光突發(fā)交換網(wǎng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、光突發(fā)交換(Optical Burst Switching,OBS)網(wǎng)絡(luò)將突發(fā)包的傳輸與控制信道相分離,在核心網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)了突發(fā)包的全光傳輸,克服了電域中的電子處理瓶頸,大大提高了網(wǎng)絡(luò)的執(zhí)行效率,被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)大容量、高速交換網(wǎng)絡(luò)所富有前景的方案。目前光交換方式可分為三種:光線路交換(Optical Circuit Switching,OCS)、光分組交換(Optical Packet Switching,OPS)和光突發(fā)交換(Optical

2、 Burst Switching,OBS)。OBS是介于OCS和OPS之間的一種過渡技術(shù),其中OBS比OCS具有更高的帶寬利用率。與OPS相比,OBS避免了光緩存這一問題,網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本大大降低。因此,對(duì)OBS的研究成為近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。
　　 OBS中各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究是將其實(shí)用化的重要環(huán)節(jié)。本文著重分析和討論了邊緣節(jié)點(diǎn)的匯聚技術(shù),以及核心節(jié)點(diǎn)路由技術(shù)和OXC的設(shè)計(jì)。通過基于NS-2的OBS網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)OBS-NP

3、的搭建,對(duì)OBS中各關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析與比較,并為深入研究打下了良好的基礎(chǔ)。
　　 本文的主要工作和研究成果如下:
　　 1.提出了一種用于光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點(diǎn)中匯聚模塊(OBS-Ethernet自適應(yīng)匯聚模塊)。OBS-Ethernet自適應(yīng)匯聚模塊引入流量檢測(cè)隊(duì)列,并通過該隊(duì)列檢測(cè)的結(jié)果選擇合適的時(shí)間匯聚門限。同時(shí),OBS-Ethernet自適應(yīng)匯聚模塊還通過突發(fā)數(shù)據(jù)包包長(zhǎng)的反饋信息來修正控制曲線。仿真結(jié)果表明:

4、與MBMAP匯聚方式相比,OBS-Ethernet自適應(yīng)匯聚模塊在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)突發(fā)性較強(qiáng)的情況下,具有較小的平均匯聚時(shí)延。并且與前者采用兩個(gè)固定匯聚門限不同,OBS-Ethernet自適應(yīng)匯聚模塊的時(shí)間匯聚門限可以隨著網(wǎng)絡(luò)流量的變化而自適應(yīng)地調(diào)整。
　　 2.根據(jù)光突發(fā)交換網(wǎng)(Optical Burst Switching,OBS)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),分析了在OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚的一般原則,針對(duì)現(xiàn)有的匯聚策略提出了一種新型OBS

5、網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)匯聚策略。與以往采用固定匯聚門限的匯聚策略不同,本文設(shè)計(jì)的匯聚策略引入了穿越計(jì)數(shù)器,通過測(cè)量網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)流量,判斷穿越計(jì)數(shù)器,動(dòng)態(tài)選擇合適的匯聚門限。比較前后兩次選擇的匯聚門限類型來修正門限步長(zhǎng)。仿真結(jié)果表明:與現(xiàn)有匯聚策略相比,本文設(shè)計(jì)的匯聚策略在不同參數(shù)的自相似流和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下丟包率分別降低了69.07％和38.89％；因此,該匯聚策略不僅能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整匯聚門限,而且該策略更適應(yīng)具有突發(fā)性的業(yè)務(wù)流,

6、在強(qiáng)自相似情況下有較小的丟包率。
　　 3.提出了一種支持多業(yè)務(wù)等級(jí)下的綜合考慮擁塞概率的路由選擇的數(shù)學(xué)模型。在有限波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換情況下,提出一種“分段”的概念。根據(jù)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)將路由分段,并分別計(jì)算該轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)和分段路由的擁塞概率,然后根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算全網(wǎng)的擁塞概率。這種分析方式,充分考慮了波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的作用和對(duì)阻塞率的影響,可更好的與路由和波長(zhǎng)分配算法相結(jié)合。高業(yè)務(wù)等級(jí)的請(qǐng)求將獲得低擁塞概率的路徑進(jìn)行路由,保證其服務(wù)

7、質(zhì)量(Quality of Service,QoS)。文中采用最短路徑算法、k-最短路徑算法和著色法等對(duì)NSFNET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行了仿真。
　　 4.保護(hù)機(jī)制是WDM光網(wǎng)絡(luò)生存性的主要研究方向之一。本文主要研究WDM光網(wǎng)絡(luò)中單鏈路失效情況下的保護(hù)策略,提出了分段保護(hù)-分段路由方法(SPSR),并將其用于OBS網(wǎng)絡(luò)。該算法能根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整鏈路權(quán)重,SPSR計(jì)算出對(duì)應(yīng)的工作路徑和保護(hù)路徑。因此,更有利于全網(wǎng)的負(fù)載均衡,能有效

8、的提高資源利用率,并降低擁塞概率。
　　 5.通過比較和分析三種典型的OBS網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)后,建立了一種基于NS-2的OBS網(wǎng)絡(luò)通用仿真平臺(tái)——OBS-NP(OBS-NS2-Platform)。該平臺(tái)擴(kuò)展了NS-2中的鏈路類、節(jié)點(diǎn)類、OBS路由模塊、OBS匯聚模塊、OBS調(diào)度模塊、控制協(xié)議模塊和業(yè)務(wù)量模塊,支持對(duì)光突發(fā)交換(OBS)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行及關(guān)鍵算法的仿真。在詳細(xì)描述OBS-NP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,以一個(gè)16節(jié)點(diǎn)的OBS網(wǎng)

9、絡(luò)為仿真環(huán)境,對(duì)網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)包的時(shí)延、吞吐量和資源利用率等進(jìn)行了仿真,并給出了業(yè)務(wù)量建立情況、調(diào)度表、下一跳路由信息、突發(fā)包動(dòng)態(tài)傳輸情況和Trace表等結(jié)果。最后,分析和討論了OBS-NP仿真平臺(tái)的準(zhǔn)確性和有效性。
　　 6.提出了一種光交叉連接器(Limited-range Wavelength Conversion,L-WIXC)的光學(xué)結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的控制算法。對(duì)L-WIXC的擁塞概率、交換時(shí)間和吞吐量等性能以及設(shè)計(jì)成本進(jìn)行了仿真