光突发交换网边缘节点接收部分的研究与实现

论文摘要

全球数据业务量的爆炸性增长使得人们对网络带宽的需求越来越大,而传统的通信介质却无法满足高带宽网络传输的要求,这促使研究者们将目光转移到一种具有巨大潜在容量的传输介质——光纤的研究上来,于是就出现了IP over WDM 网络分层结构。这种结构省掉了传统的ATM 和SDH 两个中间层,降低了网络实现的复杂度,使网络传输效率有很大的提高。目前由于密集波分复用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)技术的日趋成熟,Tbit/s　量级甚至更高的传输网络已初步形成。但网络交换的发展却远远滞后于网络传输,成为光纤宽带网络发展的最大瓶颈。光突发交换技术结合了传统光电路交换和光分组交换技术的优点又克服了二者的缺点,是下一代IP over WDM光网络采用的一种有效的光交换技术。本文主要介绍光突发交换网边缘节点接收部分的研究与硬件实现方案。文章首先介绍光突发交换网产生的背景,然后对光突发交换网的体系结构进行阐述,并详细介绍光突发交换体系中边缘节点的功能以及边缘节点接收部分的总体实现方案。接着讲解在本课题――光突发交换关键技术在本实验系统(国家863 计划重点资助项目)中实现边缘节点接收部分时的功能模块划分。此后,本文开始详细介绍边缘节点接收部分各模块的实现情况,包括突发数据的接收与解封装、接收调度和以太网封装与发送。其中接收调度是边缘节点接收部分的核心。在对该模块的介绍中,文章将对各种调度算法进行比较,并在这些调度算法的基础上提出一种新的调度算法——VISP(Variable Input Serial Polling,变长串行输入轮循算法)。然后指出VISP 算法在实现上的缺陷,并给出高速(千兆,Gbit/s)环境下实现传统总线型交换的硬件实现细节。最后,本文将介绍边缘节点接收部分的电路板设计以及边缘节点接收和发送部分的联和调试方案。本文的创新点在于: (1)根据IP 数据分组变长调度的特点和ISP 调度算法的思想,提出了VISP调度算法;

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 简略字表
• 第一章 引言
• 1.1 光网络的发展
• 1.2 光交换技术
• 1.2.1 光电路交换（OCS）
• 1.2.2 光分组交换（OPS）
• 1.2.3 光突发交换（OBS）
• 1.2.3.1 OBS 网络的结构
• 1.2.3.2 三种交换机制的比较
• 1.3 本文概述
• 第二章 光突发交换边缘节点的结构及接收部分的实现方案
• 2.1 边缘节点的结构
• 2.1.1 边缘节点发送部分
• 2.1.2 边缘节点接收部分
• 2.2 接收部分的总体实现方案
• 2.2.1 突发包的接收与解封装
• 2.2.2 接收调度策略
• 2.2.3 以太帧的的封装及发送
• 第三章 突发数据的接收与解封装
• 3.1 千兆突发数据的接收
• 3.1.1 8B/10B 编码
• 3.1.2 突发接收的相关原理
• 3.1.3 PMC8354 数据收发器
• 3.2 突发包解封装模块
• 3.2.1 快速输入寄存器模块
• 3.2.2 8bit 到 16bit 转换模块
• 3.2.2.1 转换控制模块
• 3.2.2.2 异步fifo
• 3.2.3 突发包拆包模块
• 3.2.4 仿真结果
• 第四章 边缘节点接收调度的研究与实现
• 4.1 交换单元的基本结构和排队机制
• 4.1.1 交换单元的基本结构
• 4.1.2 交换中的排队机制
• 4.1.3 VOQ 机制
• 4.2 基于VOQ 的调度算法
• 4.2.1 PIM 算法
• 4.2.2 iSLIP 算法
• 4.2.3 ISP 算法
• 4.3 针对变长交换的ISP 算法——VISP
• 4.4 VISP的设计实现
• 4.4.1 时序发生器
• 4.4.2 RR 指针产生器
• 4.4.3 当前请求产生器
• 4.4.4 微仲裁器
• 4.4.4.1 温度计编码
• 4.4.4.2 温度计编码型PPE
• 4.4.5 输出端口状态控制器
• 4.4.6 仿真结果
• 4.5 总线型交换
• 4.5.1 VISP 的缺陷
• 4.5.2 总线型交换的设计实现
• eb）'>4.5.2.1 16bit 到 64bit 转换模块（tb_eb）
• in）'>4.5.2.2 输入端口模块（port_in）
• 4.5.2.3 调度模块（arbitrator）
• 4.5.2.4 数据缓存（buf）
• out）'>4.5.2.5 输出端口（port_out）
• tb）'>4.5.2.6 64bit 到16bit 转换模块（eb_tb）
• 4.5.3 仿真结果
• 4.5.4 VISP交换单元与总线型交换单元的比较
• 第五章 以太网封装及发送模块
• 5.1 以太网的MAC层封装
• 5.1.1 千兆以太网MAC帧格式
• 5.1.2 以太网封装模块的设计实现
• in）'>5.1.2.1 封装缓存模块（ether_in）
• 5.1.2.2 封装控制模块（assemble）
• 5.1.2.3 CRC校验模块（CRC）
• 5.1.3 仿真结果
• 5.2 以太帧的发送
• 第六章 边缘节点接收部分电路板的设计
• 6.1 边缘节点接收部分电路板的设计
• 6.1.1 边缘节点接收部分总框架
• 6.1.2 供电模块
• 6.1.3 光电转换模块
• 6.1.4 加载芯片电路
• 6.1.5 网管接口电路
• 6.2 边缘节点发送和接收部分的联合调试
• 第七章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 边缘节点接收部分电路板PCB 图
• 个人简历
• 在学期间研究成果及经历
• 攻读硕士学位期间发表论文