類以太網(wǎng)物理幀時(shí)槽交換技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)有IP網(wǎng)存在著用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳輸效率低下和服務(wù)質(zhì)量較難得到保障的缺點(diǎn)，難以適應(yīng)高速綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)的需要。雖然在IP網(wǎng)絡(luò)上提出了QoS保證機(jī)制(如集成服務(wù)、區(qū)分服務(wù)、MPLS等)，但是這些技術(shù)目前還不是很成功。因此，四川省網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)室著手研究下一代Internet的體系結(jié)構(gòu)，提出了“單物理層用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)”(SinglephysicallayerUser-datatransferPlatfo

2、rmArchitectureNetwork，SUPANET)。 本文主要研究SUPANET用戶數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)的新型交換技術(shù)一類以太網(wǎng)物理幀時(shí)槽交換(EPFTS)，本文較全面地研究了EPFTS交換技術(shù)及其關(guān)鍵技術(shù)。EPFTS交換提高了用戶數(shù)據(jù)平臺(tái)的效率，同時(shí)提供了足夠的QoS保證機(jī)制。 本文通過對(duì)現(xiàn)有交換機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)和交換技術(shù)的分析，指出了未來高速多端口交換面臨的挑戰(zhàn)以及為改進(jìn)交換機(jī)性能值得研究的潛在問題。為了深入分析交

3、換機(jī)的組織結(jié)構(gòu)，本文以帶外信令思想分析了交換機(jī)，同時(shí)給出了交換機(jī)的概念模型，為了進(jìn)一步分析影響交換機(jī)性能的要素，本文將交換機(jī)抽象為“管道模型”，并進(jìn)一步給出了一種新的交換技術(shù)－半步超前交換技術(shù)(Half-stepForwardSwitching，HFS)。 隊(duì)列與調(diào)度不僅存在于交換機(jī)的輸入與輸出單元，同時(shí)也存在于多級(jí)交換矩陣中。本文分析了交換機(jī)的3種隊(duì)列模型：輸出隊(duì)列交換機(jī)、輸入隊(duì)列交換機(jī)和混合輸入輸出隊(duì)列交換機(jī)，并分析了每種隊(duì)

4、列模型的典型調(diào)度算法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)各種調(diào)度算法的不足，本文提出或者改進(jìn)了3種調(diào)度算法。 查表操作是影響交換機(jī)性能的另一因素，本文分析了各種典型的查表算法，針對(duì)EPF幀(Ethernet-likePhysicalFrame)的索引字段定長的特點(diǎn)，本文提出了EPFTS查表的硬件實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)根據(jù)Burst特性，提出了Burst的快速查表方法。 本文的主要貢獻(xiàn)表現(xiàn)在：1.用形象化的“虛擬串接管道概念模型”描述交換機(jī)/路由器內(nèi)部

5、組織結(jié)構(gòu)，這有助于分析現(xiàn)有交換機(jī)/路由器內(nèi)部組織中的瓶頸。首次全面地研究了EPFTS，初步確立了EPFTS的基本框架。研究內(nèi)容包括：EPF幀格式的定義、EPFTS服務(wù)質(zhì)量控制機(jī)制、隊(duì)列調(diào)度機(jī)制等。 2.提出或者改進(jìn)了3種隊(duì)列調(diào)度算法。針對(duì)輸出隊(duì)列(OQ，OutputQueue)交換機(jī)的調(diào)度算法，為了保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)Burst的連續(xù)、低時(shí)延、低抖動(dòng)地傳輸，本文提出了BR-WRR調(diào)度算法；本文提出的IDWRR調(diào)度算法是對(duì)DWRR調(diào)度

6、算法進(jìn)行了擴(kuò)展，能夠更好地為各類優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)提供QoS保證；針對(duì)組合輸入輸出隊(duì)列(CIOQ，CombinedInput&OutputQueue)，本文提出“基于交換矩陣緩存”的CIOQ調(diào)度算法，并分析了該算法在加速比為3時(shí)，可以與OQ交換機(jī)一樣保證用戶的QOS要求。 3.根據(jù)EPFTS查表中的索引VLII定長的特點(diǎn)，提出了EPFTS查表的硬件實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)根據(jù)Burst特點(diǎn)，提出了Burst的快速查表方法。查表算法的查表時(shí)間短且固