半步超前交换技术及其改进研究

摘要

随着多媒体网络应用数据流在Internet中的增加，使Internet的“尽其所能”的服务难以满足新数据流的服务质量的需求，成为Internet面临的一大挑战；加上单根光纤的通信速率有多个数量级的提高，网络节点(路由器/交换机)面临着服务质量保障和交换能力的双重挑战。上述挑战要求计算机网络的体系结构更加精简和高效，要求网络节点能够满足高速交换和服务质量保障的需要。面对这些挑战，四川省网络通信技术重点实验室提出了“单物理层用户数据传输与交换平台体系结构”(SUPA-SingleUser-datatransfer&switchingPlatformArchitecture)网络(SUPANET)，采用带外信令控制思想将Internet现有的协议栈保留在其“信控管理平台”(S&M-platform)上，以保持与Intemet的互联互通能力，而利用面向以太网的物理帧时槽交换(EPFTS-Ethernet-orientedPhysicalFrameTimeslotSwtiching)技术将用户数据传输与交换平台(U-platform)简化为单物理层结构。SUPANET为多媒体数据的传输与交换提供服务质量能够得到保障的、面向连接的、物理层的“虚线路服务”(VirtualLineService)。 为此，SUPANET设计了一整套服务质量保障体系，它由信控、管理平台的服务质量协商协议(QoSNP-QoSNegotiationProtocol)、单波长基于服务质量的路径信息交换协议(λQoSRIP)、流量监测与交换协议、呼叫准入控制(CAC)以及用户数据传输与交换平台的用户数据入网控制协议(UAC)、媒体配额算法(MQA)和交换节点的交换结构及交换机制共同组成。本论文中反映的研究工作是U-platform中与交换结构和交换机制相关的服务质量保障技术，研究的重点是实验室提出的半步超前技术(HFS-Half-stepForwardSwitching)。 “半步超前交换技术”(HFS-Half-stepForwardSwitching)的基本思想是：“充分利用面向连接服务的在建立连接过程中已经获得选择的端到端通路上各节点的输出端口这一有利条件，在各节点输出的分组或帧中，不再如传统交换过程中携带标识下一节点输入单元的信息，而是直接携带标识下一节点输出端口的信息，因此，任一节点的输入单元一收到该分组/帧，不需要经过查找路径表/交换表即可直接请求交换仲裁机制快速进行交换。”HFS的提出的背景是：交换机中的输入单元的任务和造价占交换机整体的70％左右，因此，输出单元对处理速度的要求较高，引起的传输时延和抖动(例如查表时间的不确定性)对整机影响较大，因此，如果能够将部分功能移至负担现对较轻的输出单元处理，有助于提高交换速度和降低传输时延和抖动。尽管HFS使输入单元不查表直接请求交换，但由于新的交换字段仍需要在输出单元更新，故称之为“半步超前”交换。 在本项研究过程中，笔者发现：充分利用面向连接服务输入单元相关数据以连接为基础的分布特征，在将交换字段的更新保留在输入单元，通过一次访问更新直接在输入端将下一节点的输出端口和输入端口的标识一道更新，可以避免HFS中所需的双交换字段，由此进一步提高处理效率。新的技术被称为“一步超前交换”(OFS-One-stepForwardSwitching)，因为任一输出帧内携带了下行方向上的下一节点交换所需所有字段。 本论文中作者的主要工作与贡献可以概括为：①系统地研究了半步超前技术及其实现方式并通过仿真实验证实：采用HFS比传统方式具有更短的传输时延和抖动； ②在分析HFS技术存在的不足的基础上，笔者结合组播需要和实验室提出的多输入单输出一复用直传结构(NISO-MEFS)，分析了采用“一步超前交换”(OFS)技术可以进一步提高交换效率和简化处理的优点，初步地探讨论实现一步超前交换的方法和举措。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章交换机及其对服务质量的影响分析

第3章半步超前交换技术

第4章性能仿真与分析

第5章从半步超前交换到一步超前交换

结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文