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浙江工业大学硕士学位论文 光突发交换网中资源预留协议的研究 摘要 光突发交换技术是近年来光交换技术研究领域的热点。由于光突发交换结合了光路交 换与光分组交换的优点，同时也避免了它们的不足，有望成为下一代光网络的核心交换技 术。 本文以光突发交换网络中资源预留协议为研究对象，以软件仿真作为研究方法。首 先，以网络仿真工具n s 2 为基础，搭建适合于仿真光突发交换网络的仿真平台。对突发 数据传输采用虚拟化的方法，实现了o b s 网络的关键元素如突发组装、突发控制分组生成 和传输、突发调度等等，我主要负责突发控制分组传输，并负责将各部分组合在一起以实 现o b s 通用仿真平台。同时该平台是开放的，其各个元素都可以替换，从而为新算法和新 协议的研究提供了便利。 在光突发交换众多的资源预约协议中，j e t 协议因为其高带宽利用率和低传输延时而 受到重视，本文在基于j e t 协议的光突发交换技术的基础上对光突发交换中的竞争解决和 q o s 支持的公平性问题进行了较深入地研究，竞争解决是光突发交换技术中迫切需要解决 的问题，解决竞争的主要方式有光缓存、光波长转换、偏射路由和突发分割。本文提出了 一种新的竞争解决机制o b s h m ，不仅考虑优先级，还考虑突发已经历的跳数。使用o b s 仿真平台对o b s h m 和j e t 进行仿真，仿真结果表明o b s h m 在突发丢失率性能上要优于 j e t 。 关键词：光突发交换，资源预留协议，仿真平台，服务质量，竞争解决 浙江工业大学硕士学位论文 s t u d i e so fr e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l 11 l n0 p t l c a lb u r s ts w l t c n l n 2n e l t l 0 r k s a b s t r a c t o p t i c a l b u r s ts 谢t c l l i n g ( 0 b s ) ，w h i c h i sap r o m i s i n g h y b r i da p p r o a c hb e t w e e n c o a r s e 一掣a i n e do p t i c a lc i r c u i ts 、耐t c h i n ga n df i n d - g r a i n e do p t i c a lp a c k e ts 、i t c h i n g ，h a sb e e nah o t t o p i ci na c a d e i n y t h eb e n e mo fo b so v e rc o n v e n t i o n a lc i r c u i ts w i t c | l i n gi st h a tt h e r ei sn on e e d t 0d e d i c a t ea 、v a v e l e n 啦f o re a c he n d - t o - e n dc o r u l e c t i o n a n do b si sm o r ev i a b l et h a i lo p t i c a l p a c k e ts w i t c l l i n gb e c a u s et l l ed a t ab u r s td o e sn mn e e dt 0b eb u 恐r e do rp r o c e s s e da tt l l e i n t e m e d i a t ec r o s sc o l u l e c t s 1 1 1 i sa l l o w sm ep r o b l e mo f b u f f e 曲gi nt h eo p t i c a ld o m a i nt ob e c i r c u m v e n t e d 7 r h er e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o li l lo b si sc h o s e n 嬲t 1 1 er e s e a r c ho b j e c t i v e ，a n dt h e r e s e a r c hm e t h o di sm a i l l l yt h r o u g hs o r w a r es i m u l a t i o n f i r s t l y ，as i m u l a t i o nt 0 0 1f o ro p t i c a lb u r s t s 谢t c h i n g ( o b s ) i sb u i l tb ym e a l l so fa l le x t e n s i o nt o l en e 帆o r ks i m u l a t o r ( n s 2 ) v i aab u r s t v i r t u a l i z a t i o nt e c l l l l i q u e 1 1 1 eg o a li st oi n c o 印o r a t et l l ek e yc o m p o n e m so f b u r s ta s s e m b l e r s ，b u r s t h e a dp a c k e tt r a i l s p o r t a t i o n ，a n dw a v e l e n g t l lr e s o u r c e ss c h e d u l e ri nt h es i m u l a t i o nt 0 0 1 i 锄m a i n l y r e s p o n s i b l ef o rt h eb u r s th e a dp a c k e tt r a n s p o r t a t i o na i l db er e s p o n s i b l ef o rb r i n g i n gt o g e t h e rv a r i o u sp a r t s o ft h eo b si no r d e rt 0a c h i e v eg e n e r a ls i m u l a t i o np l 怕加1 1 1 es i m u l a t i o nt o o li sa i lo p e np l a t f o m ， w l l i c hm e a l l st h ec o r n p o n e n t sc a l lb er e p l a c e dt ot e s tn e wp r o t o c o l sa n da l g o r i t l l m s a m o n gt h ed i f 佬r e mr e s o u r c er e s e r v a t i o ns c h e m e si no b s ，j u s t e n o u 曲- t i m e ( j e t ) p r o t o c o lw a sl l i g l l l i g h t e db e c a u s eo fi t sh i g 量l l ye m c i e n tr e s o u r c eo c c u p a t i o ns c h e m e i i lm i s p a p e r ，、es t u d yc o n t e m i o nr e s o l u t i o n 撒1 df a i m e s so fq o s ( q u a l i t ) ro fs e r v i c e ) s u p p o r t i n gi nj e t b a s e do b s c o n t e n t i o nr e s o l u t i o ni sak e yp r o b l e mn e e dt ob es o l v e di no b st e c h n o l o g y ，t h e m 旬o rr e s 0 1 u t i o no p t i o n si i l c l u d i n g ：o p t i c a lb u f f e r ，o p t i c a lw a v e l e n g t l lc o n v e r s i o n ，d e n e c t i o n r o u t i n ga i l db u r s ts e g m e n t a t i o n i i lt l l i sp 印e r ，、ep r o p o s ean e ws i g n a l i n gp r o t o c o lf o rr e d u c i n g c o m e n t i o ni no b sn e t w o r k sa n dc o n s i d e r “op a r 锄e t c r s ，n a m e l y ，p r i o r i t ) ，o f 1 eb u r s t ，m h n b e r o fh o p st r a v e r s e di n t oa c c o u i l tt 0r e s 0 1 v ec o n t e n t i o n t h es i m u l a t i o nt o o l i sc o n d u c t e dt 0e v a l u a t e m e p e f f o n n a j l c eo f b u r s tl o s sp r o b a b i l 时i n i t i a lr e s u l t sa i l da 1 1 a l y s i s e ss h o w l a tu s i n go b s h m c a l l 伊e a t l yi m p r o v et l l eb u r s tl o s sp r o b a b i l i t y k e yw o r d s ： o p t i c a lb u r s ts 谢t c h i n g ，r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l ，s i m u l a t i o nt o o l ，q o s ， c o n t e m i o nr e s o l u t i o n 浙江工业大学硕士学位论文 图1 1 图1 2 图1 3 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 1 5 图2 1 6 图2 1 7 图2 1 8 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图4 1 图4 2 图4 - 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图列 光突发交换原理4 o c s 、o p s 、o b s 交换复杂性和带宽需求曲线5 i po v e rw d m 方案5 o b s 网络基本结构一9 边缘节点1 0 核心节点1 0 o b s 边缘节点处的m a c 层1 l 输入边缘节点框图1 2 输出边缘节点框图。1 2 核心节点结构框图13 o b s 网络的分层模型1 3 一个典型的o b s 连接1 4 显式建立、显式释放1 6 显式建立、估计释放16 估计建立、显式释放16 估计建立、估计释放17 j i t 即时预留技术17 j i t 协议呼叫连接示意图18 延迟预留1 9 j e t 协议中的空白填充服务机制1 9 基于j e t 的边缘节点突发包的发送过程2 0 n s 一2 仿真的基本流程2 4 o b s 仿真平台的组成和各部件的相互关系一2 7 n s 一2 中的网络节点n o d e 对象的结构2 7 节点的扩展。2 8 突发数据b h p 收发模块在边缘节点分类器的逻辑结构2 8 突发数据b h p 收发模块在边缘节点端口分类器的逻辑结构2 9 o b s 边缘节点结构模型3 0 t c p 和突发数据分组在起始边缘节点的传输过程3 1 t c p 和突发数据分组在目标端边缘节点的传输过程3 l n s 2 链路模型一3 2 光突发交换链路模型3 2 j e t 协议数据帧格式3 4 j e t 协议控制帧格式3 5 发送过程3 8 发送进程3 9 s e n d b u r s t ( ) 3 9 边缘节点分类器r e c “) 的流程图4 0 核心节点分类器r e c v ( ) 的流程图4 0 端口分类器的r c c v ( ) 的流程图4 1 o b sa g e n t 的r e c v o 的流程图4 1 浙江工业大学硕士学位论文 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 图5 9 图5 1 0 图5 n o b s 仿真网络拓扑结构图4 2 j e t 的实现：4 3 突发数据包端到端延迟4 5 突发数据包吞吐量4 5 固定延时的光缓存结构4 6 可变延时的光缓存结构4 7 混合延时的光缓存结构4 7 在j e t 中采用光缓存的延迟预留4 8 波长转换4 8 偏射路由示意图4 9 节点发生竞争5 2 竞争解决情况5 2 网络拓扑5 4 j e t 突发数据丢失率5 5 j e t 和o b s h m 突发数据丢失率5 5 浙江工业大学硕士学位论文 表列 表1 1 三种光交换方式的比较4 表1 2o b s 主要研究机构以及研究内容和方向6 表4 1 序号为1 7 9 2 的突发控制分组的部分仃a c e 文件4 4 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的 学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 翔和荔 日期：加罗年，砂月 夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权浙江工业大学可以将本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和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“、产) 作者签名： 导师签名：，( ij 川i l ，乙 c 。 日期：年月日 日期协硇年r 二月厂7 日 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论帚一早珀下匕 1 1 研究背景 近年来，随着互联网的迅猛发展，口业务呈现爆炸式增长。预测表明，i p 将承载包括 语音、图像、数据等在内的多种业务，构成未来信息网络的基础。同时以波分复用( w d m ： 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 ) 为核心、以智能光网络为目标的光传送网进一步将控制平 面引入光层，满足了未来网络对多粒度信息交换的需求，提高了资源利用率和组网应用的 灵活性，因此如何构建能够有效支持i p 业务的下一代光网络已成为人们广泛关注的热点之 一。 与传统的业务类型相比，i p 业务具有明显的自相似性、收发数据不对称性和服务器拥 塞等特点，因此对于承载i p 业务的光网络而言，下一步的主要问题不仅仅是要求超大容量 和宽带接入，还需要在光层提供更高的智能性和在光节点上实现面向业务的光交换，其目 的是通过光层和i p 层的适配与融合，建立一个经济高效、灵活扩展和支持业务服务等级 c o s ( c l a s so f s e r v i c e ) 等的光网络，满足i p 业务对信息传输与交换系统的要求。 目前，在光层采用密集波分复用( d w d m ：d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u h i p l e x i n g ) 技 术【l 】，使一根光纤上可利用的波长数可达2 5 6 个，每波长带宽可达4 0 g b p s ，光纤总带宽超 过1 0 t b 彬s 。光纤传输技术上所取得的成就给交换系统的发展带来了新的挑战和机遇。目前 交换节点上采用的是电子交换，随着半导体技术发展，交换系统规模越来越大，处理速度 越来越高，吉比特交换机和路由器已经商用化。但是，电子交换和处理电路本身固有的时 延、定时误差、漂移、串扰等缺点限制了交换速度的进一步提高，并且在节点入口和出口 处需要进行光电和电光变换，它们不仅增加了系统成本而且限制了网络的吞吐量和灵活 性。这样，通信网的瓶颈就由传输线路的带宽转移到了交换系统上。为了克服这个瓶颈， 进而实现透明的、具有高度生存性的全光通信网，采用光交换技术成为必然的发展趋势。 1 2 光交换技术 所谓光交换技术是指在网络节点处不经过任何光电转换，在光域直接将输入光信号交 换到不同的输出端口。 光交换技术主要分为：光电路交换( o c s ：o p t i c a lc i r c u i ts w i t c m n 曲、光分组交换( o p s ： 0 l p t i c a lp a c k e ts 嘶t c l l i n g ) 【2 1 和光突发交换( o b s ：o p t i c a lb u r s ts 淅t c l l i n g ) 【3 1 。它们具有不同 l 浙江工业大学硕士学位论文 的交换控制方式和颗粒度，对网络交换节点的控制处理能力、光域交换能力、器件响应速 度、光域存储能力等也有各自不同的要求。 1 2 1 光电路交换 光电路交换( 0 c s ) 就是光的波长路由交换方案【4 j 。类似于传统电信网络中的电路交换， 是一种面向连接的交换技术。o c s 在传输数据前，要建立光路连接，光路连接跨越一跳或 多跳光纤链路，且独占光纤链路上的一个波长信道，整个交换过程包括连接建立、连接保 持和连接释放三个阶段。o c s 是目前最为成熟的一种光交换技术。 o c s 提供的带宽是粗粒度的，其带宽分配的最小粒度是一个波长的容量，而受波长一 致性的限制，所能建立的光路有限，即使在网络中配置有波长变换器时，所能建立的光路 也会受到波长数目的限制。其次，光路连接的建立要等待一段时间，波长的利用率比较低。 当波长数不足时，很容易引起拥塞。另一方面，如果网络不是全连接的，对虚拓扑的控制 和重构就会比较复杂。正是由于o c s 的带宽利用率低、灵活性差、不能适应高突发性i p 数 据业务的需要，光分组交换的研究引起了人们的重视。 1 2 2 光分组交换 光分组交换( o p s ) 可以看作是电分组交换在光域的延伸，传输和存储都采用光的形式。 光分组交换网由核心路由器和边缘路由器组成，它们之间通过w d m 链路相连接。边缘路 由器完成光分组的生成以及拆分的功能。核心路由器则完成光分组的转发寻路功能。光分 组由分组头和净荷两部分组成，节点仅需要对带有路由信息的分组头进行高速处理，而为 净荷部分提供透明路径，因此极大地提高了数据分组的转发速度和节点的吞吐量。由于分 组头的处理需要定的时间，o p s 的输入端口会采用一定长度的光纤延迟线( f d l ：f i b e r d e l a yl i n e ) 来抵消分组头和净荷之问的时延差异。 与光电路交换相比，光分组交换网络能实现统计复用，带宽利用率较高，可以更加有 效地支持突发性很强的i p 业务。但是光分组交换目前仍然有许多技术难题等待解决，最 突出的问题是光随机存储( 凡m ) 器件和光数字逻辑处理器件。现阶段光分组只能通过光纤 延迟线( f d l ) 实现有限时间的“存储”【5 1 ，并且f d l 配置复杂；较为成熟的光逻辑处理技 术包括对称型自电光效应( s s e e d ：s y m m e t r i c a l s e l f e l e c t r o o p t i ce f f e c td e v i c e ) 器件、基 于多量子阱分布式反馈( d f b ：d i s t r i b u t e df e e db a c k ) 的光学双稳器件和基于非线性光学 的与门等，功能还较简单，不能实现控制部分复杂的逻辑处理要求。其他技术难题还包括 2 浙江工业大学硕士学位论文 光分组头的全光处理和同步、光时钟提取与恢复等，这使得实现全光分组交换还比较困难。 因此，产生了“电控光交换”的思想，即光分组中净荷的交换在光域中实现，而路由、转 发等交换控制功能则在电域实现，光突发交换技术就是在这样的背景下产生的。 1 2 3 光突发交换 光突发交换( o b s ) 是由纽约大学法布罗( b u 助1 0 ) 分校的乔春明( c h u 衄i n gq i a o ) 博士和 华盛顿大学的j s t 啪e r 最先明确提出的【6 】。 它的核心思想是：信息的基本传送单位为突发数据包( b d p ：b u r s td a t ap a c k e t ) ；每个 突发数据包对应一个控制分组( b h p ：b u r s th e a dp a c k e d ，将突发数据包和控制分组在传送 时间和传送信道上分离，控制分组提前于突发数据包发送，为突发数据包预留网络资源。 在网络核心节点处，b h p 转化为电信号在电域中处理，b d p 则保持在光域内透明传输；网 络资源分配一般采用“单向预留( o n ew a yr e s e r y a t i o n ) 方式。 其基本原理可结合图1 1 【7 】从以下三个方面进行详细说明： 1 ) 以突发数据包为基本传送单位。o b s 网络边缘节点按照一定的组装算法将多个输入 的i p 分组组装成一个突发数据包，然后再将其发送到网络中，从而增大了网络的传输和交 换颗粒。这一方面保持了o p s 网络的灵活性和高带宽利用率( o b s 仍然采用统计复用) ，另一 方面又可以缓解核心节点处理速度上的瓶颈，包括消息处理速度和光开关速度。实际上， i p 分组的交换要求光开关的速度为纳秒级，而突发数据包的交换只要求光开关的速度为微 秒级。 2 ) 控制分组和突发数据包在传送时间和信道上完全分离。在传送时间上，控制分组提 前突发数据包一段时间发送，这段时间称为偏置时间( o f f s e tt i m e ) 。为避免突发数据包在 传送过程中“超过”控制分组，要求偏置时间要大于控制分组在所经过中间节点的处理时 间之和。在传送信道上，o b s 采用带外信令方式，控制分组和突发数据包利用不同的波长 信道进行传送。为避免使用复杂的光逻辑器件，控制分组在核心节点进行光电转换后在电 域进行处理，为突发数据包预留网络资源。而随后到达的突发数据包以“切通( c u tt h r o u 幽 方式直接通过核心节点，不需要使用光电转换和光存储设备。 3 ) 网络资源一般采用“单向预留 方式。为提高信道利用率，降低数据的端到端时延， 突发数据包在发送时只需等待一个偏置时间，不用等待资源预留成功的确认就可以发送。 浙江工业大学硕士学位论文 一偏置时问，一 控制信道 图1 一l 光突发交换原理 1 2 4 几种光交换技术的比较 关于上述三种光交换技术性能的比较见表1 1 。 表1 1 三种光交换方式的比较 光交换模式粒度带宽利用率 持续时间缓存实现难度适应性 o c s 大低长不需要低低 o p s 小 高短必需高高 o b s 中高短 不必须适中高 与o p s 相比，0 b s 可以不需要目前尚很难实现的光缓存：中粒度的交换使得对电子器 件处理速度的要求降低，而且开销少，核心节点o e 变换少；突发控制分组b h p 擦写简单； 因此不要求各个突发之间同步，而且b h p 与突发数据分组b d p 之间的关系相对松散，所以 同步简单。与0 c s 相比，o b s 带宽利用率高，网络灵活性与适应性高；持续时间短( 单向 预约) 。 o b s 技术集0 c s 和o p s 的优点于一身，又克服了两者的缺点。o b s 对光缓存和光逻辑 器件的要求降低，并能很好地支持突发性的分组业务。如图1 2 所示，o b s 在带宽需求和降 低节点交换复杂性方面相对0 c s 和o p s 取得了某种程度上的折衷，因而被认为是未来几年 内竞争力极强的一种i po v e rw d m 解决方案，i po v e rw d m 方案如图1 3 所示【8 】o 4 浙江工业大学硕士学位论文 o p s o b so c s 交换粒度 图1 2o c s 、o p s 、o b s 交换复杂性和带宽需求曲线 图1 3i p o v e r w d m 方案 1 2 光突发交换研究现状 随着光信息处理技术和光器件技术的提升，o b s 将先于o p s 在下一代互联网中获得实 际的应用。目前国内外的专家和学者相继对这一很有发展前景的新兴技术进行了如火如荼 的研究，并取得了许多骄人的成果。 目前全球研究o b s 的主要是一些知名的大学和大公司的研究中心。表1 2 说明了各个单 位研究的主要内容。 5 浙江工业大学硕士学位论文 表1 2o b s 主要研究机构以及研究内容和方向 研究机构名称主要研究内容和方向 美国纽约州立大学b u 施l o 分校 j e t 预留协议和q o s 德州大学d a l l a s 分校 控制方案路由算法q o s 北卡罗来纳州立大学 j 啪p s t a r t 预留协议 华盛顿大学圣路易斯分校节点结构 俄亥俄州立大学调度机制 德国斯图加特大学 预留协议优先级支持 意大利罗马大学预留协议 英国伦敦大学学院预留协议优先级支持 韩国信息通信大学竞争解决 中国台湾清华大学竞争解决( 偏折路由) 北京邮电大学o b s 硬件实现问题 电子科技大学o b s 关键技术及实验系统 a l c a c e l 美国研究中心节点模型预留协议突发汇聚 波士顿n o k i a 研究中心预留协议 t e l o r d i a 研究工程中心j i t 预留协议 从表1 2 中可以看出目前对o b s 的研究主要集中在以下方面： 突发汇聚算法。 常用的数据突发组装算法有基于长度门限的组装算法【9 1 、基于时间门限的组装算法【1 0 】 和基于混合门限的数据突发组装算法( 采用时间长度混合门限) 【1 1 1 。伦敦大学m d u s e r 用大 偏差理论来估计自相似业务流中数据分组度的均值和方差，进而提出利用估计值来使数据 突发长度获得稳定的自适应组装算法【1 2 】；台湾新竹交通大学的m c y 吼g 提出了称为 q b t ( q o sb u r s t i f i c a t i o n ) 组装算法【1 3 】，它着眼于在不同类的业务之间保证公平性。 资源预留协议 资源预留协议研究控制分组以何种方式为数据包预留带宽或缓存资源，以及怎样释放 带宽。典型的有美国纽约州立大学的m y u n g s i k y o o 和c b u i 】m i i l gq i a o 提出的适用于0 b s 的带 宽效率很高的传输协议一j e t ( j u s t - e n o u 曲t i m e ) 协议【1 4 1 ，该协议能够利用额外偏置时间实 现对业务的q o s 支持；以及由j o l l l l y w e i 等人提出j i t ( j u s t 1 1 1 t i m e ) 协议【1 5 】；另外还有t l l n l e r 提出的h o r i z o n 【1 6 】，d e t t i 和l i 丸m t i 等人提出的所谓t a g ( t e l la n dg o ) 和t a w ( t e l la i l dw a i t ) 等协议。目前在o b s 研究和实验中采用最多的预留协议是j e t 协议。 信道调度算法 6 浙江工业大学硕士学位论文 最初j o n a t h a l ls t 啪e r 提出了l a u c ( l a t e s ta v a i l a b l eu n s c h e d u l e dc h a n n e l ) 【1 8 1 算法；后 来a l c a t e l 公司的l j u b i at a i l c e v s k i 在l 埘c 的基础上进行了改进，提出了效率更高的 l a u c v f ( l a t e s ta v a i l a b l eu n s c h e d u l e dc h 籼e l 、析t hv o i df i l l i n g ) 【1 9 】算法。在l a u c v f 基础 上，一些改进算法也被提出，例如：g l a u c 。v f ( g e n e r a l i z e dl a u c v f 【2 0 1 、f a f a v f ( f i r s t a 商v a lf i r s ta s s i g n m e n tw i t hv f ) 【2 l 】、以及m v g ( m i l l i m u mv o i dg e n e r a t e d ) 算法【2 2 】等，这些 算法相较于l a u c _ v f 算法，在资源利用率上有明显的提高。 竞争解决 竞争是指在交换节点两个突发包争用同一输出信道，竞争解决方案主要解决如何避免 竞争的产生以及竞争产生后以怎样的策略选择要丢弃的分组。已经提出的技术有s 弛j e e v v e 咖a 的突发包数据流整型技术，a n d r e ad e t t i 的组合式突发包技术( 0 c b s ：o p t i c a l c o m p o s i t eb u r s ts w i t c l l i n g ) 口3 1 和v i n o dm v o l 【l 【越a i l e 的突发包分段技术( b s ：b u r s t s e g m e n t a t i o n ) 【2 4 1 。 q o s 支持 q o s 支持则研究如何在o b s 网络中实现业务的服务区分，以及如何保证高等级业务的 优先权等。目前，针对o b s 网络的q o s 支持方案尚无完善的解决办法，已经提出的技术有 基于偏置时间的q o s ( o f f s e t - t i m e b a s e dq o s ) 解决方案【2 5 】和比例q o s ( p r o p o n i o n a lq o s ) 方案 【2 6 】，运用主动丢弃机制以达到突发数据丢失率可控的目的。 o b s 作为一种新兴的光交换技术尚未成熟，相关的研究工作还有很多，例如o b s 网络 的组播问题，o b s 环网，网络的生存性等，这里不再详细叙述。此外，o b s 网络的关键器 件研究以及o b s 网络试验平台构建也有了飞速的发展，包括美国华盛顿大学的“太比特突 发交换技术 项目，北卡来罗纳大学的j 啪p s t a n 网络，欧洲的c o s t 2 6 6 计划，日本政府资 助的光突发研究项目等。在我国，国家“十五”8 6 3 计划在通信技术主题设立了光纤通信 专题研究计划o - t i m e ( 0 p t i c a lt e c h n o l o g yf o ri n t e m e t 谢mm u l t i w a v e l e n g t he n v i r o n m e n t ) ， 而对o b s 关键技术的研究是o t i m e 计划的主要组成部分。 1 3 研究的目的及意义 o b s 的本质是根据b h p 的信息为b d p 在其所要经过的中间节点处预留资源( 通常为带 宽等) ，b h p 和b d p 之间传送的时序是由资源预留协议所决定的，所以o b s 的实施过程的核 心就是资源预留协议。因而，如何设计o b s 网络的资源预留协议是o b s 技术能否走向实用 的关键技术之一。 7 浙江工业大学硕士学位论文 近年来，国内外研究人员对o b s 网络资源预留协议进行了较广泛的研究，提出了一些 各具特色的资源预留协议，比如j e t 协议、j i t 协议、h o r i z o n 协议等等。目前已有部分文献 介绍了o b s 试验网的结构及其测试结果，但是由于试验网本身的节点数目较少，结构简单， 因此资源预留协议有可能无法在试验网中得到充分的体现和分析，所以我们利用现有的网 络仿真工具n s 2 ，搭建o b s 网络仿真平台。从o b s 网络的整体角度出发，对0 b s 中的关键 技术进行仿真、分析和比较是一种较合理的研究方法，同时也是对o b s 试验网研究的有效 补充。因此，基于n s 2 的光突发交换网中资源预留协议的研究具有十分重要的意义。 1 4 本论文主要研究工作和内容安排 如前所述，o b s 是一种非常被看好的全光交换技术方案，是国内外光交换技术方面的 研究热门，目前仍旧处于理论研究阶段，许多问题仍旧有待解决，其中资源预留协议是0 b s 的关键技术之一，本文以网络仿真工具n s 2 为基础，搭建了o b s 通用仿真平台，实现j e t 资源预留协议，并利用o b s 通用仿真平台对o b s 中j e t 进行仿真和分析，对网络性能指标 一吞吐量( t h r o u g h o u t ) 、延时( d e l a y ) 、数据包丢失q a c k e tl o s s ) 进行了分析，尤其是数据包丢 失，我们结合竞争解决机制进行了重点分析。 本文具体章节安排如下： 第一章主要介绍o b s 网络的研究背景、光交换技术、国内外研究现状、研究目的和 意义，以及本论文的主要研究内容。 第二章主要对0 b s 的网络结构作了详细的介绍，探讨和分析了边缘节点和核心节点 的结构和功能，重点讲述了o b s 网络资源预留协议，对各种协议的分类和基本原理进行 了介绍，深入分析了o b s 网络中最具代表性的协议一j e t 协议和j i t 协议，并对影响预 留过程性能的一些参数做了阐述。 第三章详细介绍了网络仿真工具n s 2 ，大致了解了n s 2 仿真的基本流程，搭建通用 o b s 仿真平台，重点介绍了分类器的扩展。 第四章根据n s 2 中新协议的添加步骤实现厄t 资源预留协议，并利用o b s 仿真平 台进行仿真和分析，验证了o b s 通用仿真平台的正确性。 第五章对目前已有的竞争解决机制进行了分析，并提出一种新的竞争解决机制 o b s h m ，为解决竞争，我们不仅考虑了突发的优先级，还考虑了已经历的跳数，并与j e t 资源预留协议就数据包丢失性能进行了仿真比较。 第六章是全文的总结以及对今后工作的展望。 r 浙江工业大学硕士学位论文 第二章o b s 网络结构以及资源预留协议 2 1o b s 网络基本结构 o b s 网络的基本结构如图2 1 所示口7 1 ，它由处于网络边缘的边缘节点( e n ：e d g en o d e ) ， 位于网络中心的核心节点( c n ：c o r en o d e ) 以及w d m 链路组成。边缘节点负责实现用户业 务的接入、汇聚、突发数据( b d p ) 的组装和拆分，以及控制分组( b h p ) 的生成等功能，并且 提供了各种网络接口( 如：g i g a b i t e m e m e t ，p a c k e to v e rs o n e t ( p o s ) ，i p a t m 等) ，使之可 以和其它协议类型的网络互联，如图2 2 所示【2 8 1 。核心节点负责b h p 中控制信息的提取、识 别和重新插入、b d p 的路由和转发功能，如图2 3 所示【2 引。 a 点 固挑节点 图2 1o b s 网络基本结构 9 浙江工业大学硕士学位论文 图2 2 边缘节点 核心节点 图2 3 核心节点 2 1 1 边缘节点 边缘节点可以分为两部分：输入边缘节点和输出边缘节点。为了完成突发包的组装， 边缘节点的层次结构中，需要加入一m a c 层。对于采用i po v e rw d m 技术的网络，m a c 层 位于i p 层和w d m 层之间，如图2 4 所示【2 羽。 从图中可以看出在输入边缘节点处的m a c 层需要完成以下功能： ( 1 ) 把分组( 对i p 业务而言) 组装成突发包； ( 2 ) 当突发包位于队首时决定偏置时间的值，并且发送一个包含有路由信息、突发包 长度和偏置时间等信息的控制分组； ( 3 ) 经过偏置时间后，把突发包送入光层。 在输出边缘节点处，m a c 层只需完成从突发包中提取分组的工作即可。 l o 浙江工业大学硕士学位论文 甲分组口分丫 妒层 + l m a c 尾 i 突发包组装l 一一一一一一1l 突发包分解 i l i 突发包排队 _ l 突发考激h 偏差基闯h 控掣盆组l 上 l 成帧 帧分解 l - _ 千 一 l 突发包 控制分组 w d m 尼 图2 4o b s 边缘节点处的m a c 层 与上述层次结构对应的输入输出边缘节点的功能结构分别见图2 5 【7 j 和图2 6 【_ 7 1 。图2 5 为输入边缘节点的结构框图，其主要工作流程为：首先对来自接入网的i p 分组进行路由信 息处理，按其目的地址和q o s 等级进行分类，同一类i p 分组被送入相应的数据突发组装器； 控制模块按照一定组装算法将多个输入i p 分组组装为一个数据突发；组装器输出的数据突 发被传递到数据突发调度缓存器( 调度缓存器的配置可以采用共享方式，也可以为每个组装 器配置一个) ；控制模块为每个数据突发产生一个对应的控制分组b h p ，并确定两者之间的 偏置时间，每个b h p 都携带路由、偏置时间、数据突发长度和q o s 等信息；同时控制模块 按照一定的调度策略为数据突发分配输出波长，当完成对一个数据突发的调度时，相应的 控制分组从控制信道被送入网络，而数据突发则必须再等待一个偏置时间后，才能通过数 据信道发送出去。相对于输入边缘节点，输出边缘节点的工作过程比较简单，如图2 6 所示， 只需将接收到的数据突发分解还原为多个i p 分组并按目的地址转发即可。 浙江工业大学硕士学位论文 图2 5