OBS核心节点控制系统及高速接口研究与设计

论文摘要

光突发交换（Optical Burst Switching-OBS）作为当前技术条件下系统可实现的一种方案,结合了其它多种光交换技术的优势,是较有发展前途的光交换关键技术。但目前对OBS 的研究主要以理论为主,完整的实施方案和具体的技术细节还不成熟,更缺乏可运行的实际参考系统。本文则以国家863 重大项目“OBS实验系统”为基础,对OBS 实验系统的实现进行了较全面的分析,给出了核心节点结构,重点描述了其中高速接口模块的软硬件设计,同时进行了大量的系统级测试分析研究。本文首先对OBS 技术进行了概述,分析了OBS 系统框架以及实验系统的具体模型,明确各节点功能作用及系统中的关键控制信号的处理流程,并详述了系统处理中需要注意的关键技术,同时对系统期望达到的性能以及影响因素作了简要说明。随后进一步从硬件模块上对核心控制节点的实现进行了分析。通过附录中的原理图、器件布局等给出了高速光电接口板的详细设计方案,完成高速光电接口电路板设计制作。概述了核心实验板的模块实现及改进方案,附带总结了在制作PCB 板块时的部分规范。硬件完成调试后,文中对VHDL 的程序设计方面进行阐述。同样首先给出了核心控制板块中的模块划分,并明确模块间的接口定义。重点给出了BHP 接口部分VHDL 各模块的实现以及程序状态转换图,并结合仿真时序图对模块中的关键信号的时序进行举例分析。因为目前对于OBS 这种新技术不但缺乏有效的测试手段,而且其性能指标的评价体系也尚不明确。而在核心控制系统设计调试过程中,对建立一模拟平台的相当必要。因此本文最后针对OBS 测试系统进行了较为系统的分析,对OBS系统的性能指标评价体系作出了较为详细明确的说明。在对其中所面临问题的特殊性进行探讨后,重点对基于BHP 的OBS 测试系统进行分析,给出利用已制作的高速接口板实现的边缘节点模拟的具体方案,并在实验系统中投入使用。

论文目录

• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 OBS 光突发交换技术概述
• 1.3 OBS 系统模型
• 1.4 本文主要内容及安排
• 第二章 OBS 实验系统模型研究
• 2.1 边缘节点
• 2.2 核心控制节点
• 2.3 BHP 模型
• 2.3.1 BHP 帧格式
• 2.3.2 BHP 的处理流程
• 2.4 系统中的关键技术-系统定时与内部处理时标
• 2.5 关键参数分析
• 2.5.1 控制通道速率（最大值）VBmax
• 2.5.2 关于处理延时（基于顺序调度策略）
• 2.5.3 关于突发交换丢失率
• 2.6 本章小结
• 第三章 OBS 核心控制系统及高速接口硬件实现
• 3.1 核心控制系统模块设计
• 3.2 核心控制节点高速接口的硬件设计
• 3.2.1 高速接口硬件模块设计
• 3.2.2 光电转换及匹配电路
• 3.2.3 SerDes 器件及驱动
• 3.2.4 FPGA 外围电路设计及配置
• 3.2.5 MCU 模块
• 3.2.6 POS 总线接口
• 3.3 核心控制系统实验板设计以及改进
• 3.3.1 核心控制实验板设计
• 3.3.2 核心光电高速接口板改进方案
• 3.4 PCB 板的设计制作
• 3.5 高速接口电路环回调试
• 3.6 本章小结
• 第四章 核心控制板 VHDL 模块程序设计
• 4.1 核心控制板块VHDL 模块划分
• 4.2 BHP 接收/发送汇聚模块设计
• 4.2.1 SerDes 驱动模块
• 4.2.2 8B/10B 编/解码模块
• 4.2.3 BHP 解析转换模块
• 4.2.4 BHP 汇聚模块
• 4.2.5 BHP 发送模块
• 4.2.6 其他模块
• 4.3 设计中所遇到问题及解决
• 4.3.1 多路输入多路输出
• 4.3.2 状态机-数据稳定后操作
• 4.3.3 资源占用问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 OBS 测试系统结构分析
• 5.1 OBS 系统性能评估体系
• 5.1.1 交换丢失率
• 5.1.2 交换时延
• 5.1.3 时延抖动
• 5.1.4 CoS 支持
• 5.2 OBS 系统测试中的特殊问题
• 5.2.1 边缘节点
• 5.2.2 端口与业务量
• 5.2.3 基于BHP 的系统测试
• 5.3 OBS 测试系统分析
• 5.3.1 测试系结构
• 5.3.2 对BHP 业务的模拟
• 5.3.3 测试中BHP 的帧结构
• 5.3.4 统计数据量分析
• 5.4 边缘结点模拟测试板块的设计与实现
• 5.5 总结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录 A 匹配电路
• 附录 B 原理图及电路布局
• 附录 C 光电高速接口板POS 总线接口标准
• 附录 D 接收BHP 仿真时序图
• 个人简历
• 在校期间研究成果