光子網(wǎng)格關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、急速增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬和不斷出現(xiàn)的新型業(yè)務(wù)是光網(wǎng)絡(luò)的研究與發(fā)展的兩個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。一方面，目前主干商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬已經(jīng)達(dá)到10Gb/s并逐步向100Gb/s演化，這就使得一些過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)密集型業(yè)務(wù)得到了實(shí)現(xiàn)的可能；另一方面，一些新的分布式業(yè)務(wù)，如：高能物理，地球科學(xué)，天文學(xué)數(shù)據(jù)共享以及擁有廣闊應(yīng)用前景的網(wǎng)格計(jì)算等，進(jìn)一步促進(jìn)了寬帶通信網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)的廣泛配置。在這種背景下，研究適合于新型業(yè)務(wù)、特別是網(wǎng)格計(jì)算的光網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議與算法得到了

2、世界范圍內(nèi)來(lái)自工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的人士的廣泛關(guān)注。這種利用光網(wǎng)絡(luò)支持網(wǎng)格計(jì)算的解決方案通常被稱之為光子網(wǎng)格問(wèn)題，對(duì)于它的研究在世界范圍內(nèi)才剛剛起步，還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決。 為此，結(jié)合網(wǎng)格任務(wù)的不同種類與特點(diǎn)，本文重點(diǎn)研究了光子網(wǎng)格的架構(gòu)、資源查找與管理算法以及支持網(wǎng)格計(jì)算的兩種光網(wǎng)絡(luò)：光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)(OBS)與自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)的若干關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果表明了所提架構(gòu)、協(xié)議、算法與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制可以極大的提升網(wǎng)格任務(wù)在

3、光網(wǎng)絡(luò)中的性能。 論文的主要工作歸納如下： 1.首先，針對(duì)光子網(wǎng)格的體系架構(gòu)展開(kāi)研究。從需求上看，對(duì)于支持網(wǎng)格應(yīng)用而言，僅由光網(wǎng)絡(luò)提供高帶寬是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要研究結(jié)合資源查找和管理功能的網(wǎng)格架構(gòu)。基于這一點(diǎn)，本文提出并研究了多種新穎的光子網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括基于會(huì)話發(fā)起協(xié)議(SIP)-OBS的架構(gòu)，P2P-OBS的架構(gòu)，P2P/SIP/OBS混合架構(gòu)，P2P及客戶.服務(wù)器(C-S)混合架構(gòu)以及OBS-通用多協(xié)議標(biāo)簽交換(

4、GMPLS)自組織架構(gòu)。結(jié)合基于標(biāo)簽的OBS(LOBS)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及基于Globus Tookit搭建的網(wǎng)格視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些新的光子網(wǎng)格架構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這些架構(gòu)可以解決傳統(tǒng)C-S架構(gòu)中存在的諸多問(wèn)題并更好的支持未來(lái)的網(wǎng)格計(jì)算。 2.其次，研究了支持網(wǎng)格技術(shù)的OBS網(wǎng)絡(luò)若干關(guān)鍵技術(shù)。在Grid over OBS架構(gòu)中，一個(gè)重要的問(wèn)題就是傳輸層協(xié)議TCP無(wú)法滿足網(wǎng)格業(yè)務(wù)在OBS網(wǎng)絡(luò)上的傳輸需求。為了尋找到一種在Gri

5、d over OBS架構(gòu)下的最有效的傳輸層協(xié)議，首先從3種不同的高速TCP種類中挑選出3種最具代表性的高速TCP協(xié)議，包括HSTCP，Westwood和FASTTCP，隨后提出了一個(gè)修正的TCP Reno over OBS的理論模型，與之前的模型相比，修正模型考慮了慢啟動(dòng)的影響，因此可以更加精確的評(píng)估TCP Reno的吞吐量，同時(shí)該修正模型可以分析上述高速TCP協(xié)議在OBS網(wǎng)絡(luò)上的性能，最后通過(guò)一個(gè)配置為高時(shí)延帶寬積的LOBS實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，

6、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了修正理論模型與高速TCP的性能。同時(shí)，考慮到Reno仍然是目前Internet中最普及的傳輸層協(xié)議，為了提升TCP Reno在OBS網(wǎng)絡(luò)中的性能，提出了幾種OBS組包及調(diào)度策略。與之前的工作不同，所提策略的重點(diǎn)集中在TCP應(yīng)答報(bào)文(ACK)上，通過(guò)分析傳統(tǒng)的組包策略的缺點(diǎn)及ACK包的特點(diǎn)，提出了一種獨(dú)立ACK組包策略(Independent ACK Assembly，IAA)并在該策略基礎(chǔ)上提出了若干擴(kuò)展策略?；贜S2的仿真

7、結(jié)果表明這些策略可以較大的提升TCPReno在OBS網(wǎng)絡(luò)上的吞吐量性能，因此更適合于網(wǎng)格計(jì)算等數(shù)據(jù)密集型業(yè)務(wù)。 3.最后，研究了支持網(wǎng)格技術(shù)的ASON網(wǎng)絡(luò)，集中在研究網(wǎng)格任務(wù)在ASON網(wǎng)絡(luò)中的阻塞問(wèn)題以及如何提升網(wǎng)格任務(wù)在ASON網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男?。首先分析了網(wǎng)格任務(wù)在ASON網(wǎng)絡(luò)中的擁塞并提出了一種計(jì)算網(wǎng)格任務(wù)在ASON網(wǎng)絡(luò)中阻塞率的算法，與之前的研究不同，本文充分考慮了ITU-T建議中關(guān)于ASON網(wǎng)絡(luò)呼叫與連接分離的性質(zhì)，并著