骨干网

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骨干网(Backbone Network)

目录

什么是骨干网[1]

  骨干网又被称为核心网络,它由所有用户共享,负责传输骨干数据。骨干网通常是基于光纤的,能够实现大范围(在城市之间和国家之间)的数据传送。这些网络通常采用高速传输网络(如SONET/SDH)传输数据,高速交换设备(如ATM和基于IP的交换)提供网络路由。

骨干网的建立和维护[2]

  1.基本步骤

  一般说来,骨干网的构造和维护过程包含以下4步:首先利用某种分簇算法或根据某种规则将网络划分成簇,由骨干节点及其相邻普通节点构成簇内网络:然后按照骨干网络的预定要求来构造簇间网络结构,簇间的通信需要借助于(虚拟)骨干节点(和关联节点)宋实现;骨干网建立后,在簇内和簇间可以利用骨干节点/骨干网络来方便地控制和管理网络资源、调度分组和支持QoS路由等:当拓扑发生变化而使骨干网不能满足系统要求时,需要按照某种策略和机制对骨干网络进行维护更新或重新执行上述过程。

  2.骨干节点的选取、优化和配置

  骨干节点的选取可以采用某种簇头选举算法来实现。例如,各个骨干使能节点根据网络的应用按照节点移动性、能量和连接度等因素来计算自身的权重,并根据权重来选择骨干节点。骨干节点选取完毕后,需要对骨干节点的数量和每个骨干节点所服务的普通节点数加以限制,以此来减少控制开销和时延、增加本地吞吐量并且减轻骨干节点的负担。由相关文献可知,一个具有n个节点的Ad Hoc网络中,每个节点的优化吞吐量为\theta=\frac{w}{\sqrt{n}}(w为信道带宽),即每个节点的吞吐量随节点数的增加而减少。为了提高吞吐量,应使网络中的移动节点数足够少。但是,大规模Ad Hoc网络中的节点数往往很多。借助于骨干网络可以缓解这个问题,簇内的节点间可以直接或通过簇头通信,而由骨干节点负责簇间的通信,并且邻居簇还可以使用不同的正交码字。由于每个簇的节点数较少,使得每个节点的吞吐量得到提高。减少簇内节点数可以提高本地簇的吞吐量,但是这将导致较多数量的骨干节点。由于具有不同的频率和功率,一个骨干节点同时处于本地簇和骨干网络中,负责簇内节点的管理和簇间数据的投递。考虑到由簇头构造而成的MBN也是一个Ad Hoc网络,骨干网络中每个节点的吞吐量也受节点数的限制,同样需要优化骨千节点的数量。一种优化目标是使骨干节点在本地簇和骨干网络都能获得较高的每节点吞吐量。为了防止骨千节点拥塞,骨干节点转发的业务量不应超过骨干网络中骨干节点的吞吐量。通常而言,普通节点数越多,骨干网络的信道带宽与簇内信道带宽的比例越高,骨干节点的数量也应越大。此外,为了优化骨干节点数,往往需要采用可以调整簇尺寸的分簇算法来达到目的。

  直观上,最简单的骨干网络配置方法是预先确定骨干节点数,并在初始化时将其均匀地分布到全网络区域。但是这种静态配置存在以下问题:首先,骨干节点可以移动,使得某些骨干节点可能移动到相同的区域,而在另外一些区域缺少骨干节点;二是网络的容错性较差,骨干节点可能遭受破坏或发生故障,需要选举新的骨干节点来取代失效的骨干节点。因此,应采用动态配置方式,并且配置的骨干使能节点的数量应具有一定的冗余度,以便提高网络的容错性。

  3.骨干节点的互连和骨干网络的维护

  骨干网络能够正常工作的一个前提是骨干网络是连通的,可以通过互连部分簇头对的方法来满足这一要求,即每个骨干节点利用本地信息通过单跳或多跳路径与附近的骨干节点相连来构造连通的骨干网。相关文献证明了用于VBN的以下结论:假设底层Ad Hoc网络是连通的,对于一个由簇头构成的统治集而言,如果统治集中的每个簇头都向距离它三跳之内的其他簇头建立相应的链路,那么得到的VBN是连通的;并且如果骨干网络中任何链路出现故障,则不能在最坏的情况下保证骨干网络是连通的。该结论同样适用于MBN,即每个骨干节点只需维护三跳之内的其他骨干节点的状态信息,从而减少了带宽和能量耗费。在底层Ad Hoc网络是连通的情况下,为了保证消息可以通过骨干网络到达目的节点,每个骨干节点只需确保该消息能可靠地传递到3跳之内的骨干节点。如果骨干节点可以工作在双功率模式,骨干节点间可以直接通信,否则,需要借助于普通节点的多跳转发来建立骨干链路。

  骨干网络的维护就是根据网络拓扑和节点状态的变化及时删除冗余的、不合适的或过时的骨干节点,选举新的骨干节点并维护骨干节点的连通,从而保证骨干网络能够达到预期的要求。如果网络存在分区,那么将在每个网络划分中独自构造骨干网络,并且当分区消失后,独立构造的多个骨干网络需要重新合并为一个骨干网络。

骨干网的应用方案[3]

  利用现有IP/ATM骨干网提供长途汇接电信业务,替代现有的长途汇接局。采用软交换设备、中继网关、信令网关的结合使用,可实现和PSTN、IN、H.323、SIP等网络的互通。目前主要应用是提供低成本的长途VoIP业务,运营商还可为用户提供现有的智能网业务,或者增加新的应用服务器提供丰富的个性化业务和IP增值业务。

  在骨干网的应用有两种:

  ●长途汇接局C4的应用,如中国电信

  ●C4VoIP的应用,新兴运营商,如网通。下图是长途汇接(C4)解决方案示意图:
Image:长途汇接(C4)解决方案示意图.jpg

  这种解决方案提供传统交换机长途、汇接功能,有网间接口局功能,而且可以与现有智能网的互通,具有传统交换机的维护操作、计费功能。

  这种解决方案的优点是组网灵活、网络容灾能力强。

参考文献

  1. 闫忠文,付长青主编.信息技术基础.中国农业出版社,2007.8.
  2. 郑少仁,王海涛,赵志峰,米志超,黎宁著.Ad Hoc网络技术.人民邮电出版社,2005年01月第1版.
  3. 罗国庆编著.软交换的工程实现.人民邮电出版社,2004年03月第1版.
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