光突发交换网络部分关键技术的研究

摘要

光突发交换技术在提供带宽能力和降低交换节点复杂性方面取得了很好的平衡，交换粒度介于光路和光分组交换之间，对光开关和光缓存的要求降低，能够很好的支持突发性分组业务，因而成为下一代IP／WDM互联网极有竞争力的解决方案。 本文研究了OBS网络边缘节点自相似业务的汇聚问题，OBS网络边缘节点数据流量预测和资源预留以及核心节点的Qos问题，OBS网络的动态自适应突发封装问题，OBS网络动态路由和网络级联合OoS问题。这些问题的合理解决可以优化网络资源，提高整个网络的性能，论文的第一章是绪论，所做工作集中在第二至第五章，主要包括以下内容： 第二章首次研究了Ethernet/OBS光突发边缘节点封装前后自相似流量特性。在我们设定的基于时间的集中和基于长度的集中方案下，仿真单源到多源再封装的流量特性并通过R／S和V／T图比较了自相似度；研究了三种自相似流量产生方法并作了比较。所得的结果表明在设定条件下，多源业务流自相似度增大，经过封装后不同的封装方案产生不同的效果。时间集中方案极大的降低了以太业务自相似度，集中后突发大小接近高斯分布，长度封装方案并不改变输入业务类的自相似特性。RMD自相似方法适合于大自相似度下的突发网络研究。 第三章研究了OBS网络边缘节点数据流量预测和在此基础上的网络资源预留。综合比较了目前已提出的流量预测和资源预留方法的优缺点，提出了新的流量预测方法CWLP和网络资源预留方法CWLRCWLP方法充分考虑了预测时间内到达流量的加权，在不同偏置时间下引入了一个权值参数，来保持当前到达流量和过去流量的动态平衡，分析了CWLP方法的信噪比，结果表明在不同偏置时间和负载条件下，CWLP方法获得了流量预测性能的重要改善。然后我们研究了基于CWLP的CWLR方法，比较了CWLR方法的时延和无效填充率。仿真研究显示CWLR方法从根本上降低了由于业务封装而引入的大时延和额外开销，而且在任一偏置时间下存在一个动态的最优权值。CWLR方法支持在线突发业务流预测，提高了网络利用率和网络灵活性，使光网带宽利用率和吞吐量更符合实时的光网络流量特性。最后考虑OBS网络是针对无缓存而设计的，我们应用依赖于额外偏置时间的JET协议来提供OBS网络节点级QoS保证，在指数分布、通用分布和自相似分布业务到达下，设定相同的突发平均长度和隔离度，比较了OBS网络核心节点的性能。通过仿真三种不同类型的数据流量，我们讨论了流量特性，突发丢失率和单交换节点的吞吐量。结果表明随着流量从指数分布到通用分布再到Paeto分布的转变，节点交换效率恶化，在试验条件下通用突发业务有最大的吞吐量。而且，可以通过降低业务自相似度，即使在小的偏置时间下也可改善网络性能和高优先级业务的服务质量。 第四章重点研究了OBS网络的动态自适应突发封装机制。我们在(2)的流量预测和资源预留机制基础上提出了一种动态自适应突发封装方法DAA，它充分考虑当前预测时间到达流量，能够实现偏置QoS和时延区分，在受限的突发封装时间范围内执行动态自适应封装，通过分析预测误差，我们提出的算法能够获得足够好的预测性能以满足实际网络环境的需要，并对不同的优先级业务实现了时延区分，我们比较了不同负载下不同类的长度误差，封装时延，突发大小和突发利用率，分析了DAA方法退化模型的时延公平性和偏置QoS，研究了基于QoS偏置时间的一维限制和二维限制封装，不同预测时间下，以及基于本次负载和前次负载的动态突发封装，发现一维限制方法可提供更好的网络性能，二维限制方法提供了更严格的类间区分，长预测时间带了更好的突发封装性能，本次负载的突发封装达到了更好的效果。我们的算法在动态的封装时间内执行动态灵活突发封装，达到了低时延，时延公平性和不同业务类的偏置QoS 保证。DAA方法增强了OBS网络自身对多业务大容量的适应能力，并为光核心网络服务质量保证、路由和竞争解决奠定了基础。第五章研究了OBS网络动态路由方法和网络级节点资源分配的联合QoS。我们提出了一种OBS网络动态路由机制，分别利用跳数、波长利用率、链路突发数量、物理距离和链路负载以及它们的不同组合等网络信,来进行动态路由计算和动态路由选择，包括四种动态路由计算(Apl，Spd，Srd，Srp)和三种动态路由选择(Kmc，Kmm，Kpr)算法，统一命名为动态源路由(DSR：Dynamic source Routing)方法。其思想是将显式受限路由(CSPF)应用于OBS的动态路由中，DSR方法利用OBS网络动态信息选择路由，搭建了网络仿真平台进行了评估分析并和固定最短路由作了比较。基于跳数的Apl算法阻塞率和时延性能都好于基于跳数的Fix方法，基于距离的Apl算法阻塞性能同样优于基于距离的Fix方法。基于距离的Apl，Srd和Srp算法较之Fix方法改善了网络的阻塞性能，Srp算法的链路代价中因为引入了大权重的链路突发数量，会出现性能扰动。基于跳数的Spd算法由于采用同步点负载加权选路，链路单波长负载加权比链路负载加权改善了阻塞性能，基于跳数的Srd算法在不同更新周期下，受区间链路负载的影响，网络性能更依赖于状态信息的更新周期。Apl算法与Srd和SrP)算法比具有最好的网络性能。在静态K阶路由计算的Kmc，Kmm和Kpr三种算法中，基于跳数的网络阻塞性能好于基于距离的算法，但基于距离的算法比基于跳数的时延小，保持了跳数和距离的静态最短路网络性能特征。在静态计算的K阶最短路上利用周期性网络信息动态选路有局限性，性能改善有限，然而它们比动态路由计算算法复杂度低，处理时间少，可根据实际网络需求权衡选择。最后在动态路由算法的基础上提出了基于节点调度算法的波长分组分配来区分优先级，从而实现OBS网络QoS保证的机制，在与跳数无关而且时延不增加的前提下获得了业务类QoS保证，通过改变波长组实现可控的性能区分。我们提出的DSR方法充分发挥了网络链路负载均衡的优势，同时极大的减小了OBS网络的阻塞率和网络突发端到端的时延，并且不同的代价加权和动态路由算法能够满足不同的性能要求。DSR方法能够动态适配当前网络状态信息，实时利用路由分布和带宽信息进行动态路由计算，自动完成负载均衡提前避免阻塞，实现了网络QoS保证，用于OBS网络中能够改善全网的性能。 最后在附录A附录B中介绍了作者在攻读博士期间参与“多波长光标记交换网络”项目所作的具体工作实践。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写词汇表

上海交通大学学位论文原创性声明及版权使用授权书

第一章绪论

第二章OBS网络业务封装特性

第三章OBS网络流量预测和资源预留

第四章OBS网络动态自适应突发封装机制

第五章OBS网络动态路由和联合QoS

结束语

附录

致谢

攻读博士学位期间参加的科研项目

攻读博士学位期间发表的学术论文和申请的专利

上海交通大学学位论文答辩决议书