光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的QoS策略研究.pdf

1、目前，光纖通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為高速互聯(lián)骨干網(wǎng)的基礎(chǔ)，而波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的發(fā)展和成熟所提供的海量帶寬使得全光交換成為希望的目標(biāo)。為了滿足以互聯(lián)網(wǎng)為代表的，呈爆炸性增長(zhǎng)的多媒體業(yè)務(wù)的需求，各種新的光通信技術(shù)也被相繼提出并進(jìn)行了研究，獲得了快速發(fā)展。 已經(jīng)提出的基于WDM的光交換技術(shù)主要有有三種，即光路交換(OCS)、光分組交換(OPS)和光突發(fā)交換(OBS)。其中，光突發(fā)交換綜合了光路交換與光分組交換的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又避免了它們的不足

2、，而且基于光器件和光技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，OBS技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，能夠靈活地支持以IP為代表的突發(fā)性業(yè)務(wù)。 OBS網(wǎng)絡(luò)作為下一代光互聯(lián)網(wǎng)(Optical Internet)的基礎(chǔ)技術(shù)，它必須為各種高層業(yè)務(wù)提供區(qū)分服務(wù)，提供良好的服務(wù)質(zhì)量(OoS)。具體來講，它必須關(guān)注下列問題：第一，如何解決由于數(shù)據(jù)突發(fā)(DB)之間的競(jìng)爭(zhēng)所造成的DB高丟失率問題；第二，如何減小DB端到端時(shí)延(含組裝過程)問題。由于OBS網(wǎng)絡(luò)采用單向波長(zhǎng)信道資源預(yù)約的方式，

3、而且核心結(jié)點(diǎn)沒有配置或僅有有限容量的FDL緩存器，所以該網(wǎng)絡(luò)中DB沖突是無法避免的。這就使得OBS網(wǎng)絡(luò)中的QoS問題比IP網(wǎng)絡(luò)中的QoS問題更加復(fù)雜，處理也更加棘手。因此，其QoS性能研究成為目前OBS網(wǎng)絡(luò)中所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。 本論文針對(duì)OBS網(wǎng)絡(luò)，提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議參考模型，并重點(diǎn)研究了光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的QoS問題，創(chuàng)造性地提出了三種能顯著改善OBS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量方面的策略。通過理論分析和計(jì)算機(jī)仿真證實(shí)了所提策略具有較好的性能

4、。 1. OBS通用協(xié)議參考模型這種新的OBS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)平面、控制平面和管理平面所組成。管理平面不分層。數(shù)據(jù)平面分為高層(IP層)、突發(fā)適配層(BAL)、OBS層和物理層(WDM層)。BAL層主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的匯聚與解匯聚、DB的組裝與分拆等功能；OBS層主要實(shí)現(xiàn)DB的接入和交換功能。核心結(jié)點(diǎn)只需完成WDM層和OBS層的功能，而邊緣結(jié)點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)所有各層功能?？刂破矫娣譃樾帕罡邔?、信令適配層(SAL)、OBS層和WDM層。信令

5、高層的PDU是信令消息，SAL層的PDU是突發(fā)控制分組(BCP)，OBS層的PDU是BCP幀。根據(jù)信令控制協(xié)議的需要，信令消息可以有多種類型，相應(yīng)的BCP也可以有多種，這樣就增強(qiáng)了OBS網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。 2.數(shù)據(jù)突發(fā)延遲調(diào)度策略當(dāng)OBS網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生數(shù)據(jù)突發(fā)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，可以利用核心結(jié)點(diǎn)配備的FDL緩存器在時(shí)域內(nèi)將競(jìng)爭(zhēng)中的數(shù)據(jù)突發(fā)做適當(dāng)延時(shí)從而避免競(jìng)爭(zhēng)。目前都是采取所謂的公平策略，即延時(shí)緩存競(jìng)爭(zhēng)突發(fā)的FDL策略。本文提出的數(shù)據(jù)突發(fā)延遲調(diào)度

6、策略可以顯著地減小高優(yōu)先級(jí)DB的丟失率和端到端時(shí)延。其基本思想是：當(dāng)DB競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生時(shí)，利用FDL緩存低優(yōu)先級(jí)的DB，盡可能實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的DB；并通過“二次信令”的BCP來調(diào)整下游核心結(jié)點(diǎn)中低優(yōu)先級(jí)DB已經(jīng)預(yù)約的波長(zhǎng)信道資源。通過理論分析和計(jì)算機(jī)仿真，研究了結(jié)點(diǎn)FDL配置參數(shù)、不同優(yōu)先級(jí)DB業(yè)務(wù)量及長(zhǎng)度等因素對(duì)OBS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的QoS性能影響，并對(duì)FDL和DB之間的關(guān)系提出了具體建議。 3.區(qū)分服務(wù)混合信令協(xié)議為了在OBS網(wǎng)絡(luò)

7、中對(duì)不同類型業(yè)務(wù)實(shí)施區(qū)分服務(wù)，尤其是更好地支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，本文提出了一種區(qū)分服務(wù)混合(DSH)信令協(xié)議。通過DSH信令協(xié)議創(chuàng)建了這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，它既能支持非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，又能支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。在DSH信令中，對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分別采用TAW和JET信令協(xié)議，尤其是對(duì)TAW信令做了相應(yīng)改進(jìn)，使之更適合于OBS網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。DSH協(xié)議利用實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)高層的呼叫請(qǐng)求在數(shù)據(jù)波長(zhǎng)信道中建立端到端的“虛通路”，并在整個(gè)呼叫過程中保持“虛通路”的連接，周

8、期性地以固定長(zhǎng)度的DB傳輸實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，這樣保證了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)端到端的時(shí)延最小，并避免了DB的丟失。而且，通過時(shí)分復(fù)用的方式在同一個(gè)波長(zhǎng)鏈路上可以傳輸多個(gè)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，降低了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的呼損率，提高了波長(zhǎng)信道利用率。計(jì)算機(jī)仿真和理論分析結(jié)果表明：DSH信令在OBS網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的區(qū)分服務(wù)，保證了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS；與OCS系統(tǒng)和其他混合系統(tǒng)相比，DSH具有最小的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)呼損率，并顯著改善了OBS網(wǎng)絡(luò)的QOS性能。 4.0BS網(wǎng)

9、絡(luò)資源管理分組反饋擁塞控制策略由于OBS網(wǎng)絡(luò)中DB的丟失是不可避免的，尤其在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高的情況下，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中大量的DB丟失并可能引發(fā)擁塞。本文提出了一種基于速率的OBS反饋擁塞控制機(jī)制，即資源管理分組(RMP)反饋擁塞控制策略。其原理是：邊緣結(jié)點(diǎn)沿著發(fā)送DB的路徑在控制波長(zhǎng)信道內(nèi)周期性地向宿邊緣結(jié)點(diǎn)發(fā)送RMP分組；宿邊緣結(jié)點(diǎn)收到RMP分組并處理后沿原路徑向源邊緣結(jié)點(diǎn)反饋RMPACK響應(yīng)分組，并沿途統(tǒng)計(jì)各核心結(jié)點(diǎn)的擁塞狀況；源邊緣結(jié)點(diǎn)收