网络通信系统的控制技术

由 欣 ，吕泽汉 ，葛天路 ，张 斌

1.91917部队，北京 102401

2.海后卫生部，北京 100841

3.海军工程大学通信工程系，湖北武汉 430033

网络通信系统的控制技术

由 欣1，吕泽汉2，葛天路3，张 斌2

1.91917部队，北京 102401

2.海后卫生部，北京 100841

3.海军工程大学通信工程系，湖北武汉 430033

随着信息技术的不断发展，现代通信系统不仅能够快速、准确传输与交换信息，同时又是集信息服务与计算机技术为一体的现代信息网络，可以为当今社会提供多方面的、丰富多彩的信息服务，同时也广泛应用于军事领域。在通信系统中如何选择路由，同时又避免传输路径上业务量过载产生拥塞，都是系统的重要问题。本文对通信网络控制中路由选择与业务量控制进行了研究。

网络通信；路由选择；流量控制

网络通信系统中流量控制与路由选择是通信网中重要的技术，它能起到有效利用通信系统资源的作用，同时也能保障通信系统的稳定运行。

1 路由选择

路由选择就是根据一定的算法在传输路径上找出一条从源结点到目的结点的最佳通路。一种较好的路由算法应当使信息分组通过网络的平均延迟时间较短，平衡网内业务量的能力较强。路由算法是一个重要研究领域，有各种各样的算法，但概括起来有两类：固定路由算法与自适应路由算法。

固定路由算法是在网络投入运行前，事先估测网络的流量分布，并按照一定原则（如延时最小，业务吞吐量最大等）确定任意两结点之间的最佳路径，再根据这些路径为每个结点制定一个路由表。网络运行时，各结点依照这个路由表为信息分组确定传送路径。显然，路由表不可能及时地响应网络流量分布变化来改变，只能运行一段时间后，再重新计算并替换，而运行过程中是固定的。

自适应路由算法是指每个结点要根据网络当前运行的实际情况，动态地选择结点的路由。这就要求结点的路由表必须及时地按照网络运行状态的变化而不断修改。显然，要使网络各个结点掌握网络当前运行状态，往往需要占用较大的通信量来传送网络状态信息，以及通过相当的计算来更新路由表。自适应算法按照控制的位置又分为集中式、孤立式与分布式3种。

在采用集中式自适应路由算法的网络中，设有路由控制中心（NCC），由NCC收集各结点的状态信息，如各条链路的流量、各个队列的长度、网络的连通情况等，为各个结点制定路由表。当然，路由表的更替可以周期性地进行，或者网络状态发生较大变化时收集一次状态信息，更新一次路由表。

孤立式是指在选择路由时，仅孤立地依靠结点当前运行状态，而不考虑网络其他结点的运行状态。分布式路由算法的基本特点是网络中相邻结点之间定期或不定期交换各自的运行信息，并以此为基础产生各结点当前的新路由表，应该说这样得到的路由表更加符合实际。因此，分布式是目前应用最为广泛的一种路由算法。而在实际网络中，采用的路由算法又可能是几种方法的混合。

2 流量控制与拥塞控制

流量控制主要用于避免源端发送过高的业务量，以免超过目的端的处理能力。在分组交换网络中，由于网络中传送的信息分组数量过多而造成网络的传输性能下降的现象称为拥塞。拥塞可能只在一个小的局部区域产生影响，也可能使整个网络无法运行。

通过结点的存储转发的网络，其主要资源是链路的传输频带与结点中的缓存区。在正常工作状态下，一个结点接收到一个信息分组，根据路由算法，将其转发到相应的输出链路。如果某段时间内，加在某一链路的负荷量超出该链路的最大数据传输率，则会有一些信息分组不能及时转发出去，而在该链路上形成一个队列等待转发。该结点的所有输出链路的等待队列都在该结点的缓存区中。如果超负荷的持续时间短，缓存区中信息分组可逐步得到疏通，虽有一定延迟，但能全部转发至接收站。这种情况下，网络的吞吐量等于网络中所有通信站发出的信息分组总和（即网络负荷）。但是，如果持续增加网络负荷，情况会发生恶化，在每一条链路等待转发的信息分组越来越多，以至结点的缓存区全部占满，这时结点再接收的信息分组会丢失。这些丢失的信息分组会在数据链路层协议的作用下又重新发送。这就意味着经过网络正确传送的信息分组比各个站发送的信息分组少了。这样，造成负荷量增大，而吞吐量增长缓慢。此时若不及时采取措施，会产生吞吐量下降的现象，产生拥塞。产生拥塞的另一原因是缓存区的死锁。

流量与拥塞控制的方法可以分为两类：反应型控制和预防型控制。反应型流量与拥塞控制主要依靠对网络状态的观察或反馈以及检测一定的网络条件，这些状态、条件能够表征或预测拥塞的起始。控制策略根据各种特定的观察结果，指出需要采取的行动。网络控制机构能够采用具体措施缓解拥塞。预防型拥塞控制用以避免拥塞的产生。如果延迟在网络应用中不起主要作用，预防型拥塞控制可以采用反馈机制。否则，要达到预防拥塞的目的，只能采取开环方式，通过对业务流量及其对网络承载能力的预测，确定输入网络的业务量，合理分配网络资源分配。

3 通信网络的约定

一个通信网不但要有终端、信道与交换机等硬件设备，还必须有一套通信各方应当遵守的规则与约定。例如电信网中的信令与数据通信网络中的协议以及相应的通信软件。电信网中信令的作用是在网络内部设备之间完成建立与控制接续有关的信息交换过程。数据通信网中协议的作用与信令相当，但内容更加复杂。

信令可分为用户-网络信令、局间信令与用户-用户信令。根据信令通路与话音通路关系，信令可以分为随路信令与共路信令。随路信令是将话路所需要的控制信号（占用、应答、拆线与拨号等）与话音处于同一传输通路内。共路信令是将多条话路所需的各种局间控制信号，集中到一条与话路分开的公共信令信道上传送。ITU-T的7号信令是国际标准的共路信令系统，最适于程控交换与数据传输相结合的综合数字网（IND）和综合业务数字网（ISDN）使用。公共信道信令网可看做是重叠在电路变换语音网上的分组交换网，该网的主要元件是信令端点与信令转发点。信令转发点为分组交换，负责将信令消息从一个对应网络节点发送至另一个对应网络节点。

[1]高益，黄俊伟.网络流量控制的分析与设计[J].北京电子科技学院学报，2008(2).

[2]综合业务数字通信系统与通信网[J].电子科技文摘，2002(2).

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1674-6708（2011）48-0206-01