng)操作平臺(tái)，不僅可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢操作，還可以進(jìn)入遠(yuǎn)程輔助交互模式，向?qū)＜野l(fā)送信息，接收專家發(fā)送的指導(dǎo)信息。通過以上過程，在MPLSVPN體系結(jié)構(gòu)和AR技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了三層組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。

4 實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證本文提出的基于MPLSVPN架構(gòu)與AR技術(shù)的三層組網(wǎng)傳輸方法的有效性，將傳統(tǒng)的傳輸方法(文獻(xiàn)[2]方法)與此次研究的傳輸方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

4.1 阻塞率對(duì)比

阻塞率是指網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)新連接建立請(qǐng)求失敗的概率。設(shè)置五次實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的新連接數(shù)量分別為10、20、30、40、50個(gè)，鏈路數(shù)量={MSC 用戶容量×提交、接受信息占用字節(jié)數(shù)量×8}/(64×1 024)，對(duì)所轄組網(wǎng)信令分區(qū)間的業(yè)務(wù)量進(jìn)行確定，取定2條2M高速鏈路，以設(shè)備容量和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為依據(jù)，確定4、8或16條64k鏈路。其對(duì)比結(jié)果如圖6所示：

分析圖6可知，隨著業(yè)務(wù)量的增加，傳統(tǒng)方法只尋找跳數(shù)最小的路徑，不考慮鏈路負(fù)載，所以傳統(tǒng)方法具有較高的阻塞率。但本文方法的阻塞率較低，因?yàn)楸疚奶岢龅膫鬏敺椒梢酝瑫r(shí)考慮路徑跳變和鏈路擁塞，找出最優(yōu)路徑，并根據(jù)鏈路剩余帶寬率控制參數(shù)，從而更有效地降低了同一組網(wǎng)的阻塞率。

4.2 數(shù)據(jù)時(shí)延對(duì)比

數(shù)據(jù)時(shí)延是從應(yīng)用發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器的時(shí)間，將該指標(biāo)作為驗(yàn)證傳輸方法應(yīng)用效果的標(biāo)準(zhǔn)，其對(duì)比結(jié)果如圖7所示。

由圖7可以看出，在有傳輸請(qǐng)求時(shí)，本文提出的傳輸方法能夠以較快的速度傳輸數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)時(shí)延較多，需要的傳輸時(shí)間較長(zhǎng)。

4.3 業(yè)務(wù)中斷率對(duì)比

業(yè)務(wù)中斷率代表傳輸業(yè)務(wù)建立成功后出現(xiàn)的中斷情況，對(duì)比結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，應(yīng)用本文提出的傳輸方法后，業(yè)務(wù)中斷率明顯較傳統(tǒng)傳輸方法低，主要是因?yàn)楸疚姆椒▽?duì)動(dòng)態(tài)刷新機(jī)制進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，從而提高了傳輸效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MPLSVPN架構(gòu)與AR技術(shù)的三層組網(wǎng)傳輸方法，有效降低了阻塞率、業(yè)務(wù)中斷率，并減少了數(shù)據(jù)時(shí)延情況，提高了用戶的體驗(yàn)質(zhì)量。在以后研究中，將對(duì)組網(wǎng)保護(hù)與數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的性能進(jìn)行重新評(píng)估，進(jìn)一步提高三層組網(wǎng)傳輸方式的應(yīng)用效果。