（电磁场与微波技术专业论文）基于光突发交换技术的网格研究.pdf

北京邮电大学硕士学位论文 摘要 目前的网格技术多集中于前沿科学研究领域，使用o c s 专用网络。要将网 格技术运用于日常生活成为大众网格，需要更灵活高效的光网络支持。o b s 技 术将高速的全光数据传输与灵活的电处理控制平面有效结合，交换粒度与大众网 格任务长度相匹配，被认为是一种适合承载大众网格业务的光网络。本文主要研 究大众网格和o b s 网络的特点，提出结合方案。 本文第一部分研究大众网格业务接入o b s 网络的方式。首先，推测大众网格 业务将与英特网业务一样具有自相似性，基于n s 2 仿真平台对o b s 网络进行仿 真。仿真发现业务流量的自相似系数对o b s 网络的性能影响很小，且具有随机性； 当突发包长于某个门限时，改变突发包长度，自相似流的丢包率保持稳定；成帧 的数据突发包在o b s 网络中的传输时延相对稳定，不随流量的大小变化而改变； 但是，数据突发包的组帧时延受到流量的影响很大，使o b s 网络具有“流量小， 时延大 的特点。根据仿真结论，本文提出一种适合大众网格业务的接入方案， 将网格业务与普通网络业务分开，对网格业务数据突发包只规定长度上下门限 值，让网格接口根据任务需要对数据自由组帧。仿真结论可以说明，这种方式将 不影响o b s 网络性能，且可以使网格业务免受o b s 网络“流量小，时延大特性 的影响。 第二部分提出o b s 网格服务的选播方式和信令设计。首先，根据o b s 网络实 现选播的特殊性，分析选播在o b s 网络层和应用层实现的优缺点，发现在o b s 网络层实现选播会使核心节点复杂、处理速度变慢，控制信道易拥塞，且难以支 持高级网格服务。总结出o b s 大众网格应采用应用层的选播。这样更易于实现资 源信息的定义和收集，用自定义的标准选择资源，从而构造高级网格服务。然后， 本文给出o b s 网格在应用层实现选播的信令设计。这个信令设计基于s i p 协议， 可以灵活地根据用户需要完成用户和资源的注册、资源信息的公布和收集、资源 预留以及网格任务的数据传输控制。且这个信令设计中，构建在简单网格服务之 上的高级网格服务与简单网格服务使用相同的信令流程，可扩展性强。 关键字：光网络光突发交换网格 北京邮电人学硕十学位论文 a b s t r a c t c u r r e n t l y , m o s t g r i d sw h i c hb a s e do nd e d i c a t e d o p t i c a l c i r c u i t s w i t c h i n g i n f r a s t r u c t u r ea r eu s e di nt h ea r e ao fs c i e n t i f i cs t u d y t om a k eg r i d sa v a i l a b l et ot h ep u b l i ca t l a r g e ，m o r ef l e x i b l eo p t i c a ln e t w o r ki sn e e d e d o p t i c a lb u r s ts w i t c h ( o b s ) t e c h n o l o g y w h i c hc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fo p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n ga n do p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n gi s c o n s i d e r e da sap r o m i s i n gt e c h n o l o g yf o rt h ep e r v a s i v eg r i d t h ec h a r a c t e r so fp e r v a s i v e g r i da n do b sa r es t u d i e di nt h i sp a p e r a n dap r a c t i c a lc o m b i n a t i o nw a yi sp r o p o s e d h o wp e r v a s i v eg r i dt r a f f i ca c c e s s e st h eo b sn e t w o r ki ss t u d i e di nt h ef i r s tp a r to ft h i s p a p e r a s s u m i n gp e r v a s i v eg r i dt r a f f i ch a st h es a m es e l fs i m i l a rc h a r a c t e ra si n t e r a c t ，t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h et r a f f i c sd e l a ya n dd r o pr a t ea r ea f f e c t e dm i n o r l ya n d r a n d o m l yb ys e l fs i m i l a rf a c t o r w h e nt h eb u r s ts i z ei sb i ge n o u g h ，t h ed r o pr a t en ol o n g e r d e c r e a s e sa st h eb u r s ts i z ei n c r e a s e s t h eb u r s tt r a n s f e rd e l a yi nt h en e t w o r ki sn o ti n f l u e n c e d m u c hb yt h et r a f f i cl o a d h o w e v e r , t h ed e l a yo fs e l fs i m i l a rt r a f f i cv a r yal o tw i t ht h et r a f f i c l o a d ，t h el o w e rt h el o a d ，t h el o n g e rt h ed e l a y c o n s i d e r i n gt h er e s u l t sa b o v e ，as u i t a b l eo b s e d g en o d es t r u c t u r ef o rp e r v a s i v eg r i dt r a f f i ci sp r o p o s e d i nt h es c h e m e ，g r i dt r a f f i ca p a n f r o mn o r m a li n t e r n e tt r a f f i ca c c e s s e st h eo b sn e t w o r kt h r o u g hg r i dn e t w o r ki n t e r f a c e t h e g r i dj o b sa r ee n c a p s u l a t e di n t ob u r s t sa c c o r d i n gt ot h et a s kb yt h eg n i ，w i t h i nt h el i m i t a t i o n o ft h eb u r s ts i z et h r e s h o l d s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h ep e r f o r m a n c eo ft h eo b s n e t w o r kw i l ln o tb ed e t e r i o r a t e d ，a n dg r i dt r a f f i cw i l ln o ts u f f e rt h el o wt r a f f i cd e l a y i nt h es e c o n dp a r to ft h i sp a p e r ，t h es o l u t i o nf o ra n y c a s ti no b sg r i di ss t u d i e d t h e n e t w o r kl a y e ri m p l e m e n t i n gw a ya n dt h ea p p l i c a t i o nl a y e rw a ya r ec o m p a r e d a p p l i c a t i o n l a y e rw a yi sc o n s i d e r e da sam o r ef l e x i b l ea n dp r a c t i c a ls o l u t i o nf o ro b sg r i d ，b yw h i c h c o n t r o lc h a n n e lc o n g e s t i o nc a nb ea v o i d , c o r en o d ec a nb es i m p l i f i e da n da d v a n c e dg r i d s e r v i c e sc a l lb es u p p o r t e d t h e n ，ad e s i g nf o ro b sg r i da p p l i c a t i o nl a y e ra n y c a s tw h i c ha r e b a s e do ns i pi sp r e s e n t e d i nt h ed e s i g n ，g r i du s e r r e s o u r c er e g i s t e r , r e s o u r c ei n f o r m a t i o n c o l l e c t i o na n dr e s o u r c eb o o k i n ga r ea c c o m p l i s h e d a n dt h es a m es i g n a l i n gp r o c e s sc a nb e u s e db ya d v a n c e dg r i ds e r v i c ea n db a s i cg r i ds e r v i c e 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 g ，g r i d ，o b s n s 2 北京邮电人学硕+ 学位论文 a n d i m p p f d l 删 g r n i g u n l j e r l a u c v f 0 b s o p s o c s o g s a q o s s m s d p t c p u d p 缩略词索引表 a n y c a s td o m a i nn a m e i n s t a n tm e s s a g ea n dp r e s e n c ep r o t o c o l f i b e rd e l a yl i n e g r i dn e t w o r ki n t e r f a c e g r i dr e s o u r c en e t w o r ki n t e r f a c e g r i du s e rn e t w o r ki n t e r f a c e j u s t - e n o u g h - t i m e l a t e s ta v a i l a b l eu n u s e dc h a n n e l 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 lp a c k e 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 e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e q u a l i t yo fs e r v i c e s e s s i o n s e s s i o nd e s c r i p t i o np r o t o c o l t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 3 5 选播域名 即时信息协议 光纤延时线 网格网络接口 网格资源网络接口 网格用户网络接口 恰量时间协议 最近可用未使用信道 调度算法 光突发交换 光分组交换 光路交换 开发网格体系结构 服务质量 会话发起协议 会话描述协议 传输控制协 用户数据报协议 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q ，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人学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志埘小研究所做的任 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：鄯蔼星r 期：2 舭83 6置同期：2 咄：b 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： 研究尘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。 本人虢兰圣盟垒 本人签名： 苎尘：盟塾 导师签名： 同期：z 0 0 8 二36 同期20 _ d8 0 北京邮电入学硕士学位论文 1 1 网格的基本概念 第一章绪论 关于网格的说法多种多样，在研究和工业领域关于涉及到关于网格的概念有： 数据网格、计算网格、科学网格、知识网格、生物网格、传感网格、社区网格等 等【1 】。 早期，在1 9 9 8 年，f o s t e r 等在1 1 】中对网格的定义是“计算网格是可以提供 可靠持续功能巨大并且廉价的高端计算能力的软件和硬件 。 在2 0 0 0 年，在 2 1 q ，网格的概念转为关注在动态多样的虚拟组织中资源的共享 和问题的解决。关键概念变为如何资源共享和有效利用资源库。这种共享并不是 指文件的交换而是指对计算机，软件、数据以及其他资源的直接利用。这种共享 方式被称为虚拟组织。 具体的一般化网格工作流程如下【3 】： 跑在用户终端的接口软件 通过安全检查 用户终端和网格核心资源代理联系 资源代理找到最好的资源来处理任务 资源代理通过询问信息服务器找到最合适的资源。 资源代理通过复制目录找到所有存在数据的地址 当所有合适的资源都定位后，任务开始执行 资源代理将执行结果返回 1 2 网格的结构 到目前为止，比较重要的网格体系结构有两个，一个是f o s t e r 等在早些时候提 出的五层沙漏结构：另一个是以i b m 为代表的工业界的影响下，在考虑到w 曲技术 的发展与影响后，f o s t e r 等结合w 曲s e r v i c e 提出的开放网格服务结构( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 4 。下面将分l l l i 以介绍。 1 2 1 五层沙漏模型 五层沙漏模型是由i 锄f o s t e r 等在【2 1 中提出，如图1 1 。 北京邮电人学硕七学位论文 i 构造层 i 图1 1 五层结构及其与t c p i p i 网络协议的对比 沙漏结构采用分层模型。在同一层的模型有共同的特征，并且建立在下层提 供的功能的基础上的。中间层的协议就像沙漏的脖子定义了比较少的核心特征和 协议( 如英特网中的t c p 和h 1 旧) ，这样很多不同的上层应用可以映射到这个沙漏 上；同时这个沙漏模型也可以基于很多底层的技术。 五层从下到上分别翻译为构造层、连接层、资源层、汇聚层和应用层。 构造层是与本地权限的接口，这一层提供通过网格协议共享的接口：如计 算资源、存储资源、目录、网络资源和感应器等。构造层的复杂程度将影 响具体网格的复杂程度的。比如说，只有资源支持预留，上层网络才可以采 用复杂的方式协调这些资源。其中特别提到，需要一种机制能够控制资源 以达到网络传输( 如优先级和预约) 。这就需要询问机制来知道网络的特征 和负载。 连接层定义网格应用网络交互所需要的核心通信和认证的协议。 资源层建立在连接层之上用来为某种资源协商、发起、监视、控制、账号 管理、计费和付费。同时，资源层调用构造层的功能来获得和控制本地资 源。资源层关注某种资源而忽略整体状态。 汇聚层关注的是全局的各种资源间的协调。资源层和连接层处在沙漏分层 的中间部分是狭窄区域，汇聚层基于两层之上，可以在不对资源提出更高 要求的基础上形成多种多样的共享形式。 应用层是这个结构中的最高层，它构成了用户在一个虚拟组织中的可操作 的应用。 1 2 2o g s a 模型 在2 0 0 2 年f a nf o s t e r y 提出开放网格服务体系结构f 4 】o g s a ( o p e ng r i d s e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) 【4 】。它在网格和网页服务概念的基础之上，定义了网格服务。 o g s a 是五层沙漏模型的补充，它从三个具体方面补充定义了网格： 圈圈 北京邮电大学硕士学位论文 五层沙漏模型是从协议结构方面定义虚拟组织间的交互，而o g s a 则是从 服务的本质上来定义的。 与网页技术更好的结合。 o g s a 关注于商业应用而非科研。 o g s a 强调以服务为中心的“服务结构”。这里的服务是指具有特定功能的网络 化实体。在五层沙漏结构中，强调的是被共享的物理资源( 或者是这些资源所支持 的服务1 ，而在o g s a 中，服务所指的概念更广，包括各种计算资源、存储资源、 网络、程序、数据库等等，简而言之，一切都是服务。 在o g s a 中，将一切都看作网格服务，因此网格就是可扩展的网格服务的集合， 即网格就等于网格服务。网格服务可以以不同的方式聚集起来满足虚拟组织的需 要，虚拟组织自身也可以部分地根据它们操作和共享的服务来定义。简单地说， 网格服务= 接d 行为+ 服务数据。图1 2 是o g s a 服务结构的示意图。 1 3g r i d o v e r o b s 图1 2o g s a 的服务结构示意图 网格应用( 例如高性能计算) 一般要求分布式资源采用高速网络互连，近年 来光网络技术的迅猛发展，才使得网格应用在技术和成本上成为可能，从而出现 了光子网格5 1 。 依据交换粒度的不同光网络可以分为基于光路交换( 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 ) 的光网络、基于光分组交换( o p s ：o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 的光网络 和基于光突发交换( o b s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 【6 】的光网络三种。 表1 1 综合比较了三种光交换技术的性能。与o c s 相比，o b s 由于降低了交 换粒度，采用统计复用，因而具有更高的带宽利用率。并且，采用单向信令机制 的o b s 可以大大降低网络延时。与o p s 相比，o b s 通过采用突发组装技术来提 高交换传输粒度，并将数据与控制信息在时间( 即延迟预约) 和空间上分离，极 大地降低了系统的实现难度，可以在无光缓存的网络中实现数据的全光透明传输。 北京邮电人学硕士学位论文 表1 1 各种光交换技术的对比 光交换技术交换粒度带宽利用率 网络延时 实现难度 业务适廊性 光路交换 粗低高低低 光分组交换 细高低高高 光突发交换 中较高低中高 由此，相对于o c s 和o p s ，o b s 技术将高速的全光数据传输平面与灵活的电 处理控制平面有效结合，既能满足网格应用所要求的高带宽传输，又能实现网格 应用中灵活智能的上层协议( 例如资源发现和网络安全等) 。另外，o b s 适中的传 输交换粒度( 突发包) 也很适合承载网格应用中的任务。因此，将o b s 技术和上 层的网格应用相结合【7 ，8 n 以充分发挥光网络的优势，并将进一步推动光网络向 应用层发展。 1 4 本论文主要工作 本论文主要研究面向大众的网格服务与o b s 网络的结合方式。 第二章首先介绍基于o b s 的大众网格的基本架构，在这种模型下大众网格业 务通过边缘节点进入o b s 网格。本文结合网格业务可能形成的业务流量的自相似 系数和突发数据包的长度对o b s 网络进行仿真，研究自相似系数改变和突发数据 包长度变化时的网络时延和丢包率。然后，提出一种可以支持网格业务调整包长， 减小时延并且协调普通网络流量的边缘节点结构。 第三章首先介绍网格服务在网络层和应用层实现选播的两种方式，对比两种 方式的优缺点，总结出在应用层实现选播可以简化o b s 网络核心节点的设计，为 高级网格服务提供网络层不能提供的支持。然后，基于的s i p 协议，提出在o b s 网格上实现用户及资源的注册，资源信息收集，资源预留和任务执行的信令设计， 实现应用层网格服务的选播。这个设计中，只需在o b s 网络的边缘节点增加s i p 服务器就可以使o b s 网络支持大众网格服务。 第四章对论文进行了总结并对其中不足提出改进意见。 北京邮电人学硕+ 学位论文 第二章网格业务在o b s 网络中的接入 2 1 基于o b s 的大众网格架构 目前，很多关于网格的研究都集中在高性能计算领域，对超大规模的任务进 行带宽、存储、计算资源上的优化。这些网格任务的数量都比较少，可以进行集 中资源调配。并且大多采用专用光网络来支持这些网格业务，为取得高性能，光 电路交换( o c s ) 是这类网格应用的首选。典型的例子有v e r yl o n gb a s e l i n e i n t e r f e r o m e t r y ( v l b i ) ，h i g he n e r g yp h y s i c s ( h e p ) ，h i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t i n g a n d v i s u a l i z a t i o n 【9 ，1 0 。 但是，o b s 面向的网格业务和以上的情况不同，是面向大众的。大众网格种 类繁多且流量特性各异，如视频编辑，虚拟环境，远程医院等。这类网格的“任 务一可能相对短暂( 几百微秒到几十毫秒) 。这就意味着用o c s 的端到端的传输 是没有效率的。这些网格业务不要求专用网络，但他们要求光网络提供经济且高 质量的服务。更有可能的是，他们与普通的网络业务共享网络基础设施。在这样 的前提下，结合了o c s 和o p s 特点的o b s 网络成为非常具有吸引力的选择【6 】。 本文采用的o b s 网格架构如图2 1 ： 其中，边缘路由器( e r ：e d g er o u t e r ) 与核心路由器( c r ：c o r er o u t e r ) 以 及核心路由器与核心路由器间由光纤相连。光纤中的信道分数据信道和控 制信道，分别传输数据突发包和控制包。 为了支持网格业务，普通o b s 网络的边缘路由器上增加了g u n i ( g r i du s e r n e t w o r ki n t e r f a c e ) 和g r n i ( g r i dr e s o u r c en e t w o r ki n t e r f a c e ) ，边缘路由 器可能同时具有两个模块也可能只有其中一个模块。其中，g u n i 是网格 用户和网络问的接口，具有g u n i 模块的边缘路由器需要完成的任务有： 1 ) 接受用户发出的任务申请； 2 ) 寻找适合处理用户任务的资源并预约； 3 ) 将任务封装成适合o b s 网络传输的数据突发包； 4 ) 基于o b s 网络的控制机制生成控制包，将其和数据突发包送入网 络： 5 ) 接收任务执行结果，并返回给用户。 g r n i 是用户与网络间的接口，具有g u n i 模块的边缘路由器需要完成的 任务有： 1 ) 管理和监控本地资源； 2 ) 接收被分配任务的突发包，传输给相应的资源； 图2 1基于o b s 的大众网格架构 北京邮电大学硕十学位论文 的扩展性，因此在网络仿真的研究过程中，受到众多研究机构的重视。图2 2 是 n s 2 用户接口图。本文中的仿真正是通过o t d 脚本，来改变组帧参数和业务流量 参数。 圉 o t c ls c r i p t s 妇m n a 缸o n p r o g r a m o t c l ：t c li n t e r p r e t e r w i t ho oe 弼t e r 岖o n n ss i m u l a t o rl i b r a r y e v e n ts c h e d u l e ro b j e c t s 。n e t w o r kc o m p o n e n t o b j e c t s 。n e t w o r ks e t u ph e l p i n g m o d u l e s9 h 瑚b i n gm o d 沮e s ) 2 2 2 仿真环境设定 图2 2n s 用户接口 q a n a l y s i s 、园 n e t w o r k 本文假设大众网格的服务对象与模式与因特网类似，采用自相似流为输入业 务。o b s 光网络仿真平台选择了基于j e t 【2 3 】协议的l a u c v f 调度算法。组帧采 用最短包长最长组帧时间算法。 2 - 2 2 1 参数设定 为了比较不同长度突发包在在网络中的特性，并参照实验平台【2 4 】，设定以下 参数： 边缘节点控制包处理时延= 1 0u s 核心节点控制包处理时延= 1 0u s 偏置时延初始值= 5 0u s 数据突发包组装时间门限= 1 0 0m s 信道带宽= 1 0g b s 总信道数= 1 0 数据信道数= 8 控制信道数= 2 光纤延迟线= 0 仿真时间= 0 5s 仿真拓扑图如下： 北京邮电大学硕十学位论文 o 0 0 图2 3 仿真拓扑图 其中0 - 6 为光突发交换网络的边缘节点，7 1 3 为网络的核心节点。每个边缘 节点随机向其他六个边缘节点发送数据报。 点， 1 仿真中，根据图2 4 路由表中的下一跳信息形成路由，路由表中纵列是起始节 横列是目的节点，两列的交错点是要达到目的节点的下一跳节点号。 图2 4 仿真路由表( 下一跳信息) 以上参数的设定，参考了o b s 实验的具体情况【2 4 】。在具体的实验平台上， 边缘节点与核心节点对控制包的处理速度近似，在第一期的试验平台上处理速度 是十毫秒，在第二期速度已经减小到了几十微秒。所以在这个仿真中，处理时延 8 ， 一 叮o 他 7 8 9 m 幢 m 7 m 他 一 他 ， b 9 m 坡 n 培 9 m 一 他 m ， b 9 m 2 ： 博 b 9 m m 他 甘 7 8 9 ” ” s 9 9 m 7 s 7 8 9 m 坦 ” s 一 8 9 m 皓 7 7 7 8 9 m 幢 撸 7 b 9 堙 略 7 6 7 b 9 m 他 一 n 7 b 2 = 坞 6 5 7 8 9 m 儿 一 培 7 m 他 s 他 4 7 8 9 m 一 他 培 婚 9 加 t ：1 3 7 g 9 ：! 8 9 m 3 m 他 2 7 8 m 他 b 9 2 9 m 7 ， 7 9 m 垤 培 8 ， 8 9 m 7 0 一 s 9 m 挫 似 o 7 8 9 他 7 ：0，他0，+b m = ：他n 一 北京邮电大学硕士学位论文 设为1 0 微秒。 偏置时间的设定与网络的拓扑和节点对控制包的处理时延有关，如把偏置时 延设为4 0 微秒( 仿真中设定为5 0 微秒) ，3 3 的控制包将会丢失，通过分析易知， 这是由于偏置时间设置过小。如由边缘节点o 发出的包，需要通过四个核心节点 和一个边缘节点来告知边缘节点3 或4 突发数据包的到来，而通过每个节点需要 1 0 微妙的处理时延，这样突发包无论如何都无法在4 0 微秒内到达节点3 或4 ，会 被丢弃，从而产生了2 6 = 3 3 的丢包率。所以偏置时间的初始值设为5 0 微秒。 在实验平台上，组装时间门限最长为1 3 4 毫妙，由于仿真关注与不同长度的 突发包在o b s 网络中的特点，所以将组装门限设为接近最大值1 0 0 毫秒。同时， 为了简化分析，在仿真中取消了光纤延迟线，将其值设为0 。 2 2 2 2 业务产生 网格还处在发展初期，无法预测网格的流量特性。由于本文重点关注的大众 网格，这类网格的服务数量多且种类复杂，因此延用英特网的流量特征。研究表 明，英特网上的流量多呈现自相似性 2 5 1 。所以，仿真业务产生采用自相似业务。 描述自相似性模型，最重要的参数是h ，即h u r s t 参数( 0 5 0 ，r ( r ) 是g a m m a 函数， r ( ，) = f x 1 p “出 - 6 仿真的业务的产生基于u d p 。不基于t c p 流，是由于t c p 2 7 1 传输协议的拥 塞控制和出错重传机制对o b s 网络有很大的影响 2 8 3 3 1 ，大量的研究结果证明， 需要改进o b s 网络或者改进t c p 协议才能让他们彼此协作，完成传输任务。u d p 与t c p 的区别是u d p 没有拥塞控制和出错重传机制，为了去除这些机制的影响， 仿真时用u d p 数据报。 北京邮电人学硕士学位论文 2 2 3 仿真结果和分析 仿真主要改变的是数据突发包长度，在实验平台_ 2 1 2 4 1 ，数据突发包长范围是 6 5 k b y t e - 6 5 m b y t e 。由于仿真平台的限制，仿真的采用的包长范围是 l o k b y t e l m b y t e 。此仿真不考虑优先级。 2 2 3 1 网络流量的设置 为了反映在不同网络负载下这些特征的变化，仿真设置了两套自相似业务参 数。如下表： c o r eb h pp r o c ti m e 0 0 0 0 0 1 ( 1 0 u s ) e d g eb h pp r o c ti m e 0 0 0 0 0 1 ( 1 0 u s ) n of d l e d g en o d en u m b e r 7 c o r en o d en u m b e r 7 b a n d w i d t h c h a n n e l1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ( 1 0 9 ) d e l a y o t o t a ln u m b e rp e rli n k1 0 n u m b e ro fc o n t r o l 2 c h a n n e l n u m b e ro fd a t a 8 c h a n n e l m e d i a l h i g h l o wl o a d l o a dl o a d s e l f s i m i l a rp a c k e t s i z e2 0 0 02 0 0 02 0 0 0 h b 一0 50 50 5 r a t e1 0 0 0 0 02 5 0 0 0 05 0 0 0 0 0 h t 0 5o 50 5 表2 i 仿真参数表 其中，r o t e 为数据源发送速率系数。当r a t e 为6 0 0 0 0 0 时网格达到最大吞吐量。 h i g hl o a d 是以下仿真结果图中的大负载环境的参数，m e d i a ll o a d 是以下仿真结 果图中的中负载环境的参数l o wl 0 a d 是以下仿真结果图中的小负载环境的参数， 大负载是中负载流量的2 倍，小负载流量的5 倍。 2 2 3 2 流量自相似性对网络性能的影响 仿真中，数据报长度是以2 k b ”e 为均值的且具有l 妇n e g a t i v eb i n o m i a l 分布描述 的自相似性。在仿真中如果改变数据报长度的自相似系数h b ，对o b s 网络性能完 北京邮电大学硕士学位论文 全没有影响，仿真输出的所有网络性能相关的值都不受这个参数影响。这是由于 数据报是以2 k b y t e 为平均长度的，而o b s 网络中的数据突发包的长度为这个长度 都是数据报长度的十倍或远大于十倍。在这样的数据突发包长和数据报长的比率 下，可以忽略数据报长度变化的对网络性能带来的影响。 在仿真中改变数据报到达时间的自相似系数是会引起网络时延的变化。在小 业务流和大数据流输入的条件下，数据突发包长度分别为1 0 0 k b y t e 和5 0 0 k b y t e 时， 将数据报到达时间的自相似系数h t ，从o 5 变化至i l j l ，得到表2 2 的数据。 数据突发包长度为1 0 0 k b y t e 数据报达 到时问自相似自相似流时延 数据突发包时延自相似流丢包率 系数( h t ) o 50 0 0 0 40 0 0 0 1 33 5 7 1 5 7 e 一0 6 0 60 0 0 0 4 0 20 0 0 0 1 31 9 0 5 0 1 e 一0 6 0 70 0 0 0 3 9 90 0 0 0 1 31 9 0 5 5 e - 0 6 0 80 0 0 0 3 9 80 0 0 0 1 33 3 3 6 9 8 e - 0 6 0 90 0 0 0 3 9 60 0 0 0 1 33 8 2 0 2 8 e 一0 6 10 0 0 0 4 0 40 0 0 0 1 35 0 1 9 1 3 e 一0 6 数据突发包长度为5 0 0 k b y t e o 50 0 0 1 8 30 0 0 0 4 5 1 6 6 6 7 3 e 一0 6 0 60 0 0 1 7 9 30 0 0 0 4 4 9 o 0 70 0 0 1 8 0 30 0 0 0 4 5 7 14 5 6 2 e 一0 7 0 80 0 0 1 8 l l0 0 0 0 4 5 0 o 9o 0 0 1 8 3 70 0 0 0 4 5 4 7 7 5 3 5 e 一0 7 l0 0 0 1 8 1 10 0 0 0 4 5 7 1 7 0 1 8 e - 0 7 ( a ) 小数据流量环境下 北京邮电人学硕士学位论文 数据突发包长度为1 0 0 k b y t e 数据报达 到时间自相似自相似流时延数据突发包时延自相似流丢包率 系数( h t ) o 50 0 0 0 1 7 90 0 0 0 1 37 9 5 e - 0 5 0 60 0 0 0 1 7 90 0 0 0 1 3 6 4 4 e - 0 5 0 70 0 0 0 1 7 9 0 0 0 0 1 36 8 0 e 一0 5 o 80 0 0 0 1 7 90 0 0 0 1 36 2 4 e - 0 5 0 90 0 0 0 1 7 90 0 0 0 1 35 9 2 e - 0 5 l0 0 0 0 1 7 90 0 0 0 1 36 8 5 e - 0 5 数据突发包长度为5 0 0 k b y t e o 50 0 0 7 1 40 0 0 0 4 57 6 3 e - 0 5 o 6 0 0 0 7 1 90 0 0 0 4 55 3 3 e - 0 5 0 7 0 0 0 7 1 60 0 0 0 4 57 0 3 e - 0 5 0 80 0 0 7 1 30 0 0 0 4 59 4 5 e - 0 5 0 90 0 0 7 1 60 0 0 0 4 59 7 l e - 0 5 10 0 0 7 1 40 0 0 0 4 59 6 6 e - 0 5 ( b ) 大数据流量环境下 袁2 2 改变数据报到达时间的自相似系数对网络性能的影响 分析上表数据，时间自相似系数h t 的改变对数据突发包时延没有影响。 h t 对自相似流时延有影响，但是并没有规律，时延不是随自相似系数的增大 而变长，h i 的改变会引起时延几到十几微秒的变化，这个变化是总时延的1 3 。 h t 对自相似流的丢包率的影响，相对而言比较大，同样没有固定的规律，并 且这些丢包率都在十万分之一的数量级。 总体而言，h t 的变化对光突发交换网络的性能影响没有规律性，且影响比较 小，可以忽略。因此当大众网格业务呈自相似特性时，流量的自相似度对o b s 网 络的性能影响可以忽略。 2 2 ，3 。3 时延 o b s 适中的传输交换粒度( 突发包) 适合承载网格应用中的任务。这些任务 会形成或长或短的数据突发包在光突发交换网络中传输，而数据突发包长度的不 同会影响网络的性能。图2 5 ( a ) ( b ) 分别是突发包长在1 0 k - - 1 0 0 k b y t e s 和 l o o k l m b y t e s 时的数据突发包和自相似流时延。其横坐标单位是b y t e ，纵坐标单 1 2 北京邮电人学硕士学位论文 位为秒。大负载是中负载流量的2 倍，是小负载的5 倍。其中，由于仿真平台限 制，大负载时无法对1 0 k 包长的情况进行仿真。 0 0 o 0 0 u q a 7 。0 0 - 。i o 。| i 意j ? ：| 一。ij ： 0 0 4 ol | _ j ，i 0 3 5 ：j囊一一 0 0 3 i|一 j 澎o 。 0 2 5 o | 蔓一 i - 薹。i 。二j 。! 。掌- - _ 。，。谬雾曩i 誊j i ，叠| j ；) 0 0 2 ，、j 一。一 j ? ：1 _ ：；| ：| 0 1 5 曩_。 。二二二；簿 i | j _ 1 ) 耋i 毒一茹秘j ；j 。誊 | | 。，_ 哆笺：鬈毒 盏。聚i 0 0 i 一i 萎警貉霉器j ：_ i 7 ”| 一。 i 0 0 5 、。 i u 1 0 k2 0 k3 0 k4 0 k5 0 k6 0 k7 0 k8 0 k9 0 k1 0 0 k 一数据包时延( 大负载) 叫卜自相似流时延( 大负载) 数据包时延( 中负载)自相似流时延( 中负载) 叫卜数据包时延( 小负载) 一自相似流时延( 小负载) ( a ) 小包长门限时延 ( b ) 大包长门限时延 图2 5 突发包长对数据突发包和自相似流时延的影响 在图中，三种负载的数据突发包的时延曲线重合，说明数据突发包在只具有 o b s 最基本特征的网络中的传输时延是不会因网络流量而改变。 当网络中的数据突发包长从1 0 k b y t e 变化到1 m b y t e 的过程中，包长扩大了1 0 0 倍，而数据突发包时延从5 8 微秒变化到8 4 8 微秒，扩大了1 5 倍，这说明数据包 长的增长会加大数据包在网络中的传输的时延； 北京邮电人学硕士学位论文 同时，自相似流时延在小负载时从7 8 微秒变化到3 5 7 2 微秒，扩大了4 1 倍； 自相似流时延在中负载时从6 6 微秒变化到1 9 4 4 微秒，扩大了2 9 倍；自相似流时 延在大负载时从7 5 微秒( 2 0 k ) 变化到1 3 8 7 微秒，扩大了1 8 倍。 在这个仿真模型中，自相似流时延= 数据突发包组帧时延+ 数据突发包传输 时延，自相似流的时延增长速度比数据突发包快，这是由于数据突发包的组帧所 需时间也随着包长的增长而加大。并且，这个增长速度受网络流量的影响，当网 络流量大时，可以更快地汇聚形成数据突发包，减小组帧时间。这就出现了，在 光突发交换网络中，流量小反而时延大的特点。 在仿真过程中虽然有设置l o o m s 的组帧时延门限，但是，即使在小负载，数 据突发包长为2 m b y t e 时，自相似流的时延达到的最大值为7 0 7 6 m s ，也远小于组 帧时自j 门限。这个组帧时间门限在整个仿真中不起作用。 在实际网络中，语音和视频业务的传输最大延迟容忍一般可以达到l o o m s 左 右，所以按具体的网络要求将时间门限设置为几到几十毫秒毫秒时，既可以给数 据突发包提供足够的流量汇聚时间，形成较长的数据突发包，保证o b s 网络的使 用效率。又可以保证在网络流量很低时，时延敏感型业务可以顺利传输。 2 2 3 4 丢包率 图2 6 ( a ) ( b ) 是，当网络中传输的数据突发包从1 0 k b y t e 到1 m b y t e 时自相似流 的丢包率。其中，横坐标是数据突发包长度，单位是b y t e 。在小包长门限的条件 下，自相似流丢包率随包长的增大而减小，而当包长到达一定值时，如文中是7 0 k ， 丢包率将在一定值附近波动，不再随包长的增大而减小。 由此可知，o b s 网络当突发包长过小时丢包率会比较大，但是当突发包长超 过一定值时( 如本文是7 0 k b ”e ) 时业务层的丢包率受数据突发包长的影响不大，