1、UCN分層體系架構
UCN面向服務提供，將傳統面向業務單一承載轉變為可重構路由交換平臺一體化承載，提供多種服務能力;並通過鬆弛用戶業務和網絡服務間傳統的緊耦合關係，構建邏輯承載網，有效組織網絡資源，實現“共性承載，個性服務”
面向服務提供的技術體系強調用戶業務與網絡服務關係的松耦合:構建網絡不再依據特定用戶業務需求的網絡服務，而是依據網絡服務提供能力來進行，每一種網絡服務可以支撐多種特性相似的用戶業務，大多數新興業務的出現可以利用原有網絡服務支撐，只有少數新興業務需要網絡提供新的網絡服務。因此，需要對網絡服務能力進行定義。
定義1.服務能力是指服務提供者所能提供的網絡服務的種類。
高效的網絡應該是具有更強服務能力的網絡，這是面向服務提供技術體系的目的。UCN立足於承載服務，如圖1所示，自頂向下3層架構是:業務應用層、業務接入/控制層和網絡服務層。業務應用層通過業務接入/控制層利用網絡服務層生成的網絡服務。網絡服務層由3個子層構成，它們是邏輯承載層、可重構邊緣層和資源共享層。資源共享層提供物理的網絡傳輸和節點處理資源;邏輯承載層為用戶業務類別提供邏輯承載網絡生成網絡服務;可重構邊緣層根據邏輯承載層的需求，利用資源共享層提供的物理資源，構建邏輯承載網絡。
從圖2可以看出UCN模型組網的優勢。根據UCN模型，在業務提供層、服務提供層和資源共享層分別形成了業務提供商、服務提供商和網絡提供商，更利於網絡的管理和運營。以視頻業務為例，業務提供商可以提供視頻廣播、流媒體、遊戲、視頻會議等多種業務，用戶只需關心是否得到自己所需業務;服務提供商可根據業務特性和用戶數量、拓撲關係、帶寬需求等，從網絡提供商處租用服務資源，提供滿足業務特性的服務;網絡提供商負責建設網絡，根據服務提供商需求，劃分帶寬等資源，這樣可以做到基礎資源國家統一建設，統一管理，統一分配。所以，在面對快速發展的網絡業務時，“共性承載，個性服務”，可以使網絡需要改造的幾率大幅度下降，網絡對於用戶業務支撐的魯棒性和擴展性顯著提高。但是，依靠現有的網絡節點是無法實現的。可重構路由交換平臺(ReconfigurableRouting&SwitchingPlatform，RRSP)是UCN模型的技術基礎。
2、可重構路由交換平臺
UCN以承載網絡提供服務為核心，服務可以看作是利用網絡物理資源，對運行在其上的網絡業務提供的網絡承載支撐。縱觀網絡數十年發展歷程，路由交換節點的作用可歸納為路徑尋找(尋徑)和路徑選擇(擇路)，路徑尋找由路由功能實現，路徑選擇依靠交換功能實現。路由功能定義是廣義的，如電信網靠網管系統配置路由功能實現尋徑，互聯網則通過路由協議自學習路由實現尋徑，但是無論是電信網還是互聯網都必須通過交換功能來實現擇路。傳統網絡節點的技術機制是一種網絡節點只能完成一種任務，如路由器、程控交換機、以太網交換機等。無論哪一種傳統網絡節點技術都不具有UCN所要求的“共性承載，個性服務”能力;而且傳統網絡協議分層的剛性使得網絡節點改造只能依靠性能升級和擴展，無法實現功能重構。這種發展模式使得業務和承載網關係耦合密切，對於融合下一代網絡業務的擴展部署造成很大困難。
擴展原則要求網絡體系架構不受特定業務限制，融合原則要求網絡具有開放性，那麼，是否存在能滿足這些要求的技術思想呢?我們認為，構件化思想和可重構技術就是這一問題的答案。
CN模型中，為滿足面向服務提供需求，構件是具有最小獨立服務功能的單元。一次服務可以看作是一個或多個服務構件組合提供、完成一定任務的功能單元。服務構件是網絡節點中各種功能模塊的抽象，是定義了接口和行為的，可獨立完成某種特定功能的實體，是構建服務的最基本單位。服務構件具有很多實例，獨立或者通過服務組合的方式完成不同的任務。可重構不僅是指完成功能的可重構，而且可以根據服務質量規約進行節點的重構。
UCN模型中，可重構路由交換節點技術的基礎是平臺化支撐下的構件化處理技術。構件化處理的3個等級是平臺、組件和構件。平臺是可重構完成多種任務的系統，平臺為各種組件提供可重構的運行支撐環境。組件是可重構實現特定功能的單元，組件為各種構件提供可重構的運行支撐環境。平臺化支撐構件處理的3個等級中，平臺為組件、組件為構件提供運行環境和處理資源，包括處理器、內存和操作系統等。基於ForCES的控制轉發分離思想，標準化封裝方法屏蔽業務的差異性，實現組件、構件功能和性能組合和擴展，使路由交換平臺能夠提供不同的服務能力。在此基礎上，組件和構件的開發面向服務需求，在統一的接口和運行環境中進行管理和配置，屏蔽不同資源的差異化，並通過邏輯承載網構建進行多個節點的資源分配，提供可擴展的承載網絡服務能力。
1、網絡模型及描述
不管是IP網的單播、多播，還是電信網的話音通信、廣電網的廣播，都可以認為是網絡提供的一種承載服務。一體化承載設計是在可重構路由交換平臺作為節點組成的骨幹承載網上，將業務建網需求轉化為一個或多個源目節點對間的承載服務能力需求，將網絡拓撲、資源狀態等條件優化考慮，構建出多個邏輯承載子網，分別提供完全不同的服務能力。邏輯承載網構建的需求是業務提供層提出的，在一段時間內所需提供的服務能力是不發生變化的，即骨幹網拓撲一旦形成，資源一經分配，在較長一段時間內不發生變化，因此邏輯承載網構建可以看作是源2目節點對間的靜態拓撲構建和資源優化分配問題。
假定服務提供能力要求都已轉化為相應的帶寬需求，服務提供需求可以描述如下:
LCN∈{UCN|{ILi，OLi，RQoS}(i=1，2，…，m)，NT}(1)其中，LCN為所要求的邏輯承載網，UCN為一體化承載網絡，ILi為輸入接口，OLi為輸出接口，RQoS為QoS需求，m為輸入/輸出接口數量，NT為網絡類型。也即，業務提供層需要構建的LCN是業務提供商指定了網絡的輸入輸出接口，並根據用戶業務所屬的聚類及其帶寬要求等構建的UCN子集。
邏輯承載網構建關注骨幹承載網資源，假設所研究範圍內所有的路由交換平臺都是可重構的，採用圖論方法進行描述。基礎承載網以圖Gs=(Vs，Es)來描述，其中Vs代表基礎承載網中節點處理資源的集合，Es代表基礎承載網中網絡傳輸鏈路的集合。基於可重構路由交換平臺的一體化網絡構建是在基礎承載網中尋找子圖集合Gv(Gv=Gv1∪Gv2∪…∪GvK，其中Gv1=(Vv1，Ev1)，Gv2=(Vv2，Ev2)，…，GvK=(VvK，EvK)，K代表網絡服務提供能力)。Vv和Ev仍然是基礎承載網中的節點和鏈路的某個子集，且分別代表子圖中的節點集合和鏈路集合，VvΑVs，EvΑEs。
基於可重構路由交換平臺的邏輯承載網構建還應滿足以下原則:
(1)同構約束。當兩個節點能支持相同的網絡服務類型時，稱節點同構，這是兩個節點能夠互連組網的基礎。即對於Gs=(Vs，Es)，假設每個節點有K個端口，並且序號相同的端口同構，即節點i和節點j的對應端口k(k=1，2，…，K)支持的服務類型相同。此時，定義節點接口連接狀態c(k)(i，j)。若節點i和節點j的對應接口k同構，則節點i和節點j之間至少存在一條能提供某服務能力的物理通路，c(k)(i，j)=1;否則c(k)(i，j)=0。
(2)性能約束。如帶寬約束和跳數約束。基於多種度量相關的思想可以證明，一定條件下，包傳輸量、抖動等都可以轉化為高效的帶寬函數，因此，假設服務提供層將用戶及業務的QoS需求映射為帶寬需求。邏輯承載網構建也關注跳數對網絡構建的約束，以往的虛擬網研究關注虛擬網與基礎資源的映射，而假定兩個虛節點間跳數不受限制，事實上，因為業務特性、網絡拓撲與網絡連通性等因素，往往對跳數應具有相應限制。因此，服務提供商應根據到來的業務請求，將RQoS計算，得到業務請求的帶寬需求LBi及計算分析得到跳數限制hmax。
2、邏輯承載網構建算法
如上文分析，研究可重構路由交換平臺節點怎樣組網，提供儘可能多的服務能力，是構建邏輯承載網的目標，也是一體化承載網絡體系架構的模型驗證所需要的。因此首先給出構建邏輯承載網的構建算法。
● 算法描述
本節首先給出了邏輯承載網構建的非資源均衡構建算法(non2ResourceBalancingConstructingAlgorithm，n2RBCA)，本算法根據業務請求進行網絡拓撲構建。
資源信息管理服務器中根據構建需求(ILi、OLi等)，生成節點連接關係表H、邏輯承載網鏈路表L、路由表R並初始化為空。
1）在H中，搜索ILi到OLi的連接，同時計算每條連接的跳數h，h=∑i≠jc(k)(i，j)，若h 並轉到步2;
2）在L中，根據各鏈路可用帶寬計算路徑可用帶寬Bavail，計算出R中所有ILi到OLi的路徑帶寬，判斷是否滿足LBiΦBavail，若滿足，則尋路成功，並記錄該路徑到R;若存在多條，則選擇Bavail最大的一條路徑。
一體化承載網服務能力不僅表現在是否能構造出符合需求的拓撲，還體現在網絡資源分配的合理性方面。網絡資源分配的合理性主要是指當前資源的分佈和剩餘資源分佈會直接影響到後續邏輯承載網的構建的效率。因此，本文給出了體現資源分佈影響的資源均衡邏輯承載網構建算法(ResourceBal2ancingConstructingAlgorithm，RBCA)。算法定義節點強度和路徑節點平均強度概念，並在n2RBCA基礎上加入步3。
定義2.節點強度Sn:節點上已經承載的邏輯承載網個數。
路徑節點平均強度Sn:路徑上所有節點的節點強度的數學期望，
對步2所選出的多條路徑計算出節點強度Sn及路徑節點平均強度Sn，選擇Sn最小的路徑，記錄該路徑及所用資源到R，構成邏輯承載網信息，並配置到物理承載節點，為數據建立路由交換通路。
● 算法仿真及結果
仿真網絡採用具有14個節點21條鏈路的NS2FNET骨幹網(如圖3所示)，這是一個物理拓撲不規則的實際網絡。所仿真的算法都以C語言編程實現。在仿真過程中，假定每個節點都具有3種服務提供能力，即k=3，每個節點的物理鏈路帶寬都為10G/s。每次業務請求帶寬在(0，1G)均勻分佈隨機生成。
圖3 14個節點的NSFNET骨幹網
hmax的取值與業務特性、網絡拓撲、路徑連通度等密切相關。hmax取值過大，會導致時延或者丟包等服務質量損失;hmax取值過小，可能會導致關鍵節點負載過重，引起擁塞。因此服務提供商在構建邏輯承載網時，必須首先確定hmax的取值。本文計算得出邏輯承載網跳數h與可選路徑數關係如圖4所示，不妨取hmax為4。
圖4 h約束下的可選路徑數
圖5 RBCA與n2RBCA算法LCN構建成功率比較
在圖3的網絡仿真環境中，進行30次隨機業務請求，分別記錄每次的業務請求數與邏輯承載網成功構建次數，並進行統計平均，得出邏輯承載網構建成功率。業務請求數與邏輯承載網構建成功率的關係如圖5所示。可以看出，當業務請求數較少時，RBCA算法與n2RBCA算法性能差別不大，所產生的邏輯承載網個數基本可以一致。但由於RBCA算法注重已分配資源對剩餘網絡拓撲構建均衡性的影響，隨著業務請求數量增加，RBCA算法比n2RBCA的邏輯承載網構建成功率要高。因此，RBCA算法更有利於構建具有更強服務能力的UCN。
閱讀更多 泰戈爾電子設備 的文章
