多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方法，主要解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中交換模塊端口速率相等和交換模塊價(jià)格僅考慮端口數(shù)量的缺點(diǎn)。該多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)由第1級(jí)至第N級(jí)具有一個(gè)高速端口和若干低速端口的基本交換模塊依次互連而成；第N-1級(jí)基本交換模塊的高速端口從最左邊開始依次連接第N級(jí)基本交換模塊的低速端口；以此類推，第k級(jí)基本交換模塊的高速端口從最左邊開始依次連接第k+1級(jí)基本交換模塊的低速端口，以使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)展，k＝N-1,…,1。本發(fā)明減小了網(wǎng)絡(luò)中流量的浪費(fèi)及擁堵出現(xiàn)，更加符合實(shí)際應(yīng)用場景，可用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化使用SDH或以太網(wǎng)交換設(shè)備的接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心等交換系統(tǒng)。
【專利說明】多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及通信網(wǎng)中交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化方法，可用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化使用SDH或以太網(wǎng)交換設(shè)備的接入網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心等交換系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]同步數(shù)字體系SDH和以太網(wǎng)是目前最重要和應(yīng)用最廣泛的寬帶傳輸技術(shù)，它們的一個(gè)重要特征是相鄰速率等級(jí)的接口速率呈等比級(jí)數(shù)增加，且相鄰的不同速率間存在同步或異步復(fù)用，如SDH和以太網(wǎng)速率分別為同步傳輸模塊STM-N和異步X Gbps，二者的相鄰級(jí)速率等比系數(shù)分別為4和10，其中N= 1,4, 16，64，256和x = 0.1, I, 10，100。接入網(wǎng)中的SDH和Ethernet單個(gè)復(fù)用/交換設(shè)備大多具有多個(gè)低速端口和一個(gè)高速端口，稱該設(shè)備為基本交換模塊BSM (Basic Switching Module)，如一個(gè)SDH分叉復(fù)用器ADM可具有4個(gè)STM-1和I個(gè)STM-4接口。具有前述SDH和Ethernet不同速率等級(jí)接口的交換設(shè)備在實(shí)際使用中大多構(gòu)成網(wǎng)狀、環(huán)形和星型等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中多級(jí)星形交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是接入網(wǎng)中非常重要的網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)之一。
[0003]目前國內(nèi)外對(duì)多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的研究主要是關(guān)于基本交換模塊的互連，特別是利用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如Banyan和Clos的光互連。一些研究文獻(xiàn)涉及了多級(jí)互連網(wǎng)絡(luò)的分析與優(yōu)化，互連網(wǎng)絡(luò)的多播和優(yōu)先處理服務(wù)。
[0004]Ohring S.R.等人在“On generalized fat trees”一文中提出了一種由許多交換單元互連而成的可擴(kuò)展廣義胖樹XGFT。該胖樹中所有交換單元的端口速率都相同，造成了網(wǎng)絡(luò)流量的浪費(fèi)和出現(xiàn)擁堵，這不符合實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境，不能解決實(shí)際的應(yīng)用問題。
[0005]Javier Navaridas, Jose Miguel-Alonso 等人在 “Reducing complexity intree-like computer interconnect1n networks”一文中提出交換單兀的花費(fèi)只和其端口數(shù)有關(guān)。一個(gè)交換系統(tǒng)的全部花費(fèi)由許多因子決定，通常包括節(jié)點(diǎn)、鏈路、安裝甚至維護(hù)的花費(fèi)。它主要由第一個(gè)因素決定，后兩個(gè)花費(fèi)因子主要依賴于實(shí)際應(yīng)用場景而難以確定，因此這兩個(gè)因子經(jīng)常被忽略。在目前研究的很大一部分中，交換網(wǎng)絡(luò)的花費(fèi)只與一個(gè)因素有關(guān)，例如換單元的數(shù)量，忽視通過交換單元的流量或端口速率對(duì)花費(fèi)的影響，這對(duì)有著不等端口速率的交換設(shè)備來說是不切實(shí)際的，例如，一個(gè)8端口 1000M以太網(wǎng)交換機(jī)的花費(fèi)通常是8端口 10M交換機(jī)的3倍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述技術(shù)的不足，提出一種適應(yīng)于SDH和以太網(wǎng)中這種傳輸與復(fù)用體制的具有不等速率端口的多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化方法，以減小網(wǎng)絡(luò)流量的浪費(fèi)及擁堵出現(xiàn)，并構(gòu)建考慮流量和端口因素的花費(fèi)模型，使其更加完善和符合實(shí)際應(yīng)用場景。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由第I級(jí)至第N級(jí)的基本交換模塊依次互連而成，N ^ 2 ;其特征在于，第N級(jí)僅有I個(gè)基本交換模塊，該基本交換模塊僅有速率相同的Qn個(gè)低速端口；第i級(jí)有；=Π?=?+1 <2/個(gè)基本交換模塊，每個(gè)基本模塊設(shè)有速率相同的Qi個(gè)低速端口和I個(gè)高速端口，i = 1,2, -,N-10
[0008]上述多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，各級(jí)基本交換模塊依次互連的關(guān)系為:第N-1級(jí)基本交換模塊的高速端口從最左邊開始依次連接第N級(jí)相應(yīng)基本交換模塊的低速端口 ；以此類推,第k級(jí)基本交換模塊的高速端口從最左邊開始依次連接第k+Ι級(jí)基本交換模塊的低速端口，以使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶端口數(shù)的倍增和用戶端口之間的互聯(lián)互通，其中k = N-1,…，I。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0010](I)根據(jù)實(shí)際需求確定網(wǎng)絡(luò)總用戶端口數(shù)X。；
[0011](2)通過分解總用戶端口數(shù)Xtl得到所有可行結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)N和低速端口數(shù)Qi, i =1，2，…，N;
[0012](3)流量計(jì)算:
[0013]3a)分別計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第i級(jí)基本交換模塊的高速端口流量和第N級(jí)基本交換模塊的高速端口流量Jfuv:

【權(quán)利要求】
1.一種多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由第I級(jí)至第N級(jí)的基本交換模塊依次互連而成，N ^ 2 ;其特征在于，第N級(jí)僅有I個(gè)基本交換模塊，該基本交換模塊僅有速率相同的Qn個(gè)低速端口；第i級(jí)有^ = nf=i+1 個(gè)基本交換模塊，每個(gè)基本模塊設(shè)有速率相同的Qi個(gè)低速端口和I個(gè)高速端口，i = 1,2, -,N-1o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于，各級(jí)基本交換模塊依次互連的關(guān)系為:第N-1級(jí)基本交換模塊的高速端口從最左邊開始依次連接第N級(jí)基本交換模塊的低速端口 ；以此類推，第k級(jí)基本交換模塊的高速端口從最左邊開始依次連接第k+Ι級(jí)基本交換模塊的低速端口，以使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向外擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶端口數(shù)的倍增和用戶端口之間的互聯(lián)互通，其中k = N-1,…，I。
3.一種多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據(jù)實(shí)際需求確定網(wǎng)絡(luò)用戶端口數(shù)Xtl; (2)通過分解用戶端口數(shù)Xtl得到所有可行結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)N和低速端口數(shù)Qi,i =.1，2，…，N; (3)流量計(jì)算: .3a)分別計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第i級(jí)基本交換模塊的高速端口流量p和第N級(jí)基本交換模塊的高速端口流量
3b)分別計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第I級(jí)基本交換模塊的低速端口流量/id°wn和第i級(jí)基本交換模塊的低速端口流量< W°wn:
(4)計(jì)算可行交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的花費(fèi): 4a)根據(jù)基本交換模塊的高速端口流量:/^#和低速端口流量/f'd°wn，計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各級(jí)基本交換模塊流量對(duì)花費(fèi)的影響因子δ (i):
其中參數(shù)α是/f’UP相對(duì)于f/'d_的權(quán)重，其取值為I ; 4b)根據(jù)基本交換模塊的低速端口數(shù)Qp高速端口流量:/^￥和低速端口流量//4°wn，計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各級(jí)基本交換模塊的等效端口數(shù)Qi:
其中，β是轉(zhuǎn)化率，其取值為0.32 ；4c)根據(jù)基本交換模塊的等效端口數(shù)qi，計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各級(jí)基本交換模塊的花費(fèi)
4d)根據(jù)各級(jí)基本交換模塊數(shù)Xp基本交換模塊的花費(fèi)Vi和基本交換模塊流量對(duì)花費(fèi)的影響因子δ (i)，計(jì)算可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總花費(fèi):
(5)比較所有可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的花費(fèi)，找出花費(fèi)最小的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即為最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多級(jí)星型交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟(2)中分解用戶端口數(shù)Xtl，包括以下步驟: 2a)設(shè)基本交換模塊的低速端口數(shù)=Qi = 4，8，16，64，128, i = I, 2，…，N，且Qj≥Qj+1,j = I,…，N-1 ； 2b)找到滿足公式\ =nf=1&的所有可行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的級(jí)數(shù)N和低速端口數(shù)Qi, i =I, 2，...，N。
【文檔編號(hào)】H04L12/44GK104184642SQ201410437766
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月31日
【發(fā)明者】徐展琦, 丁喆, 張曉磊, 劉楊, 李爽 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)