1、分布式光网络 LPO 选择算法第 4 卷第 2 期 2004 年 2 月16711815(2004)02 一 O11806科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo1.4No.2February,20042004Sci.Teeh.Engng.分布式光网络 LPO 选择算法阮芳石坚董天临(华中科技大学电子与信息工程系微波与信息网络研究中心.武汉 430074)摘要通过解决在分布式光网络中满足用户申请的,新的,点对点的光逻辑通道I.PO 组合的寻找问题,采用 Jini 技术和 JavaSpaces 服务,利用两种算法来解决 ,并分析两种算法各自的优缺点和执行效
2、率,得出它们与 Dijkstra 算法比较的结果.关键词分布式光网络点对点的光纤通道(IP()JavaSpaces中图法分类号 TP393.09;文献标识码 Al 问题背景,意义和国内外概况在分布式光网络中,通信信道是以点对点的光纤通道形式提供给用户,这种点对点的光纤通道被称为LPO.I.PO 以光纤通道为基础,具有传输速率高,吞吐量大,传输距离远,干扰小,信号质量高等诸多优点.I.PO 中传输的是光信号,与非光网络信道相比,具有一个额外的特性参数.相同光网络段上的不同 I.PO 应具有不同的,以避免信号的互相干扰.I.PO 的方向性可基于时隙分配,不同的时隙被不同方向的 LPO 占用.I-P
3、O 信息存储在起点光网络交换机中,即光网络交换机中存储着以它为源的所有 I.PO 信息.如果正确选择了 LPO,并使其良好地工作,则能够保证网络用户通信的正常进行和业务的顺利开展.但是由于网络情况复杂,资源繁多,想从网状结构分布的 LPO 信息中挑选出用户满意的组合,并不是一件容易的事情,因此本实验具有极其重要的意义.本实验借鉴 Jini 技术,采用 JavaSpaces,在分布式网络计算中提供统一的资源存储标准.目前,国外对于 Jini 技术的研究较为全面和深入的,已经提II 了总体框架的,实施方案和部分可用的远程服务,本实验采用的 JavaSpaces 就是其中一种 .在国内,也有一些科研
4、人员对 Jini 进行了较为深入的研究,提出了新观点.2003 年 10 月 21【_j 收到同家自然科学基金(60172077)资助第一作者简介:阮芳(】979-),女,湖北武汉人,硕士研究生并在实验的基础上,将其应用于各自的领域,例如利用Java 字节码的平台无关性和 Jini 构架的网络资源运行时动态自组织能力,提出 JiniSolve 网络异构平台分布式计算构架,并应用于遥感图像数据的实验.本文也采用 Jini 技术,在还没有研究的 LP0 选择方面,提出两种算法,并采用 Dijkstra 算法来验证,得出各自的优缺点和执行效率.2 问题描述2.1 前提已知交换机节点空间为 V,任一交
5、换机作为节点 u,即=(7J,功,).一条交换机序列由多个交换机节点 7J 组成,例如=(7J,v3,).交换机序列空间为 P,则P.一条 LPO 由 ID 号,状态,源站,目的站,所有者,使用者,租用者,带宽,存活时间组成,即一(id,statUS,sr,ds,owner,currentUser,reservedFor,bandwidth,timeToIive);I0 空间为 L,则L.P 为物理路径,为户上的逻辑通道.节点信息和交换机序列信息存储在文件中,LPO 信息存储在源站数据库的 LPO表中.2.2 问题在 L 中寻找从到的一条 z 或多条 z 的组合,同时要满足 owner 一申请
6、用户,bandwidth=申请带宽.和分别是申请用户指定的源站和目的站.3 设计方案3.1 约定2 期阮芳,等:分布式光网络 LPO 选择算法本文提到的 I.PO 结构如图 1 所示.IPouniqueidstatus(availablelinuselreserved)oWnercurrentUserreservedforsourceASdestinationASbandwidthtimetOlive网 1LPO 结构图LPO 结果说明:idLPO 标识号,status-LPO 状态(available-可用状态,inuse_-使用状态,reserve租用状态),ownerU)()所有者,cu
7、rrentuser IO当前使用者,reservedfor_Io 保留者,sourceI.PO 源站所属的自治域号,destinationAS_IO 目的站所属的自治域号,bandwidth-LPO 当前带宽,timetOliIO 存活时间.查找到的满足用户条件的点对点光逻辑通道通常会有多条 LPO 组合而成,分别有以下几种情况:网 2LPO 连接说明网图 3 聚合说明网图 2 说明了有 ID:1 到 6 的同样参数的 I.PO 可以连接成一条新的 I.PO.图 3 说明了 ID 号为 3,4,5,9,10 的 I.PO 分别有空闲带宽 2M,4M,1OM,6M,4M,那么可以聚合成带宽为 8
8、M 的 I.PO.网 4LPO 分割说明图(1)网 5LPO 分割说明图(2)图 4 说明了有 ID:l 到 6 的 LPO,括号内标注了其上的空闲带宽.在这种情况下,可以在 6 条 IPO 上均分割出 2M 带宽以组成新的 LPO.图 5 说明了一条 1OM 的 LPO 可以分割成两条 1OM 的 I.PO.3.2 算法描述本实验应用两种算法来查找可用的 I.PO.3.2.1 算法 1 描述从交换机序列空间 P 中,取一条交换机 p,满足起点和终点为用户申请的起点和终点,例如,取出的为(a,b,c,d,e,f).在 a 数据库的 LPO 表中查找目的为f,使用者为申请用户,使用带宽大于等于申
9、请带宽的I.PO,若存在,则返回此 I.PO;若不存在,则在该表中查12O科学技术与工程 4 卷询目的为 b,使用者为申请用户,使用带宽大于等于申请带宽的 LPO.若存在,则在 b 数据库 LP()表巾查询目的为 f,使用者为申请用户,使用带宽大于等于申请带宽的 LPO,若存在则返回上一条 LPO 和这条 IO;若不存在,则将相应操作应用于 c,d,e 的交换机.依次类推,成功返回的 LPO 最大跳数为交换机序列中节点个数减一.如图 6 所示.跳=二=AB?2 跳.-.IItIt|AB/:AB?=二= 二=?.跳=二=AB;罔 6 算法 1 说明图A:图 7 算法 2 说明图B3.2.2 算法
10、 2 描述从交换机序列空间 P 中,取一条交换机 ,满足起点和终点为用户申请的起点和终点,例如,取出的为(a,b,C,d,e,f).在 a 数据库的 LPO 表中查找目的为b,使用者为申请用户,使用带宽大于等于申请带宽的I.PO.若不存在,则返回失败;若存在,则在 b 数据库的 I.PO 表中查找目的为 c,使用者为申请用户,使用带宽大于等于申请带宽的 IP().以此类推,直到搜索完此条交换机序列.若成功则返回相应的多条 LPO,失败则取另一条可用交换机序列进行相同操作.如图 7所示.3.3 实现本实验采用 Java 语言开发 .Java 是由 Sun 公司开发的新一代编程语言,具有简单,面向
11、对象,适应分布式体系结构计算等诸多特点,通过它可在由不同网络计算机和不同操作系统组成的跨平台网络环境中开发软件,也是 Jini 技术的实现语言.本系统分为三个部分:生成交换机序列模块,查找 LPOs 模块和图形显示模块.3.3.1 生成交换机序列模块的实现该模块使用 Java 的输入输出流的分层构造方法 ,创建文件输入输出流,与外部文件建立起文本格式的数据交换通道卫.DatalnputStreamdinnewDataInputStream(newBufferedlnputStream(newFileInputStream(“user.dat“);一Java 的分层构造流?以二进制格式读写数据,
12、使用 DataInputStream/DataInputStream?以文本格式读写数据,使用 BufferedReader 类结合一个输入源(文件源可用 FileReader,其他输入源可用 InputStrearnReader)/PrintWriter文件格式见图 8.S1D1S1I.IllllI.,.ID1IS2D2S2l|I.1.1lDzIS2D2S2-4.ID2l/厂图 8 文件格式说明图2 期阮芳,等:分布式光网络 LPO 选择算法文件中第一行表示两台交换机,其下面一行表示一条交换机序列,并且交换机序列的源站与目的站分别由第一行的两台交换机指出.同样的,第三行和第四行分别与第一行和
13、第二行的含义相同,网络中的交换机序列信息便像这样罗列下去.3.3.2 查找 I.POs 模块的实现在分布式网络中,主机之间通信的建立可采用面向连接的 TCP 协议,已可采用面向非连接的 UDP 协议一.本实验采用 Java 提供的 Socket 类方法建立TCP 连接.由于条件所限 ,本实验在一台主机上进行测试,服务端与客户端在同一端口建立 Socket 套接字.一旦套接字建立成功,客户端发送消息,服务端接收到之后,在本机进行对应处理,然后返回结果.测试时,首先启动服务端进行侦听,然后当用户应用算法寻找I.POs 时,启动客户端.服务段和客户端的 Socket 套接字建立成功之后,客户端把自己
14、定义的类实例作为数据发送出去,服务端接收到数据之后,按照事先的约定获取有效数据,在本机数据库中查询有效 LPO,然后将结果存放在同样类的实例中返回.由于传递的数据类型是自定义类,必须采用对象输人输出流 ObjectInputStream/ObjectOutputStream.应用对象输人输出流时必须注意以下两点:(a)传递的类必须序列化使用序列化的原因是,在调用 Java 的 RMI 开发服务端/客户端应用程序时,大多数 JavaI0 类和自定义对象不太容易匹配,而对象序列化却能给用户一个强大的,高效的,可替代 RM1 的机制,并能克服使用 RMI带来的高额网络通信费用问题.它以比特流方式完成
15、读/写对象的机制.最简单的序列化自己类的方法是,在类的定义后注明 Serializable 接口,例如:publicclassUserlnfoimplementsSerializable(b)对象输人输出流必须对应创建当 Socket 套接字创建成功之后,服务端与客户端会创建各自的对象输人流和对象输出流.此时,或者客户端先创建对象输出流,服务端先创建对象输人流;或者客户端先创建对象输入流,服务端先创建对象输出流.因为对象输人流只有在对方创建了对象输出流之后才会返回,否则系统将会停止不动.如图 9 所示.3.3.3 图形显示模块图形显示时先计算出坐标,然后绘制图标和线段,并标注上必要的文字信息.
16、为了方便操作,系统实现了图标拖动功能.在实现此功能时,先获取鼠标坐标,然后将图标绘制到新的坐标处,并保证原来的地方已用背景擦除,而且相连线段得到重新绘制.如果直接在界面上绘制,便会在拖动时产生明显的闪烁现象,所以应采用双缓冲技术,即在内存区开辟缓冲区空间,将图形先绘制在这个环缓冲区内,然后用块拷贝方式快速传送到界面作图区.在屏蔽掉系统背景重绘后,便可实现无闪烁的,平滑的拖动效果.l 对象 l/o 流创建成功 III网 9 对象输入输出流创建说明冈产生缓冲区方法如下:ImagebufferlmageCreatelmage(width,height);Graphicsbgbufferelmage.
17、getGraphics();iuserSdrawcodeg.drawlmage(bufferImage,0,0,nul1);bg.dispose();bufferImage.flush();g 为系统传人的 Graphics 参数,width 和 height 为创建的缓冲区的宽度和高度.创建缓冲区的时候在 Application 和 Applet 两种程序下略有不同,关键之处在于 getlmage 方法调用的位置.对于 Applet,只有在程序内部才能使用 getImage(),而且除非 Applet 具有运行现场,否则 Applet 的getlmage()不能工作,所以在一个构造方法中调用
18、或者在宣布一个实例变量的语句中调用,getlmage() 都不能l 丁作.程序只能从一个成员方法巾(如 init()调用getlmage().对于 Application,因为没有 init()方法,又不能在构造方法中调用,所以只能在类的某一个成员方法中编写调用代码,然后在需要作图区域的时候在调用此成员方法,这样便为 getlmage()创造了运行环境.122科学技术与_程 4 卷3.3.4JavaSpaces 的应用JavaSpaces 技术是进行分布式计算的一种简单机制,它提供了对象的提供者和请求者方便通信的共享虚拟空间.在这共享的空间中,对象以一种统一的标准存人,即以 Entry 类或子
19、类的对象形式存人,类似于对象数据库,但又比对象数据库更方便,更能在分布式网络中发挥作用.JavaSpaces 提供了一些简单的接口来实现写入,读,取,通知,租用以及事务管理等功能.在实际应用 JavaSpaces 服务之前 ,必须先启动几个支持服务,它们是 http 服务器,RMID,Jini 查找服务,TransactionManager,JavaSpaces 服务,并可以通过 JiniStartKit 开发包中提供的射线跟踪小程序和工人小程序,来检测 JavaSpaces 是否设置完毕 .在实验中,将查找到的交换机序列和 LPO 组合放人 JavaSpaces 空间,供本机或远程主机使用.4 分析实验采用的交换机序列数据在没有从路由器中获取时,可以随机生成,但要保证各节点之间存在多条物理路径,交换机序列文件要尽可能的大.同时需要有
