混合交换光网络上的光多播机制的研究

摘要

目前，在WDM网络中有两种全光多播方式，一种是OCS(Optical CircuitSwitching，光电路交换)网络中基于光树的多播，另一种就是在OBS(Optical BurstSwitching，光突发分组交换)网络中基于突发分组的多播。这两种方式都有各自的优缺点。 在OCS网络中，多播业务是通过光树来承载的，一棵光树的提供的带宽通常可达数十Gbps，而一个多播业务的带宽通常很小，所以链路的带宽利用率很低，虽然多播业务量疏导技术可以改善光树的带宽利用率，但是多业务量疏导节点成本很高，而且疏导算法的复杂度也很高。 OBS网络中的多播问题也有少量文献进行了研究。在OBS/OPS网络中，虽然带宽利用的问题可以改变，但是多播业务的丢包和延时性能又得不到保证。 针对OCS和OBS网络对多播业务支持的不足，本文提出了一种采用混合交换技术的新型光交换网络——基于环路的混合交换光网络(Cycle based HybridLightpath And Burst Switching,c-HyLabs)，并提出了在此网络上实现全光多播的机制。并且通过仿真，将它的性能与普通的OBS多播和OCS多播的性能进行了对比，验证了该机制的优越性。 第一章首先介绍了光网络的三种基本交换技术的优缺点并且引出了混合光交换的概念。现有的混合交换技术主要分为三类--主从型，集成型和平行型。然而现有的混合交换技术存在虚拓扑的构建，网络实现困难以及如何合理地利用资源进行业务传输等问题。针对以上问题，本文提出了一种新型混合交换方案——基于环路的混合交换光网络。c-HyLabs很好地集成了OCS和OBS两种传统的交换方式，能够动态的适应网络业务量的动态变化，并且增强了网络中资源的利用率。本章首先介绍了c-HyLabs混合交换光网络的整体架构，其网络的节点结构和各模块的功能将在下一章多播那一部分做详细讲述。c-HyLabs的特殊之处在于其OBS部分的虚拓扑被设计为环状。环网可以占有较少的网络资源，同时具有天然的保护性。 第二章主要介绍了我们提出的一种c-HyLabs网络上的全光多播机制：基于预制环的HyLabs多播。本章首先介绍了这种多播方式的基本原理和具体实现，其次介绍了它的虚拓扑的设计方法以及为它的网络的节点结构和各模块的功能。通过仿真，验证了所提出的环状HyLabs混合交换光网络的多播机制的优越性。仿真结果表明：环状HyLabs多播的性能要优于传统的OBS多播和OCS多播。在条件相同的前提下，与前者相比，环状HyLabs多播平均丢包率和IP包的平均端到端延时都要小一些；与后者相比，环状HyLabs多播消耗的波长资源和IP包的平均丢弃率要更少。本章的最后，还提出了一种启发式算法，用来从一个固定的OBS域中找出一个或多个vs节点，使得网络的性能最优。 第三章主要介绍了我们提出的另一种c-HyLabs网络上的全光多播机制：基于最短生成树的HyLabs多播。本章首先介绍了这种多播方式的基本原理和具体实现，其次介绍了它的虚拓扑的设计方法。最后通过仿真，验证了所提出的树形HyLabs混合交换光网络的多播机制的优越性。仿真结果表明：树形HyLabs多播的性能要优于传统的OBS多播和OCS多播。在条件相同的前提下，与前者相比，树形HyLabs多播平均丢包率和IP包的平均端到端延时都要小一些；与后者相比，树形HyLabs多播消耗的波长资源和IP包的平均丢弃率要更少。本章的最后，还提出了一种启发式算法，用来从一个固定的OBS域中找出一个或多个vs节点，使得网络的性能最优。 最后，作者介绍了c-HyLabs混合交换仿真平台。首先介绍仿真平台的设计思路和总体框架，然后分别介绍在该框架下各个模块的设计实现以及关键数据结构。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略词表

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2基本光交换技术

1.2.1光电路交换技术

1.2.2光分组交换技术

1.2.3光突发交换技术

1.3现有混合光网络介绍

1.4 c-HyLabs模型整体描述

1.5现有光多播理论简介

1.6论文结构及内容安排

第二章环状HyLabs多播机制

2.1研究背景

2.1.1WDM光多播的发展

2.2环状多播机制描述

2.2.1环状HyLabs多播机制具体原理

2.2.2环状多播机制域间处理的一点扩展讨论

2.3环状HyLabs多播节点结构

2.4 c-HyLabs多播节点执行流程图

2.5 OBS拓扑与OCS光路的建立

2.5.1OBS环拓扑建立

2.5.2 OCS光路建立

2.6环状HyLabs多播与OCS多播性能分析

2.6.1仿真平台设计

2.6.2性能分析

2.7环状HyLabs多播与OBS多播性能分析

2.7.1仿真平台设计

2.7.2仿真结果

2.8仿真结论

2.8.1环状Hylabs多播和OCS多播性能分析

2.8.2环状Hylabs多播和OBS多播性能分析

2.9 vs节点选择对多播性能影响

2.9.1 vs节点的概念及其应用

2.9.2影响性能因素

2.9.3 vs节点最优化选择算法

2.10小结

第三章树形HyLabs多播机制

3.1树形多播机制描述

3.2 OBS拓扑与OCS光路的建立

3.2.1 OBS拓扑建立

3.2.2 OCS光路的建立

3.3树形HyLabs多播与OCS多播性能比较

3.3.1仿真参数设置

3.3.2仿真结果

3.3.3仿真参数设置

3.3.4仿真结果

3.4树形HyLabs多播与环状HyLabs多播性能比较

3.4.1仿真参数设置

3.4.2仿真结果及比较

3.5结论

3.5.1树形Hylabs多播和OCS多播性能比较

3.5.2树形Hylabs多播和OBS网络多播性能比较

3.5.3树形HyLabs多播同环状HyLabs多播性能比较

3.6 vs节点选择对多播性能影响

3.6.1影响性能的两个因素

3.6.2 vs节点最优选取算法

3.7小结

第四章仿真平台设计

4.1仿真平台设计思路

4.1.1比较的公平性

4.1.2仿真拓扑

4.2 0CS模型

4.2.1OCS边缘节点模型

4.3 0BS模型

4.3.1OBS边缘节点模型

4.3.2核心节点模型

4.4环状，树形HyLabs多播模型

4.4.1 vs节点模型

4.5总结

第五章结束语

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间的研究成果