弹性分组星环网络及其交换结构研究

摘要

随着在城域网和广域网里的大量应用,环形网络又重新受到了重视。弹性分组环(Resilient Packet Ring,RPR)是目前最具竞争力的环形网络技术。RPR从属于寄存器插入环,融合了时分交换(共享媒体)和空分交换(空间重利用)的特点,再加上目的节点剥离业务、带宽自动分配、无冗余带宽、广播和多播的支持、二层快速转发等充分提高带宽利用率措施、完全兼容以太网并有电信级可靠性等优势,成为了目前城域和广域网络技术的强有力竞争者。
　　弹性分组环单纯的环形结构在应用时存在着扩展和星型业务的问题。弹性分组环节点数的增加会引起时延接近线性增大,导致QOS的下降。节点数的增加同时还会造成每个节点的平均环段带宽下降,导致“空间重利用”能力的下降。弹性分组环在传输星型业务时不能“空间重利用”,容易在星形的中心节点附近形成带宽瓶颈,导致环段阻塞。弹性分组星环网络在弹性分组环的环形结构基础上引入星型结构形成星环结合的结构,成功的解决了弹性分组环扩展和传输星型业务的问题。
　　本文通过对弹性分组星环网络的研究,将其星环结构的核心概念抽象出来用于交换结构的设计,提出了一种新的交换结构―弹性分组星环交换结构。以排队论为工具,分别为弹性分组星环交换结构的环形结构和星型结构建立排队模型,对两种结构的吞吐量、时延、平均队长性能进行了理论分析。根据环形结构和星型结构的建模分析结果,使用叠加的方法得到了弹性分组星环交换结构的整体性能。
　　以现有的crossbar结构的研究结果参照,根据弹性分组星环交换结构性能的理论分析的结果,对弹性分组星环交换结构和crossbar结构的性能进行了比较。比较发现在均匀业务模式下弹性分组星环交换结构的环形结构在带宽利用率上有明显的优势,其时延性能略差,在对环形结构进行星环嵌套扩展后,其时延性能得到很大提高要略好于crossbar结构;在星型业务下弹性分组星环交换结构的星型结构在时延、队长、吞吐量比crossbar结构有明显的优势。
　　最后使用OPNET搭建了弹性分组星环交换结构的仿真模型,对其弹性分组星环交换结构的性能进行了仿真分析。仿真分析的结果证实了理论分析的正确性,为下一步交换结构的实现提供了依据。

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目录

第一章 绪论

§1.1 概述

§1.2 研究背景

§1.3 研究的主要内容

§1.4 论文结构

第二章 弹性分组环及其局限性

§2.1 弹性分组环技术[1][2][3][4][10]

§2.2 弹性分组环的局限性

§2.3 本章小结

第三章 弹性分组星环网络和弹性分组星环交换结构

§3.1 弹性分组星环网络

§3.2 弹性分组星环交换结构

§3.3 本章小结

第四章 弹性分组星环交换结构的性能分析

§4.1 环形结构性能分析

§4.2 星型结构性能分析

§4.3 弹性分组星环交换结构性能分析

§4.4 弹性分组星环交换结构和crossbar结构的性能比较

§4.5 本章小结

第五章 弹性分组星环交换结构的仿真

§5.1 OPNET通信仿真软件的简介[39][40][41]

§5.2 环形交换结构的仿真

§5.3 星型形交换结构的仿真

§5.4 弹性分组星环交换结构及星环嵌套结构的仿真

§5.5 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果