OBS网络中的边缘汇聚及整形算法研究

论文摘要

光突发交换被看作是一种很有前途的全光交换技术方案,它结合了光电路交换和光分组交换的优点,充分利用了光纤的巨大带宽和电控制的灵活性,较好的克服了现有光交换方式的缺点。虽然目前对它的研究仍以理论研究为主,但是随着其技术的不断完善,很有希望成为下一代全光交换网络的核心技术。突发包汇聚作为光突发交换网络的关键技术之一,决定如何将网络数据分组组装成在光突发交换网络中传输的单元突发包,很大程度上决定了输入核心交换网络的突发包的特性,会直接影响网络的各方面性能。目前大量研究表明,网络业务流呈现自相似性（self-similarity）,相比传统的业务模型具有更大的突发特性,如何使突发包的汇聚能适应网络业务的突发变化以改善网络性能,是一个值得深入研究的课题。本文在分析了几种主流汇聚算法的基础上,提出了一种改良的自适应汇聚机制IAAM-SAD（Improved Adaptive Assembly Mechanism with Stable Assembly Delay）,以更好的适应网络业务的实时变化。IAAM-SAD是一种基于长度门限自适应变化的汇聚机制,能够对业务负载的实时变化趋势做出判断,并采取有区分的门限调整策略,令门限的长度适应当前的网络负载。通过在突发性很强的自相似业务背景下进行仿真,证明IAAM-SAD达到了改善网络性能的目的,能够稳定突发包的汇聚时延,并且减轻由于负载变化而可能造成的各方面网络性能的恶化,避免了几种主流汇聚算法各自存在的缺陷。然而IAAM-SAD并没有对网络丢包率做出明显的改善,对于光突发交换网络这种分布式网络来说,仅通过汇聚算法的改良很难对丢包率产生直接有效的改善。网络丢包率较大却恰恰是光突发交换网络面临的主要问题之一。因此本文进一步提出TPT-SS（Traffic Prediction and Token-Based Shaping Scheme）机制,一种基于业务量预测和自适应令牌的整形机制,以开环的方式减轻冲突的发生。TPT-SS周期性对业务流量进行预测,将预测结果作为突发包汇聚模块周期性调整参数以及整形模块中改变令牌的产生速率的依据,通过获取令牌将突发包调度上波长信道。通过仿真,证明TPT-SS能够使进入核心交换网络的突发包流得到平滑,减轻自相似业务的突发性,从而有效改善核心网络中的丢包率。而且在仿真中进一步探讨了TPT-SS为达到这一目的所付出的代价,并对一些重要参数进行了仿真研究,详细说明了它们对网络性能及代价的影响。最后,将介绍仿真所采用的完整的光突发交换网络仿真平台的设计方法,在该平台上实现了本文提出的汇聚机制和整形机制,以及一系列用于比较的算法机制,对IAAM-SAD、TPT-SS做出仿真实验、结果分析以及性能评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光网络技术的引入
• 1.2 光网络的发展
• 1.3 OCS、OPS 与OBS
• 1.3.1 OCS 的技术特点
• 1.3.2 OPS 的技术特点
• 1.3.3 OBS 的技术特点
• 1.4 主要研究工作和内容安排
• 第二章OBS 技术概述
• 2.1 OBS 网络中的基本概念
• 2.1.1 突发包与BHP
• 2.1.2 JET（Just Enough Time）资源预约机制
• 2.1.3 基于GMPLS 的路由策略
• 2.2 OBS 的网络系统结构
• 2.3 OBS 网络的边缘节点
• 2.3.1 发送部分功能模块
• 2.3.2 接收部分功能模块
• 2.4 OBS 网络的核心节点
• 2.5 本章小结
• 第三章 自相似业务源模型
• 3.1 网络业务量的特性
• 3.2 自相似原理
• 3.2.1 数学描述
• 3.2.2 物理背景
• 3.3 Hurst 参数及其估计方法
• 3.4 自相似业务流量建模
• 第四章 稳定汇聚时延的改进自适应汇聚机制
• 4.1 研究背景
• 4.2 边缘汇聚机制综述
• 4.2.1 基于固定时间门限的汇聚算法
• 4.2.2 基于固定长度门限的汇聚算法
• 4.2.3 门限的自适应汇聚算法
• 4.3 IAAM-SAD 汇聚机制
• 4.3.1 IAAM-SAD 汇聚机制所要解决的问题
• 4.3.2 IAAM-SAD 汇聚机制的功能模块
• 4.3.3 IAAM-SAD 汇聚机制的算法流程
• 4.3.4 IAAM-SAD 汇聚机制的有益效果
• 4.4 与不同汇聚算法的仿真比较
• 4.4.1 仿真模型及参数设置
• 4.4.2 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于业务量预测和令牌的边缘整形机制
• 5.1 研究背景
• 5.2 现有的应用于OBS 网络的整形机制
• 5.3 TPT-SS 整形机制
• 5.3.1 TPT-SS 边缘节点发送功能模块
• 5.3.2 TPT-SS 主要功能模块算法流程
• 5.3.2.1 业务量预测模块的算法选择及改进
• 5.3.2.2 汇聚控制模块的内部机制
• 5.3.2.3 令牌生成模块的速率控制
• 5.3.2.4 边缘调度模块的调度流程
• 5.4 TPT-SS 在OBS 网络中的性能仿真
• 5.4.1 预测模块的功能验证
• 5.4.2 整体网络性能比较
• 5.4.3 关键参数的设置
• 5.4.3.1 补偿因子β的选择
• p 的选择'>5.4.3.2 预测周期T_p的选择
• 5.4.4 输入输出业务流特性比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 OBS 网络仿真平台的设计与实现
• 6.1 OPNET 仿真工具
• 6.2 仿真网络模型设计
• 6.2.1 自相似业务源建模
• 6.2.2 核心节点设计
• 6.2.3 边缘节点设计
• 6.2.3.1 普通边缘节点设计
• 6.2.3.2 TPT-SS 边缘节点设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 下一步研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 本文作者在攻读硕士学位期间取得的成果
• 个人简历及获奖情况