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北京f | i | 5 b 大学博b 学位论文 摘要 光突发交换网络若干关键技术研究 摘要 光突发交换技术( 0 b s ) 是近年来光交换技术研究领域的热点。由于 光突发交换结合了光路交换( 0 c s ) 与光分组交换( 0 p s ) 的优点，同时 也避免了它们的不足，有望成为下一代光网络的核心交换技术。 由于国内外对o b s 技术的研究刚刚启动不久，一些相关理论与技术还 不成熟，因此，本论文的研究着眼于o b s 网络的关键理论与技术问题，对 现有的o b s 网络的体系结构、控制协议、突发装配策略、资源竞争解决机 制以及服务质量保证机制等关键理论技术进行了全面、系统的研究，并针 对研究中发现的一些问题和不足，提出一些新的思路、算法或者策略。以 下是本论文的创新性工作： ( 1 ) 提出了一种新型的资源预留和路由机制基于分割的资源预留 与路由机制( p l u 娘s ：p a n i t i o n - b a s e dr e s o u r c er e s e a t i o na n dr o u t i n g s t r a t e g y ) 。p 融汛s 机制把一个o b s 网络的所有核心节点分割成几个自治 区。在自治区内和区间施行不同的路由机制，结合了f p r 和 玎躲两种路 由机制的优点，仿真结果表明，在可扩展性，总体吞吐量以及平均端到端 延时方面p i 源r s 机制在f p r 和 玎l 两种机制之间取得了一个折中的效 果，同时，p i u 承s 机制的节点处理时间低于啪t 机制，突发阻塞率低于 f p r 机制。 ( 2 ) 提出了一种基于自适应突发装配长度和周期的允许不同c o s 混装 的组合式装配方案( c b a s ：c o m p o s i t eb u r s t a s s e m b l ys t r a l i e g yw 油a d 印t i v e a s s e m b l yl e n g t l la n dp e r i o d ) ，其特点概括如下： 首先，c b a s 采用时延最小、装配粒度最大的集中数据排队方式。 其次，c b a s 采用本文首次提出的流量负载高低判决法实施突一 北京邮电大学博j 二学位论文 摘要 策略。在实施突发装配过程中，设置流量负载监视参数，每完成一次突发 装配过程则根据当前流量负载监视参数及当前突发装配长度和周期的阈值 三者结合起来综合判断当前阈值是否适用于当前流量负载情况，从而使突 发装配长度和周期随流量负载情况逐渐调整，直至适合于当前流量状况。 再次，c b a s 允许相同目的边缘节点地址而c o s ( c l a s so f s e r v i c e ) 不 同的数据在一定策略下混装在同一突发中，一方面满足了突发装配长度最 小值的要求，另一方面可以利用现有可利用的资源将较低c o s 等级的数据 一并装配到突发包中并发送出去，做到了资源的合理利用。 最后，在c b a s 策略下，突发装配粒度和最大装配时延均在严格监控 之下，保证了服务质量。通过仿真验证可以得到，c b a s 的突发阻塞率较 其他几种突发装配方案更低，能有效地避免连续冲突问题。 ( 3 ) 提出了一种改进的偏射路由策略基于负载平衡的偏身潞由策 略( l b d r s ：l o a db a l a n c i n gb a s e dd e f l e c t i o nr o u t i n gs 仃a t e g y ) 。在曲d r s 偏射路由策略中，当竞争发生时，不是按照通常采用的h o tp o t a t o 算法或者 最短路径作为偏射路由对竞争的突发进行偏射，而是根据当前节点的下一 跳节点的流量负载情况决定偏射路由。另外，为了避免不必要的偏射，基 于偏置时间的考虑，l b d r s 在突发控制分组中加入了“当前最大剩余跳数” 这一字段。控制分组每经过一个核心节点，此字段值减1 。l b d r s 以此字 段值作为当前是否偏射以及选择哪条路由路径偏射的重要依据之一。仿真 结果表明，l b d r s 较传统偏射路由策略和最短路径路由策略，突发阻塞率 最低，有效地解决突发竞争问题，改善网络性能。 ( 4 ) 提出了一种在0 b s 网络中融合多种竞争解决技术的q o s 保障方 案，该方案在低优先级直接丢弃算法的基础上，采用由l a u c v f 算法、 偏射路由、突发分片技术几种竞争解决技术相结合的竞争解决机制，来增 强光突发交换网络的服务质量保障能力。通过将本方案与q i a oc h u n m i n g 北京邮i 乜火学博士学位论文 摘要 提出的基于额外偏置时间的q o s 机制的比较，由于本方案采用等效的低优 先级直接丢弃机制，避免了在基于额外偏置时间的q o s 机制中由于额外偏 置时间的增加导致的网络延迟的提高，同时，结合l a u c v f 算法、偏射 路由、突发分片技术有效地减少了突发丢包现象，保证了0 b s 网络中关键 业务的传输质量，增强了o b s 网络的资源利用率。仿真结果表明，提出的 新的方案与其他几种方案相比，本方案可以有效的增强光突发交换网络的 服务质量保障能力。 ( 5 ) 提出了一种新型的动态负载平衡策略，用于解决基于负载均衡考 虑的整个网络从源端到目的端的基本路径的选择问题。在提出的新型的动 态负载平衡策略中，首先从整个o b s 网络的负载均衡出发，对网络流量建 模，确定目标函数，使当前网络所有光纤链路上剩余带宽的最小值最大化。 根据建立的负载平衡数学模型来定义o b s 网络中经由各节点通往各目的节 点的基本路由路径组，并确定各路径的最大使用频率比例。在路由选择过 程中，根据当前各路径的剩余使用频率值来决定当前路由路径。此方法不 仅适用于0 b s 网络边缘节点为突发确定路由路径时的基本路由路径选择， 也适用于核心节点发生竞争时的偏射路由路径选择。仿真结果表明，采用 本文提出的新型的动态负载平衡策略可以有效地减少资源竞争的发生，降 低突发阻塞率，充分地利用网络链路资源，明显提高系统的承载能力，增 强o b s 网络的q o s 保障能力。 关键词：光突发交换突发装配资源预留突发竞争偏射路由负载平衡 北京邮电大学博士学位论文a b s t r a c t r e s e a r c ho ns o m ek e yt e c h n o l o g yo f o p t i c a lb u r s ts w i t c h e dn e t w o r k s a b s t r a c t 0 p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) ，w h i c hi sap r o m i s i n gh y b r i d 印p r o a c h b e t w e e n c o a r s e - g m i n e do p t i c a l c i r c u i t s w i t c h i n g a 1 1 d f i n d 。g r a i n e do p t i c a lp a c i ( e ts w i t c h i n g ，h a sb e e nah o tt o p i ci na c a d e r n y _ t h eb e n e mo fo b so v e rc o n v e 嘶o n a lc i r c u i ts w i t c h i n gi st h a tt h e r ei s n on e e dt od e d i c a t eaw a v e l e n g t hf o re a c he n d - t o e n dc o n n e c t i o n a n d o b si sm o r ev i a b l et h a n o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n gb e c a u s em ed a t ab u r s t d o e sn o tn e e dt ob eb u f r e r e do rp r o c e s s e da tt h ei n t e m e d i a t 苦c r o s s c o n n e c t s t h i sa l l o w st h ep r o b l e mo fb u f r e r i n gi n 廿l eo p t i c a ld o m a i nt o b ec i r c u n l v e n t e d s of 犯a l t 壬1 0 u g ho b sh a sb e e ns t u d i e df o rs e v e r a ly e a r sb ym a l l y i n s t i t u t e s ，i th a s n tb e e nd e v e l o p e dt ob eas e to fm a t u r et h e o r ya n d t e c h n i q u e a c c o r d i n g l y ，t 王1 ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ek e vi s s u e so n o p t i c a lb u r s ts w i t c l i n ga i l dm a d eac o m p r e h e n s i v ea 1 1 d s y s t e m a t i c r e s e a r c ho nt h e m e o r ym o d e l ， a r c h i t e c t u r e ，r o u t i n g a 1 1 d s i g n a l i n g p r o t o c o l s ，b u r s ta s s e r n b l y ；c o n t e n t i o nr e s o l u t i o na n dq o sg u a r a r l t e e 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t s t r a t e g yo fo p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g b a s e do nt h er e s e a r c h ，s o m en e w a l g o r i t l l m sa i l dn e ws 仃a t e g i e sh a v eb e e np r o p o s e di nt l l ed i s s e r t a t i o n ， a c c o r d i n gt om el a c k so rs h o r t c o m i n g sf o u n dmc u r r e n t 也e o 呵o fo b s t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e sm e f o l l o w i n gc o n t e m t h ei r m o v a t i o nw o r ki n t h ed i s s e r t a t i o ni sf b l l o w e da s ( 1 ) an o v e lp r o t o c 0 1c a l l e dp a r t i t i o n - b a s e dr e s o u r c er e s e r v a t i o n a n d r o u t i n gs t r a t e g y ( p 甜浓s ) i sp r o p o s e d ，w h i c hi su n d e rt l e 丹a m e w o r ko f0 b sr o u t i n ga 1 1 d s i g i l a l i n g t h ep r o p o s e ds 船l t e g y p a r t i t i o n sm eo b sc o r en e 俯o r ki n t om u l t i p l er e g i o n s ，a n dd i 丘e r e n t r e s o u r c er e s e r v a t i o na n dr o 谢n g p r o t o c o l sa r ep e r f b r n l e di ni n t r a - r e g i o n a 1 1 d i n t e r _ r e g i o n t h ep r o p o s e ds t r a t e g yt a k e st h ea d v a l l t a g e so ff i x e d p a t hr o u t i n g ( f p r ) a 1 1 d 壬o p b y - h o pr - 0 u t i n g ( m 珉) s i n m l a t i o n ss h o w t 1 a tt l l ep r o p o s e ds t r a t e g yh a si n l p r o v e d 廿1 eo v e r a l ln e t w o r k t 1 1 r o 雌；h p u t a n dr e d u c e dt h e a v e r a g eb l o c k i n gp r o b a b i l i t yt h u sr e d u c e sm e r e t r a n s m i s s i o nd e l a y t h en o d ep r o c e s s i n gt i m eo f p r r r si sl o w e rt h a n h i ra n dt 1 eb u r s tb l o c k p r o b a b i l i 妙i sl o 、v e rt 1 1 a nf p r ( 2 )an o v e lb u r s t a s s e m b l ys t r a t e g y c a l l e dc o r n p o s i t eb u r s t a s s e m b l ys t r a t e g yw i ma d a p t i v ea s s e m b l yl e n g ma n dp e r i o d i s p r o p o s e d i nt h es t r a t e g yp r o p o s e d ，ac e n 订a l i z e dq u e u es c h e m ei s a d o p t e d ，w h i c hi sh a sm eb e s tp e r f b m l a l l c ei nv a r i o u sq u e u es c h e m e s h a s s e m b l yp r o c e s s ，也ep r o p o s e d s t r a t e g ya d o p t s an o v e lm e t h o dt o e s t i m a t ew h e t h e rc u r r e n ta s s e m b l yl e n g ma i l dp e r i o di s f i tf o rc u r r e n t 2 北京邮电太擘博士学位论文 a b s n l a c t t r a f ! i cl o a d ，s om ec u r r e ma s s e m b l yl e n 酵ha n dp e r i o dc o u l db eg r a d u a l l y i n c r e a s e do rd e c r e a s e da c c o r d i n gt o m ee s t i m a t i o n t h es t r a t e g y p r o p o s e dp e r m i t sp a c k e t sw i m d i f f e r e mc o s ( c l a s so fs e r v i c e ) b u tm e s 啦ed e s t i n a t i o nt ob ea s s e m b l e di no n eb u r s tu n d e ras 仃a t e g yp r o p o s e d ， w h i c hn o to n l ys a t i s f i e st h er e q u e s tt or e a c h i n gm em i n i n l u mo fb u r s t a s s e m b l yl e n g t l l ，b u t a l s ou t i l i z e sm er e s o u r c ea v a i l a b l ec u r r e m l yt o a s s e r n b l et h ep a c k e t sw i t l ll o w e rc o si m ob u r s ta n ds i g n a lt h e mt o0 b s n e t w o r k w h i c hi sr e a s o n a b l er e s o u r c eu t i l i z a t i o n s i m u l a t i o n ss h o wm a t t 1 ep r o p o s e ds t r a t e g yh a sl o w e s ta v e r a g eb l o c k i i l gp r o b a b i l i 劬c o 瑚【p a r e d w i t ho t h e ra l g o r i t l l m si n 吐l es a m es i m u l a t i o nm o d e l ( 3 ) a ni m p r o v e dd e f l e c t i o nr o u t i n gs 圩a t e g y ，c a u e dl o a db a l a n c i n g b a s e dd e ：e l e c t i o nr o u t i n gs 订a t e g y ，i sp r o p o s e d i nt 1 1 es 廿a t e g yp r o p o s e d ， d e f l e c t i o nr o u t i n gp a t hi sd e c i d e db a s e do nt h et r a f f i cl o a di nn e x th 叩 n o d er a t h e rt 1 1 a 1 1m eh o tp o t a t oa l g o r i 也mo ft h es h o r t e s tr o u t i n gp a t h ， b o t ho fw h i c hi sa d o p t e di nu s u a ld e n e c t i o nr o u t i n ga l g o r i t h m s ，w h e n c o n t e n t i o no c c u r si na d d i t i o n ，w 弛m ec o n s i d e r a t i o no fs e t t i n gp r o p e r o f f s e tt i m ea n da v o i d i n gi n d i s c r i m i n a t ed e n e c t i o n ，l b d r sa d d saf i e l d i nb u r s tc o n 拓o lp a c k e tt or e c o r dt h er e s i “a lh 叩sp e n l l i 仕e dc u r r e n 廿y a 1 1 dm ev a l u eo ft h ef i e l dw i l lm i n u so n ee v e ut i m em ec o t m d lp a c k e t g o e st h r o u 出t h ei n t e h n e d i a t ec o r en o d e l b d r sw i l ld e c i d ew h e m e rt o d e f l e c ta n d 、v h i c hp a c ht od e f l e c ta c c o r d i n gt om ef l e l da d d e di nc o n t r o l p a c k e t s i m u l a t i o n ss h o wt 1 1 a tt 圭l ep r o p o s e ds t r a t e g yl b d r sh a sl o w p 对 北京邮电大学博士学位论文 a b s t r a c t a v e r a g eb l o c k i n gp r o b a b i l i 吼c o m p a r e dw i t h t r a d i t i o n a ld e n e c t i o n r o u t i n gs c h e m ea n dm e s h o r t e s tp 抽r o u t i n gs c h e m e ( 4 ) an o v e ls c h e m ef o rs u p p o r t i n gq u a l 埘o fs e r v i c e ( q o s ，i n o p t i c a l b u r s t s w i t c h 协g n e t 、o r k si s p r o p o s e d ，w h i c ha d o p t s 。a n i n t e g r a t e d c o n t e n t i o nr e s o l u t i o n i n c l u d i n g m el a t e s ta v a i l a b l e u n s c h e d u l e dc h 锄e lw i t hv - o i d f i u i n g( l a u c v f )a l g o r i 廿1 r n ， d e n e c t i o nr o u t i n 舀a n db u r s ts e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do nl o w p r i o r i t y b u r s td r o p p i n gd i r e c t l ym e c h a n i s m t h es c h e m e p r o p o s e d a d o p t st l l el o wp r i o r i 够b u r s td r o p p i n gd i r e c ym e c h a n i s mi n s t e a do f t h eo f 话e t - t i m e b a s e ds c h e m e ，廿1 e r e f o r el a 唱ee n d - t o e n dd e l a yd u et o m e e x 订ao t s e tt l m emt h eo 行s e t t i m e b a s e ds c h e m ec a nb ea v o i d e d 毋y u s i n g m e i m e g r a t e dc o m e n t i o nr e s o l u t i o n i n c l u d i n g l a u c v f a l g o r i t l l m ，d e n e c t i o nm u t i n g ，a 1 1 db u r s ts e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g y ，t h e l i m i t a t i o no fl o w p r i o r i 锣b u r s td r o p p i n gd i r e c t l ym e c h a n i s mc a i lb e r e m e d i e da 1 1 d 龇p e r f o 蛐a n c eo f0 b sn e m o r k sc a nb ei m p r o v e d t h e c o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o nm o d e l i se s t a b l i s h e d 1 1 1 ep r o p o s e ds c h e m e w i ma n dw i m o u tf d l s ，a n do t l l e rd i 旋r e ms c h e m e sa r ea l ls i m u l a t e d a n dc o m p a r e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wm a tb ya d o p t i n gt 1 1 e p r o p o s e ds c h e m e ，也ep e r f o m a n c eo fn e t w o r kc 柚b ei m p r o v e di nq o s g u a r a n t e e ( 5 ) an o v e ll o a db a l a n c i n gs t r a t e g y ，c a l l e dd y n a m i cl o a db a l a l l c i n g s t r a t e g y ，w h i c ha i m sa td e c i d i n gt | l er o u t i r 培p a m 行o ms o u r c en o d et o 4 北京邮电大学博士学位论文 a b s l r a c t d e s t i n a t i o nn o d eb a s eo nl o a db a l a n c i n go ft h e 、v h 0 1 eo b sn e t w o r k i n t 1 1 e s t r a t e g y p r o p o s e d ， a1 0 a d b a l a n c i n gm 砒e m a t i c a lm o d e la n d o b j e c t i v eb a s e d o nan e t w o r kt r a m cn o wf o 姗u l a t i o n ， a i m i n g a t m a x i m i z i r 培也em i n i m u mr e s i d u a lc a p a c i t yo na l l t l l ef i b e rl i n k s ，i s f o u n d e d t h es 0 1 u t i o no ft 1 1 el o a db a l a n c m gm a t h e m a t i c a lm o d e l i su s e d t od e f i n eas e to fp r i m a r ) rr o u t i n gp 拙sa n dm e 丘e q u e n c yu s eo fe a c h r o u t i n gp a 血a c c o r d i n gw i mc u r r e n tr e s i d l l a lf l r e q v e n c yu s e ，m er o u t i r 培 p a t hc o u l db ed e c i d e d t h es t r a t e g yp r o p o s e di sn o to n l yf l tf b rp r i m a r y r o u t i n gd e c i s i o na te d g en o d e s ，b u ta l s of i tf o rt 1 1 ed e f l e c t i o nr o u t i n g d e c i s i o nw h e nc o m e n t i o no c c u r sa tc o r en o d e s s i m u l a t i o n ss h o wm a t t h ep r o p o s e ds t r a t e g yh a sl o w e s ta v e r a g eb l o c l ( i n gp r o b a b i l i t y ，c o m p a r e d o t h e rs t r a t e g i e si nm es 砌es i m u l a t i o n s ，a r l dj tc a nr e d u c ec o n t e n t i o n e 恐c t i v e l y ，u t i l i z em e l i n kr e s o u r c e e f f i c i e n t l y a n d i m p r o v et 1 1 e p e r f o r m a n c eo f0 b s n e t w o r k k e y w o r d s ：叩t i c a l b u r s t s w i t c h i n g ； b u r s t a s s e i n b l y ； r e s o u r c e r e s e r 、r a t i o n ；b u r s tc o n t e n t i o n ；d e n e c t i o nr o u t i n g ；l o a db a l a n c i n g 5 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己在论文中作了明确 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： 堑生 日期：麴：三：王 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一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：超照 别磁轹斗善铣 日期： 垫1 5 ：兰 日期： 北京邮电大学博士学位论文 第1 章姥论 1 1 光网络技术的发展 第1 章绪论 自1 9 7 6 年世界第一条商用市内光通信系统在美国亚特兰大问世以来，引起 了国际上的普遍重视。2 0 世纪8 0 年代初，采用1 3 0 0 衄( 后改为1 3 1 0 衄) 波 长窗口的单模光纤通信系统暂露头角，在北美、西欧等长途干线上得到大面积 的推广应用，光纤通信已成为举世瞩目的高新应用技术。与此同时，世界通信 开始出现由模拟技术转向数字技术的巨大变革，干线电缆通信迅速为光纤通信 所取代，程控数字交换设备取代模拟纵横制交换设备系统已成为大势所趋。然 而，当时中国的通信也还处于起步阶段，特别是继续建设与发展模拟系统的传 统势力和倾向还很强烈，几经犹豫和周折。在2 0 世纪8 0 年代中后期，中国终 于走上了发展以光纤、数字通信技术为主的正确道路【l j 。 2 0 世纪9 0 年代以后，波分复用( w 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 ) 密集波分复用( d w d m ：d e n w a v e l e n g 也d i v i s i o nm u 蛐p l e x h 培) ，稀疏波分复 用( c w d m ：c o a r s ew a v e l e n g t l ld i v i s i o nm u m p l e x i n g ) 迅速融入通信领域。波 分复用技术可以同时使用多个不同波长信道传输业务，能更好、更充分地利用 光纤巨大的传输容量，且对高层协议和技术适应性强、易于扩展。经过近十年 的快速发展，w d m 技术不仅在单纤波长信道数和单波长传输速率不断取得重 大突破，而且在无电中继传输距离( 即全光传输距离) 方面也有巨大的突破。 正是这些优点和技术进步使得整个通信网络自1 9 9 5 年开始商用以来的短短几 年时间里发生了翻天覆地的变化。从骨干网、区域网到城域网甚至接入网，w d m 技术已被公认为是一种最佳的网络扩容方式，应用前景非常看好。目前，以 w d m 为核心的光网络在骨干网中占据着主导地位【2 “。 正因为如此，自2 0 世纪9 0 年代以来，w d m 光网络技术就一直是网络领域的 研究热点。国际上许多国家的科研机构、大的通信公司和大专院校相继将w d m 光网络编入各自的重要研究计划之中，开始进行大量的全光联网现场试验。而美 国在国防部高级研究计划署d 触心a 资助下，实施一些大的研究项目，也建成了 系列的实验性w d m 光网络，如多波长光网络( m o n e t ：m u l t i ，a v e l e n 甜1 o p t i c a ln e t w o d 0 、国家透明光网络( n t o n ：n a t i o n a l1 h n s p a r e n to 两c a ln e t 、v o r k ) ， 并支持m i t 、s t a n f o r d 、p 血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。加拿大 政府资助的c a + n e t 3 国家光互联计划邝】，建成了具有划时代意义的以i p 一一r 北京邮电大学博士学值论文 第l 章绪论 w d m 为核心的光互联网( o p t i c a li n c e m e t 、v o r k i n g ) 。欧洲在r a c e 计划中将多波 长光网络作为主要研究目标，并且在随后的a c t s 计划中建立了一系列的实验性 w d m 光网络，如泛欧光网络( o p e n ：0 p t i c a lp a i le u r o p e a nn e t 、v o r k ) 、泛欧光子 传送网( p h o t o n ：p a n e u r o p e a np h o t o n j cn a i l s p o r t0 v e r l a yn e t 、帕r k ) 、城域光网 络( m e t o n ：m e t r o p o l i t a l lo 州c a ln e t w o r k ) ，以及多波长传送网( m w t n ： m u l t i w a v e l e n g n lt r a i l s p o r tn e 觚o r k ) 、光分组交换关键技术( k e o p s ：k e y s t o o p t i c a lp a c k e ts 、v i t c h i n g ) 、波长捷变光传送和接入网( w o t a n ：w a v e l e n g f h - a g i l e o p t i c a lt r a n s p o na i l da c c e s sn e 似o r k ) 、光网管理( m 0 0 n ：m a n a g 咖e n to f o p t i c a l n e t w o r k ) 和多波长副载波复用控制光网( m o s a i c ：m u l t i - w a v e i e n 啦0 p t i c a i s u b c a r r i e r m u l t i p l e x e d c o n 仰l l e d n e t 、o r k ) 、社团光纤骨干网( c o b n e t ：c o r p o m t e o d t i c a lb a c k b o n en e t w o r k ) 、光城域通信网( m t o n ：m e 仃00 n e t e l e c o m m u i l i c a t i o n s ) 等十几个研究项目 “】，已经取得了许多成果；此外，还 有德国的k o m n e t 计划、法国a l c a t e l 公司的o a d m 环型试验网、日本n t t 公司的 o a d m 环网等，都在开展各种光网络新技术的实验和测试。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 l i n t e r n e t 、v o r k i n g f o n l m ) 和i n t e m e t 工程任务组( i e t f ：i n t c n l c t e n g i n e e 血gt a s k f o r c e ) 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。 着眼国内，自“七五”期间以来，在8 6 3 计划和国家自然科学基金项目的大 力资助下，一些研究机构积极地开展了一系列的光网络相关技术的研究工作，并 在各自领域都取得了不少成果【争8 1 。例如：通过“九五”8 6 3 计划跨主题重大专项 ( 8 6 3 - 3 0 0 ) 的实施，建成了我国第一个基于光i n t e m e t 技术的高速信息示范网 c a n o n e t ，以及目前8 6 3 计划资助筹建的以t b w s 级光传输系统、t b i 讹级自动 交换传送网络和t b s 级双协议栈路由器为核心的3 t n e t 高性能宽带信息示范网。 这两个示范性光网络的建成，无疑对我国全面推广w d m 光网络技术奠定坚实的 理论基础。 随着d w d m 技术的成熟，通信网络的容量越来越大。目前在实验室中 w d m 技术己经能在一个光纤中同时传输8 0 1 2 0 个波长f 9 i l 】，而每个波长的传 输速率可以达到4 0 g b ，s ，总容量大于1 0 t b s 1 9 】。相反，在交换部分，速率仅仅 只有几个g b s ，这是因为目前电域处理的技术突破远远跟不上光域技术上的成 就，致使网络节点( 包括交换机和路由器) 的处理能力的提高远慢于光传输能力 的提高。而在传输和交换的成本方面，随着传输带宽的增加，信息传输的成本 迅速下降，信息的交换所花费的成本相对的占据越来越高的比例。信息传输的 成本从1 9 7 5 年到1 9 9 5 年2 0 年来下降了1 万倍，而交换的成本只下降了3 倍左 右i l2 j 。可以说，交换技术、交换元件、和交换设施，成为新的瓶颈。现在许多 北京邮电大学博士学位论克 第l 章堵论 研究机构致力于研究和开发光交换，光路由技术，试图在光子层面上完成全光通 信，在网络中以光节点取代现有的电节点，并用光纤将光节点互联成网，在光 域完成信号的传输、处理与交换，消除电子瓶颈的影响，实现全光网络。当全 光交换系统成为现实，就足够可以满足飞速增长的带宽和处理速度需求，同时 能减少网络成本，具有良好的市场前景。 在w d m 光网络向全光网络的演进过程中，由于光交换技术在光域完成网 络的优化、路由、保护和自愈功能，以实现网络的高速率和协议透明性，提高 网络的重构灵活性和生存性，因此在某种程度上，光交换技术决定了全光通信 的发展。 1 2 光交换技术的发展 光交换技术是指在网络的节点处不经过任何光电转换，在光域直接将输 入光信号交换到不同的输出端【” 。光交换技术可分成光的电路光交换( 光路交 换) 和分组光交换两大类。 光的电路光交换方式采用o a d m 、0 x c 等光器件设置光通路，在中间节 点不需要使用光缓存，其交换方式与传统的电路交换技术相类似。目前光的电 路光交换研究已经较为成熟。由于未来的光网络要求支持多粒度的业务，运营 商的主要业务是中小粒度的业务，业务的多样性使用户对带宽有不同的需求， 光的电路光交换在光子层面的最小交换单元是整条波长通道上数g b d s 的流量， 很难按照用户的需求灵活的进行带宽的动态分配和资源的统计复用，因此，分 组光交换应运而生。 分组光交换系统按照对控制包头处理以及交换粒度的不同可分为：光分组 交换( o p s ) 、光突发交换( 0 b s ) 、光标记分组交换( o m p l s ) 。光分组交 换( o p s ) 的特点是以光分组作为最小的交换颗粒，数据包的格式为固定长度 的光分组头、净荷和保护时间三部分，在交换系统的输入端口完成光分组读取 和同步功能，同时用光纤分束器将一小部分光功率分出送入控制单元，用于完 成如光分组头识别、恢复和净荷定位等功能。光交换矩阵为经过同步的光分组 选择路由，并解决输出端口竞争。最后输出接口通过输出同步和再生模块，降 低光分组的相位抖动，同时完成光分组头的重写和光分组的再生。光突发交换 ( o b s ) 的特点是采用单向资源预留机制，以光突发包作为最小的交换的单元， 数据分组和控制分组分离传送，在时间和信道上都是分离的。光标记分组交换 ( o m p l s ) 技术，它是m p l s 技术与光网络技术的结合，将m p l s 控制平面贴 到光的波长路由交换设备的顶部就具有m p l s 能力的光节点。由m p l s 控制平 面运行标签分发机制，向下游各节点发送标签，标签对应相应的波长，由各节 北京邮电大学博士学位论文 第1 章绪论 点的控制平面进行光开关的倒换控制，建立光通