光分組交換若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、目前的通信網(wǎng)現(xiàn)狀是并存光傳輸與電交換兩個(gè)子網(wǎng)，兩個(gè)子網(wǎng)之間大量的光/電接口適配和速率匹配操作，降低了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低了網(wǎng)絡(luò)性能。針對(duì)這些問(wèn)題，人們提出了多種解決方案。其中，光分組交換(OPS)技術(shù)以其高速、透明和交換粒度適中等特點(diǎn)被普遍認(rèn)為是一種能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)絡(luò)與光傳輸網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫連接的理想解決方案。光分組交換是在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)光交換技術(shù)的發(fā)展方向。因此，本文將對(duì)光分組交換的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要內(nèi)容包括： 在第二章，研究了基于

2、空分交換的光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。針對(duì)已有交換結(jié)構(gòu)的不足，為了充分利用光分組沖突解決資源，本章提出一種使用反饋式WDM光緩存和反饋式可調(diào)波長(zhǎng)變換器(TWC)的光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)(FWBFWC)。反饋式WDM光緩存由一組光纖延遲線(FDL)組成，每根FDL中可以同時(shí)使用多個(gè)波長(zhǎng)對(duì)發(fā)生沖突的光分組進(jìn)行緩存。反饋式的TWC有兩種功能：第一種功能是把發(fā)生沖突的光分組變換到目的輸出端口的空閑波長(zhǎng)上進(jìn)行輸出；另一種功能是把發(fā)生沖突的光分組變換到WDM光

3、緩存內(nèi)空閑的波長(zhǎng)上進(jìn)行緩存；這兩種功能是通過(guò)一組光開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行切換的。為了有效地利用FDL和TWC，本章還提出兩種控制算法，即Fiber-First算法和Wavelength-First算法。本章采用仿真實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)所提出的結(jié)構(gòu)和控制算法進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明：在配置少量的FDL和TWC時(shí)，F(xiàn)WBFWC結(jié)構(gòu)就可以獲得很好的性能；在多數(shù)情況下，Wavelength-First算法的性能要好于Fiber-First算法。 在第三章，研

4、究了WDM光緩存中光分組的調(diào)度算法。對(duì)于輸出式WDM光緩存，已有的調(diào)度算法都是針對(duì)當(dāng)交換節(jié)點(diǎn)配置有全波長(zhǎng)變換器(FRWC)而提出的，然而在實(shí)際的節(jié)點(diǎn)配置中更可能使用的是有限波長(zhǎng)變換器(LRWC)。針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，本章在兩種已有的調(diào)度算法(MINL算法和MING算法)的基礎(chǔ)上，提出了四種改進(jìn)的調(diào)度算法，即MINL-CM、MINL-GM、MING-CM和MING-GM調(diào)度算法，并使用仿真實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)它們的性能進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于共享式WDM光緩存，

5、由于FDL競(jìng)爭(zhēng)的存在，使得其緩存性能并不理想。對(duì)此，本章首先提出一種有限貪婪緩存控制策略(LGM)，然后基于該緩存控制策略提出四種簡(jiǎn)單有效的分組調(diào)度算法，即SQLGM、IQLGM、MOV和SQCOV。最后，同樣使用仿真實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)這四種調(diào)度算法的性能進(jìn)行評(píng)估。 在第四章，研究了共享式WDM光緩存的容量擴(kuò)展方法。對(duì)于共享式WDM光緩存，由于FDL競(jìng)爭(zhēng)的存在，會(huì)在輸出端口引入額外的空隙，從而惡化了交換節(jié)點(diǎn)的性能。這種性能的惡化可以通

6、過(guò)使用適當(dāng)?shù)姆纸M調(diào)度算法來(lái)補(bǔ)償，但在一定的緩存容量下這種補(bǔ)償總是有限的。顯然，擴(kuò)大WDM光緩存的容量可以進(jìn)一步補(bǔ)償這種影響。因此，本章對(duì)共享式WDM光緩存容量的擴(kuò)展方法進(jìn)行研究。提出了兩種基于內(nèi)部波長(zhǎng)的緩存擴(kuò)展方法，即，完全內(nèi)部波長(zhǎng)方法(FRIWM)和部分內(nèi)部波長(zhǎng)方法(PRIWM)，并對(duì)它們的性能進(jìn)行評(píng)估。研究了兩種基于FDL的緩存擴(kuò)展方法，即遞增模式(IM)和重復(fù)模式(RM)。研究結(jié)果表明，這幾種不同的緩存擴(kuò)展方法分別適用于不同的業(yè)務(wù)

7、負(fù)載。最后，結(jié)合這幾種緩存擴(kuò)展方法的優(yōu)點(diǎn)，本章還提出一種混合式WDM光緩存擴(kuò)容方法，即IM-PRIWM，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明IM-PRIWM在不同的負(fù)載下都能有效地提高共享式WDM光緩存的性能。 在第五章，研究了光分組組裝性能?，F(xiàn)有的光分組組裝算法都沒(méi)有考慮光開(kāi)關(guān)穩(wěn)定響應(yīng)時(shí)間的影響，在目前光器件水平下，這顯然很不合實(shí)際。本章首先分析了光開(kāi)關(guān)穩(wěn)定響應(yīng)時(shí)間對(duì)光分組交換性能的影響，然后對(duì)現(xiàn)有兩種常用光分組組裝算法(Timer-Based算

8、法和Threshold-Based算法)進(jìn)行改進(jìn)，提出考慮穩(wěn)定響應(yīng)時(shí)間的組裝算法，即Timer-Based-ST算法和Threshold-Based-ST算法。通過(guò)仿真研究不同的組裝控制參數(shù)對(duì)組裝性能的影響，并在歸一化的基礎(chǔ)上，得出優(yōu)化的組裝參數(shù)。這些參數(shù)對(duì)于實(shí)際的光分組組裝具有參考價(jià)值。 最后在本文的附錄A和附錄B中，介紹了作者在攻讀博士學(xué)位期間參與構(gòu)建的多波長(zhǎng)光標(biāo)記分組交換(MλOLPS)試驗(yàn)系統(tǒng)及作者所負(fù)責(zé)的工作。