异步全光分组交换网络若干关键技术研究

摘要

随着数据业务的不断增长，分组交换的需求越来越大，尤其是全光网络中的分组交换对于克服光电转换瓶颈、提高交换容量、延长分组的直达距离有着重要的意义。IP做为越来越多业务的承载方式已经应用于众多的网络中。与此同时由于小粒度异步分组交换所带来的业务的自相似性(突发性)也随着网络容量的升级和业务的不断拓展而愈加明显，并成为网络性能恶化的主要因素之一。本文针对异步全光分组交换网络中若干关键技术进行研究，主要内容如下： 1.在深入分析自相似业务流的基础上，提出了一种快速Hurst指数估值过程，首次利用经验模态分解去除了影响Hurst指数估值的趋势项，并利用小波分解对于待估值序列进行了预处理，不但提高了估值精度，还大大加快了估值速度。同时基于当前网络研究中缺乏实用高速自相似流源的现状，在详细分析了各种自相似模型的特点和硬件平台特点的基础上，提出并研制成功了一种实时在线产生自相似业务的发生源。同时提出了基于数字逻辑的用于计算重尾分布随机数的单精度浮点数的幂次运算等相关算法。 2.通过对数据封装算法的研究和分析，提出用于全光分组交换OPS的QHTAA算法来实现数据分组长度和分组发送时间间隔两个层面的平滑。数据分组长度的剧烈变化通过QHTAA算法的分组组装的门限来控制。而分组发送时间间隔则通过QHTAA算法引入的延迟因子DE来调整。通过这两个层面的调整使得分组单位时间内的流量的自相似性被大大的平滑掉了，表明QHTAA算法具有很好的抑制突发性的效果。 3.针对全光边缘节点的接入，提出了一种新型的基于FDLs的边缘节点模型，同时针对该节点模型提出了一种新的主动队列维护算法，在一定程度上节省了FDLs缓存资源，并在统计FDLs信道端口使用情况的基础上提出了一种新的FDLs设计方案——有选择优化方案。该设计方案具有较低的丢包率和较小的数据包平均延迟，同时降低了边缘汇聚节点的硬件复杂度和资源消耗，为FDLs的设计提供了一种新的思路。 4.针对试验室研制的含有DLOBs全光缓存器的全光分组交换节点提出了一种实现全光分组交换冲突解决的硬件调度设计方案和调度算法，并对DL,OBs的最大环长(缓存深度)、最大缓存圈数和DLOB的个数(缓存单元端口数)进行了深入分析，得到：DLOBs器件的研究方向为缓存圈数(缓存时间)的增加，而深度根据QoS的要求来确定，DLOBs的个数不要超过10个。 5.定量分析了光弹性分组环网(O-RPR)内的数据流量。并在对一种新的故障场景深入分析的基础上，提出一种可控源路由保护机制，弥补了原协议中动态保护机制的不足，提高了0-RPR的生存性。

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论文说明：缩写词索引

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致谢

1 绪论

1.1全光分组交换网的关键技术

1.1.1分组竞争

1.1.2全光信号处理

1.1.3边缘节点的光分组组装

1.2 自相似业务流对全光交换网的影响

1.2.1具有自相似特性的网络业务

1.2.2自相似业务流发生源的研究

1.2.3自相似参数的估值

1.2.4基于自相似业务流的网络性能研究

1.3光网络的生存性

1.4论文的主要工作及创新点

1.4.1高速自相似业务流源的硬件实现

1.4.2自相似业务流的快速估值研究

1.4.3边缘节点光分组组装、整形机制的研究

1.4.4全光边缘节点与核心节点的结构设计及其调度算法

1.4.5 O-RPR网络生存性研究

2 自相似业务流源的研究

2.1引言

2.1.1 ON/OFF模型构建自相似源

2.1.2 ON/OFF自相似流源的特性研究

2.2快速Hurst指数估值过程

2.2.1自相似随机序列的小波分解

2.2.2经验模态分解(EMD)

2.2.3 R/S估值法

2.2.4快速估值过程结果分析

2.3 自相似数据流源的研制

2.3.1自相似流源的关键算法

2.3.2自相似流源算法的硬件实现

2.3.3自相似流源的性能

2.4 小结

3 全光网分组组装机制的性能研究

3.1 引言

3.2全光分组交换网络节点结构

3.3边缘节点组装算法性能评价指标

3.4三种典型OBS光分组组装算法及其性能分析

3.5各组装算法场景建模

3.6各分组组装算法对业务流的整形性能

3.7 小结

4 基于全光缓存器的边缘节点与核心节点的研究

4.1 引言

4.2基于FDLs的边缘节点

4.2.1基于FDLs的边缘节点的结构与分析

4.2.2基于FDLs的边缘节点的建模

4.2.3边缘节点的性能分析

4.3基于DLOB的全光缓存器的OPS节点设计

4.3.1全光缓存器的结构

4.3.2基于DLOB全光缓存器的OPS节点结构

4.3.3 DLOB全光缓存器的功能分析

4.3.4 DLOB全光缓存器的建模

4.3.5交换节点性能分析

4.3.6小结

5 光弹性分组环网的生存性研究

5.1 引言

5.2弹性分组环网的保护机制

5.3弹性分组环网的流量分析数学模型

5.4三种保护机制下的吞吐量变化分析

5.4.1源路由保护机制

5.4.2回绕保护机制

5.4.3可控源路由保护机制

5.5仿真结果

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 已取得的研究成果

6.2未来工作展望

参考文献

附录A 三种典型OBS分组组装算法伪代码

作者简历