（通信与信息系统专业论文）混合交换光网络上的光多播机制的研究.pdf

中文摘要 中文摘要 目前，在w d m 网络中有两种全光多播方式，一种是o c s ( o p t i c a lc i r c u i t s w i t c h i n g , 光电路交换) 网络中基于光树的多播，另一种就是在o b s ( o p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ，光突发分组交换) 网络中基于突发分组的多播。这两种方式都有各自的优 缺点。 在o c s 网络中，多播业务是通过光树来承载的，一棵光树的提供的带宽通常 可达数十g b p s ，而一个多播业务的带宽通常很小，所以链路的带宽利用率很低， 虽然多播业务量疏导技术可以改善光树的带宽利用率，但是多业务量疏导节点成 本很高，而且疏导算法的复杂度也很高。 o b s 网络中的多播问题也有少量文献进行了研究。在o b s o p s 网络中，虽然 带宽利用的问题可以改变，但是多播业务的丢包和延时性能又得不到保证。 针对o c s 和o b s 网络对多播业务支持的不足，本文提出了一种采用混合交换 技术的新型光交换网络基于环路的混合交换光网络( c y c l eb a s e dh y b r i d l i g h t p a t ha n db u r s ts w i t c h i n g ，c h y l a b s ) ，并提出了在此网络上实现全光多播的机 制。并且通过仿真，将它的性能与普通的o b s 多播和o c s 多播的性能进行了对比， 验证了该机制的优越性。 第一章首先介绍了光网络的三种基本交换技术的优缺点并且引出了混合光交 换的概念。现有的混合交换技术主要分为三类主从型，集成型和平行型。然 而现有的混合交换技术存在虚拓扑的构建，网络实现困难以及如何合理地利用资 源进行业务传输等问题。针对以上问题，本文提出了一种新型混合交换方案 基于环路的混合交换光网络。c h y l a b s 很好地集成了o c s 和o b s 两种传统的交 换方式，能够动态的适应网络业务量的动态变化，并且增强了网络中资源的利用 率。本章首先介绍了c h y l a b s 混合交换光网络的整体架构，其网络的节点结构和 各模块的功能将在下一章多播那一部分做详细讲述。c h y l a b s 的特殊之处在于其 o b s 部分的虚拓扑被设计为环状。环网可以占有较少的网络资源，同时具有天然 的保护性。 第二章主要介绍了我们提出的一种e - h y l a b s 网络上的全光多播机制：基于预 制环的h y l a b s 多播。本章首先介绍了这种多播方式的基本原理和具体实现，其次 介绍了它的虚拓扑的设计方法以及为它的网络的节点结构和各模块的功能。通过 中文摘要 仿真，验证了所提出的环状h y l a b s 混合交换光网络的多播机制的优越性。仿真结 果表明：环状h y l a b s 多播的性能要优于传统的o b s 多播和o c s 多播。在条件相 同的前提下，与前者相比，环状h y l a b s 多播平均丢包率和口包的平均端到端延 时都要小一些；与后者相比，环状h y l a b s 多播消耗的波长资源和i p 包的平均丢 弃率要更少。本章的最后，还提出了一种启发式算法，用来从一个固定的o b s 域中 找出一个或多个v s 节点，使得网络的性能最优。 第三章主要介绍了我们提出的另一种c h y l a b s 网络上的全光多播机制：基于 最短生成树的h y l a b s 多播。本章首先介绍了这种多播方式的基本原理和具体实现， 其次介绍了它的虚拓扑的设计方法。最后通过仿真，验证了所提出的树形h y l a b s 混合交换光网络的多播机制的优越性。仿真结果表明：树形h y l a b s 多播的性能要 优于传统的o b s 多播和o c s 多播。在条件相同的前提下，与前者相比，树形h y l a b s 多播平均丢包率和疋包的平均端到端延时都要小一些；与后者相比，树形h y l a b s 多播消耗的波长资源和口包的平均丢弃率要更少。本章的最后还提出了一种启发 式算法，用来从一个固定的o b s 域中找出一个或多个v s 节点，使得网络的性能最优。 最后，作者介绍了c - h y l a b s 混合交换仿真平台。首先介绍仿真平台的设计思 路和总体框架，然后分别介绍在该框架下各个模块的设计实现以及关键数据结构。 关键词：c - h y l a b s ，环状h y l a b s 光多播，树形h y l a b s 多播，o b s 多播，o c s 多播 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e r ea l et w oa l l o p i t c a lm u l t i c a s tv s h e m e si nw d mn e t w o r k s ：o n ei sl i g h t - t r e e b a s e dm u l t i c a s ti no c s ( o p t i c a lc i r c u i t s w i t c h i n g ) n e t w o r k s ，a n da n t h e ri sp a c k e t b a s e dm u l t i c a s ti no b s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) n e t w o r k s h o w e v e r , b o t ho ft h e m h a v ed i s a d v a n t a g e s i nt h eo c s n e t w o r k , t h em u l t i c a s ts e s s i o n sa r et r a n s p o r t e db yt h el i g h t - t r e e sa n da l i g h t - t r e e 锄p r o v i d ea sm u c ha sg i g a b i tb a n d 、) l r i d 饥b u tam u t i c a s ts e s s i o no n l yn e e da s m a l lp a r to fi t s ot h eu t i l i z a t i o ft h eb a n d 谢d t hi nt h eo c sn e t w o r ki sv e r yl o w 。 a l t h o u g ht h em u l t i c a s tt m 伍cg r o o m i n gi nw a v e l e n g t h r o u t e dn e t w o r kc a ni m p r o v e t h eu t i l i z a t i o no ft h eb a n d w i d t h , i th a sh i g hc o s ta n dac o m p l e x i t ya l g o r i t h m t h em u l t i c a s to nt h eo b sn e t w o r kh a sa l s ob e e ns t u d i e d i nt h eo b sn e t w o r k , i t h a sag o o du t i l i z a t i o no ft h eb a n d w i d t hb u tc a n tm e e tt h en e e do fl o wp a c k e tl o s s p r o b a b i l i t ya n dp a c k e tl a t a n e y i nt h i sp a p e r , w ef i r s ta n a l y s et h ed i s a d v a n t a g e so ft h eo c sa n do b sm u l t i c a s t v s h e m e sa n dt h e nw ep r o p o s eah y b r i do p t i c a ls w i t c h i n gn e t w o r kc a l l e dc - h y l a b s ( c y c l eb a s e dh y b r i dl i g h t p a t ha n db u r s ts w i t c h i n g ) a n dp r o p o s ea n e f f i c i e n t m u l t i e a s tv s h e m eo no - h y l a b s s i m u l a t i o nd e m o n s t r a t et h a tt h ec h y l a b sm u l t i c a s t v s h e m ep e r f o r m sb e t t e rt h a no b sm u l f i c a s tv s h e m ei nt e r m so fp a c k e tl o s sp r o b a b i l i t y a n dp a c k e tl a t a n c y a l lt h r e eb a s i co p t i c a l s w i t c h i n gt e c h n o l o g i e s i nw d mn e t w o r k sh a v et h e i r d e f a u l t s ，s oi nr e c e n ty e a r s ，s o m er e s e a r c h e r st u r nt oo p t i m i z i n gn e t w o r kp e r f o r m a n c e b yc o l l a b o r a t i v c l yc o m b i n i n gt h es t r e n g t h so fb a s i co p t i c a ls w i t c h i n gt e c h n o l o g i e sa n d a v o i d i n g r e d u c i n gt h e i rw e a k n e s s e sa sm u c ha sp o s s i b l e c o n s e q u e n t l y , t h r e et y p e so f h y b r i da r c h i t e c t u r e sa r ei d e n t i f i e d - - - c l i e n t - s e r v e r , p a r a e l la n di n t e g r a t e d 。h o w e v e r , t h e s eh y b r i dm o d e l sa l s oh a v ep r o b l e m ss u c ha s ，v i r t u a lt o p o l o g yd e s i g n ，n e t w o r k r e a l i z a t i o n , e f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e s ，a n de t c 。b a s e do nt h e s es i t u a t i o n s ， t h i st h e s i sp r o p o s e sn o v e lh y b r i dn e t w o r ka r c h i t e c t u r e , n a m e dc y c l e - b a s e dh ：y b r i d s w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k s ( c h y l a b s ) c h y l a b sc a l le f f i c i e n t l ys u p p o r tb u r s t yt r a f f i c p a t t e r n so fc u r r e n tn e t w o r k s i ti n t e g r a t e sh i g h l ye f f i c i e n tt r a n s p o r t a t i o no fo p t i c a l i i i a b s t r a c t c i r c u i ts w i t c h i n gw i t hs t a t i s t i c a lm u l t i p l e x i n go fo p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g c - h y l a b s c o u l dn o to n l yr e d u c et h es t r a i no np a c k e tf o r w a r d i n go ft r a d i t i o n a lp o i n tt op o i n tw d m s o l u t i o n st or e l i e v ee l e c t r o n i cb o t t l e n e c k , b u ta l s oa c c o m m o d a t eb u r s t yt r a f f i ca n d a c h i e v eb e t t e rb a n d w i d t he f f i c i e n c yt h a na l l o p t i c a lw a v e l e n g t hs w i t c h i n gn e t w o r k s ( i e o c sn e t w o r k s ) t h i sc h a p t e rf i r s ti n t r o d u c e st h eo v e r a l la r c h i t e c t u r eo fc - h y l a b s 。 t h e ne - h y l a b s sn o d ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o nw i l lb ei l l u s t r a t e di nt h en e x tc h a p t e r w h e nw et a l k e da b o u tt h ec - h y l a b sm u l t i c a s tv s h e m e o n et y p i c a lf e a t u r eo fe - h y l a b s i si t sv i r t u a lt o p o l o g yd e s i g na p p r o a c h e s 。s p e c i f i c a l l y t h ev i r t u a lt o p o l o g yo fo b sp a r t i sar i n g r i n gt o p o l o g yc a ns u s t a i nc o n n e c t i v i t yo fn e t w o r k sw h i l eo c c u p y i n gr a t h e r f e ww a v e l e n g t hr e s o u r c e s ，a n da l s oh a v en a t u r a ls e l f - h e a lc a p a b i l i t y i nt h es e c o n dc h a p t e r , w ei n t r o d u c eam u l t i e a s tv s h e m eo nt h ee - h y l a b sn e t w o r k w h i c hi sc a l l e dc i r c l e - b a s e dh y l a b sm u l t i e a s tv s h e m e i nt h ef i r s t ；w ei n t r o d u c et h e b a s i cm u t i c a s tv s h e m ea n di t s i m p l e m e n t a t i o n o nt h ec i r c l e - b a s e d h y l a b s n e t w o r k t h e nw ei n t r o d u c ev i r t u a l t o p o l o g yd e s i g n ；t h e n o d e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o na r ea l s oi l l u s t r a t e d 。 s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tc i r c l e - b a s e dh y l a b s m u l t i c a s tv s h e m eu t i l i z e st h eh i 曲t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yo fo c st e c h n o l o g yw i t h o u t s a c r i f i c i n gt h ea b i l i t y o fa c c o m m o d a t i n gb u r s t yt r a f f i c ，a n dc i r c l e - b a s e d h y l a b s m u l t i c a s tv s h e m ep e r f o r m sb e t t e rt h a no b sm u l t i c a s tv s h e m ei nt e r m so fp a c k e tl o s s p r o b a b i l i t ya n dp a c k e tl a t a n c y i nt h el a s tp a r t , w ep r e s e n tah e u r i s t i v em e t h o dt of i n da v sn o d ew h i c hc a ni m p r o v et h ep e r f o m a b c co f n e t w o r k i nt h e 廿l i r dc h a p t e r , w ei n t r o d u c ea n o t h e rm u l t i c a s tv s h e m ec a l l e dt r e e - b a s e d h y l a b sm u l t i c a s tv s h e m e i nt h ef i r s t ；w ei n t r o d u c et h eb a s i cm u t i c a s tv s h e m ea n di t s i m p l e m e n t a t i o n , t h ev i r t u a lt o p o l o g yd e s i g ni sa l s oi n v o l v e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w t h a tt r e e - b a s e dh y l a b sm u l t i c a s tv s h e m eu t i l i z e st h eh i 曲t r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c yo f o c st e c h n o l o g yw i t h o u ts a c r i f i c i n gt h ea b i l i t yo fa c c o m m o d a t i n gb u r s t yt r a f f i c ，a n d t r e e - b a s e dc - h y l a b sm u l t i c a s tv s h e m ep e r f o r m sb e t t e rt h a no b sm u l t i c a s tv s h e m ei n t e r m so fp a c k e tl o s sp r o b a b i l i t ya n dp a c k e tl a t a n c y 。i nt h el a s tp a r t , w ep r e s e n ta h e u r i s t i v em e t h o dt o6 n dav sn o d ew h i c hc a ni m p r o v et h ep e r f o m a b c eo fn e t w o r k t ov e r i f ya n de v a l u a t et h es w i t c h i n gt e c h n o l o g yi nt h ep r e v i o u sc h a p t e r , a no p t i c a l n e t w o r ks i m u l a t i o np l a t f o r mh a sb e e nd e v e l o p e du s i n go p n e tt 0 0 1 i nc h a p t e r4 ，w e w i l lb r i e ft h ef r a m e w o r ko ft h ep l a t f o r m ，a n dt h ed e s i g n a t i o na n dd a t as t r u c t u r e so f d i f f e r e n tm o d u l e sa r eg i v e nt o o i v a b s t r a c t k e y w o r d s ：h y b r i ds w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k , c i r c l e - b a s e dh y l a b sm u l t i e a s t v s h e m e ，t r e e - b a s e dh y l a b sm u l t i c a s tv s h e r n e ，o b sm u l t i c a s tv s h e m e , o c sm u l t i c a s t v s h e m e v 图目录 图目录 图1 1 光分组交换o p s 节点结构4 图1 2 光突发交换o b s 网络示意图5 图1 3 主从型混合交换网络6 图1 4 平行型混合交换光网络6 图1 5 集成型混合交换光网络7 图2 1 不同的多播策略1 1 图2 - 2 环状c - h y l a b s 多播示意图1 2 图2 3 网络丢包率比较。1 4 图2 4m 包平均端到端时延比较15 图2 - 5c - h y l a b s 节点结构1 7 图2 - 6 节点处理流程图1 8 图2 - 7 拓扑建立2 0 图2 8o b s 部分虚拓扑构建过程2 3 图2 - 9 物理拓扑2 6 图2 1o 所有链路消耗波长总数2 8 图2 1 1 最大消耗波长编号图2 9 图2 1 2 网络丢包率比较2 9 图2 1 3 口包平均端到端时延比较3 0 图2 1 4 仿真拓扑图3 1 图2 一1 5 口包平均丢弃率变化曲线图3 2 图2 1 6 口包平均端到端时延变化曲线图3 3 图2 1 7 消耗波长变化曲线3 4 图2 1 8 口包平均丢弃率变化曲线图3 5 图2 1 9 口包端到端时延变化曲线图3 5 图2 2 0v s 节点的优点3 7 图2 - 2 1 物理拓扑3 8 图2 2 2 跳数对波长影响o 4 0 图3 1 树形h y l a b s 多播拓扑图4 2 x 图目录 图3 2 树形多播物理拓扑4 4 图3 3 树形多播网络模型4 5 图3 _ 4 消耗波长变化曲线4 6 图3 5 波长编号数变化曲线4 7 图3 - 6 网络丢包率比较4 7 图3 7 口包平均端到端时延比较4 8 图3 8 树形h y l a b s 多播仿真拓扑4 9 图3 - 9 网络业务量丢弃率。5 0 图3 1 0 平均端到端时延5 l 图3 11 消耗波长变化曲线5 2 图3 1 2 汇聚时间对丢包率影响5 2 图3 1 3 汇聚时间对时延影响5 3 图3 1 4 树形多播网络模型5 4 图3 1 5 环状多播网络模型5 4 图3 16 口包平均丢弃率对比5 5 图3 1 7 口包平均端到端时延对比5 6 图3 1 8 网络消耗波长资源对比5 6 图3 1 9 网络物理拓朴5 8 图3 - 2 0v s 节点度数对网络丢包率影响6 0 图3 - 2 1v s 节点度数对端到端时延影响6 1 图3 2 2 消耗波长资源对比6 l 图4 - 1o b s ( o c s ) 多播模型6 5 图4 _ 2 环状h y l a b s 多播模型6 5 图4 - 3 树形h y l a b s 多播模型6 5 图4 4o c s 边缘节点模型6 6 图4 _ 5d i s t r i b u t i o n 状态机模块。6 7 图牛6 边缘节点模型6 8 图禾7 汇聚状态机7 0 图4 8 调度状态机7 0 图4 9 核心节点模型7 l 图4 - 1 0 交换状态机( s w i t c h ) 7 2 图4 1 1v s 节点模型7 3 x l 表目录 表目录 表2 1 多播业务分布情况图2 6 表2 2 多播业务量矩阵2 7 表2 3 多播请求示意图3 l 表2 _ 4 多播s e s s i o n 分布情况3 9 表2 5 业务量矩阵示意表3 9 表3 1 多播业务分布情况一4 5 表3 2 多播业务量负载4 5 表3 3 多播业务分布情况4 9 表3 _ 4 多播业务分布5 4 表3 5 多播业务分布5 9 表3 - 6 业务量矩阵5 9 图目录 图4 - 1 2v s 节点处理机7 3 缩略词表 英文缩写英文全称 s p h b h p c - h y l a b s a e d d l a u c v f o a d m o b s o c s o p s o i u o n o x c p u t q o s 足纷么 t w c 、d m w 己o n 缩略词表 s h o r t e s t - p a t hh e u r i s t i c b u r s th e a dp a c k e t c y c l e - b a s e dh y b r i ds w i t c h i n go p t i c a l n e t w o r k a v e r a g ee n d - t o e n dd e l a y i n t e r n e tp r o t o c o l l a t e s ta v a i l a b l eu n v s h c d u l e dc h a n n e l 谢m - v o i d f i n i n g o p t i c a la d d a n d d r o pm u l t i p l e x e r o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g o p t i c a lc i r c u i ts w i c h i n g o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o v e r s p i l lr o u t i n gi no p t i c a ln e t w o r k s o p t i c a lc r o s v s o n n e e t p a c kl o s sr a t i 0 q u a l i t yo fs e r v i c e r o u t i n g a n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t t u n a b l ew a v e l e n g t hc o n v e r t e r w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g w a v e l e n g t hr o u t e do p t i c a ln e t w o r k x 中文释义 最短路径算法 突发头分组 基于环路的混合交换光 网络 平均端到端时延 因特网协议 可插空的最近可用未调 度信道算法 光分叉复用器 光突发交换 光电路交换 光分组交换 溢出路由光网络 光交叉连接器 丢包率 服务质量 路由和波长分配 可调谐波长变换器 波分复用 波长路由光网络 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名：圭重毽日期： 劫1 年6 只j 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：兰蕉导师签名：数 日期：2 。叩年月日 第一章绪论 1 1课题背景 第一章绪论 随着人类步入信息化社会，以及通信技术的进步，人们对带宽的需求越来越 大。这就使得人们不断研究新的技术，提高光纤通信的速度，以满足用户越来越 高的需求。 为了应付这种需求，波分复用( w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g , w d m ) 技术发 展十分迅速。w d m 是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的 技术。每个信号经过数据( 文本、语音、视频等) 调制后都在它独有的色带内传 输。w d m 能使电话公司和其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。制造商已推 出了w d m 系统，也叫d w d m ( 密集波分复用) 系统。d w d m 可以支持1 5 0 多 束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到1 0 g b s 的数据传输率。这种系统 能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1 t b s 的数据传输率。 现有的w d m 光网络按照交换方式可以区分为两种类型。一种是基于“电路交 换”模式的波长路由网络( w a v e l e n g t hr o u t e do p t i c a ln e t w o r k s ，或者称为光电路交 换，o p t i c a lc i r c 咒t i ts w i t c h i n go c s ) ，另一种是基于“分组交换”模式包括光突发交 换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 和光分组交换( o p t i c a l p a c k e ts w i t c h i n g ，o p s ) 网络。 这两种交换技术都有自己的问题：o c s 在支持m 业务时存在两个主要的问题： 一是难以应对无法预测的业务量变化；二是过分依赖过配置方法来达到高可靠性， 造成资源的利用率低。而o p s o b s 网络具有统计复用能力，比o c s 更适合承载 高突发特性的d 业务，但是o p s o b s 技术本身也存在一定的问题。o p s 技术的 实用化前景受制于光器件技术，未来5 年内仍无法大面积商用；o b s 相对于o c s 来说，可以实现统计复用，提高了资源利用率：而又比o p s 易于实现，对器件的 要求较低。但是单纯的o b s 网络对实时业务的q o s 支持不够好。 为了综合o c s 和o p s o b s 的技术优势，以应对未来网络需要承载多种业务 的需求，近年来提出了“混合交换”光网络的概念【l 】。混合交换光网络同时具有o c s 交换和o b s 交换o p s 交换能力。混合交换光网络可以根据业务特性灵活采用适合 电子科技大学硕士学位论文 的交换技术，从而可以更加有效地承载各种i p 业务。然而已有文献提出的混合光 交换的模型不同程度上存在一定缺陷，难以达到实用化要求( 参见1 3 节) 。针对 现有混合光交换的模型的缺陷，本文提出了一种新的混合光交换方案，我们称之 为e - h y l a b s ( c y c l eb a s e dh y b r i dl i g h t p a t ha n db u r s ts w i t c h i n g ) 。 近年来随着网络技术的不断发展和用户需求的不断变化，各种带宽需求较高 的多播业务( 如视频会议、高清晰数字电视、远程教学等) 日益流行。另一方面，光 网络可以提供巨大的带宽，从而使得在网络中支持大量高带宽需求的多播业务成 为可能。因此，如何在光网络中实现对多播业务的支持成了近年来光网络研究的 热点之一【2 】。目前已经有大量文献研究o c s 光网络中的多播问题【3 】。在o c s 网络 中，多播业务是通过光树来承载的，一棵光树的提供的带宽通常可达数十g b p s ， 而一个多播业务的带宽通常很小，所以链路的带宽利用率很低，虽然多播业务量 疏导技术可以改善光树的带宽利用率，但是多业务量疏导节点成本很高，而且疏 导算法的复杂度也很高。o b s 网络中的多播问题也有少量文献进行了研究。在 o b s o p s 网络中，虽然带宽利用的问题可以改变，但是多播业务的丢包和延时性 能又得不到保证。针对o c s 和o b s 网络对多播业务支持的不足，本文将研究如何 利用h y l a b s 网络提供的灵活交换能力来中有效的支持全光多播。 1 2 基本光交换技术 1 2 1光电路交换技术 采用o c s 技术的光网络也称作波长路由光网络( w a v e l e n g t h - r o u t e do p t i c a l n e t w o r k ) 它是面向连接的o c s 网络，需要为每一个连接请求建立从源端到目的 端的光路( l i g h t p a t h ) 。而光路是拥有极高带宽的管道，用于承载大传输量的业务， 通过为节点对间的一条路径( p a t h ) 上的每条链路( 1 i n k ) 分配同一个波长资源而 建立。o c s 采用光交叉连接器( o p t i c a lc r o s v s o n n e c t ，o x c ) ，光分插复用器( o p t i c a l a d da n dd r o pm u l t i p l e x e r ，o a d m ) 等光器件设置光通路，中间节点不需要光缓存。 o a d m 实现对业务的上下光路的控制，而o x c 则完成在光网络上的寻径、路由、 建立光路等工作。光路可以根据上层的要求建立或拆除，因此网络就可以看作一 个电路交换( c i r c u i t s w i t c h e d ) 的网络，所提供的服务就是电路交换的服务。 目前o c s 技术的研究已经较为成熟，o c s 也是w d m 光传送网较容易实现的 一种方式。 2 第一章绪论 因此，采用波长分配和路由选择的w d m 光传送网( o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ， o t n ) 技术被认为是骨干通信网向宽带、大容量发展的首选方案。但是o c s 的特 点使它比较适合于需要高速度、高带宽，并且具有一定持续时间的业务流。 然而目前i n t e r n a 中的业务多是具有较高突发性的业务，业务的变化无常使得 光路的拆建会非常频繁，考虑到建立和维护光路的开销与光路通常较短的连接持 续时间之间的反差，完全根据m 业务动态建立和拆除光路并不是一个高效的传输 模式。 1 2 2 光分组交换技术 o c s 技术的缺点是难以应对无法预测的业务量变化，因此光分组交换o p s 变 应运面生了。 与传统的电分组交换网络相似，o p s 网络也是一个存储转发( s t o r ea n d f o r w a r d i n g ) 网络。与o c s 不同的是，它不需要建立连接。数据分组在穿越整个核 心交换网络的过程中，路由和交换完全在光域进行；并且在中间节点每个光分组 的交换和路由处理都是独立于其他分组的。它可以实现带宽资源的统计复用，是主 要承载分组业务的光网络的最佳选择。 o p s 以光分组作为最小的交换颗粒，分组数据和分组头一起放在固定长度的 时隙中，传输和存储都是采用光的方式。数据包的格式为固定长度的光分组头， 净荷( p a y - l o a d ) 和保护时间三部分。 一个o p s 节点由三个模块组成【6 l 输入接1 ：3 ，交换矩阵和输出接e l ，如图 1 2 所示： 第一个模块是入口同步模块，用来对入口分组进行相位校准。为了以同步的 方式进行操作，并尽量减少网络中分组同步器的数目，在这个阶段需要检测分组 头，在需要时还可以使用w d m 结构作为节点的主要部分，与单个的信道结构轮 流变化，这样可以抑制分组头和净荷间的抖动。 第二个是交换矩阵，其作用是实现路由并实时地解决冲突。 第三个模块是再生输出接口。因为消光比( e r ) 恶化、光信噪比( s n r ) 恶 化、不同分组间的功率波动、抖动累积都将影响到信号的质量，所以需要在再生 输出接口处对数据流进行再生。 电子科技大学硕士学位论文 图l l 光分组交换o p s 节点结构 相比o c s ，o p s 有着很高的资源利用率和很强的适应突发数据的能力。但是 近期内能有效支持o p s 的光开关技术尚不成熟，即光交换矩阵的交换速度暂时难 以达到要求。同时，在光域上真正意义上的随机存储机制还不存在。由于技术还 不成熟，光器件的要求比较高，o p s 的真正成熟还需要等待相对