电信级以太网的传送技术和资源优化管理算法研究

论文摘要

电信级以太网是国际国内的热点问题，围绕着电信级以太网各国都投入大量人力物力进行研究。针对当前电信级以太网产品在软件系统任务调度方面的不足，提出了一种基于任务复合价值密度-截止期-资源的任务调度方法，综合考虑复合价值密度、截止期和资源等因素确定任务的优先级，以基于优先级的抢占方式完成任务调度。仿真测试结果表明，在系统过载情况下，该方法获得的平均系统价值可达到EDF算法的300％、基于价值方法的177％、基于价值密度方法的162％。针对当前电信级以太网系统的转发信息表等硬件资源的现状不能满足变化中的应用需求的问题，提出了一种虚拟硬件资源方法用以改善系统的数据转发性能。测试结果表明，如测试数据流用伪随机数生成，在CPU使用率仅有少量增长的情况下，该方法能使二层转发目的查找失败率降低50％，三层转发目的查找失败率降低40％，访问控制列表匹配率提高20％。针对当前自适应时钟恢复方法研究中存在的不足以及同步业务对时钟的要求，提出了两种新的自适应时钟方法。其一是基于本地时标和卡尔曼滤波的方法，它的主要特点是利用本地业务时钟和计数器得到表示远端和近端业务时钟的时间信息（本地时标），并利用卡尔曼滤波算法过滤噪声。另一种方法则是基于去抖缓冲区的快速锁定的自适应时钟方法，其主要特征是基于缓冲区变化量得到时钟差异的描述信息，并利用两级EWMA滤波完成噪声的消除。测试结果表明：在增加部分可编程逻辑和少量CPU使用率的情况下，前一种方法相对于普通时戳方法和普通缓冲区方法，锁定时间分别减少了33％和45％；后一种方法相对于普通缓冲区方法锁定时间减少了40％。针对当前电信级以太网应用中物理信道引起信息传送错误以及网络拥塞引起信息丢失的现状，提出了一种修正错误数据包的自适应前向纠错方法（面向数据包的前向纠错方法），和一种恢复丢失数据包的自适应前向纠错方法（面向数据包组的前向纠错方法）。面向数据包的前向纠错方法主要应对物理信道对数据传送的影响，面向数据包组的前向纠错方法主要是应用于电信级以太网传送TDM业务的场合，为应对网络拥塞的影响。测试结果表明，在消耗一定量通信带宽的前提下，前一种纠错方法可使错包率降低到纠错前的3％，后一种纠错方法可将丢包率降至纠错前的1．0*10-4。针对当前电信级以太网系统传送TDM等实时业务时，网络拥塞影响传送质量的问题，提出了一种自适应去抖缓冲区管理的方法。该方法基于简化E-Model对去抖缓冲区的性能进行评价，寻求一种在当前网络状况下，最优的缓冲区大小的设置。测试结果表明，在占用一定CPU使用率的情况下，借助于可编程逻辑，该方法能使E-Model用于评价服务质量的传输等级参数R的绝对值增加5，用户评价等级可提高1级。在交换容量分别为12．8Gbps，256G和800G的电信以太网平台上实现并验证了上述理论和成果。以这些平台为原型的电信级以太网设备已在实际工程中大量应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2电信级以太网存在的问题
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 2 实时任务调度算法的研究
• 2.1 任务调度的研究现状
• 2.2 VADAR实时任务调度方法
• 2.3 VADAR算法的模拟测试、分析和应用
• 2.4 本章小结
• 3 虚拟硬件资源的研究
• 3.1 硬件资源的不足和解决方法
• 3.2 电信级以太网系统虚拟硬件资源方法（VEFIB）
• 3.3 VEFIB方法的实现和测试
• 3.4 本章小结
• 4 同步技术的研究
• 4.1 以太网同步技术研究现状概述
• 4.2 基于缓冲区的快速自适应时钟方法（FAB）
• 4.3 基于卡尔曼滤波的本地时标方法（KARNET）
• 4.4 FAB和KARNET方法的实现和测试
• 4.5 本章小结
• 5 前向纠错技术的研究
• 5.1 前向纠错技术相关研究现状
• 5.2 基于数据包的前向纠错技术方法（PAFEC）
• 5.3 面向TDMoE基于数据包组的前向纠错技术方法（PAGFEC）
• 5.4 PAFEC和PAGFEC方法的实现、测试和验证
• 5.5 本章小结
• 6 去抖缓冲区的研究
• 6.1 去抖缓冲区的研究现状
• 6.2 基于简化E-Mode1模型的自适应缓冲区管理方法（SEAB）
• 6.3 SEAB方法的实现和测试验证
• 6.4 本章小结
• 7 总结和展望
• 7.1 论文的主要贡献
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文列表
• 附录2 攻读学位期间申请专利和获奖
• 附录3 攻读学位期间完成和在研的主要科研项目
• 附录4 攻读学位期间参与研制产品的情况
• 附录5 参与研制产品所开通的实际工程
• 附录6 缩写词表