光分组交换核心节点缓存结构研究

论文摘要

光纤通信技术的发展使得每根光纤中的传输速率超过10Tb/s。波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)就是充分利用了光纤通信的优势。然而光纤通信和波分复用技术的优势要求基于光电光转换的路由器、交换机应该具有巨大的缓存容量和更加高速的信号处理能力,但目前在缓存和光信号处理速率上,并不能满足要求。光分组交换以其较小的交换粒度和高速的交换速度,以及对各种上层协议的支持成为了光网络“电子瓶颈”的最理想解决方案。光分组交换网络中一个关键的问题就是光分组在核心节点的冲突解决问题,本文就是对此问题进行了探索。本文首先比较了异步光分组交换网络中各种冲突解决方法的特点,在重点介绍光纤延时方法的延时原理的基础上,提出一种光分组交换网络中的新型光纤缓存结构——分段式共享光缓存结构。该结构采用了光纤的分段共享机制,使光纤延时线的利用率大大提高,从而使缓存矩阵中的光纤延时线数目大大降低。这种结构的提出对降低在光分组交换网络核心节点配置缓存而产生的造价,有很大帮助,而且并不会为核心节点的扩展带来过重的负担。仿真分析结果证明了该结构的性能。在文章中,还采用了一种具有马尔科夫链特性的有限状态数学模型,对分段式共享缓存结构的性能进行了进一步的分析和验证。通过将数值计算得到的结果与仿真得到的结果进行比较,充分证明了分段式共享光缓存结构的正确性和精确性。本文还针对现在的光缓存结构中,很少结构能在光分组调度上实现服务质量这一缺陷,提出另一种新型的缓存结构——输出式循环共享光缓存结构。该结构的光纤延时线构造上,与分段式共享光缓存结构有异曲同工之处,在使用光纤的效率上两者相同,减少核心节点配置光线缓存造价的同时,通过在单个光纤延时单元上的循环延时,实现了完全地满足光分组调度时的服务质量要求。仿真分析和验证结果表明,该结构只需采用很少数量的光纤延时线,便能达到良好的效果;对于具有服务质量要求的分组能提供很小的丢包率和分组平均延时。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光网络基础——波分复用技术
• 1.2 光交换技术
• 1.2.1 光路交换
• 1.2.2 光分组交换
• 1.2.3 光突发交换
• 1.3 光分组交换网络研究现状
• 1.3.1 国外现状
• 1.3.2 国内现状
• 1.4 本文主要工作及内容安排
• 第二章 光分组交换技术
• 2.1 光分组交换网络的分类
• 2.2 光分组交换网络的关键技术
• 2.2.1 超高速全光逻辑器件
• 2.2.2 光分组的产生、提取、擦除和写入
• 2.2.3 光分组的同步
• 2.2.4 光交换矩阵
• 2.3 光分组交换网络及节点结构
• 2.3.1 光分组交换网络结构
• 2.3.2 光分组交换网络边缘节点
• 2.3.3 光分组交换网络核心节点结构
• 2.4 冲突的形成及解决方法
• 2.4.1 冲突的形成及影响
• 2.4.2 波长变换
• 2.4.3 空间上的偏移路由
• 2.4.4 时间上的光纤延时
• 2.4.5 综合冲突解决方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 分段式共享光缓存结构
• 3.1 研究背景
• 3.2 分段式共享光缓存结构
• 3.3 分段式共享光缓存的性能
• 3.4 分段式共享光缓存数学分析
• 3.4.1 模型建立的背景
• 3.4.2 数学模型建立环境
• 3.4.3 数学分析模型
• 3.4.4 数值计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 输出式循环共享光缓存结构
• 4.1 研究背景
• 4.2 输出式循环共享光缓存结构及QoS 实现
• 4.2.1 输出是循环光纤光缓存结构
• 4.2.2 服务质量的实现
• 4.3 输出式循环共享光缓存的性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结及未来工作
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作
• 1. 项目研究
• 2. 参与专利发明
• 3. 论文发表