光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)部分關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、光突發(fā)交換技術(shù)在提供帶寬能力和降低交換節(jié)點(diǎn)復(fù)雜性方面取得了很好的平衡，交換粒度介于光路和光分組交換之間，對(duì)光開關(guān)和光緩存的要求降低，能夠很好的支持突發(fā)性分組業(yè)務(wù)，因而成為下一代IP／WDM互聯(lián)網(wǎng)極有競爭力的解決方案。 本文研究了OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)自相似業(yè)務(wù)的匯聚問題，OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流量預(yù)測(cè)和資源預(yù)留以及核心節(jié)點(diǎn)的Qos問題，OBS網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)突發(fā)封裝問題，OBS網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由和網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)合OoS問題。這些問題的合理解決可

2、以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，論文的第一章是緒論，所做工作集中在第二至第五章，主要包括以下內(nèi)容： 第二章首次研究了Ethernet/OBS光突發(fā)邊緣節(jié)點(diǎn)封裝前后自相似流量特性。在我們?cè)O(shè)定的基于時(shí)間的集中和基于長度的集中方案下，仿真單源到多源再封裝的流量特性并通過R／S和V／T圖比較了自相似度；研究了三種自相似流量產(chǎn)生方法并作了比較。所得的結(jié)果表明在設(shè)定條件下，多源業(yè)務(wù)流自相似度增大，經(jīng)過封裝后不同的封裝方案產(chǎn)生不同的效果。

3、時(shí)間集中方案極大的降低了以太業(yè)務(wù)自相似度，集中后突發(fā)大小接近高斯分布，長度封裝方案并不改變輸入業(yè)務(wù)類的自相似特性。RMD自相似方法適合于大自相似度下的突發(fā)網(wǎng)絡(luò)研究。 第三章研究了OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)流量預(yù)測(cè)和在此基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留。綜合比較了目前已提出的流量預(yù)測(cè)和資源預(yù)留方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了新的流量預(yù)測(cè)方法CWLP和網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留方法CWLRCWLP方法充分考慮了預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)到達(dá)流量的加權(quán)，在不同偏置時(shí)間下引入了一個(gè)權(quán)值參數(shù)，來

4、保持當(dāng)前到達(dá)流量和過去流量的動(dòng)態(tài)平衡，分析了CWLP方法的信噪比，結(jié)果表明在不同偏置時(shí)間和負(fù)載條件下，CWLP方法獲得了流量預(yù)測(cè)性能的重要改善。然后我們研究了基于CWLP的CWLR方法，比較了CWLR方法的時(shí)延和無效填充率。仿真研究顯示CWLR方法從根本上降低了由于業(yè)務(wù)封裝而引入的大時(shí)延和額外開銷，而且在任一偏置時(shí)間下存在一個(gè)動(dòng)態(tài)的最優(yōu)權(quán)值。CWLR方法支持在線突發(fā)業(yè)務(wù)流預(yù)測(cè)，提高了網(wǎng)絡(luò)利用率和網(wǎng)絡(luò)靈活性，使光網(wǎng)帶寬利用率和吞吐量更符合

5、實(shí)時(shí)的光網(wǎng)絡(luò)流量特性。最后考慮OBS網(wǎng)絡(luò)是針對(duì)無緩存而設(shè)計(jì)的，我們應(yīng)用依賴于額外偏置時(shí)間的JET協(xié)議來提供OBS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)級(jí)QoS保證，在指數(shù)分布、通用分布和自相似分布業(yè)務(wù)到達(dá)下，設(shè)定相同的突發(fā)平均長度和隔離度，比較了OBS網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)的性能。通過仿真三種不同類型的數(shù)據(jù)流量，我們討論了流量特性，突發(fā)丟失率和單交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量。結(jié)果表明隨著流量從指數(shù)分布到通用分布再到Paeto分布的轉(zhuǎn)變，節(jié)點(diǎn)交換效率惡化，在試驗(yàn)條件下通用突發(fā)業(yè)務(wù)有最大的吞

6、吐量。而且，可以通過降低業(yè)務(wù)自相似度，即使在小的偏置時(shí)間下也可改善網(wǎng)絡(luò)性能和高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。 第四章重點(diǎn)研究了OBS網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)突發(fā)封裝機(jī)制。我們?cè)?2)的流量預(yù)測(cè)和資源預(yù)留機(jī)制基礎(chǔ)上提出了一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)突發(fā)封裝方法DAA，它充分考慮當(dāng)前預(yù)測(cè)時(shí)間到達(dá)流量，能夠?qū)崿F(xiàn)偏置QoS和時(shí)延區(qū)分，在受限的突發(fā)封裝時(shí)間范圍內(nèi)執(zhí)行動(dòng)態(tài)自適應(yīng)封裝，通過分析預(yù)測(cè)誤差，我們提出的算法能夠獲得足夠好的預(yù)測(cè)性能以滿足實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要，并對(duì)不

7、同的優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了時(shí)延區(qū)分，我們比較了不同負(fù)載下不同類的長度誤差，封裝時(shí)延，突發(fā)大小和突發(fā)利用率，分析了DAA方法退化模型的時(shí)延公平性和偏置QoS，研究了基于QoS偏置時(shí)間的一維限制和二維限制封裝，不同預(yù)測(cè)時(shí)間下，以及基于本次負(fù)載和前次負(fù)載的動(dòng)態(tài)突發(fā)封裝，發(fā)現(xiàn)一維限制方法可提供更好的網(wǎng)絡(luò)性能，二維限制方法提供了更嚴(yán)格的類間區(qū)分，長預(yù)測(cè)時(shí)間帶了更好的突發(fā)封裝性能，本次負(fù)載的突發(fā)封裝達(dá)到了更好的效果。我們的算法在動(dòng)態(tài)的封裝時(shí)間內(nèi)執(zhí)行動(dòng)態(tài)靈

8、活突發(fā)封裝，達(dá)到了低時(shí)延，時(shí)延公平性和不同業(yè)務(wù)類的偏置QoS 保證。DAA方法增強(qiáng)了OBS網(wǎng)絡(luò)自身對(duì)多業(yè)務(wù)大容量的適應(yīng)能力，并為光核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證、路由和競爭解決奠定了基礎(chǔ)。第五章研究了OBS網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由方法和網(wǎng)絡(luò)級(jí)節(jié)點(diǎn)資源分配的聯(lián)合QoS。我們提出了一種OBS網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由機(jī)制，分別利用跳數(shù)、波長利用率、鏈路突發(fā)數(shù)量、物理距離和鏈路負(fù)載以及它們的不同組合等網(wǎng)絡(luò)信,來進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由計(jì)算和動(dòng)態(tài)路由選擇，包括四種動(dòng)態(tài)路由計(jì)算(Apl，Spd

9、，Srd，Srp)和三種動(dòng)態(tài)路由選擇(Kmc，Kmm，Kpr)算法，統(tǒng)一命名為動(dòng)態(tài)源路由(DSR：Dynamic source Routing)方法。其思想是將顯式受限路由(CSPF)應(yīng)用于OBS的動(dòng)態(tài)路由中，DSR方法利用OBS網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)信息選擇路由，搭建了網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)進(jìn)行了評(píng)估分析并和固定最短路由作了比較?；谔鴶?shù)的Apl算法阻塞率和時(shí)延性能都好于基于跳數(shù)的Fix方法，基于距離的Apl算法阻塞性能同樣優(yōu)于基于距離的Fix方法?；诰嚯x

10、的Apl，Srd和Srp算法較之Fix方法改善了網(wǎng)絡(luò)的阻塞性能，Srp算法的鏈路代價(jià)中因?yàn)橐肓舜髾?quán)重的鏈路突發(fā)數(shù)量，會(huì)出現(xiàn)性能擾動(dòng)?；谔鴶?shù)的Spd算法由于采用同步點(diǎn)負(fù)載加權(quán)選路，鏈路單波長負(fù)載加權(quán)比鏈路負(fù)載加權(quán)改善了阻塞性能，基于跳數(shù)的Srd算法在不同更新周期下，受區(qū)間鏈路負(fù)載的影響，網(wǎng)絡(luò)性能更依賴于狀態(tài)信息的更新周期。Apl算法與Srd和SrP)算法比具有最好的網(wǎng)絡(luò)性能。在靜態(tài)K階路由計(jì)算的Kmc，Kmm和Kpr三種算法中，基于跳

11、數(shù)的網(wǎng)絡(luò)阻塞性能好于基于距離的算法，但基于距離的算法比基于跳數(shù)的時(shí)延小，保持了跳數(shù)和距離的靜態(tài)最短路網(wǎng)絡(luò)性能特征。在靜態(tài)計(jì)算的K階最短路上利用周期性網(wǎng)絡(luò)信息動(dòng)態(tài)選路有局限性，性能改善有限，然而它們比動(dòng)態(tài)路由計(jì)算算法復(fù)雜度低，處理時(shí)間少，可根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)需求權(quán)衡選擇。最后在動(dòng)態(tài)路由算法的基礎(chǔ)上提出了基于節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法的波長分組分配來區(qū)分優(yōu)先級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)OBS網(wǎng)絡(luò)QoS保證的機(jī)制，在與跳數(shù)無關(guān)而且時(shí)延不增加的前提下獲得了業(yè)務(wù)類QoS保證，通過改

12、變波長組實(shí)現(xiàn)可控的性能區(qū)分。我們提出的DSR方法充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)鏈路負(fù)載均衡的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)極大的減小了OBS網(wǎng)絡(luò)的阻塞率和網(wǎng)絡(luò)突發(fā)端到端的時(shí)延，并且不同的代價(jià)加權(quán)和動(dòng)態(tài)路由算法能夠滿足不同的性能要求。DSR方法能夠動(dòng)態(tài)適配當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)利用路由分布和帶寬信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由計(jì)算，自動(dòng)完成負(fù)載均衡提前避免阻塞，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)QoS保證，用于OBS網(wǎng)絡(luò)中能夠改善全網(wǎng)的性能。 最后在附錄A附錄B中介紹了作者在攻讀博士期間參與“多波長光標(biāo)