（物理电子学专业论文）光突发交换网络中tcp性能的研究.pdf

| ：童巴大掌- 士掌位性? 文 摘要 光突发交换( o b s ) 是近年来出现的一种新型交换技术，由于它充分结合了 光的高速传输能力和电的灵活处理技术，被认为是未来珥d w d m 全光网络的可 行性方案，已受到国内外众多学者和研究机构的关注和重视。但是，o b s 网络 距离真正的实用化，还有许多关键技术需要解决，例如，如何更好地支持目前 i n t e r m t 上广泛使用的传输控制协议? 本文首先简要介绍介绍。8 6 3 ”计划“业务导向的o b s 系统研究”支持的基 于标签的光突发交换( l o b s ) 试验网络，通过仿真与实验系统分析o b s 网络特 性( 丢包与突发包组装) 对t c t 性能的影响；而后利用三种不同途径改善o b s 网络上t c p 性能：突发组装参数的优化，基于a c k 报文的组装调度算法、引入 重传机制的复合队列批量调度算法。第一种方案通过实验与仿真对组装参数的进 行优化从而最大化t c p 可用带宽，但该方案不能降低网络的阻塞丢包率，所以 对网络性能改善相当有限；第二种方案则与丢包相关，通过控制确认报文a c k 的丢失达到改善网络性能的目的，但是该算法在低丢包率下由于无法克服错误超 时f r o ( f a l s e 面皿坼o u t ) 的固有弱点，所以改善并不明显；针对该固有缺点， 第三种方案通过引入重传机制与复合队列尽量克服f r o 的影响，仿真表明t c p 性能的改善相当明显 论文的主要工作归纳如下： 1 因为o b s 网络相比于分组网络的新特征，如采用突发组装增大传输交换 粒度等，t c p 传输在o b s 网络中会产生新的特性本文首先通过实验与仿真研 究突发包丢失对t c f 传输性能的影响，得出结论：为了提高网络性能，应该尽 可能地降低突发包丢失的概率，这一结论构成了整个论文工作的基础。而后，研 究突发组装对上层t c p 传输的影响，即延时损伤效应与报文段关联增益。最后， 通过实验对突发组装参数进行优化，结果表明，综合考虑延时损伤和报文段关联 增益的影响，存在一与丢包率无关的特定组装时长门限，使得t c p 可用带宽最 大但该措施不能改善o b s 网络中的丢包特性，所以对t c p 性能的改善作用相 当有限 2 修正以往文献中关于确认报文a c k 无丢失的假设，建立了更贴近现实的 o b s 网络上t c p 的吞吐量模型。仿真结果与计算结果验证了所修正模型的准确 性，同时表明a c k 报文的无丢失或者少丢失有助于改善0 b s 网络中t c p 的性 能。在此基础上，本论文提出两类基于a c k 的组装调度算法：基于t 卫a c k 的组装算法、a c k 优先调度算法。仿真表明，两种机制都能有效改善网络性能， 并且后者有着更好的表现，如0 6 丢包率下，相对于传统算法，基于t c f a c k 组装算法改善网络性能7 ，而a c k 优先调度算法改善网络性能1 7 但在低 毫柬邮电夫掌倬女掌位诧- 孟 丢包率( 低于0 1 ) 情况下改善并不明显，主要是因为低丢包率情况下，网络 中突发包丢失很少发生，使得a c k 报文无丢失或少丢弃的保证变得无足轻重， 并且无法克服错误超时f t o 的固有弱点，造成t c p 吞吐量的下降。 3 本文在o b s 层引入突发包重传机制，从而确保丢包发生时，先由o b s 层 对丢失的突发包进行重传，尽量避免不必要的t c p 拥塞控制机制的作用。本文 建立了基于o b s 重传机制的t c p 吞吐量模型，仿真与解析结果表明，重传机制 会在一定程度上优化网络性能，但在相当高的突发包阻塞率及高负载的情况下改 善不明显，甚至会恶化网络性能。为此，提出了一种基于突发包重传机制的复合 队列批量调度算法r g m q 。通过引入批量调度机制，增加批量调度窗口厶l 改 善网络突发包阻塞特性；另外，基于突发包重传机制的复合队列保证重传次数多 的突发包优先传送，也在一定程度上提高了带宽利用率，仿真结果表明相对于传 统算法，r g m q 在低冲突率( 低于0 1 ) 下提高网络吞吐量，如0 1 概率下， t c p 吞吐量有了1 8 的改善，甚至在0 6 情况下，改善高达3 0 。这克服了基 于a c k 组装调度算法的缺点，使得网络性能有了很大改善。 关键字：光突发交换，丢包率，突发组装，调度，确认报文，o o s ，t c p 耋：= ：兰= ：= 兰= 圭：三= = a b s t r a c t o p t l c 蚰b u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) h a sa t t r a c t e dc o m i d e r a b l er e s e a r c ha t t e n t i o nf r o mb o t h a c a d e m i ca n di n d u s t r i a lf i e l d sb o c a u s 0 i t p e r f e c t l y c o m b i n e s h i g h - s p e e do p t i c a l i r a n s m i s s i o n s w i t c h i n gt e c h n o l o g ya n df l e x i b l ee l e c t r o n i cp r o c e s s i n gm e c h a n i s m a l t h o u g h o b si sap r o m i s i n gs o l u t i o nf o rf u t u r e p d w d ma l l - o p t i c a ln e t w o r k , al o to fk e yi s s u e sa r e s t i l lu n d e rs t u d i e d f o re x a m p l e h o wt o $ 1 1 p p o f tt h et c pt r a n s m i s s i o nw h i c h 缸t o d a y s p r e v a i l i n gt r a n s p o r tp r o t o c o lo f i n t e r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n , l o b sn e t w o r kt e s t h e di sf i r s t l yi n t r o d u c e ds h n p t e y t h e nt h e i n f l u e n c eo fo b so nt c pp e r f o r m a n c ei sf i r s t l ya n a l y z e d , s u c ha sb u r s tl o s s e sa n db u r s t a s s e m b l y t h e nt h r e em e c h a n i s m sa l ep r o p o s e dt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c e ：b u ma s s e m b l y p r o c e s sq ，t i m i z a t i 册，a c k - b a s e da s s e m b l y a n d s c h e d u l i n ga l g o r i t h m a n db u r s t r e w a n s m i s s i o n - b e s e do b ss c h e d u l i n ga l g o r i t h m t h ef i r s t0 0 ei st om a x i m i z ea v a i l a b l et c p b a n d w i d t ht h r o u g hb u r s ta s s e m b l yo p t i m i z a t i o nb ys i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t s b u tt h e 懿如础锄n o tr e d u c eb u r s tl o s s e s , s ot h ei m p r o v e m e mi sm a r g i n a l t h es e c o n dm e t h o d i m p r o v et h et c pp a f o m m c et h r o u g ha c k l o s sc o n t r o l , b u tu n d e rl o wb u ml o s sp r o b a b i l i t y , t h ew e a k n e s so fm c a nn o tb eo v e r c o m e d t h et h i r do n ei st o 饥嘲帕腓me f f e c t v i m r e u a n s m i s s i o ns h c m ea n dm u l t i p l eq u e u e si n t r o d u c e d f o l l o w i n ga 聆d e t a i l s 1 s i n c ei no b sn e t w o r k sd a t ai sr e m i t t e da n ds w i t c h e di nt h ef o r m a to fl a r g eh 峨 w h i c hi sd i f f e r e mf r o ms m a l l 呻c h 扭i nt r a d i t i o n a lp a c k e ts w i t c h i n gm 憎讲h 贰，w i l le x l u ”o i t d 碾e r e n tc h a n c k 莉商瓶t h e r e f o r e , t h ei n f l u e n c eo fb u ml o s s e so it c pp e l 蕾_ o m a n c e i s 缸w 斌i 州t h r o u g hs i m u l a t i o na n dc x p c l i l l g l a 衄r e s u l t ss h o wt h a t 缸o r d e rt oi i i i p l d v ct h e 珥栅昕m 柚i the s s e n t i a lt or e d e e eb u r s tb 路p r o b a b i l i t y t h e nt h ee l l 细o fd e l a yp e n a l t ya n d c o n e l a t i o ab e n e f i td u et ob m s ta s s e m b l yo n 阿矾s t u d i e di nd e t a i l f m a u y t a k i n gi n t o c o n s i d e r a t i o na l lt h e s ee f f e c t s , a 叩h i 蛐ir e s u l t ss h o wt h a tt h e r ee x i s t sa no p a n | a ia s s e m b l y p e r i o dt om a x i m i z et h et l v b a n d w i d t h 2 as i m p t em o d i f i e da n d l y t km o d e li si n t m d u e e dt os t u d yt h er e a lt c pp e r f o r m a n c e o v c i o b sn e t w o r k s , w i t ha c k ( a c k n o w l e d g e m e n t ) l o s s e si n t r o d u c e d t h r o u g hs i m u l a t i o n a n da n a l y s i s , t h em o d i f i e dm o d e li sp r o v e dp 1 1 0 p e ra n di i oo rl e s sa c ki a 渊a i s u g g e s t e dt o i m p r o v et h ep e r f t h e nt w on o v e la c k - b a s e da s s e m b l ya n ds d l e d u l i n ga l g o r i t h m s , l e t c p a c k - b s s e da s s e m b l ya l g o r i t h ma n d , a r cp r o p o s e dr e s p e c t i v e l y s i m u l a t i o nr e s u l t s d e m o n s t r a t et h a te n m p a r e dw i t hc o n v e m i o n a la s s e m b l ya n ds c h e d u l i n gm e c h a n i s m s , t h et w o n f wa l g o r i t h m s 啪i m p r o v ct c pp e r f o r m a n c eo v o ro b sn e t w o r k st os o m ce x t e n ta n dt h e a c k o r i t ys c h e d u l i n gm e c h a n i s m h a sb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt h eo t h e ro n e f o re x a m p l e ， i nt h ec 衄co fo 6 b u s tl e s sp r o b a b i l i t y , c o m p a r e dw i t hc o n v e n t i o n a lb u r s ta s s e m b l ya n d ：= ：= = ：兰= = 圭 ：銮= ： s c h e d u l i n ga l g o r i t h m , t c p ，a c k b a s e da s s e m b l ya l g o r i t h m 啪i m p r o v et c pt h r o t l g h p u tb y 7 ，w h i l ea c kp r i o r i t ys c h e d u l i n ga l g o r i t h mi sa b o u t1 7 h o w e v e r , u n d e rl o w e rl o s s p r o b a b i l i t y ( 1 0 w e rt h a n0 1 ) ，t h ei m p r o v e m e n ti sn o te v i d e n td u et of i da n dl o s tb u r s t s h a v et ob er e t r a n s m i t t e db ，t c pc o n g e s t i o nc o n t r o lm e c h a n i s m m o r e o v e r , i nt h i sc a 辩，b u r s t l o s s s e l d o m h a p p e n s s o t h e e n s u l a n o f n o o r l e s s a c k l o s s e s b o m c su n i m p o r u m t 3 ab u r s tm w a n s m i s s i n ni si n m ) d u c e dt om a k el o s tb u r s t sr e w a n s m i h e db yo b sf i r s t l y , a v o i d i n gt h eu n n e c e s s a r yt c p s l o ws t a r tc o n g e s t i n 口c o n t r o lm e c h a n i s m t h e nat c pt h r o u g h p u t m o d e lb a s e do no b sw i t hb u r s tr e u a n s m i s s i o ni si n u o d u c e d s i m u l a t i o na n da n a l y s i sr e s u l t s d e m o n s t r a t et h a ta l t h o u g hb u r s tr e t r a n s m i s a l o ns c h e m ec a l li m p r o v en e t w o r kp e r f o r n m s c et os o m e e x t e n t , t h ep e r f o r m a n c ei sd e g e n e r a t e du n d e rh j g h e fb u r s tc o n t e n t i o np r o b a b i l i t ya n d 咄l o a d t h e r e f o r e 。ar e t r a n s m i s s i o n - b a s e dg r o u p - s c h e d u l i n ga l g o r i t h mw i t hm u l t i p l eo u e m ( r o m o ) i s p r o p o s e d w i t ht h eg r o u ps c h e d u l i n gw i n d o wa td u e t ot h eg r o u ps c h e d u l i n gs c h e m e i n t r o d u c e d , t h e 础o fh j r 啦c o n t e n t i o ni im i t i g a t e d a n dt h em u l t i p l eq u e u e se n s t t l f et h eb i i r 吐 w h i c hh a sb e e ar e t r a n s m i t t e dm 觥t oh a v em e r ec h a n c e st ob et r a n s m i t t e ds u c c e s s f u l l y s i m u l 砒i o nr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ep r o p o s e dr g m q 啪i m p r o v en e t w o r kp e r f o r m a n c ee v i d e n t l y u n d e rl o w e rc o n t e n t i o np r o b a b i l i t y ( 1 0 w e rt h a n0 1 ) f o ri n s t a n c e ，i nc o m p m s o nw i t h c o n v e n t i o n a la s s e m b l ya n ds c h e d u l i n ga l g o r i t h m , i nt h ec a o f0 1 p r o b a b i l i t yt h e r ei s1 8 i m p r o v e m e n ti nt c pt h r o u g h p u ta n de v 3 0 w h e nt h ep r o b a b i l i t ye q u a l st o0 6 k e y w o r d s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g , b u r s tl o s sp r o b a b i l i t y , b u r s ta s s e m b l y , s c h e d u l i n ga l g o r i t h m , a c k , q o s ，t c p | 匕京邮电 掌博掌位埒支 d b d a t a d b a c k s d i 胚c r y d w d m e n 眦 脚 f f f f v f l s p l s r m e m s m i n s v m p l s m p 熔 m s s 0 a d m o x c 缩略词索引表 a c k n o w l e d g e m e n t a u t o m a t i cr e p c a tr e q u e s t a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a r r a yw a v e l e n g t hg r a d i n g b u r s tc o n t r o lp a c k c t b u m tc o n t r o lp a c k e to f a c k s b u 巧tc o n t r o lp a c l 汜to fd a t a c o r en o d e c o n v e n t i o n a ls c h e d u l i n ga l g o r i t h m w i t h o u tr e t r a n s m i s s i o n d a t ab u r s t d a t ab u r s to f a c k d i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e s d e n s ew 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 e d g e n o d e 。 f i x c da s s e m b l yl e n g t h f i x e da s s e m b l yp e r i o d f i r s tf i t f i r s tf i tw i t h 、b j df i l l i n g f i b e td e l a yl i n e f a s te l h e m e t f o r w a r d i n ge q u i v a l e n c ec l a s s f a l s et i m e o u t g i g a b i te t h e r n e t g e n e r a lm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g m i c m e tp r o t o c o l j u s t - e n o u g h f m a e j u s t - i n o t h n e l a b e l e do p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g l a t e s ta v a i l a b l eu 肌s e dc h a n n c iw i t h 、b i d f i f l i n g l a b e ls w i t c h i n gp a t h l a b e ls w i t c h i n gr o u t e r m i c r o - e l e 圮u o - m e c h a n i c a l m i n i m u ms t a r t i n gv o i d m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g m u l t i - p r o t o c o ll a m b d as w i t c h i n g m a x i m u ms e g m e n ts i z e o p t i c a la d dd r o pm u l t i p l e x e r o p t i c a lc r o s sc o n n e c t 确认报文 自动请求重发 非同步传输模式 阵列波导光栅 控制分组 确认控制分组 数据控制分组 核心节点 无重传机制的普通 o b s 调度算法 数据突发包 确认突发包 区分服务模型 密集波分复用 边缘节点 固定长度门限组装 固定时间门限组装 首选命中 带空隙填充的最先适 合调度 光纤延时线 快速以太网 等价转发类 错误超时 千兆以太网 通用多协议标记交换 网际协议 恰量时间协议 及时时间协议 标签光突发交换 最近可用未使用信道 调度算法 标签交换路径l s p 标签交换路由器 微机电系统 最小初始闲隙 多协议标记交换 多协议波长交换 最大报文段长度 光上下话路复用器 光交叉连接 凡阻 觚撇删鼢一一州一 s “ = _ s c吼甩眦m雠咖m肼耵咖圳 生窜i 电大掌博掌位性主 仇n o b s o c s 0 p s 0 s i o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k 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 t 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 p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c tr e f e r e n c em o d e l p j e t p r i o r i t yj u s te n o u g h t i m e o d s q u a l i t yo fs e r v i c e r g m q r e t r a n s m i s s i o n - b a s e dg r o u p - s c h e d u l i n g a l g o r i t h mw i t hm u l t i p l eq u e u e s r g a r s a r e 嘁i o n - b a s e dg r o u p - s c h e d u l i n g a l g o r i t h m r e t r a n s m i s s o n - b a s e ds c h e d u l i n g a l g o r i t h m r e t r a n s m i s s i o n 啊m e - o u t r o u n d 1 h pt i m e s w i t c h i n gc o n t r o lu n i t s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s e m i c o n d u c t o ro p t i c a la m p l i f i e r s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k t e l i - a n d - g o t r a n s m i s s i o nc o n t r o ip r o t o c o l t r i p i ed u p l i c a t e t u n e - o u t 1 c l l 叫n d w h i t v m u a lc i r c u i t 。 v i d e oo nd e m a n d v o i df i l l i n g w a v e l e n g t hd b m i m u l t i p l e x i n g 光传送网 光突发交换 光路交换 光分组交换 开放系统互连基本参 考模型 优先级恰量时间协议 服务质量 基于突发包重传机制 的复合队列批量调度 算法 有重传机制的批量调 度算法 引入重传机制的普通 调度算法 超时重传时间 往返时延 交换控制单元 同步数字系列 半导体光放大器 同步光网络 无等待请求方式 传输控制协议 三次重复 超时 请求等待方式 虚电路 视频点播 空隙填充 波分复用 肿册卿暑|姒珊噼仍mw啪一 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 本人签名：日期： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书 本人签名：睦l 丝日期：丛l 乙! 导师签名： ：京电大掌倬掌位诧夫 1 1 引言 第一章绪论 随着全球范围内口( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 业务的迅猛增长，对传送网带宽和交 换系统容量的需求正以前所未有的速度增加。目前，在光层利用d w d m ( d e n s e 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 ) 技术，可以满足较长时期内对传送网带宽的要 求。d w d m t l l 技术作为一种核心的传输技术，成为下一代口骨干网络的主导技术， 它使一根光纤上可利用的带宽达到l o t b s 左右，提供多个高速率的传输通道【 l 。 那么如何高效地利用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 ) 技术提供的海量 带宽来支撑下一代i n t 锄c t 的发展是目前世界光网络研究的重点。 在点到点w d m 传输链路中，s o n e t s d h 、( s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 目前已经成为高层协议与d w d m 相连的标准接 口，使用s o n e t s d h 设备则要在每一个节点完成o e o 转换。但是，摩尔定律表 明，电处理速率的增长远低于数据传输速率的增长。这意味着w d m 网络的传输 能力会遭遇到电处理速率的瓶颈。所以现在的技术发展趋势就是设法消除电处理 过程或降低电处理负荷，以便充分释放w d m 技术的带宽潜力 为此，面向未来口业务的下一代宽带高速光网络研究成为各国或跨国研究计 划的重点，如欧洲的a c t s ( a d v a n c e dc o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g i e sa n ds e r v i c e s ) 计划i q ，c o s t ( e u r o p e a nc o o p e r a t i o ni n t h ef i e l do fs c i e n t i f i ca n dt e c h n i c a l r e s e a r c h ) 计划【卯，美国的n g i ( n e x tg e n e r a t i o ni n t e r a c t ) 计划嘲和国防部高级研 究计划局1 7 1 支持的m i t ，s t a n f o r d ，p r i n c e t o n 和m i c h i g a n 等多所著名大学的合作项 目以及加拿大的c a * n e t 3 国家光互联计划i 引日本和澳大利亚等国的科研机构和 大学也在致力于下一代光网络的研究与此同时，包括i t u - t ，a n s i ，t 1 x 1 5 协会，光互联网论坛o i f ( o p t i c a li n t e m e t w o r k i n gf o r u m ) 和m r f 在内的标准化 组织也都积极致力于对可重构光网络的研究。 目前实用的全光网是建立在w d m 技术基础上的，在节点利用波长上下话路 o a d m ( o p t i c a ia d dd r o pm u l t i p e x e r ) 1 9 1 或进行交叉连接o x c ( o p t i c a lc r o s s c o n n e c t ) 1 1 0 l 来构成。采用o a d m 和o x c 技术，为解决目前点到点的d w d m 技术在应用中不能实现灵活组网和当网络失效时不能有效进行保护的问题提供 了一种解决方法，使得光传送网络o t n ( o p t i c a l t r a n s p o r tn e t w o r k ) 具有传输容 量大，组网灵活，网络具有可扩展性和可重构性【n l ，可以透明传输具有不同代码 采窜t 掌博女掌m 惶。支 格式的不同速率等级的用户数字信号，能够同时适应用户信号种类和服务种类不 断增长的需求等诸多优点。但基于o a d m 或o x c 的全光网采用波长路由的方 式。即光路交换0 c s ( o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) ，由于控制平面建立链路，分 配波长和波长选路所需的时间较长，网络的可升级性和动态适应性比较差，还不 能实现真正意义上的分组交换网络，只不过是一种光的电路交换方式。现在的 i n t e r n c t 中口路由成为一种标准，而口的流量具有突发的特性，用这种方式来 传输口突发分组，会造成带宽的极大浪费，显然不适合口交换。为了更有效、 灵活地承载未来的口包分组业务，提出了光分组交换o p s ( o p t i c a lp a c k e t s w i t c h i n g ) 与光突发交换o b s ( o p t i c a ib u r s ts w i t c h i n g ) 两种适应未来光因特网 的交换技术 1 2 光交换技术 在电域内，存在电路交换和分组交换之分。同样，光交换技术依据交换粒度 的不同也可以分为光路交换( o c s ) 、光分组交换( o p s ) 和光突发交换( o b s ) 三种 1 2 1 光路交换技术( o c s ) o c s 基于q a d m 和o x c ，采用波长路由的方式，通过控制平面的双向信令传 输来建立链路和分配波长 o c s 实质上就是一种光的电路交换方式，具有较高的网络传输可靠性，但也 存在较大的选路时延。网络需要为每一个连接请求建立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) 。光交换执行过程分为三个阶段：链路 建立、链路保持和链路拆除。 链路建立阶段是双向的带宽申请过程，需要经过请求与应答确认两个处理过 程。链路建立阶段的时延为2 p 印，其中尸是单向传输时延，p 是系统的处理时间。 链路保持阶段，相关节点的交换机配置不变，链路始终被通信双方占用，不 允许其他通信方共享该链路。 链路拆除阶段，任意一方首先发出断开信号，另一方收到断开信号后进行确 认，资源就被真正释放。 若采用虚电路v c ( v i r h i a ic i r c u i t ) 交换，由于不需每次都进行实际链路的 建立，业务数据不必等待应答就可以发出的。在d w d m 网络中，光路交换以波 长交换的形式实现，即在相邻节点间的每一条链路上，一个波长对应着一个用于 童：震- _ ，津博士掌位诧。支 交换的光通道【1 2 1 。波长交换的优点是速度快，带宽大，对数据速率及格式透明。 波长交换很适合s d h 网络，因为s d h 交换机之间的通信速率与波长带宽正好匹配 ( 2 s g b p s 或o c a 8 ，与链路建立时问相比，保持时间较长，选择适当的网络拓 扑结构和波长路由算法，明显减少s d h 交换机的数目。另外，多协议标签交换 m p l s ( m u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) 与o c s 结合的多协议波长交换m p t 。s ( m u l t i p r o t o c o ll a m b d as w i t c h i n g ) 技术还可以实现智能、动态的波长连接路由 和保护i 埘 但是，由于o c s 采用波长作为网络资源的处理粒度，对于突发性的业务数据， 其带宽利用率不高，不适用于i n t e r a c t 网上i p 数据的传输，另外当波长数有限时， 为避免拥塞而不得不将一部分数据进行o e o 转换，若采用动态带宽分配机制， 则链路的建立时间一般较长0 c s 从本质来看，仍然是电路交换技术所以有着 电路交换固有的缺点：由于连接的建立是双向的，导致数据包传输过程的更大延 迟。其次，在连接建立到数据传输的过程中，所有的中问节点必须维持信道资源 直到信道拆除为止，在此过程中，纵使资源没有被占用，其余数据都无法利用它 们，这些都大大降低了带宽资源的利用效率 1 2 2 光分组交换技术( o p s ) 随着光传送技术的不断发展，光网络的传送波长会越来越多，单信道速率也 将越来越高这时，为了实现带宽适配，边缘路由器往往需要进行大量的复用和 解复用操作，以便把高速光信号变换成可处理的低速电信号这不仅增加了设备 的复杂性和成本，而且使边缘路由器成为新的电子瓶颈为了彻底解决电子瓶颈 问题。高效地承载数据业务，一种能够直接在光域复用、交换和传送i p 分组的 光网络技术一光分组交换技术应运而生【1 9 1 。 o p s 可以看作是电分组交换在光域的延伸，交换粒度以高速传输的光分组为 单位虽然光分组可长可短，但由于交换设备必须具备处理最小分组的能力，对 交换节点的处理能力要求非常高目前常采用的是光电混合的办法实现光分组交 换即致据在光域进行交换，而控制信号在交换节点被转换成电信号后再进行处 理，如图1 - 1 所示。 由于o p s 可以较好地支持口业务，被认为是光网络发展的长远目标。当前， 世界各发达国家在研究和开发全光分组交换网技术方面的代表性研究项目有：美 国斯坦福大学的h o r n e t ( h y b r i do p t o - e l e c t r o n i cr i n gn e t w o r k ) a 0 1 、欧洲 r a c e r 2 1 0 3 9 删0 s ( a s y n c h m 桃t r a n s f e rm 0 d eo p t i c a ls w i t c h i n g ) ( 2 q 、a c t s 的k e o p s ( k e y st oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 2 2 1 、美国d a r p a 支持的p o n d 采窜电大掌博掌位蕾r 文 ( p a c k e t - s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k i n gd e m o n s t r a t i o n ) 2 3 1 、c o r d ( c o n t e n t i o n r e s o l u t i o ns w i t c h e dp a c k e tn e 撕o a ) 1 2 4 1 及b 本m 盯光网络实验1 2 5 j 等。 图i - 10 p s 节点结构图 0 实现光分组交换需要的关键技术包括光分组的产生、同步、缓存、再生，光 分组头重写及分组之间的光功率的均衡等1 2 6 - 2 7 1 。其中分组的实时同步、再生、分 组头重写。由于码率太高，电设备无法完成，而全光的办法也只停留在实验阶段。 另外，因为目前没有可用的光缓存，光分组的同步和存储都只能依靠光纤延迟线 f d l ( f i b c rd e l a yl i n e ) 技术，而延迟线存贮深度有限，受温度变化等因素影响 明显。延迟时间精度低，且系统成本和复杂性都很高，不便于管理控制。上述的 这些缺陷决定了延迟线很难代替光缓存的位置，进入实际的商用化光分组交换系 统。所以，虽相比光路交换技术，o p s 有着巨大的性能优势，但现有的光缓存与 光信号处理技术严重制约了它的应用，因而在短时期内，o p s 的应用前景都并不 被看好 1 2 3 光突发交换技术( o b s ) 如上所述，虽然波长交换技术相对比较成熟，但难以适应具有高突发性的口 业务，而由于现在光器件的局限，实现完全的o p s 网络还比较困难【昝2 9 1 ，在这 | ：窜i l 大掌博掌t 健支 种情况下，提出了光突发交换技术 3 0 - 3 5 1 。它的主要思想是将口分组组装成一个 大的突发包，并在电域上为这个突发包建立交换通路。一般情况下。单个光口 分组通过交换矩阵对光开关的要求为纳秒级，而o b s 使得突发包通过光开关的 时间要求下降为毫秒级，使得现在的光器件可以满足这一要求 k 獬扣卜 交岖巫m 西 突j 5 刨蜊 换 分 爿 控觯元 仁 l 传燃扣卜 类