（物理电子学专业论文）光突发交换网中服务质量的研究.pdf

东南人学硕i 学位论文 摘要 光突发交换技术( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 由于其技术上的可实现性，对动态业务的支持， 以及对刚络服务质量的保证，止秩到越米越多的关注。本文的工作主要隔绕光突发交换技术的资渊 预留策略年网络服务质量实现而展开，主要有五个部分组成： 第章讨沦常见的全光通信j j 式包括光路交换方式、光分绸交换方式和光突发交换方式，分 析了它们再白实现方法和优缺点。其中重点讨论了光突发交换方式的交换原理、网络结构雨i 最新的 国内外研究动态。 第二章分析了o b s 网中的传统的资源预留方式，即j u s t i n t i m e 和j u s t - e n o u g h t i m e ，其中着重讨 论j u s t e n o u g h t i m e 对网络服务质量的支持。通过理论分析和系统仿真两种手段进行分析，结果表明 j u s t e n o u g h t i m e 方式对高优先级业务的阻塞率的降低有较好的支持。 第三章主要研究基丁动态波氏路由技术的光突发交换网络( d w a o b s ) 中业务服务质量的实现。 从传输时延和数据包的丢火率两个方面对d w r o b s 网的q o s 进行_ 厂分析，给出了数据传输时延和 边缘节点的缓存容量之间定量的数学关系，提出了种新的动态首选波长集( d p w s ) 资源预留算法， 给出了基于d p w s 预留算法的完全候选路径集( e c p s ) 业务信道分配方案，用以控制d w r o b s 网络中各优先级业务的丢失率。最后对应用d p w s 资源预留算法的d w r - o b s 网络进行仿真，并 年静态首选波| 王= 集( s p w s ) 预留算法比较，前者的数据包平均丢失率由后者的1 1 6 1 降低到7 8 2 ， 而网络资源利心率由2 66 i 提高到了2 9 1 4 。 第四章中提出了一种基于漏桶算法的业务q o s 控制模型( l - b t c m ) ，与传统的基于额外偏置时 间的模型相比，l - b t c m 能有效保证网络可靠性，能同时满足q o s 中对、世务阻塞率和传输延迟 曲方面的要求，并且有更高的网络资源利川率。同时，l - b t c m 能根据网络的业务负载类型的不 同自动进行动态的调整。年第三章中的d w r o b s 相比，l b t c m 的分布式控制策略，能够减少 由丁控制信息传输而产生的时延，更好的适应突发业务的需要。 第五章讨论r 全光网中各种传输损伤冈素的影响，提山了一种基丁传输损伤的全光网资源分配 方案一波仁乏节点资源分配方案( w n s ) 。通过对传统的网络的拓扑结构转换，w n s 方案总能够找到 在现有的嘲络资 ! l j 条件f 的传输损伤最小的波氏信道。配合w n s 方案，本文建立了关于整条波k 信道的传输损伤模型，综合考虑了串扰、偏振模色散、光放大器放人的白发发射噪声、四波混频等 多种主要的传输损伤因素。通过仿真实验，在考虑传输损伤的前提下，本文提出的w n s 方案和传 统的资源分配方案相比使刚络的阻塞率性能有较大的改善。 关键词：光突发交换网，边缘常点，核心1 ，点，控制节点，服务质量，动态波长路由，漏桶控制模 犁，传输损1 j j 东南大学项” 学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a sap r o m i s i n ga p p r o a c ht ob u i l dt h en e x tg e n e r a t i o no p t i c a li n t e r n e t ，o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) n e t w o r k sh a v eb e e nr e c e i v i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n i nt h i s p a p e r , w em a i n l yd i s c u s st h er e s o u r c e r e s e r v a t i o ns c h e m ea n d q u a l i t yo f s e r v i c e ( q o s ) i n t h eo b sn e t w o r k i n c h a p t e r1 ，p o p u l a ra l l - o p t i c a ls w i t c h i n gt e c h n o l o g i e s ，s u c ha so p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ( o c s ) ， o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ( o p s ) a n do p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) a r ed i s c u s s e d ，a n dt h e i ra d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s a r ea n a l y z e d i nc h a p t e r2 ，f i r s t l ys o m et r a d i t i o n a lr e s o u r c er e s e r v a t i o ns c h e m e so fo b sn e t w o r ka r ei n t r o d u c e d l h e nw eh a v em a i n l yd i s c u s s e dt h eg u a r a n t e eo ft h eq o sf o rj u s t e n o u g h t i m er e s o u r c er e s e r v a t i o ns c h e m e t h r o u g ht h e t h e o r e t i c a lm o d e la n ds i m u l a t i o n ，w ef i n dt h a t j u s t e n o u g h - t i m e c o u l d a l l o ws e r v i c e d i f f e r e n t i a t i o ne f f i c i e n t l y i n c h a p t e r3 ，w ef i r s t l y d e s c r i b et h eb a s i ca r c h i t e c t u r eo ft h eo b sn e t w o r kb a s e do nd y n a m i c w a v e l e n g t hr o u t i n g ( d w r ) ，u n d e r w h i c ht h eg u a r a n t e eo ft h eq o si nt h ed w r - o b sn e t w o r ki sd i s c u s s e d t h e nw ef o c u so nt w oa s p e c t s ：t h et r a n s m i s s i o nl a t e n c yo ft h ed a t ap a c k e t sa n dt h eb l o c k i n gp r o b a b i l i t y , w h i c hl e a dt oaq u a n t i t a t i v ed e s c r i p t i o no f t h et r a n s m i s s i o nl a t e n c ya n dt h es i z eo f t h ee d g en o d eb u f f e r w e a l s op r o p o s eam e t h o dc a l l e dd y n a m i cp r e f e r r e dw a v e l e n g t hs e t s ( d p w s ) t or e s e r v et h ew a v e l e n g t h l _ e s o u t c e b a s e do nt h ed - p w s ，a f te n t i r e - c a n d i d a t ep a t hs e t s ( e c p s ) w a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h mi s g i v e nf i n a l l y ，w em a k eas i r e u l a t i o no nt h ed w r o b s n e t w o r kb yu s i n gt h ed - p w sm e t h o da n dt a k ea c o m p a r i s o nw i t ht h es t a t i cp r e f e r r e dw a v e l e n g t hs e t sr s p w s ) t h es i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a to u r a p p r o a c he x c e l st r a d i t i o n a lo n e si nq o sg u a r a n t e e i nc h a p t e r4 ，w ep r o p o s ean e wq o ss c h e m e ，t e r m e dl e a k y b u c k e tt r a f f i cc o n t r o lm o d e l ( l b t c m ) ， t o p r o v i d e d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c ef o rt h e o p t i c a l b u r s t s w i t c h i n g ( o b s ) n e t w o r k u n l i k ee x i s t i n g a p p r o a c h e s ，w h i c hm a yb r i n ge x t r at r a n s m i s s i o nd e l a yo rs u f f e rf r o ml o w r e s o u r c eu t i l i z a t i o n ，t h el b t c m c o u l db a l a n c et h ew e i g h t i n e s so f t h eb l o c k i n gp r o b a b i l i t ya n dt h et r a n s m i s s i o nd e l a yv e r yw e l la n da c h i e v e s h i g hr e s o u r c eu t i l i z a t i o n a tt h es a m et i m et h el b t c mc o u l da d j u s tt h es e r v i c e c o n t r a c to fe v e r yl i n k t i m e l y t oa c c o m m o d a t ed y n a m i ct r a f f i cv a r i a t i o n s t oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c e ，w ec o n d u c ts o m e s i m u l a t i o n sa n dc o m p a r et h el - b t c mw i t ht h ec o n v e n t i o n a lq o ss c h e m e su s e di nt h eo b sn e t w o r k c a l c u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t e st h a tt h el - b t c mc o u l dp r o v i d eb e t t e rs u p p o r tf o rq o sa n da c h i e v eh i g h e r u t i l i z a t i o no f t h en e t w o r kr e s o u r c e i n c h a p t e r5 ，ad y n a m i cr e s o u r c e a l l o c a t i o ns c h e m eb a s e do nt r a n s m i s s i o n i m p a i r m e n t s ，t e r m e d w a v e l e n g t hn o d es c h e m e ( w n s ) ，i sp r o p o s e dt h r o u g ht r a n s f o r m i n gt h e c o n v e n t i o n a lt o p o l o g yo ft h e n e t w o r k ，t h ew n s c a na l w a y sf i n dal i g h t p a t hw i t ht h em i n i m u mt r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n t si no r d e rt o m a k et h ew n sm o r ee f f i c i e n t ，ab e rc a l c u l a t i o nm o d e li sc o n s t i t u t e di nw h i c ha l lo ft h em a i nt r a n s m i s s i o n i m p a i r m e n t f a c t o r sa l ec o n s i d e r e d ，s u c ha sc r o s s t a l k ，p o l a r i z a t i o nm o d ed i s p e r s i o n ( p m d ) ，a m p l i f i e d s p o n t a n e o u se m i s s i o n ( a s e ) o fo p t i c a la m p l i f i e r s ，a n df o u rw a v em i x i n g ( f w m ) t h r o u g ht h es i m u l a t i o n ， i l 东南大学坝十学位论文 a b s t r a c t w ec o n c l u d et h a tt h ew n sc a nm a k et h en e t w o r kp e r f o r m a n c em o r ee f f i c i e n tt h a nc o n v e n t i o n a lr e s o u r c e a l l o c a t i o ns c h e m e s k e yw o r d s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n gn e t w o r k ，e d g en o d e ，c o r en o d e ，c o n t r o ln o d e ，q u a l i t yo f s e r v i c e ， d y n a m i cw a v e l e n g t hr o u t i n g ，l e a k y - b u c k e t c o n t r o lm o d e l ，t r a n s m i s s i o ni m p a i r m e n t i i i 东南大学学位论文独创性声明 妒4 4 3 6 8 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导帅指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我 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1 i 包含为获得东南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了谢意。 研究牛签名：万坟使日期：型2 7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、圈家i 叁；| 书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沦文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，u 以公布( 包括刊登) 沦文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括t 0 登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：刁玖堡 导师签名：惮日期：一啦”， 查堕查堂堕主兰焦堕兰 第一章绪论 在本章土要讨论常见的全光通信方式，包括光路交换方式、光分组交换方式和光突发交换方式， 分析它们备闩实现方法和优缺点。其中重点讨论了光突发交换方式的交换原理、网络结构和最新的 国内外研究动态。 1 1 全光通信与全光交换 随着波分复刚( w d m ) 技术的广泛应用，光纤的信道容量得到极大的提高。目前7 i ：实验室中w d m 技术已经能在一个光纤中同时传输8 0 1 2 0 个波长h 2 引，而每个波k 的传输速率可以达到4 0 g b s ，总 弈量人】：1 0 t b s 吐相反，在交换部分，速率仅仅只有儿个g b s ，这是因为l br 设备制约了它的处 理能力和交换速度，因此电子元件处理速率的提高成为整个网络性能提高的瓶颈。现在许多研究机 构毁力，j 二研究和开发光交换光路南技术，试图在光子层面上完成全光通信，消除电子瓶颈的影响。 当全光交换系统成为现实，就足够i i j 以满足e 速增长的带宽和处理速度需求，同时能减少多达7 5 的网络成本，具有诱人的市场前景。 目前常j ! l 的企光通信方式主要有光路交换方式( o p t i c a l c i r c u i ts w i t c h i n g ，o c s ) 、光分组交换方式 r o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o p s ) i i 光突发交换方式( o p t i c a l b u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 。 1 _ 1 1 光路交换方式l j l 1 ) 光路交换方式的基本原理 光j | ! 交换方式使州的是职向的资铡i 预留机制，刮时也是哥十面向连接的交换方式。当一方( a ) 需要和另一方( b ) 进行通讯的时候，a 方首先要发出请求信号( r e q u e s ts w i t c h ) 给光路交换嘲络，由 交换9 q 络为此次通讯分配信道( e s t a b l i s hc i r c u i t ) ，同时请求信号被传输到b ：如果b 接受请求，这样 通信信道被建立起米。同样在结束通信的时候，任意方首先发 l i 断开( d i s c o n n e c t ) 信号，另一方 受到断开信号后进行确认，资源就被真止的释放。幽t 1 就反映了我们日常生活中的一次利用光路 交换方式实现的通话过程。 2 ) 光路交换方式主要的优缺点 电路交换方式作为一种成熟的交换手段在当今的电信行、【kl 卜l 依然被j1 泛的使删，光路交换方式 使用和电路办式* n 【：3 , f f , a 运行机珲，因此它主要有如r 的优点： 操作j h 简单，这样交换改备的造价很低。 通讯的质量很高，一卜i 两点的通讯被建汜起米，那么通讯就不会受到干扰，通讯的实时性 塑二兰型i 得到了很好的保证。 一“掣1 t l 一一一一一一一 - 一一一一一一一一 一一一一“一m r w a n 一一 一竺一一一一一一一一 一一一一一一一一 二二disconnec一。一rry,goodbyedisconn。ct一一一一k 一+ d m 。i 。= 。：l + c 0 1 1 竺a 凹一一一 e s t a b l i s h m e n i n f o r m a t i o nm n s f e r c a l lc l e a n i n g p b a s e 图1 1o c s 交换原理 光路交换方式由于它本身同有的不足，限制丁它在以后的光网络中的进一步的使刚。 光路交换方式它需要一段时间来建立和释放信道，而且这时间是和真正的通讯时间是没有 关系的。如果需要传输的数据量很少的话，建立和释放信道的对问就可能远人了二真正的通讯的 时间，罹然这种情况f 的信道资源利用率很低。我们举个例子就能很清楚地说明这样地问题， 假设相距2 0 0 k m 两个竹点之间使片j 光路交换的方式进行通讯，通讯的速率是2 5 g b p s ，通讯的 总流楚是s 0 0 k ，而这时通讯真持续的时问只要5 0 ，5 g b p s z2 m s ，而建立通讯的时间是 要人丁信号确：两个1 ，点之问往返传输的时间2 m s ，很显然的通讯真正持续的时间是要小j 二信道 建。 的叫问的。同时长的建立剌释放信道的时间使得光路交换方式对动态通讯的适应能力就很 差了。 口信道分配好r 以厉，光路交换疗式会有很高的可靠性，在现在的i p 业务中q o s 得到了 人们越米越得到了人们的重视，但是很可惜光路交换方式对所有的通讯类型都是一视同仁的， 这样有些对q o s 要求h i 是很高的和那些有很高q o s 要求的通讯业务一样的分配资源，很明显就 造成了资源的极大浪费。 1 1 2 光分组交换方式 1 ) 光分组交换方式的基本原理 、，ll、rl，l_、j 查塑查兰坐! ：兰焦堡一 光分组交换方式是一种不面向连接的交换方式，在进行流通前不需要建立路由、分配资源。在 每个交换分绢中都含有一个报头，这其中包括该分组的目的地址。在分组交换网中每个交换1 ，点对 报头进行处理，从而确定该分虮f 一跳路由。当然在每个仃点确定r 一跳的位置的时候会根据不例 的实际的情况而有不同的路由算法，当然最终确定的路由也会有所不同。 在每个交换节点，需要根据自己的路由算法和整个网络的拓扑结构来建立一个路由表，当一个分 组在接受处理的时候，该交换节点会根据此分组的目的地址在路由表中找到下一跳的位置。另外当 网络的拓扑结构发生变化的时候，需要有专的协泌对各个交换节点的路由表进行修改，有关这部 分内容由丁不是本文的重点，我目 就不详细阐述了。 幽1 2o p s 基奉交换原理 蚓12 中具体的反映了两个分绢在某一个交换节点进行交换的过程。在分组进行交换的过稃中， 当报头枉仃点上处理的时候，该分组的数据部分需要进行缓存，等待报头处理结束才进行交换。同 刚在进行交换的时会有很严格的同步的要求。 2 ) 分组交换方式的优缺点 优点 手光路交换方式相比，光分组交换方式有很高的资源利用率，有很高的转换效率，有很强的适 应突发通讯的能力。 缺点 首先光分组交换方式的可操作性羞，无论是路由表的建立、修改、还是某个分组的路由的确定 都需要进行复杂的操作r ，这必然导致了运行费用的增加。再者，在报头在进行处理的时候，数据 必须进行缓存，而对光分组交换而言光缓存技术还不成熟。最后，由于分组交换的本身的特点，它 对同步有很高的要求，现在这一点在技术上也有困难。 1 i 3 光突发交换方式1 , 4 , 5 , 6 j 1 ) 光突发交换技术( o b s ) 的发展历程 突发通讯的概念最早是在上世纪8 0 年代初被提出来的，但是在电域中一直没有得剑很大的成 功。这是由于它在电域中实现的灵活性方面不及分组交换方式( 例如a t m ) ，而且由于电子技术的 第一章引荐 成熟，分组交换方式在电域中得到了很好的实现。但是随着光传输技术的不断的发展，由于电，瓶 颈的存在，电域中的交换能力越来越不能和光域中的传输能力相匹配了，从而降低了整个系统的效 率。为此人们希望能够媵量使得数据在光域中传输，实现全光通讯，而分组交换在全光的条什f 又 过 ：的复杂，技术上遇到了很大的斟难。这样光突发交换技术迎米了它的难得的发展契机，得到了 人们的重视。 2 )光突发交换方式的主要特点 我”j 可以认为光突发交换技术实际上是光路交换技术( c s ) 干光分组交换技术( p s ) 的结合。 现在虽然没有一个对o b s 的精确的定义，但是它有r 面的一些主要的特点： 1 o b s 的通讯的颗粒的人小是介于光路交换和分组交换之间的。 2 在o b s 交换系统中，每个突发分组的控制信息和数据部分是分开传输的，它们在不同的信 道、不同的时间传输。 3 资源预留是采用单向的资源预留的方法，而不是采用光路交换中所使用的双向的资源预留 机制。 4 突发分组的k 度可以不一样，这一点和分组交换不同在分组交换中每个分组的长度是给 定的。 5 o b s 还有个最火的特点是它可以不需要进行光缓存。 表li 几种交换的性能 交换方式资源利用率传输延迟光缓存系统同步 o c s低长不需要低 o p s短需要 一 尚 一 0 b s尚短不需要 低 表1l 给山j o c s 、o p s 雨i o b s 常见的系统参数的比较 1 2o b s 网络的基本结构 o b s 网络由核心网络( c o r en e t w o r k ) 1 边缘网络( e d g en e t w o r k ) 两部分组成，如图1 3 所示，核心 网络包括核心交换节点( c 。r e n o d e ) ，边缘网络由边缘交换节点( e d g e n o d e ) 构成同时网络的信道分 为两类：数据信道( d a t ac h a n n e l ) f i l l 控制信道( c o n t r o lc h a n n e l ) 。 在边缘网络，边缘交换节点负责对低速业务进行汇聚，同时根据业务优先级和目的地址封装成相 应的突发数据o j ( b u r s td a t a ) 和控制包( c o n t r 0 1p a c k e t ) ；进入o b s 核心网络后，由核心交换节点根据 预先到达的控制包进行资源预留。等相应的突发数据包到达后进行交换和路由；当突发数据包要离 4 一 查塑查兰些! ：堂堡垒苎 开o b s 网络的时候，边缘交换节点需要完成解封装的过程。 圈1 3 0 b s 刚络基本结构 1 3o b s 技术的基本思想 o b s 交换技术的基本思想在于数据包的控制信息和有效荷载的分离。o b s 突发数据包的控制包 提前进入网络，住各个核心交换肖点进行资源的预留，当相应的有效荷载及突发数据包到达核心交 换节点的时候，资源预留作已经完成，就可虬无需缓存地进行交换。 剀14o b s 数据包和控制信息的分离 幽14 给出了o b s 网络r p 数据包和控制信息分离的过程，在边缘交换节点，控制信息先j 二数据 包发山，两者之间相隔个偏置时i n ( o f f s e tt i m e ) ，不同的o b s 资源预留方式有不同的偏置时间设 定策略f 这一点将在后面的章节中详细讨论) ，由于控制包首先进入网络预留资源，当突发数据包达到 相应交换1 ，点的时候，网络资源已经预留完成，保证该突发数据包可以在交换节点进行无缓存交换， 同时降低网络系统对同步的要求。 1 4 光突发交换技术国内外研究动态 第一章q 【备 o b s 技术作为卜一代全光网络的主要的候选解决方案，在最近几年得到了越来越多的关注，o b s 技术在资源预留策略( r e s e r v a l i o ns c h e m e sa n dp r o t o c o l s ) 、突发数据包的汇聚( b u r s ta s s e m b l y ) 、网络服 务质量( q o s ) i i 阻塞处理策略等方面都有了很大的发展。 1 4 1o b s 技术在资源预留策略方面的主要进展 资源预留策略是o b s 技术的基础，不同资源预留策略对网络的服务质量的实现、网络资源利州 率、网络负载的均衡都有根人的影响。o b s 网中最初的资源预留簏略是j u s t i n t i m e 方式“，该策 略操作简单，但是资源剥川低r ： 8 中提出的j u s t - e n o u g h - t i m e 策略相对于j u s t i n t i m e 网络资源 利t l j 率大幅提高，对网络服务质革也有一定的支持； 9 - 11 】中提山r 基于动态波长路由技术的资源 预留策略，该类型策略需在网络中引入控制结点，由控制节点根据网络资源的剩余情况统一预留资 源，该类资源预留方式的优点在于对网络的服务质量的支持更充分。 1 4 2o b s 技术在突发数据包汇聚方面的主要进展 o b s 技术作为核心光网络技术在与周围低速电域网络连接的时候，突发数据包的汇聚和封装也 是o b s 技术急需解决的关键技术。同时由于i po v e rw d m 技术的优势得到人们越来越多的关注， o b s 数据包的封装人都是讨论t c p i p 包如何封装成o b s 突发数据包。 1 2 提出一种可行的t c p i p 数据包汇聚封装成o b s 突发数据包的方案，同时其中考虑有目的地址和网络服务质量剥汇聚和封装 的影响。f 1 3 1 提出的边缘节点域值汇聚方案，此方案对网络的服务质量有很好的支持。文献 1 4 着 重讨论了不同类j 娌的外围网络数据业务，汇聚屙的统讨特性，这对进一步讨论o b s 网络负载均衡羽l i 叫络业务的自适应调整有根火的意义。 1 4 3o b s 技术在网络服务利阻塞处理策略方面的主要进展 o b s 技术对网络服务质量和业务阻塞处理是本文研究的重点，同时也是现阶段研究的重点。文 献 15 提出了基丁额外偏移时间业务服务质量支持策略，该策略对高优先级业务的阻塞率有很好的保 证但是对于业务时延以及网络资源利用率的支持相对较著；文献 1 6 主要讨论不同的额外偏移时间 确定算法，从而保证高优先级业务的有较小的业务阻塞率：文献【1 1 】中给出基于波长路由技术的网络 服务质量支持策略，这其中引入网络控制结点，由控制节点实现对网络资源的统一的分配；【1 7 提出 突发数据包分割的概念，通过数据包的分割，可以减少由于业务重传而带来的额外的业务负载：结 合数据包分割的概念， 18 】提出b u r s td r o p 的概念，使o b s 网络业务服务质量进一步提高。 除了以上儿点外，o b s 技术在交换结点结构、路由机波长分配算法、o b s 网络中组播路由实现 以及o b s 技术试验平台等方面也都有很大的进展。 6 j ! 童堂堡主兰竺堕苎 1 5 本文的主要内容 本文剩余部分主要是南如f 的几章组成，第二：章主要是讨论光突发交换技术中传统资源预留方 式及对服务质量的支持，这其中重点讨论了j u s t - i n t i m e 和f f u s t e l l o u g h t i m e 方式，并着重讨论了 j u s t 。e n o u g h 。t i m e 对网络服务质量的支持，这其中使剧了理论分析和系统仿真两种不同的分析手段， 最终结果j u s t - e n o u g h t i m e 方式多网络服务质量有较好的支持。 第三章介纠了基于动态波民路由技术的光突发交换网中服务质的研究，相比于传统的资源预留 方式，网络引入新的控制节点，由控制仃点完成对网络波长的动态分配，从而在支持网络服务质苣 的同时，进一步的提高网络的资源利用率。 第四章讨论了泌桶业务控制模型对光突发交换网服务质量的支持，相对于单一的控制节点，本章 巾提出的渊桶业务控制模块可以独立地对每条链路实现资源预留，这样就避免了单一控制节点由丁 收集全网络资源剩余信息，而产生地延迟。 菊五章主要介纠了基于传输损伤的全光网资源分配方案，本章中讨论g 6 5 2 和g 6 5 5 光纤系统在 不同码速条件p ，不同的传输损伤的条件f ，网络的性能的变化，同时提出了传输损伤最小的资源预留 方案，这样尽量减少了因为误玛而产生的额外的业务阳塞。 7 第二章o b s 技术中传统资源顶南方式 笫二章o b s 技术中传统资源预留方式 本章讨论o b s 嘲中的传统的资源预留方式：j u s t i n t i m e 和j u s t e n o u g h ，t i m e 。其中着重讨论 j u s t - e n o u g h t i m e 对网络服务质量的支持，通过理论分析和系统仿真两种手段进行分析，结果表明 j u s t e n o u g h t i m e 办式对高优先级业务的阻塞率的降低有较好的支持。 2 1o b s 网络中的传统资源预留机制 在o b s 网络中。传统的资源预留机制主要包括j i t ( j u s t i n t i m e ) 和j e t ( j u s t e n o u g h t i m e ) 2 0 ，2 ”。 这两种方法的最主要的区别在于如何标记一个突发数据包的结束，以及如何释放信道。 2 1 1j u s t i n t i m e 资源预留方式 j i t 方式刚来标记突发数据包的结束方法最为简单，它使用一个额外的结束标记值( i n b a n d t e r m i n a t o r ，i b t ) 2 2 , 2 3 1 ，来标记突发数据包的结束。一旦控制包到达了交换交换节点，信道资源就 要立即分配；如果这时候没有资源能够提供，该突发数据包就会被阻塞。在j i t 中，控制包中没有 表征突发数据包睦度的信息，所以说信道资源一旦分配会直被该数据包占有，直到交换甘点探测 到i b t 。在这种方式中，每个交换节点需要记录的仅仅是是否有波长没有被分配，这就使得这种方法 在交换订点的操作弁勺复j 蚜2 度都是很低弁勺。但是同时，操作简单的代价就是使得它会带米很多的不 必要的阻塞的发生。f 面我们举个例子来说明这一点。 图2 1j 1 t 的例子 如图2 i 中所示，有两个突发数据包先后到达一个核心交换节点，b u r s t l 的控制包首先到达，b u r s t 2 的控制信号卮到。假设在该交换节点上仅仅剩余一条信道，b u r s t l 首先被预留了信道：在b u r s t l 数 据包即将交换结束的时候，b u r s t 2 的控制信号( c o n t r o lp a c k e t 2 ) 到了，从图中看到b u r s t2 需要占有 信道进行数据交换是从t 2 开始的，而如明显要落后于b u r s t1 服务结束的时间 。但是在j i t 的资源 的预留的方式，由于在控制信息中没有分组长度的信息，交换节点不知道b u r s t l 会在什么时候结束， 8 东南_ 人学硕l 学位论殳 它只有探测到了i b t 才能释放信道，所以这时候交换节点只能是阻塞b u r s t 2 。 从上面的分析中，我们看到操作简单是j l l 方式的一大优点，但是不必要的阻塞的发生则是由 此带来的副作用，另外i b t 全光实现也是有它的一些难度的。 2 1 2 j u s t e n o u g h t i m e 资源预留方式 1 e t 是基于r e s e r v e a f i x e d d u r a t i o n ( r f d ) 【2 4 , 2 s 1 的资源预留方法。j e t 在控制包中加入，关于突 发数据包k 度的信息，这样交换h 点就能够准确的知道该数据包开始服务的时间和服务完成时间， 也就是说交换节点只是在一个有限的时间中把资源分配给该数据包，r f d 的意义就在与此。这样作 的目的就是为_ r 进一步的提高资源的利用率，减少不必要的阻塞。图2 2 给出了j e t 的具体的操作 过科。 圈2 2j e t 操作过程 f 。：第个数据包的报头在第i 个节点的到达时间。 r 。：第，个数据包的数据部分在第i 个节点开始服务的时间。 f ，“：第，个数据包的控制信息在第i 节点的处理时间。 7 ，：第j 个分组的长度。 f 珊。，：源节点在发送第j 个突发数据包时候，在控制信息和数据部分之间加入的预留时间。 我们以第i 个节点为例进行说明： 第i 个1 j 点开始第一个数据包b u r s t l 开始服务的时间为， t 川= f 州+ t ( i ，1 ) = r 。i + 【f ，拼。f ，。) ( 2 1 ) m = l 肖t + ，lf l ：jn , j 候服务结束。所以只要t 。2 + z 2 t ( i ，2 ) 时会发生) 或 r m f + ，1 时， b u r s t2 就能够被服务了，因此j e t 方式比j i t 有更加高的资源利用率。 2 2j e t 资源预圉方式对网络服务质量( q u a l i t y o f s e r v i c e ，q o s ) 的支持 9 第二一章o b s 技术中传统资源预留方式 基tj e t 的o b s 技术为所有的优先级业务山来设定了相同的b a s i co f f s e tt i m e 2 5 , 2 6 1 ( 为了避免使 川光缓存) ，同时j e t 资源预留方式通过为不同的优先级业务引入不同的q o so f f s e t t i m e 来实现q o s 。 在r 面的讨论中，设b a s i c o f f s e t t i m e 为f 彬优先级i 的业务殴定的q o so f f s e t t i m e 为，印n 。 、再 控制包 ( c o n t r o l - p a c k e t ) 数据包 b u r s td a t a 图2 2j e t 对刚络q o s 的支持 圈2 2 中，我们以两优先级业务模型为例说明j e t 资源预留方式对网络q o s 的支持。p r i o r i t y 0 为高优先级，p r i o r i t y1 为低优先级为了方便起见，没定，o o s _ l = 0 ，t o o so - 2 f g n s 。分别属1 二p r i o r i t y 0 利p r i o m y1 的业务的控制包c o n t r o i p a c k e t1 利c o n t r o l _ p a c k e t _ 0 几乎同时到达交换节点，而且 此时仅仪剩余一条信道资源。c o n t r o l _ p a c k e t _ l 先于c o n t r o lp a c k e t _ 0 n f o r ( r 寸0 ) 剑达a c o n t r o lp a c k e t1 先到达交换节点，因此首先获得了信道的分配，在时问t o f f , 。后相应b u r s t _ d a t a 1 到达交换转点，并开始服务。c o n t r o lp a c k e t _ 0 到达后向交换节点申请信道，如果没有引入q o s o f f s e t t i m e ，那么该分组希望开始服务的时间为： t 0 = t l + f + f m “ ( 2 - 2 ) ，】+ ，啦f f 。 f 1 + t 4 f 。，+ ，1 ( 23 ) 困此b u r s t _ d a t a0 这时就只能是被阻塞了a 但是现在属丁p r i o r i t y0 的业务被额外引入的预留时间q o so f f s e t t i m e 为。“，这样b u r s t d a t a 一0 开始服务的时间就会被延迟到了 这时候只要满足 f o = 1 0 ) + r d “ ( 2 4 ) f 2 5 、 b u r s td a t a0 就不会被阻塞了。而我们在选择t o o s 的时候一般都会人j 二p r i o r i t y1 的大多数分组的k l o 至堕查兰堡土兰篁丝兰 度，这样一般来讲p r i o r i t y0 的分组就不会被p r i o r i t y1 的分组阻塞，q o s 得到了满足。 2 3 两优先级j e t 系统的理论模型 在这部分利川排队论的理论分析基于j e t 资源预留机制的o b s 网络对q o s 的支持田倒1 。 2 3 1 流黛的确定 】) 总的阻塞流龄印。m d 彩 4 “是由p r i o r i t y0 业务量( a o ) 平| lp r i o r i t y i ( a 1 ) 、l k 务量组成， a m “= a o + a j( 2 6 ) 2 ) p r i o r i t y0 业务阻塞流量 对属于p r i o r i t y0 的业务中会产生阻塞的业务有两种：首先是p r i o r i t y0 本身的业务a o ，再者就 是属1 + p r i o r i t y l 的已经分配了资源且i 丈度人于a “的那部分业务圪( 7 。s ) 。所以可能对p r i o r i t y0 的 业务产生阻塞的通讯流邋满足f 面的表达式： a m * o = a o + ( t o o n ) ( 27 ) l ( 。“) ：爿。( 1 一匕。一) 1 一f i ( 7 d ) 】 ( 28 ) 其中，是属丁= p r i o r i t y1 的