光纤通道仲裁环的优化与仿真

摘要

光纤通道是新一代网络和总线技术，它支持多种媒介和连接器件，使得在同一物理接口之上运行当今流行的通道标准和网络协议成为可能，具有延迟低、兼容性好、可靠性高、传输速度快和传输距离远等优点。光纤通道仲裁环是第三个也是最近的一个加入到光纤通道家族来的拓扑结构。在小型到中型的配置中，由于价格原因，交换式网络一般不会涉及，这时光纤通道仲裁环是最理想的选择。它的应用主要包括海量存储子系统，处理器集群，工作组网络和许多需要高速传输的环境。 本文介绍了光纤通道协议的体系结构，阐述了3种拓扑结构，和光纤通道仲裁环的工作原理。针对光纤通道仲裁环协议的公平访问算法，在实时性和线路利用率方面提出了两个改进方案。 光纤通道仲裁环节点发送时间的分配，是以保证网络消息的实时传输为目标的。本文根据实时系统中的周期任务模型，推导出了一种发送时间最优化的分配算法，保证各节点的消息均能实时传输，对其实时性能进行了理论分析，和验证。建立数学模型，通过matlab7.0遗传算法工具箱，求出发送时间最优解。并和经典算法负载匹配算法对了对比，突出了本算法的优势。 光纤通道仲裁环只有通信中两个节点之间的线路被占用，其余的线路处于空闲状态，这样造成环路的线路利用率不高，由于公平算法和访问窗口的存在造成节点间通信的延迟不确定。针对这些问题，本文提出了改进方案，方案中信息帧在每经过一个节点都搭载该节点信息并接收别的节点发给该节点的信息，并采用数学建模来分析以上情形。结果表明：当环路上所有节点都要求通信时，线路利用率会比较高。改进方案中通信无需等待仲裁时间，可以缩短延时，提高了通信实时性。 本文在NS-2网络仿真平台上对所设计的改进方案进行仿真验证，采用MATLAB程序处理的方法，完成对跟踪文件数据的抽取和对网络的实时性能指标的统计分析。研究结果表明，本文所提的改进方案较之原仲裁环在时延、线路利用率方面具有一定的性能改善，特别适用于对延迟要求严格的实时通信领域。

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第一章绪论

1.1存储区域网络(SAN)

1.2光纤通道发展历程及技术特点

1.3研究背景

1.4论文研究内容与组织结构

第二章光纤通道仲裁环的协议分析

2.1 FC协议栈模型

2.1.1 FC-0层

2.1.2 FC-1层

2.1.3 FC-2层

2.1.4 FC-3层

2.1.5 FC-4层

2.2光纤通道的拓扑结构

2.2.1点对点拓扑

2.2.2仲裁环拓扑

2.2.3交换式光纤网络拓扑

2.3光纤通道的分类服务

2.4光纤通道仲裁环的工作原理

2.4.1环的寻址

2.4.2环路端口状态机

2.4.3仲裁过程

2.4.4公平访问窗口

2.4.5光纤通道仲裁环的缺点

第三章仲裁环实时性优化

3.1优化方案分析

3.1.1消息模型

3.1.2发送时间计算方法及性能分析

3.1.3遗传算法

3.1.4与经典算法对比

3.1.5节点数对算法的影响

3.2仿真验证

3.2.1 NS-2仿真简介

3.2.2仲裁环仿真

3.2.3优化方案仿真

第四章仲裁环提高线路利用率的改进

4.1改进方案分析

4.1.1改进思路

4.1.2改进措施

4.1.3特性分析

4.2仿真验证

第五章结论

5.1本文工作总结

5.2研究工作中的问题与体会

5.3未来工作展望

致 谢

参考文献

个人简介

在学期间的研究成果