光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)競爭控制研究.pdf

1、光突發(fā)交換(OBS:Optical Burst Switching)技術(shù)具有交換粒度適中，信道利用效率高，可重構(gòu)性好，支持區(qū)分服務(wù)等優(yōu)點，被認為是下一代光因特網(wǎng)(NGOI:Next Generation Optical Internet)中最有潛力的備選方案之一。然而，由于受到光緩存、可調(diào)諧波長轉(zhuǎn)換器等關(guān)鍵器件技術(shù)成熟度的限制，目前的OBS網(wǎng)絡(luò)還存在著丟棄幾率相對較高，傳輸效率較低等缺陷。為提高OBS網(wǎng)絡(luò)的實用性，促進其與電路交換網(wǎng)路的

2、融合，結(jié)合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，克服器件性能的制約，構(gòu)建高效、多交換粒度混合型光網(wǎng)絡(luò)成為當前OBS網(wǎng)絡(luò)的新熱點與發(fā)展趨勢。
　　依據(jù)上述研究背景，本論文的研究工作以簡化核心節(jié)點結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜度為前提，通過源節(jié)點的速率控制、核心節(jié)點的延遲預(yù)約機制實現(xiàn)對OBS網(wǎng)絡(luò)阻塞性能的改進，并在此基礎(chǔ)上將波帶交換與OBS技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建多粒度光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)(MG-OBS:Multi-Granulirity OBS)，以保證網(wǎng)絡(luò)在獲得更低丟棄幾率的同時，擁有

3、較高的傳輸效率。與已有的突發(fā)競爭控制策略相比，由于所提方案大多在網(wǎng)絡(luò)的邊緣節(jié)點即可實現(xiàn)，因而具有靈活性好、核心節(jié)點復(fù)雜度低、易于實現(xiàn)等優(yōu)點。
　　基于連續(xù)時間馬爾可夫過程，論文對無光緩存及波長變換裝置時OBS網(wǎng)絡(luò)的阻塞特性進行了研究，并給出了對應(yīng)的數(shù)值結(jié)果。分析結(jié)果表明：(1)經(jīng)典的M/M/1/1排隊理論對于核心節(jié)點的突發(fā)丟棄率存在著一定地過估計；(2)隨著突發(fā)平均到達間隔的增大，突發(fā)間的信道競爭可以得到有效抑制。以上結(jié)論的獲得，

4、為后期的研究工作提供了扎實的理論基礎(chǔ)。
　　論文開展了基于突發(fā)組裝的OBS網(wǎng)絡(luò)競爭避免策略的研究，主要包括單反饋組裝門限機制與雙反饋組裝門限機制兩方面內(nèi)容。在單反饋機制中，為克服已有組裝機制在靈活性與有效性方面的缺陷，基于邊緣節(jié)點的流量狀態(tài)劃分，論文提出了組合突發(fā)組裝(BCA)與變因子變長突發(fā)組裝(AFAAS)算法以實現(xiàn)突發(fā)的競爭避免。BCA算法將定周期組裝與比例變長組裝算法相結(jié)合，以保證業(yè)務(wù)在低流量狀態(tài)時的排隊延遲要求；AFAA

5、S算法則通過動態(tài)調(diào)整組裝算法的聚合因子來保證用戶在整個流量狀態(tài)范圍內(nèi)的延遲及阻塞性能要求。在雙反饋競爭避免策略中，論文引入模糊控制，提出了雙模糊組裝門限(DFAT)算法來提高組裝算法的可行性與穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，由于對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的流量狀態(tài)能夠作出準確預(yù)判，與單反饋動態(tài)組裝算法相比，DFAT算法能夠更有效地抑制突發(fā)競爭的產(chǎn)生，降低網(wǎng)絡(luò)丟棄幾率，且具有復(fù)雜度低，靈活性好的優(yōu)點。
　　基于反饋型FDL結(jié)構(gòu)，論文對提前預(yù)約(PRR)與后預(yù)

6、約(POR)機制下核心節(jié)點的阻塞特性、延遲特性進行理論分析與仿真評價。仿真結(jié)果表明，基于PRR機制的延遲搶占策略可以保證高優(yōu)先級用戶的低阻塞、低傳輸延遲要求，但代價是低優(yōu)先級突發(fā)的大量丟棄，導(dǎo)致核心節(jié)點的突發(fā)丟棄率不降反升；比較而言，采用POR機制時，節(jié)點的丟棄幾率更低，但缺點是延遲時間增長，控制復(fù)雜度也相應(yīng)提高?；谏鲜龇治觯撐膶RR機制與POR機制結(jié)合，提出組合延遲預(yù)約機制，以保證業(yè)務(wù)個體的服務(wù)質(zhì)量要求，支持區(qū)分服務(wù)。仿真結(jié)果表

7、明，組合延遲預(yù)約機制在小尺度緩存條件下，實現(xiàn)了OBS網(wǎng)絡(luò)的高性能傳輸——采用PRR機制可以在保證用戶低傳輸延遲要求的同時，有效降低突發(fā)競爭的幾率；而對于延遲不敏感業(yè)務(wù)，POR機制則通過適當增加光緩存的數(shù)量保證了其低阻塞傳輸?shù)囊蟆?br>　　最后，論文在波長/突發(fā)混合光交換網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將波帶交換(WBS:Waveband Switching)引入到OBS網(wǎng)絡(luò)中，首次提出了交換粒度覆蓋突發(fā)/波長/波帶的多粒度光突發(fā)交換(MG-OBS)網(wǎng)