（通信与信息系统专业论文）obs网络中突发组装算法的研究(1).pdf

山束大掌焉士掌位论文 中文摘要 随着社会的进步，宽带视频、多媒体业务，基于i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 的实时，准实时业务等占用带宽资源较多的新兴数据业务需求不断增长，建立 高速宽带的波分复用( 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 ) 全光网络 已成为本世纪通信网络的发展趋势。作为实现全光网络的一种可供选择的交 换技术，光突发交换( o p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ，o b s ) 是指将具有相同目的 地址和一些相同属性的i p 分组组装成的突发，作为网络基本传输单元的一种 交换方式它考虑到当前技术的局限性，充分结合了光分组交换( o p t i c a l p a c k e ts w i t c h i n g ，o p s ) 和波长路由( w a v e l e n g t hr o u t i n g ，w r ) 交换方 式的优点，并避免了两者的不足，为当前实现全光通信网络提供了一种可行 和有效的方式 0 b s 网络由边缘路由器和核心光交换节点( o p t i c a ls w i t c h i n gn o d e ， o s n ) 组成基本交换单元突发，由控制分组( b u r s th e a dp a c k e t ，b h p ， 作用相当于分组交换中的分组头) 与数据突发两部分组成入口边缘路由器 主要负责将来自l p 网的数据封装成数据突发，然后按照数据包的目的地址和 服务质量( q u a l i t yo fs e r v i c a ，q o s ) 类型等指标进行分类和优先级排队； 出口边缘路由器则负责相反的拆封工作核心o s n 用来进行突发的路由选 择、转发和交换。o b s 网络中的关键技术主要包括突发组装、突发路由、资 源预留算法、竞争解决机制、q o s 支持等几个方面 为了适应将来大数据量的实时和准实对性业务。降低突发延迟成为0 b s 网络设计中要解决的个重要问题前向资源预留( f o r w a r dr e s o u r c e r e s e r v a t i o n ，f r r ) 算法虽然有效地减小了o b s 网络中突发组装延迟，但 却存在带宽利用率方面的缺陷 本文针对f r r 算法中存在的问题，在以下几方面进行了改进和创新： ( 1 ) 提出了精确组装f r r 算法( p r e c i s i o na s s e m b l yw i t hf o r w a r d r e s o u r c er e s e r v a t i o n ，p a f r r ) 通过采用双缓冲器和提前预测、精 确组装的方法，在保持有效的端到端传输延迟降低的前提下。避免了 f r r 方案中由于b h p 提前预留失败造成的资源闲置而产生的带宽浪费： o b s 一络中突发蛆装算涪的研究 ( 2 ) 对当前广泛使用的分组交换网络仿真工具包n s - 2 2 6 进行o b s 扩 展，纠正了马里兰大学发布的o b $ - 0 9 a 程序包中存在的错误，添加了新 的仿真类和对象，修改了o b s - 0 9 a 中采用的突发组装算法和调度机制， 生成了新的基于n $ - 2 2 6 的0 8 s 仿真程序包o b s - 0 9 b ，从而为验证 p a - f r r 算法的有效性提供了一个良好的仿真环境； ( 3 ) 利用n s 2 2 6 仿真平台和o b s - 0 9 b 建立的仿真模型，对o b s 网 络中的f r r 和p a - f r r 算法进行仿真。研究了p a - f r r 算法在o b s 网 络中的性能及其相对于f r r 算法的带宽利用率改善程度理论分析和 仿真结果都验证了p a f r r 算法在提高系统带宽利用率方面的有效性 关键词：光突发交换；延迟缩短：带宽利用率；p a - f r r 算法；o b s 一0 9 b 山衰大掌焉士掌位论文 ! ! ! ! ! ! 苎! 皇! ! 詈m ；i = i 。! ! ! ! 皇皇! ! ! = ! ! ! ! ! 皇詈皇 a b s t r a c t w i t ht h e p r o g r e s so fs o c i e t y , t h er i s i n g d a t as e r v i c e s ( s u c ha s b r o a d b a n dv i d e o ，m u l t i m e d i as e r v i c ea n dr e a l t i m e q u a s i - r e a l t i m es e r v i c e w h i c ht a k em o r eb a n d w i d t hr e s o u r c e ) h a v eb e e ni n c r e a s i n gr a p i d l y t o b u i l dah i g h - s p e e da l l - o p t i c a lw d m ( w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) n e t w o r kh a sb e e nt h et r e n do ft h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i nt h i sc e n t u r y o b s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) i so n eo ft h eo p t i o n a l s w i t c h i n gt e c h n o l o g i e sp r o p o s e dt oi m p l e m e n ta l l - o p t i c a ln e t w o r k i nw h i c h t h et r a n s m i s s i o nu n i ti st h eb u r s tc o m p o s e db ys o m ei pp a c k e t sw i 蜘t h e s a m ea d d r e s s e sa n dp r o p e r t i e s t a k i n ga d v a n t a g eo fo c s ( o p t i c a lc i r c u i t s w i t c h i n g ) a n do p s ( 0 p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) w h i l ea v o i d i n gt h ed e f e c t s o ft h e m ，o b so f f e r sef e a s i b l ea n de f f e c t i v ew a yf o rr e a l i z i n ga l l - o p t i c a l c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sa tp r e s e n t c o n n e c t e db ym u l t i c h a n n e lo p t i c a ll i n k s t h ee d g er o u t e r sa n dt h e c o r eo s nc a nc o m p o s et h eo b sn e t w o r k t h eb a s i ce x c h a n g i n gu n i ti st h e b u r s tw h i c hc a nb ec o m b i n e db yt w op a r t s ：b h pe b u r s th e a dp a c k e t ，w h i c h i ss i m i l a rt ot h ep a c k e th e a di np a c k e ts w i t c h i n g ) a n dd a t ab u r s t i pp a c k e t d a t ai sa s s e m b l e di n t od a t ab u r s ta ti n g r e s sr o u t e r , a n dt h e nt h ed a t ab u r s t i sc l a s s i f i e da n dq u e u e da c c o r d i n gt ot h ed e s t i n a t i o na d d r e s s o o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) t y p ea n dp r i o r i t ye t c a n dt h ed e b u r s t i f i c a t i o ni s p e r f o r m e da te g r e s s t h ec o r eo s n ( o p t i c a ls w i t c h i n gn o d e ) p e r f o r m s o n l yf o r w a r d i n g 。r o u t i n ga n de x c h a n g i n go fb h pa n dd a t ab u r s t c o n s e q u e n t l yt h ek e yd e s i g ni s s u e sr e l a t e dt oo b si n c l u d eb u r s ta s s e m b l y a l g o r i t h m 。c o n t e n t i o nr e s o l u t i o n s ，r e s o u r c er e s e r v a t i o ns c h e m e s q o s s u p p o r te t c 。 i no r d e rt om e e tt h ef u t u r en e e do fr e a l - t i m ea n dq u a s i r e a l t i m e a p p l i c a t i o n s 。t h eo b sn e t w o r kd e s i g nr e q u i r e ss h o r tl a t e n c yt i m e f r r ( f o r w a r dr e s o u r c er e s e r v a t i o n ) a l g o r i t h mi sa ne f f i c i e n tm e t h o dt or e d u c e o b s 售中突发坦羲法的研究 b b i_ t h ee n d - t o - e n dd a t ab u r s td e l a y , b u ti t s t i l ih a ss o m ed e f e c t i o n si n b a n d w i d t ha v a i l a b i l i t y a i m i n ga tt h ep o t e n t i a lp r o b l e m si nt h ef r ra l g o r i t h m ，t h i st h e s i si s t r y i n g t om a k es o m ei m p r o v e m e n t sa n di n n o v a t i o n si nt h ef o l l o w i n g a s p e c t s ： ( 1 ) an e wb u r s ta s s e m b l ya l g o r i t h mn a m e dp a - f r r ( p r e c i s i o n a s s e m b l yw i t hf o r w a r dr e s o u r c er e s e r v a t i o n ) i sp r o p o s e d t h r o u g h u s i n gt h ed u a l - b u f f e rs t r u c t u r e f r ra n dp r e c i s i o na s s e m b l ys c h e m e 。 p a - f r rc a nn o to n l yr e d u c et h ee n d - t o - e n dd e l a ye f f e c t i v e l y , b u ta l s o a v o i dt h eb a n d w i d t h w a s t a g e c a u s e d b y u n s u c c e s s f u lb h p p r e - t r a n s m i s s i o n s ( 2 ) a ne x t e n s i o nt on s - 2 2 6i s g i v e n ，w h i c h c a nc o r r e c tt h e m i s t a k e so fo b s - 0 9 ar e l e a s e db ym a r y l a n du n i v e r s i t y i na d d i t i o n ， s o m en e ws i m u l a t i o nm o d u l e sa n do b j e c t sa r ea d d e d 。a n dt h e a s s e m b l ya l g o n t h m sa n ds c h e d u l i n gs c h e m eu s e di no b s - 0 9 aa r e r e v i s e d 。s oan e ws i m u l a t i o np a c k a g e - o b s - 0 。9 bi sp r o p o s e d ，w h i c h o f f e r sap e r f e c ts i m u l a t i o ne n v i r o n m e n tt op r o v et h ev a l i d i t yo fp a - f r r a l g o r i t h m ( 3 )b yu t i l i z i n g n s 2 2 6a n do b s - 0 9 b ，t h ef r ra n dp a - f r r a l g o d t h ma r es i m u l a t e di no b sn e t w o r k a n ds o m er e s e a r c h e so nt h e p e r f o r m a n c ea n di m p r o v e m e n to fb a n d w i d t hu s a g ee f f i c i e n c y o f p a - f r rr e l a t i v et of r ra l g o r i t h mw e r ed o n e b o t ht h e o r e t i ca n a l y s i s a n ds i m u l a t i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ea d v a n t a g e so ft h ep a - f r ra s c o m p a r e dt ot h ef r rs c h e m e k e yw o r d s ：o b s ；d e l a yr e d u c t i o n ；b a n d w i d t hu s a g ee f f i c i e n c y ；p a f r r 山素大j i 士掌位论文 a b t d t a t m b c u b h p d r d w d m e ，o f a p f d l f i f 0 f r r h d t v i b t i p i s p j t u t j e t j i t l 一氐u c l a u c - v f 符号说明 a t mb l o c kt 怕n s f e r ￥晴t h d e l a yt r a n s m i s s i o n a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e b u r s tc o n t r o iu n i t b u r s th e a d e rp a c k e t d e l a yr e s e r v a t i o n d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g e l e c t r o n i c - o p t i c a l f i x e d - a s s e m b l y - p e r i o d f i b e rd e l a yl i n e s f i r s t i nf r s t o u t f o r w a r dr e s o u r c er e s e r v a t i o n h i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n i n b a n d - 1 - e r m i n a t o r i n t e m e tp r o t o c o i i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r i n t e m a t i o n a it e l e c o m m u n i c e t i o n s u n i o n j u s t - e n o u g h - t i m e 。 j u s t - l n - t i m e l a t e s ta v a i l a b l eu n s c h e d u l e d c h a n n e i l a t e s ta v a i l a b l eu n u s e d c h a n n e lw i t hv o i df i l l i n g a t m 网络中的具有延 迟传输特性的块传输 异步传输模式 突发控制单元 突发控制分组 延迟预留 密集波分复用 电，光转换 固定组装周期 光纤延时线 先入先出 前向资源预留 高清晰度电视 i n b a n d - t e r m i n a t o r 协议 互联网协议 互联网运营商 国际电信同盟 j u s t - e n o u g h - t i m e 协议 j u s t 1 n 1 1 m e 协议 最新得到的未被使用 的信道算法 具有空用填充功能的 最新得到的未被使用 v o b s 一奄中突发坦差算法的研究 l m s l n b l l p f m b m a p n f r r o b s o b s p l r o c s o ，e o e o o o o o p s o r a m o s n p a - f r r p p b p q o s r f d v i l e a s tm e a ns q u a r e l a w r e n c eb a r k e | e yn a t b n a i l a b o r a t o r y l i n e a rp r e d i c t i v ef i l t e r m i n - b u r s t i e n g t h - m a x - a s s e m b l y - p e r i o d n o n f r r o p t c a lb u r s ts w i t c h i n g o b sw i t hp r o p o r t i o n a ll o s sr a t e o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g o p t i c a l - e l e c t r o n i c o p t i c a l - e l e c t r o n i c - o p t i c a l o p a c a l - o p t i c a l - o p u c a l o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o p t i c a lr a n d o ma c c e s sm e m o w o 叫c a ls w i t c h i n gn o d e p r e c i s i o na s s e m b l yw i t hf r r p o i s s o np a r e t ob u r s tp r o c e s s i o n q u a l i t yo fs e r v i c e r e s e r v e a f i x e d d u m t i o n t e l l - a n d g o 1 - e n - a - n d - w a i t t o o lc o m m a n dl a n g u a g e t 懵n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o i m e t o l i v e u s e rd a m g m mp r o t o c o l v i d e oo nd e m a n d 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 的信道算法 最小均方差 l a w r e n c eb e r k e l e y 国 家实验室 线性预测滤波器 最小突发长度最大组 装周期 非前向资源预留 光突发交换 成比例丢失的o b s 光路交换 光，电转换 光，电，光转换 全光信道 光分组交换 光随机存储器 光交换节点 精确组装f r r 算法 泊松p a r e t o 突发过程 服务质量 r e s e r v e a f i x e d d u r a t i o n 协议 1 - e | i - a n d g o 协议 1 e - a n d - w a i t 协议 t d 语言 传输控制协议 生存时间 用户数据报协议 视频点播 波分复用讹删础御m啪啪哪 山袁大掌焉士掌位论文 w r w a v e l e n g t hr o u t i n g d e f l e c t i o nr o u t i n g h e a v yt a i l e do n - o f fs o u r c e s o f f s e 佣m e - b a s e dq o s p r o p o r t i o n a lq o s r o u n d t d p 节m o 波长路由 反射式路由 重尾开关数据源 基于偏置时间的q o s 成比例q o s 端到端的往返时间 v i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。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。本声明 的法律责任由本入承担。 论文作者签名：垄乙丛 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或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；本人授权山东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、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：丝超导师签名： 山东大掌鼍士掌位论文 第一章绪论 1 1 全光网络的必然趋势 占用带宽资源较多的宽带视频、多媒体业务和基于i p ( i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) 的实时，准实时业务等新兴数据业务需求不断地增长，导致核心骨干网上的业 务流量不断增加，从而形成了网络阻塞传统的网络已难以应付这种需求和 克服这种障碍。另外，l p 业务量的分布模式也使网络业务量分布大幅度地向 核心网转移，进一步加剧了骨干网带宽需求的压力，造成节点带宽资源的“枯 竭”另一方面，互联网运营商( i n t e m e t s e r v i c ep r o v i d e r 。i s p ) 为了满足 人们的需求，不断提供新型增值服务。如高清晰度电视( h i g h - d e f i n i t i o n t e l e v i s i o n ，h d l v ) 、视频点播( v i d e oo nd e m a n d ，v o d ) 、电视会议等 这些不断涌现的数字或模拟图像通信新业务需要大量的可视信息并要求快速 的反应时问因此。建立高速宽带的综合业务网络已成为本世纪通信网络的 发展趋势 现代通信中，先进的光纤通信具有传输损耗低、传输容量大、通信质量 好、传输距离长、抗干扰性和保密性强等诸多突出的优点特别是波分复用 ( 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 ) 技术的出现，使得一根光纤中 可以同时存在几百个g 比特级波道，使光纤的带宽潜力得到充分的发掘而 基于电子技术的传统网络一方面受限于器件工作上限只有1 g b s 1 0 g b s 的交换速率；另一方面，中间所需的光，电( o e ) 及电，光( e o ) 转换也 增加了网络的复杂程度，因此大大限制了对w d m 的波长选路能力韵利用， 降低了w d m 系统带宽的利用率即w d m 网络的传输能力已与现有交换能 力极不匹配，形成了所谓的。电子瓶颈”，难以完成高速宽带综合业务的传送 和交换处理 只有基于光纤的全光网络方案才能提供高速、大容量的传输和高性能的 处理能力。打破信息传输的。瓶颈0 可以在很长的时间内适应高速宽带业务 的带宽需求在这种情况下，人们提出了光节点+ w d m 光传送网的具有高度 数据化和格式透明性的全光网络结构 o b s 一奄中关发蛆装算法的研兜 1 2o b s 提出的背景 全光网络( 全光通信网络) 是指在光域上实现交换和传输的网络信息 流在网络中传输和交换时始终以光的形式存在，而不需要经过o i e 、e o 变 换由于全光网络具有良好的信号透明性、波长路由特性、兼容性和可扩展 性，因此成为建造下一代高速( 超高速) 宽带网络的首选 支撑全光网络的关键技术从系统角度基本上可分为光监控技术、光交换 技术、光放大技术和光处理技术几大类光交换技术作为全光网络系统中的 一个重要支撑技术在全光通信系统中发挥着重要的作用光交换技术不仅能 够保证网络的可靠性，提供灵活的信号路由平台，加快网络恢复的时间，还 可以为进入节点的高速信息流提供动态光域处理，克服纯电子交换的容量瓶 颈，另外，全光网络的几大优点如带宽优势、透明传送、降低接口成本等都 需通过光交换技术来体现因此，在某种程度上可以说光交换技术的发展决 定了全光通信的发展 1 - 2 1o c s 的不足 光路交换( o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ，o c s ，又称波长路由w r ) 中， w d m 网络需要为每一个连接请求建立一条从源端到目的端的光路( 每一个 链路上均需要分配一个专用波长) 链路建立采用的是类似于w 州 ( t e - a n d - w a i t ) 或者异步传输模式( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，a t m ) 网络中具有延迟传输特性的块传输a b t _ d t ( a t mb l o c k t r a n s f e r w i t hd e l a y t r a n s m i s s i o n ) ，的双向预留机制，包括请求与应答两部分，即：源节点发出 连接建立请求的控制分组，当有确认消息后再发送数据，数据以直通 ( c u t - t h r o u g h ) 的方式通过网络中间节点，也就是说数据的传输至少需要 等待一个端到端的往返时间( r o u n d - t d pt i m e ) o c s 的这些特点使得它特 别适合于需要高速度、高带宽的业务，同时该业务的生存时间相对于连接建 立时间应足够长，然而对于突发业务，这种交换机制会导致极低的带宽利用 率由于i n t e r a c t 网络中业务大多是突发性的自相似业务，因此在业务节点 之间提供以波长为粒度的o c s 效率不高。此外由于每个链路的波长数日有 限，某一时刻只能存在有限个光路，因此对于某些节点问的业务还可能存在 端到端的光通路无法建立的问题 2 山衰大掌曩士掌位论文 1 2 2o p s 的局限性 光分组交换( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ，o p s ) 是光交换的发展方向 有关o p s 的研究有很多，如文献【1 - 4 等它具有高速，大吞吐量、低延迟、 业务和比特率透明、高效承载i p 业务，灵活组网和实现网络升级、大幅度提 高网络适应性和生存能力等突出优点其典型特点是。存储一转发”，一般不 需要建立连接，采用单向预约机制，从而节省了从链路建立到数据发送所需 的偏置时间分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，为确定路由网络。中 间节点需要缓存净荷，以等待分组头的处理。它是一种细粒度的交换机制， 由于允许统计复用网络通道带宽等资源，因此特别适合突发性数据业务但 由于目前还没有高速的光逻辑器件，分组头仍需要通过o e ，e o 转换在电 域进行处理；缺乏深度、快速的光记忆、光逻辑器件，在光域难以实现与电 路由器相同的光路由器，只能使用光延迟线( f i b e r d e l a y l i n e ，f d l ) 使数 据延迟有限的时问因此在一些关键性的光器件如高速光开关、光缓存器、 光逻辑器件等取得重大突破之前，实现完全的o p s 网络还比较困难另外， 要区分分组头、分组结束标识等，还需要解决o p s 中的同步问题所以o p s 在目前还难以实用化 1 2 3o b s 的优势 针对上述两种交换方式中存在的问题，人们提出了光突发交换( o p t i c a l b u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 的概念i t 。o b s 中基本的交换单元是突发，e b 控制 分组( b u r s th e a d e rp a c k e t ，b h p ) 和数据突发两部分组成所谓的突发指 的是由一些i p 分组组成的超长i p 包，是具有相同的目的地址和服务质量 ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，q o s ) 参数的分组的集合突发的周期被认为远小于 对话的周期而远大于单个分组的周期，与o c s 相比带宽利用率将极大提高， 同时，也避免了对每个分组进行交换，因此，为i po v e r w d m 提供了一种可 实现的方法o b s 设计的核心思想是实行b h p ( 信令，相当于分组交换中 韵分组头) 和数据突发分离的异步传输交换机制。每个b h p 对应于一个数 据突发，从而降低控制与数据问的耦合，使得节点在净负荷被完全存储之前 处理包头成为可能b h p 可以先予数据突发传输，以弥补b h p 在交换节点 的处理过程中o ，e ，0 变换及电处理造成的延迟；随后发出的数据突发在交换 3 o b s 瘩中突发坦萎算法的研究 节点进行全光交换透明传输，降低对光缓存器的需求。避开了目前光缓存器 技术不成熟的缺点另外，使用与t a g ( t e l l - a n d g o ) 或者i b t ( i n b a n d - t e r m i n a t o r ) 协议类似的单向预留机制，数据突发在b h p 发出后 不用等待确认消息，即可发出。从而减小了端到端的传输延迟 表1 1 是对以上三种光交换技术的比较通过比较可以发现，o b s 集中 了较粗粒度的o c s 和较细粒度的o p s 的优点，并避免了两者的不足渤f 4 】 与0 c s 相比，o b s 带宽利用率高、网络灵活性与适应性强、接续时延低 与0 p s 相比，o b s 开销少、中间节点o e o ( o p t i c a l e l e c t r o n i c - o p t i c a l ) 变换少、b h p 擦，写简单、同步简单( 由于b h p 与数据突发之间的关系相对 松散) ，从而易于实现 表1 1 三种光交换技术对比 光电路交换光分组交换光突发交换 交换粒度 租细 中等 带竟利用宰低高高 接续时廷 高低低 光缓存不需要需要不需要 同步开销低高低 适应性 低高 高 q o s 支持支持不支持支持 实现难度 低高中等 1 3 课题研究的目的和意义 o b s 网络的体系结构和协议与传统网络有较大区别i n t e m e t 业务流的 自相似性对传统网络的负面影响会不会遗传到o b s 网络中? o b s 网络边缘 路由器的会聚组装机制对流量类型存在何种影响7 不同的冲突解决机制会对 o b s 网络性能产生何种影响? 这些问题的回答，器要对影响o b s 网络性能 的因素，组装机制和流量特性( 尤其是自相似性 等内容傲深入的研究本 文的目的正是出于如上考虑，在总结已有的研究成果的基础上采用新的分 析方法，对相关问题做进一步深入的研究。得出一些新的结论 o b s 体制是目前国内外光交换体制的研究热门，有许多问题需要解决， 山东大掌焉士攀位论文 例如：o b s 的网络结构，节点结构、突发包的帧格式、边缘节点封装时的最 大突发包长度限制、最大封装时问限制以及突发包的封装和拆封算法、偏置 时间的设置算法，核心节点的路由算法等本文对其中的一些内容进行了研 究 1 4 论文主要完成的工作 本论文的中心内容是提出基于前向资源预留( f o r w a r dr e s o u r c e r e s e r v a t i o n 。f r r ) 算法的带宽增强机制，形成了一种新的突发组装方案， 并对n s 2 仿真器作了o b s 扩展，以仿真结果分析了我们提出的精确组装 f r r ( p r e c i s i o na s s e m b l yw i t hf o r w a r dr e s o u r c er e s e r v a t i o n ，p a - f r r ) 算法的性能 第二章；介绍了关于o b s 的几种关键技术，包括o b s 的基本概念、冲 突解决机制、q o s 支持等内容 第三章；在详细研究了降低突发延迟的f r r 方案及其实现过程后，提 出一种新的基于f r r 的突发包组装算法- - p a - f r r 算法，包括f r r 、p a - f r r 算法的描述及理论分析等内容 第四章：主要是关于网络仿真设计首先对当前广泛使用的分组网络仿 真工具n s 2 作了介绍，涵盖了n s 2 仿真器的系统层次结构，组成部分和工 作机制等然后是对n s 2 的o b s 扩展设计，在确定好设计目标和设计考虑 因素后，从整体上讨论了整个工作过程，从细节上阐明了内部结构的设计 第五章：通过仿真实验对第三章讨论的f r r 和p a - f r r 算法在带宽利 用率方面进行了分析 第六章：对本论文的内容作了总结并对将来的工作进行展望 5 o b s 一络中突发蛆麓算法的研究 第二章o b s 网络概述 2 1o b s 中的基本概念 2 1 1 基本交换粒度( 单位) 突发是光突发交换网中的基本交换单元，它由b h p 和数据突发两部分 组成b h p 包含数据突发传输交换所必须的控制信息，如：目的地址、源地 址，时间信息，路由信息、帧校验等，同时还应该有突发长度、突发标识， 信道标识等信息设想的基本结构如图2 1 所示b h p 在核心节点需要进行 o ，e 转换，在电域内进行路由判断，保证数据突发在偏置时间内完全在光域 完成交换传输由于数据突发是统计占用带宽资源，从而提高了不同连接间 的传输效率在w d m 系统中b h p 占用一个或几个波长，数据突发占用其它 波长；对于多光纤链路也可以是b h p 占用一根光纤，而数据突发占用其它 光纤 图2 1b h p 的帧格式 数据突发中存放着需要进行传输的l p 分组，在边缘路由器根据它们的服 务类别，q o s 和耳的地址进行分类并存放到不同的缓冲中会聚成数据突发， 然后在动态分配的可用波长上传输，其帧格式可以设想为如图2 2 所示 1带i 玛l 始 l 标识l 魔 i 十tl 长度i 。l 。 i l 验 l蕾i 图2 2 数据突发帧格式 其中源地址为源节点的地址，目的地址为目的节点的地址，突发标识包括协 议类型、协议版本、数据类型( 定长和不定长) 等对于定长数据分组，如 a t m ，数据突发中的长度域可以省去，以提高线路利用率为了避免长连0 和 长连l ，可以引入自同步扰码技术 0 山索大掌鼍士掌位论文 2 1 2 偏置时间 在基于o b s 技术的网络中，b h p 和相应的数据突发都是在源节点产生 的但b h p 的发送早于数据突发，二者之间的时间间隔称为偏置时间：在 b h p 中包含的信息有：数据突发通过核心传输网络所选择的路由信息、数据 突发的长度和偏置时间等b h p 通过一个带外波长进行传输，每个中间节点 一光交换节点( o p t i c a ls w i t c h i n gn o d e ，o s n ) 中的o e o 模块对其进行电 处理，以便为对应的数据突发做路由转发决定( 输出接口和波长) 和数据通 道配置数据突发在b h p 发送后的- - , j , 段时间间隔( 偏置时间) 后进行发 送，在b h p 提前为它配置好的数据通道上的o s n 中的o o o ( o p t i c a l o p t i c a l o p t i c a l ) 模块中进行透明的全光域交换图2 3 是o b s 的基本原理结构 暑鼻峭 l 籀ii 箱i 嚣 l 麓l 薰 暖 磊 暖黑 0 s n o 刚 2 2o b s 网络系统结构 圈2 3 偏置时间的概念 2 2 1o b s 网络基本结构 突发交换的概念是j k u l z e r 于1 9 8 4 年提出的，突发交换的概念之所以 当时并没有像电路交换与分组交换那样得到普及，原因是提出突发交换时， 无论电话网还是数据网，分组交换技术己经成熟，没有必要以突发为单位来 处理话音或数据而改变整个网络但是随着技术的不断演进和发展，一个深 刻的变化是传输速率的增长大大超过了处理速率的增长，如果依然按照旧式 的分组方法来处理，网络处理设备将长期处于过载状态因此，简化网络节 点的处理是非常必要的 如图2 4 所示是o b s 网络的基本结构，它由处于网络边缘的边缘路由器 和位于网络中心的o s n 以及w d m 的链路组成分组在网络入口边缘路由 器处被组装成数据突发，经过o s n 的交换，然后在网络出口边缘路由器处 7 o b s 膏瞄中突发避蓑算法的研究 被分解成分组，并被转发到下一跳边缘路由器提供突发的组装和拆分功能 并且提供各种网络接口，使之可以和其它协议类型的网络互联核心o s n 只需对光纤中传输b h p 的波长进行o e o 转换，而传输数据突发的波长不需 要进行o e o 转换 图2 4 0 b s 网络结构 2 2 2 边缘路由器 圈2 5 和图2 6 给出了o b s 网络边缘路由器的功能结构在这个结构中， 主要是通过两级缓冲和一个大型的电交换矩阵来完成业务的速率适配和业务 8 d c g c c g d c g c c g 圈2 5 边缘路由器的功能结构( 发送部分) d c g c c g d c g c c g 圈2 6 边缘路由器的功能结构( 接收部分) 山东大拳焉士掌位论文 分类缓冲和交换矩阵之间的协调通过控制模块来完成，对于双向的资源预 留机制，控制模块还可以根据反馈回来的控制信息完成交换动作业务分类 的基本原则是业务所要到达的目的地址、业务类型和业务的优先级一般来 说，业务要到达的目的节点地址是业务分类的基本标志，但到达同一目的地 的数据可以根据不同的业务类型交换到不同的子队列中，以便简化接收端的 处理工作，或根据不同的业务优先级交换到不同的子队列以在中间节点根据 优先级给数据突发预留资源 。 数据突发的长度是影响网络性能的一个重要因素。输出缓冲队列的长度 决定了数据突发长度的上限一般来说，数据突发的长度是可变的，但数据 突发太长会降低网络的统计复用性能，而且要增加网络延时，不利于提高网 络效率和支持实时性业务；而数据突发太短，则会增加网络的负担，因为过 多的光交换和波长转换动作会导致网络性能的下降，所以数据突发的长度是 一个需要仔细研究的问题在实际应用中，一般希望数据突发占用一个节点 资源的时间是光开关切换时间的1 0 0 倍以上这样，网络的效率将不会受限 于核心o s n 的光开关切换时间而数据突发长度的上限要由数据突发长度 对网络性能的影响来决定 2 2 3 核心o s n 图2 7 显示了核心o s n 的基本结构一般来说，突发交换核心o s n 是 可以无需f d l 的，数据