基于流量均衡理论的交换网络关键技术研究

摘要

交换技术始终是通信网络技术发展的关键着眼点之一。在网络资源消耗和网络拥堵日渐显著的今天，如何使网络资源分配更合理，如何减轻拥塞，保障时延，提高现有设备的利用效率，是网络研究面临的挑战。具体到传送网交换节点，就需要更高的交换速率和网络利用率。
　　负载平衡是网络设计中的重要思想，它在不追加硬件投入的基础上充分发掘现有设备的潜力，将原本空闲的网络资源利用起来，是一种节约而高效的网络优化手段。负载均衡的大规模交换系统近几年受到持续的关注，说明它符合新一代网络技术设计的思路，值得更深入的研究。本文基于多级无阻塞交换结构，研究了电路交换和分组交换网的负载均衡交换技术。
　　首先，对交换结构进行多流量模型下的性能测试。流量模型是对真实业务的模拟，当前网络流量呈现随机性、突发性、自相关性的特征，对交换结构在各种业务源下的测试，即是以源模型替代真实流量，设计仿真实验，分析结果报告，在交换机投入实际应用场景前了解其优势与局限，以指导设计和规划。本文实现的流量模型分为两个部分：业务到达模型和目的分布模型。到达模型包括传统模型如泊松、伯努利、服从指数分布的ON/OFF源，和自相似模型，服从重尾分布的ON/OFF源。它们模拟了真实流量到达交换网络输入级前端的统计特征。目的分布模型包括均匀、对角和热点分布。反应了网络中热点流和均匀流共存的特征。以三级Clos交换网络为例，测试了它应对各种流量模型的表现。
　　而后，我们对无阻塞电路交换网的半可重排特性进行了研究，分析了业务流聚合对负载均衡效果的影响，提出一种半可重排网络的负载平衡SRN-LB算法。通过将新建连接均衡分配到多个链路上，和拆除连接时进行重排以保持均衡态，有效提升了网络利用效率。
　　最后，我们将研究成果拓展到分组交换领域，研究了不同流颗粒的聚合策略引起的网络利用率变化。基于Crossbar单元的多级网络可以对输出级模块做流聚合，而共享缓存的交换单元适于模块到模块的流聚合。分析表明流颗粒度越大，流量均衡效果越好。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

1.4论文组织结构

第二章 技术背景简介

2.1电路交换技术

2.2分组交换技术

第三章 多流量模型的交换网络性能测试

3.1网络流量特性

3.2业务到达模型介绍

3.3业务分布模型介绍

3.4多模型仿真测试

3.5本章小结

第四章 时分电路交换网的SRN-LB控制算法

4.1时分Clos电路交换网络的无阻塞特性

4.2 SRN-LB算法

4.3半可重排电路交换网络的负载均衡算法仿真

4.4本章小结

第五章 流量均衡的分组交换策略

5.1三级分组交换网络的流量均衡策略研究

5.2分组交换流量均衡策略仿真

5.3本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献