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浙江工业大学硕+ 学位论文 r e d 算法在o b s 边缘节点中的研究与应用 摘要 随着互联网上新兴的数据业务呈爆炸式的增长，波分复用技术得 到了快速的发展以满足人们对带宽的需求。但是光交换能力的不足成 为限制光纤通信网络性能进一步发展的瓶颈。光突发交换( o b s ) 技 术是一种介于光线路交换( o c s ) 和光分组交换( o p s ) 之间的实用光交 换技术。本文针对o b s 网络中边缘节点的队列管理技术进行了研究， 并尝试将随机早期检测( r e d ) 算法应用于o b s 网络的队列管理。同 时，以a r m 9 硬件平台实现了o b s 网络边缘节点的基本功能。本文所 作的工作可分为以下三个部分： 1 将主动队列管理( a q m ，a c t i v eq u e u em a n a g e m e n t ) 技术引入 到o b s 网络边缘节点中。并且采用o p n e t 软件仿真了r e d 算法和两 种自适应r e d 算法( w - a r e d 和m a r e d ) 在o b s 网络中控制网络 吞吐量方面的性能。仿真结果表示：r e d 算法、w - a i l e d 算法( 自适 应地修改r e d 算法中的w p 参数) 和m a r e d 算法( 自适应地修改 r e d 算法中的m a x d 参数) 能够有效地改善o b s 网络的性能。 2 通过给l i n u x 内核添加后门函数，以及编写相关功能模块函数 加载到内核的方式，在软件层面上实现了在物理层和网络层中添加 o b s 层的工作。 3 设计了o b s 网络中突发控制包( b c p ) 和突发数据包( b d p ) l i 浙江工业大学硕士学位论文 的帧格式，并对相关的数据结构进行了分析。以a r m 9 硬件 础实现了o b s 边缘节点中b c p 和b d p 数据包收发的基本功 关键词：光突发交换，边缘节点，r e d ，l i n u x ，a r m 浙江工业人学硕士学位论文 s t u d ya n da p p l i c a t i o no f r e d a l g o r i t h m i no b se d g en o d e a bs t r a c t w i t ht h ee m e r g i n gd a t as e r v i c e so nt h ei n t e r n e te x p l o s i v eg r o w i n g ， 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 gt e c h n o l o g yh a s b e e nd e v e l o p e dr a p i d l yt o m e e tt h ep e o p l e sd e m a n df o rb a n d w i d t h h o w e v e r ，t h ei n a d e q u a t eo p t i c a l s w i t c h i n ga b i l i t yo f t h ec u r r e n to p t i c a ln e t w o r k sb e c o m e st h eb o t t l e n e c kf o r f u r t h e r l yd e v e l o p i n gt h ep e r f o r m a n c eo fo p t i c a ln e t w o r k s o p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ( o b s ) t e c h n i q u ei sap r a c t i c a ls w i t c h i n gt e c h n i q u e ，w h i c hi sa l s o at r a n s i t i o n a lt e c h n i q u eb e t w e e nt h eo p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ( o c s ) a n d o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ( o p s ) i n t h i sd i s s e r t a t i o n ，t h eq u e u em a n a g e m e n t t e c h n i q u ei no b se d g en o d ei ss t u d i e d a n dt h ep e r f o r m a n c eo fr a n d o m e a r l yd e t e c t i o n ( r e d ) a n dt w ov a r i a n t sa l g o r i t h m s a r es i m u l a t e da n d d i s c u s s e d b e s i d e s ，t h eb a s i cf u n c t i o n so fo b se d g en o d ea l ei m p l e m e n t e d b ya r m 9p l a t f o r m t h ea u t h o r sw o r k sd o n ei n t h i sd i s s e r t a t i o na r ea s f o l l o w s ： f i r s t l y ，t h ea c t i v eq u e u em a n a g e m e n t ( a q m ) t e c h n i q u ei sa d o p t e d i v b yt h eo b se d g en o d e m o r e o v e r ，r e da n dt w os e l f - t u n i n g r e d ( w a r e da n dm a r e d ) a r es i m u l a t e db yo p n e tc o n c e r n i n g t h e p e r f o r m a n c eo ft h o u g h t p u to fo b s n e t w o r k s s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t r e d ，w - a r e d ( s e l f - t u n i n gt h ew pp a r a m e t e ri nr e d ) a n dm a r e d ( s e l f - t u n i n g t h e m a x pp a r a m e t e r i n r e d ) i m p r o v e t h en e t w o r k p e r f o r m a n c e s e c o n d l y ，t h eb a c kd o o rf u n c t i o ni sa d d e d i n t ol i n u xk e r n e lw h i c hc a n b ep r e p a r a t i o no ff l e x i b i l i t yi nt h er e l e v a n tf u n c t i o n a lm o d u l e sl o a d e di n t o k e r n e l i na d d i t i o n ，t h eo b sl a y e ri sa d d e db e t w e e nt h ep h y s i c a ll a y e ra n d n e t w o r kl a y e r f i n a l l y ，t h ef r a m e w o r k so fb u r s tc o n t r lp a c k e t ( b c p ) a n d b u r s td a t a p a c k e t ( b d p ) a r ed e s i g n e d a n dc o r r e s p o n d i n g d a t as t r u c t u r e sa r ea n a l y z e d a n dt h eb a s i cf u n c t i o n so fo b se d g en o d es u c ha st h es e n d i n ga n d r e c e i v i n go fb c p a n db d pa r ei m p l e m e n t e db ya r m 9 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 ，e d g en o d e ，r e d ，l i n u x ，a r m v 浙江工业大学硕士学位论文 目录 摘要i i a b s t r a c t i v 目蜀之v i 第1 章绪论1 1 1 光网络的研究背景1 1 2 光交换的三种不同实现方式1 1 2 1 光线路交换。l 1 2 2 光分组交换2 1 2 3 光突发交换2 1 3 三种光交换方式的比较3 1 ，4o b s 在国内外的研究现状4 1 5 光交换网络的演变与发展趋势5 1 6 本文主要内容及章节安排一6 第2 章o b s 网络结构及功能7 2 1o b s 体系结构7 2 2 光突发交换边缘节点8 2 2 1 o b s 边缘节点结构8 2 2 2o b s 边缘节点功能结构9 2 3o b s 边缘节点汇聚功能1 0 2 3 1 固定汇聚时间算法1 1 2 3 2 【司定汇聚长度算法1 1 2 3 3m s m a p 算法。12 2 4 信道调度算法13 2 4 1 l a u c 算法1 3 2 4 2l a u c v f 算法15 2 5 光突发交换核心节点1 6 2 6 本章小结16 第3 章光突发交换的拥塞控制技术1 7 3 1 队列管理技术概述1 7 3 2 随机早期检测算法( r e d ) 算法1 8 3 2 1 平均队列长度计算。18 3 2 2 包丢弃概率的计算1 9 3 2 ，3r e d 算法分析2 0 3 3 两种自适应r e d 算法的算法原理一2 0 3 3 1 动态调节w q 的自适应r e d 算法2 1 3 3 2 动态调节m a x p 的自适应r e d 算法2 l v l 浙江工业大学硕士学位论文 3 4 仿真分析：2 2 3 5 本章小结2 4 第4 章o b s 边缘节点的方案设计2 5 4 1o b s 边缘节点的硬件结构2 5 4 1 1 a r m 处理器简介2 5 4 1 2c s 8 9 0 0 网卡介绍一2 5 4 1 3o b s 边缘节点网络接口模块设计2 6 4 2利用m o d u l e 修改l i n u xt c p l pk e r n e l 2 8 4 2 1l i n u x 内核修改的两种方法2 8 4 2 2 利用k e r n e lm o d u l e 修改l i n u xt c p i p 核心程序：2 9 4 - 3 本章小结3 2 第5 章o b s 边缘节点的软件实现3 3 5 1l r n u x 下i p 数据传输过程3 3 5 2 网络系统中的主要几种数据结构o 3 4 5 3 数据传送的实现过程3 6 5 4o b s 的分层结构3 7 5 5o b s 网络帧格式及基本数据结构的设计3 8 5 5 1i p 帧格式3 8 5 5 2 突发数据帧格式3 9 5 5 3 突发控制帧格式4 0 5 5 4o b s 层几个主要数据结构4 2 5 5 5 突发包的发送过程4 4 5 6o b s 边缘节点实验，4 7 5 7 本章总结4 8 第6 章总结与展望4 9 6 1 总结一4 9 6 2 展望4 9 参考文献5 l 致谢5 5 攻读学位期间参加的科研项目和成果5 6 浙江 业人学硕士学位论文 1 1 光网络的研究背景 第1 章绪论 随着i p 技术在互联网中的广泛使用，数据业务出现了急剧性的增长，其必然 要求未来的网络有更高的带宽和对分组数据业务的高效支持【l 】。为了满足人们对高 带宽的需求，密集波分复用技术得到了长足发展。它使得在单根光纤上传输多路 速率大于g b s 的信号成为可能。目前，单根光纤信道速率为1 0 g b i t s ，承载的信 道波长数超过1 0 0 的系统已经实现商业化【2 】。同时随着光放大技术的应用，光通 信的距离得到了延伸，光纤通信已逐步发展成为能够承载未来高速网络流量的通 信平台之一【3 ，4 】。目前普遍采用的通信系统是i po v e rs d h 方案，然而该方案由于需 要有较快的光电转换响应时间以及存在光交叉互连器件和上下路设备在带宽上的 限制，造成了网络节点的电子瓶颈。为解决这一问题，提出了一种采用全光交换， 实现对i p 包透明传输的i po v e rw d m 方案【5 ，6 】。 1 2 光交换的三种不同实现方式 全光交换是实现全光网的关键。目前，有三种不同的交换方式：1 ) 光线路交 ( o c s ，o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) 【7 】，2 ) 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 ) f 8 ，3 ) 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 ) 刚o 】。 1 2 1 光线路交换 光线路交换是以波长为基本交换单位的粗粒度的交换方式。其主要思想是： 通信双方在开始通信前，网络的控制系统根据源端的连接请求先建立一条用于源 节点和目的节点通信的光通道。光通道建立成功后，给源端回复一个光通道成功 浙江工业人学硕士学位论文 建立的确认信息，源端收到确认信息后开始传送数据，数据在该通道传送的过程， 该波长通道将一直被占用。 该交换方式的主要优点有：自愿的资源双向预留和波长路由，技术简单，易 于实现。但由于这种交换方式的粒度较大，所以如果源端发送的是突发业务，就 会造成带宽利用率低，波长信道不能有效复用的特点。 1 2 2 光分组交换 光分组交换是以光分组为基本交换单位的细粒度的交换方式，能实现统计复 用，带宽利用率较高。其主要思想是：通信双方在数据传输前不用建立路由、分 配资源，业务数据和分组头一起放在同一光路中传输。由于目前没有光域的随机 存储器，所以需要采用一定的光缓存来解决分组交换中的拥塞问题。这种交换方 式有效地实现了信道的带宽复用，最大限度地提高了网络的带宽利用率。但是， 光分组交换对如何解决长时延和高速光缓存器、高速光交换矩阵、光分组头的光 处理和光同步、光时钟的提取与恢复的问题仍存在一定的难度。因此这种交换技 术离大规模的应用还有较远的距离。 1 2 3 光突发交换 光突发交换是由q i a oc h u n m i n g 等人提出的一种以突发数据包为基本交换单 位的交换方式。它综合了光线路交换和光分组交换的优点，同时克服了他们的不 足，是目前较为理想一种快速光交换方式。其主要思想是：在控制信道和数据信 道上分别传输突发控制包( b c p , b u r s tc o n t r o lp a c k e t ) 和突发数据包( b d p , b u r s t d a t ap a c k e t ) 。b c p 中携带了对应突发数据包的相关信息，包括突发包的长度、偏 置时间的大小、优先级、目的节点等。在数据传输开始时，b c p 将先于b d p 传送， b c p 到达中间节点后，进行光电光转换和相关信息处理，为随后到来的b d p 设 置好全光通道。 光突发交换技术主要有几下几个优点： 一、突发控制包( b c p ，b u r s tc o n t r o lp a c k e t ) 和突发数据包( b d p ，b u r s td a t a p a c k e t ) 的分离，这种分离指的是在空间和时间的二维空间上的分离。空间分离是 2 浙江t 业大学硕士学位论文 指采用带外信令的b c p 和b d p 在不同的波长信道上传输，在核心节点b c p 被转化 为电信号，核心节点根据b c p 里的q o s 等级和路由等信息为相应的b d p 设置交换矩 阵使其能在光域内透明传输；时间上的分离是指边缘节点首先发送突发控制包经 过一定的偏置时间( o f f s e tt i m e ) 后再发送突发数据包，这样就能给核心节点预留一 段时间来处理突发数据包。 二、资源单向预留。光突发交换采用单向资源预留方式，边缘节点发送突发 控制包后不需要得到确认就可以发送突发数据包，这样就提高了带宽利用率。从 这个意义上说光突发交换技术类似于光分组交换技术。 三、突发数据包在中间节点的直通，不需要存储转发。由于光突发交换引入 了偏置时间的概念，因此核心节点可以提前为数据包预留光域的信道资源，所以 光突发交换可以不采用光缓存，但是光突发交换中也可引入光缓存来降低阻塞率， 提高网络的整体性能。 四、包长可变。光突发交换采用可变的数据包长，通常这种突发包又可称为 b u r s t 包。由于i p 业务具有显著的自相似性，收发数据的不对称性和服务器的拥塞 等特点，如果使用固定包长的话，信息流的突发本质会带来很差的传送效率，但 是采用可变的包长增加了核心节点的处理复杂度，需提取出突发控制包的包长信 息来配置光交换矩阵的切换时间【1 1 】。 1 3三种光交换方式的比较 下表1 1 对三种光交换技术在交换粒度、带宽利用率、交换速度、处理开销、 业务适应性、实现复杂度等方面进行了简单的比较。 浙江工业人学硕士学位论文 表1 1o c s 、o b s 、o p s 三种光交换技术的比较 交换技术 o c s o b so p s 交换粒度粗中等细 带宽利用率低较高高 交换速度慢中等高速 处理开销低 低高 业务适应性低 较高 高 持续时间高低低 实现复杂度低适中高( 未成熟) 全关缓存不需要非必需需要 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。与o 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、支持网络中的突发业务流，而o c s 只支持话音业务等固定业务流。 与o p s 相比，o b s 减少了对光器件尤其是光缓存和光逻辑器件以及精确时钟同步 控制的需求、b c p 擦写简单、同步简单( 由于b c p 与b d p 之间的关系相对松散) ， 降低了网络实现的复杂度和成本，并且无需像o p s 需要在分组级别上进行数据处 理，从而易于实现【1 2 】。 1 4o b s 在国内外的研究现状 o b s 网络的研究开始于1 9 9 8 年，以纽约州立大学的q i a o c 等发表的论文 ( ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g an e wp a r a d i g mf o ra l lo p t i c a li n t e m e t ) ) 为标志。此后o b s 受到了国内外越来越多的研究机构和学者的重视。包括加州大学d a v i s 分校、东京 大学等高校和研究机构开始针对o b s 的网络构架、理论算法、控制协议等进行研 究；美国纽约州立大学b u f f a l o 分校和诺基亚研究中心的m y o o 、c q i a o 等则提出 了一种j e t ( j u s te n o u g h t i m e ) 信令协议，并研究了基于该协议的核心节点的结构和 性能，他们还进行了o b s 交换中的组播和多协议标签交换( m p l s j m u l t i - p r o t o c o l l a b e ls w i t c h i n g ) 在o b s 交换中的应用研究，提出了一种o b s 和m p l s 相结合的 4 浙江工业大学硕士学位论文 标签光突发交换( l o b s ，l a b l e do p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 技术1 3 1 ；英国的u i n v e r s i t y c o l l e g el o n d o n 的e b a y v e l 等人则提出了一种类似于光线路交换的基于波长路由的 光突发交换( w r o b s ，w a v e l e n g t hr o u t eo p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 技术。该技术采用 的是双向资源预留的方式，有效的保障了通信的服务质量，但降低了网络的灵活 性和带宽利用率【1 4 1 。 在国内，北京邮电大学从2 0 0 2 年开始对o b s 网络进行了研究，并于2 0 0 6 年 建立了国内第一个o b s 实验网络。此外，上海交通大学、电子科技大学、北京邮 电大学、北京大学等高校也已经开始了对o b s 网络的研究工作。北京邮电大学、 上海交通大学和武汉邮电科学院则联合申请了国家“8 6 3 项目：“光突发交换关 键技术和试验系统”。 1 5 光交换网络的演变与发展趋势 时i 司 图1 - 1 光交换网络的演变与发展趋势 图1 1 所示，可以看到，随着不断增长的业务需求和技术的发展，光交换网络 会从现阶段的需要光电光( o e o ) 转换的点到点的w d m 链路过渡到波长路由的环状 网进，而到波长路由的网状网，然后经过光突发交换网络发展为最终的光分组交 换网络，为实现更灵活、更有效的新一代光网络提供解决方案。 浙江工业大学硕士学位论文 1 6 本文主要内容及章节安排 第一章绪论部分：本章主要介绍了光突发交换的研究背景，对三种不同的光 交换技术进行了比较，引出了o b s 的优点，另外对o b s 的研究现状做了分析，对 光网络的发展做了介绍。 第二章o b s 网络结构及功能。本章首先从整体的角度介绍了o b s 的体系结 构。然后，从边缘节点的功能结构角度，进一步介绍了o b s 边缘节点的主要功能 模块和核心节点的功能结构，其中重点介绍了三种不同的汇聚算法和两种不同的 调度机制。 第三章光突发交换的拥塞控制技术。本章主要介绍主动队列管理算法的原理 并对r e d 算法和两种自适应r e d 算法( w - a r e d 算法和m a r e d 算法) 在o b s 网络环境中应用进行了研究。仿真结果说明了这两种自适应r e d 算法均改善了 r e d 算法的性能。由于o b s 网络本身是一种缺少缓存器件的网络，因此以r e d 算法为代表的a q m 技术一定会在o b s 网络中得到更多的应用和发展。 第四章o b s 边缘节点的方案设计。本章主要介绍o b s 边缘节点的硬件结构， 包括c s 8 9 0 0 网卡芯片的介绍以及网卡和a r m 9 的接口电路设计。同时还研究了 如何利用m o d u l e 来修改l i n u xk e r n e l ，包括l i n u x 内核的两种具体修改方法及优劣， 如何通过m o d u l e 的加载在l i n u x 内核中实现o b s 的相关功能。 第五章本章从i p 数据包在l i n u x 系统下的传输开始介绍，介绍了相关的几种 主要数据结构和传输的实现过程。接着介绍了o b s 层在l i n u x 下的各分层结构的 功能，以及在加入o b s 层后突发包在o b s 层的具体传送过程，以及传送过程中需 要用到的几种帧格式以及突发包的数据结构。最后本文还搭建一个简单的实验平 台，通过在l i n u x 内核插入打印显示的后门函数，验证了o b s 功能在l i n u x 系统 的实现。 第六章全文的总结以及对今后工作的展望。 6 浙江t 业大学硕士学位论文 第2 章o b s 网络结构及功能 本章主要介绍光突发交换的网络体系结构，以及边缘节点在突发数据处理过 程中用到的主要功能。 2 1o b s 体系结构 图2 1 光突发交换网络结构 如图2 1 所示，光突发交换网络由边缘节点、核心节点和w d m 链路等组成。 边缘节点入口处主要处理的是来自不同网络的数据包，并按照他们不同的目的地 址或者服务等级( q o s ，q u a l i t yo fs e r v i c e ) 等信息，对数据进行分类组装。在组装 器组装好一个b d p 后相应的生成一个b c p ，随后通过一定的调度机制，b d p 和 b c p 被调度到相应的波长通道上，继而被发往相邻的核心节点进行处理。核心节 点首先处理的是b c p ，b c p 中携带了相应b d p 的相关信息，包括路由信息，数据 包长度信息以及偏置时间信息等。核心节点通过光电光的转换以及对以上信息的 处理，来控制核心节点处光矩阵的交叉连接，从而实现b d p 能在光通道的低延迟 传送。边缘节点的出口处主要处理的是突发包的拆包，然后通过不同的网络接口 将数据包发往相应的子网或终端用户。 如图2 2 所示【1 5 】，在o b s 网络中，b d p 和b c p 分别在不同的波长通道中传 输，并且在传送过程中先在控制信道上发送b c p ，一定的偏置时间后发送相应的 b d p 。b c p 携带了随后发送的b d p 的数据包长度，波长路由，优先级等信息，这 7 浙江1 ：业人学硕七学位论文 些信息在中间节点进行相应的处理，通过对光矩阵的配置和路由判断，实现了b d p 在光通道的透明传输。另外，一个合适的偏置时间可以保证一定的q o s 并且在中 间节点无需光存储和光同步。一般情况下，b c p 可以在一个或几个控制信道上传 输，b d p 则可以在其余的不同数据信道上传输。 二二二三三口 数据信道。 突发数据r l b c p nb c p l 厂厂 一 卜偏置时间t 图2 - 2b d p 与b c p 传输示意图 数据信道n b c p 控制信道 2 2 光突发交换边缘节点 2 2 1o b s 边缘节点结构 如图2 3 所示，o b s 边缘节点的主要功能除了提供与子网( 如以太网) 的接 口，完成数据包汇聚为突发数据分组( b d p ) 、突发控制分组( b c p ) 数据包的发 送和接收任务外，还必须完成汇聚解汇聚过程、队列管理功能以及调度过程等。 汇聚过程是将来自子网的数据包( 如以太网数据) 按照一定汇聚规则( 如时间门 限汇聚、长度门限汇聚或者混合门限汇聚) 形成一个较大的数据包，即b d p ，并 产生对应的b c p 。队列管理将按照b d p 的目的地址或者q o s 要求对b d p 进行排 队处理，进而起到一定的拥塞控制作用。调度过程则是按照一定的调度规则将队 列中的b d p 和b c p 发送到合适的输出端口【1 6 】【1 7 】。 8 浙江工业大学硕七学位论文 以太| x 司9 l一l 1厂 1 r o b s - 以太网接口 汇聚，解汇聚模块 队列管理模块 调度模块 光 擎制信堪 b c p q 复发模块 电 、，r 转 挈据信堪b d p 收发模块 换、r 图2 3o b s 边缘节点 图 i - _ 一 2 2 2o b s 边缘节点功能结构 边缘节点主要功能有分类、汇聚解汇聚、排队、调度、接收发送。在边缘节 点处，数据通过线卡输入，路由模块根据i p 分组的目的地址分类，组装器根据q o s 等级进行分类组装，将组装成的突发数据包放入队列，由调度器调度后由发送模 块传输n o b s 网络中 1 8 , 1 9 。在汇聚生成突发数据分组b d p 的同时也生产了相应的控 制分组b c p 。每个b c p 对应于一个b d p ，它包含对应突发数据分组的一些基本信息， 比突发数据长度，目的节点等，b d p 和b c p 被发送到相应的信道上传送。典型的 o b s 边缘节点功能结构如图2 4 所示。 9 浙江工业大学硕士学位论文 广：= = 控制傲 - i 线卡卜 - b d p 队列 刊二ol 分类器 汇聚 r ll i r 殳, l 2 5l - 厂耍f 1 - l b c p g a 歹u l lb c pi数据创 叫一r 倒 ( a ) 发送部分 磊1 控制信j l 线卡卜 i p 队 也嗡二 数据信退 列控 解 发送 一卜汇 制与 聚 i 线卡卜 调度 幽一 ( b ) 接收部分 图2 - 4o b s 边缘节点功能结构 2 3o b s 边缘节点汇聚功能 为实现在o b s 边缘节点中传送数据，必须将数据分组适配成突发分组，适配 的过程主要用到了o b s 边缘节点的突发汇聚功能。 突发汇聚( b u r s ta s s e m b l y ) 机制是通过一定的算法根据i p 分组的目的地址和 q o s 特性将i p 分组聚合成突发数据包，它是o b s 边缘网络中的一项关键技术，直 接影响到o b s 的性能。这里首先有必要提下的是偏置时间，o b s 用户先传输一个 b c p ，在一定的偏置时间后发送突发数据。这个偏置时间允许b c p 在突发数据包 到达前在经过的传输路径上预留必要的资源。另外，o b s 节点需要这个偏置时间 建立他们的交换矩阵使得突发数据包能够在没有光缓存的情况下直接通过。理论 上，偏置估计应该根据从源节点到目的节点的节点个数和当前网络的拥塞程度进 行。一个不正确的偏置估计会使得在光交叉连接完全建立之前突发数据包已经到 达o b s 节点从而造成数据丢失，因此，确定偏置时间对o b s 网络来说也是一个主 要问题，这里可以通过突发数据的丢弃率来衡量它的有效性。 简单的说汇聚就是在o b s 网络的边缘节点，边缘路由器将多个l p 分组汇聚成 一个光突发分组。目前常用的汇聚算法有：1 ) 基于固定汇聚时间( f a p , f i x e d a s s e m b l yp e r i o d ) 的汇聚算法，2 ) 基于固定汇聚长度( f a s ，f i x e d a s s e m b l ys i z e ) 的汇聚算法，3 ) 同时考虑到汇聚时间和汇聚长度( m s m a ) 【b u r s t s i z em a x l o 浙江工业大学硕+ 学位论文 a s s e m b l yp e r i o d ) 的汇聚算法【2 0 2 1 2 2 1 。 2 3 1固定汇聚时间算法 固定汇聚时间算法是一种相对简单的汇聚算法。其主要思想是：对到达的分 组数据根据不同的目的地址或者q o s 进行汇聚组装，当汇聚时间达到之前设置的 一个门限值时，汇聚结束。相同类型的i p 分组汇聚成一个b d p ，同时生成一个 b c p ，为其预留相应的资源。图2 5 为f a p 的算法状态转移图。 1 、将到达的分组根据目 的地址和0 0 s 放到相应的 。 完成一些 产生 分组。 计数 ( 默认) 图2 - 5f a p 算法状态转移图 这种算法的实现较为简单，但是用这种算法生成的b d p 会有一个周期性，容 易引起网络的连续冲突。并且当负载较大时，生成的b d p 过大，导致偏置时间的 设置也会过大，进而影响到实时性要求较高的业务质量【矧。 2 3 2 固定汇聚长度算法 由于固定汇聚时间算法存在的一些不足，人们很自然地想到了另种算法一 固定汇聚长度( f a s ) 算法。其主要思想是：将到达的数据分组根据不同的目的地 址或者q o s 汇聚到不同的队列中，当队列的长度到达之前设置的门限值时，汇聚 浙江工业大学硕士学位论文 结束。相同类型的口分组汇聚成b d p ，并生成相应的b c p ，为其预留相应的资源。 如图2 - 6 为固定汇聚长度算法的状态转移图。 完成一些 产生 分组。 计数 图2 - 6 f a s 算法状态转移图 固定汇聚长度算法也比较简单且易于实现。但该算法也存在严重的弊端，即 当接入负载很低时，汇聚时间将非常大，很可能超过实时业务的门限。 2 3 3m s m a p 算法 最大长度最大汇聚时间算法综合了f a s 和f a p 算法的优点，同时避免了它们 的不足。其主要思想是：当汇聚队列的长度达到汇聚门限或其相应的最大时延达 到汇聚时间门限时，就产生突发数据包，并生成相应的b c p ，为其预留相应的资 源。如图2 7 是m s m a p 算法的状态转移图。 1 2 浙江工业人学硕士学位论文 。1 、将到达的分组根据目 的地址和q o s 放到相应的 完成一些 图2 7m s m a p 算法状态转移图 2 4 信道调度算法 产生 分组。 计数 信道调度算法是一种关于如何分配信道资源给特定的资源请求的算法。在 o b s 边缘节点中，当有新的突发数据包组装完成时，需要通过调度算法为其选择 一个合适的波长通道进行传送。一种有效的调度算法能在有限的带宽下极大的改 进带宽利用率