骨幹網

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骨幹網(Backbone Network)

目錄

什麼是骨幹網[1]

  骨幹網又被稱為核心網路,它由所有用戶共用,負責傳輸骨幹數據。骨幹網通常是基於光纖的,能夠實現大範圍(在城市之間和國家之間)的數據傳送。這些網路通常採用高速傳輸網路(如SONET/SDH)傳輸數據,高速交換設備(如ATM和基於IP的交換)提供網路路由。

骨幹網的建立和維護[2]

  1.基本步驟

  一般說來,骨幹網的構造和維護過程包含以下4步:首先利用某種分簇演算法或根據某種規則將網路劃分成簇,由骨幹節點及其相鄰普通節點構成簇內網路:然後按照骨幹網路的預定要求來構造簇間網路結構,簇間的通信需要藉助於(虛擬)骨幹節點(和關聯節點)宋實現;骨幹網建立後,在簇內和簇間可以利用骨幹節點/骨幹網路來方便地控制和管理網路資源、調度分組和支持QoS路由等:當拓撲發生變化而使骨幹網不能滿足系統要求時,需要按照某種策略和機制對骨幹網路進行維護更新或重新執行上述過程。

  2.骨幹節點的選取、優化和配置

  骨幹節點的選取可以採用某種簇頭選舉演算法來實現。例如,各個骨幹使能節點根據網路的應用按照節點移動性、能量和連接度等因素來計算自身的權重,並根據權重來選擇骨幹節點。骨幹節點選取完畢後,需要對骨幹節點的數量和每個骨幹節點所服務的普通節點數加以限制,以此來減少控制開銷和時延、增加本地吞吐量並且減輕骨幹節點的負擔。由相關文獻可知,一個具有n個節點的Ad Hoc網路中,每個節點的優化吞吐量為\theta=\frac{w}{\sqrt{n}}(w為通道帶寬),即每個節點的吞吐量隨節點數的增加而減少。為了提高吞吐量,應使網路中的移動節點數足夠少。但是,大規模Ad Hoc網路中的節點數往往很多。藉助於骨幹網路可以緩解這個問題,簇內的節點間可以直接或通過簇頭通信,而由骨幹節點負責簇間的通信,並且鄰居簇還可以使用不同的正交碼字。由於每個簇的節點數較少,使得每個節點的吞吐量得到提高。減少簇內節點數可以提高本地簇的吞吐量,但是這將導致較多數量的骨幹節點。由於具有不同的頻率和功率,一個骨幹節點同時處於本地簇和骨幹網路中,負責簇內節點的管理和簇間數據的投遞。考慮到由簇頭構造而成的MBN也是一個Ad Hoc網路,骨幹網路中每個節點的吞吐量也受節點數的限制,同樣需要優化骨千節點的數量。一種優化目標是使骨幹節點在本地簇和骨幹網路都能獲得較高的每節點吞吐量。為了防止骨千節點擁塞,骨幹節點轉發的業務量不應超過骨幹網路中骨幹節點的吞吐量。通常而言,普通節點數越多,骨幹網路的通道帶寬與簇內通道帶寬的比例越高,骨幹節點的數量也應越大。此外,為了優化骨幹節點數,往往需要採用可以調整簇尺寸的分簇演算法來達到目的。

  直觀上,最簡單的骨幹網路配置方法是預先確定骨幹節點數,併在初始化時將其均勻地分佈到全網路區域。但是這種靜態配置存在以下問題:首先,骨幹節點可以移動,使得某些骨幹節點可能移動到相同的區域,而在另外一些區域缺少骨幹節點;二是網路的容錯性較差,骨幹節點可能遭受破壞或發生故障,需要選舉新的骨幹節點來取代失效的骨幹節點。因此,應採用動態配置方式,並且配置的骨幹使能節點的數量應具有一定的冗餘度,以便提高網路的容錯性。

  3.骨幹節點的互連和骨幹網路的維護

  骨幹網路能夠正常工作的一個前提是骨幹網路是連通的,可以通過互連部分簇頭對的方法來滿足這一要求,即每個骨幹節點利用本地信息通過單跳或多跳路徑與附近的骨幹節點相連來構造連通的骨幹網。相關文獻證明瞭用於VBN的以下結論:假設底層Ad Hoc網路是連通的,對於一個由簇頭構成的統治集而言,如果統治集中的每個簇頭都向距離它三跳之內的其他簇頭建立相應的鏈路,那麼得到的VBN是連通的;並且如果骨幹網路中任何鏈路出現故障,則不能在最壞的情況下保證骨幹網路是連通的。該結論同樣適用於MBN,即每個骨幹節點只需維護三跳之內的其他骨幹節點的狀態信息,從而減少了帶寬和能量耗費。在底層Ad Hoc網路是連通的情況下,為了保證消息可以通過骨幹網路到達目的節點,每個骨幹節點只需確保該消息能可靠地傳遞到3跳之內的骨幹節點。如果骨幹節點可以工作在雙功率模式,骨幹節點間可以直接通信,否則,需要藉助於普通節點的多跳轉發來建立骨幹鏈路。

  骨幹網路的維護就是根據網路拓撲和節點狀態的變化及時刪除冗餘的、不合適的或過時的骨幹節點,選舉新的骨幹節點並維護骨幹節點的連通,從而保證骨幹網路能夠達到預期的要求。如果網路存在分區,那麼將在每個網路劃分中獨自構造骨幹網路,並且當分區消失後,獨立構造的多個骨幹網路需要重新合併為一個骨幹網路。

骨幹網的應用方案[3]

  利用現有IP/ATM骨幹網提供長途匯接電信業務,替代現有的長途匯接局。採用軟交換設備、中繼網關、信令網關的結合使用,可實現和PSTN、IN、H.323、SIP等網路的互通。目前主要應用是提供低成本的長途VoIP業務,運營商還可為用戶提供現有的智能網業務,或者增加新的應用伺服器提供豐富的個性化業務和IP增值業務。

  在骨幹網的應用有兩種:

  ●長途匯接局C4的應用,如中國電信

  ●C4VoIP的應用,新興運營商,如網通。下圖是長途匯接(C4)解決方案示意圖:
Image:长途汇接(C4)解决方案示意图.jpg

  這種解決方案提供傳統交換機長途、匯接功能,有網間介面局功能,而且可以與現有智能網的互通,具有傳統交換機的維護操作、計費功能。

  這種解決方案的優點是組網靈活、網路容災能力強。

參考文獻

  1. 閆忠文,付長青主編.信息技術基礎.中國農業出版社,2007.8.
  2. 鄭少仁,王海濤,趙志峰,米志超,黎寧著.Ad Hoc網路技術.人民郵電出版社,2005年01月第1版.
  3. 羅國慶編著.軟交換的工程實現.人民郵電出版社,2004年03月第1版.
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