OBS核心节点控制模块BHP调度处理设计与实现

论文摘要

光突发交换（Optical Burst Switching-OBS）技术是目前光网络研究方面的一个热点,它融合了光链路交换和光分组交换两种光交换技术的优点,成为目前非常有发展前景的一种光交换技术。但是,当前对OBS 的研究仍然以理论研究居多,实践研究较少,因此OBS 交换技术还很不成熟,没有实际投入使用。基于此,本文在研究了OBS 核心节点及调度算法理论方案的基础上,结合实验网络的8Х4Х4 交换结构特点,从实践的角度出发,重点研究了OBS 核心节点控制模块的调度处理功能,设计实现了用于BHP（Burst Header Packet）调度的DSP 协处理模块电路方案,以及OBS 调度算法LAUC（Latest Available Unscheduled Channel）和LAUC-VF（Latest Available Unscheduled Channel-Void Filling）在实验系统交换结构上的具体实现流程。首先,本文概述了OBS 技术的原理和OBS 网络系统的结构,然后对项目中搭建的实验系统的具体模型进行分析,明确了各个功能模块的作用,以及系统中OBS 控制信号BHP 的处理流程,并描述了系统期望达到的性能指标,简要分析了影响性能指标的因素。其次,本文详细描述了核心节点控制模块DSP 协处理电路的硬件设计方案,并给出了DSP 协处理模块与用于核心节点控制的FPGA 模块的接口,实现了模块之间的连接交互。采用FPGA 外接DSP 电路的设计方法,把复杂的调度运算功能交给运算速率高的DSP 芯片来处理,可以大大节省FPGA 的硬件资源开销,减轻硬件处理的负担,从而改善调度性能。最后,本文阐述了两种OBS 调度算法LAUC 和LAUC-VF 在实验系统交换结构上的实现方案,明确了BHP、路由表、资源表、状态表、控制命令字等的定义和数据结构,分析了两个算法之间的差异,给出了两个算法的具体流程。并针对系统交换结构对LAUC-VF 算法进行了仿真,分析指令的运行周期以优化系统性能。本文分别从硬件和调度算法两方面对OBS 核心节点的交换调度功能进行了实践性研究,取得了一定的经验。

论文目录

• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三种光交换技术的特点及比较
• 1.2.1 光路交换OCS（Optical Circuit Switching）/波长路由
• 1.2.2 光分组交换OPS（Optical Packet Switching）
• 1.2.3 光突发交换（OBS,Optical Burst Switching）
• 1.2.4 OBS 与OCS 和OPS 的比较
• 1.3 OBS 网络构成
• 1.3.1 OBS 技术原理
• 1.3.2 OBS 核心节点
• 1.3.3 OBS 边缘节点
• 1.4 OBS 发展前景展望
• 1.5 本文内容及安排
• 第二章 核心节点结构分析及调度算法分析
• 2.1 核心节点结构描述
• 2.2 系统性能指标
• 2.2.1 控制通道速率（最大值）VBmax
• 2.2.2 处理时延（基于顺序调度策略）
• 2.2.3 突发丢失率
• 2.3 BHP 格式
• 2.4 系统定时与BHP 时标处理
• 2.5 BHP 调度处理流程
• 2.6 控制模块功能描述
• 2.7 调度算法比较分析
• 2.7.1 LAUC 算法性能分析
• 2.7.2 LAUC-VF 算法性能分析
• 2.8 算法复杂度分析
• 2.9 使用DSP 芯片实现调度算法的优点
• 2.10 本章小结
• 第三章 DSP协处理模块设计
• 3.1 DSP 协处理模块作用描述
• 3.2 DSP 芯片选型
• 3.3 ADSP2191 芯片的两个重要接口
• 3.3.1 主机接口（HostPort）
• 3.3.2 外部总线接口（ExternalPort）
• 3.4 DSP 电路板硬件结构
• 3.5 DSP 电路板接口描述
• 3.5.1 DSP 的级联接口
• 3.5.2 DSP 与FPGA 的接口
• 3.6 DSP 板其它设置
• 3.6.1 DSP 时钟设置
• 3.6.2 DSP 引导模式设置
• 3.7 电路板开发流程及注意事项
• 3.8 寄存器初始化设置
• 3.8.1 主机接口配置寄存器
• 3.8.2 外部存储区接口控制/状态寄存器
• 3.8.3 外部存储区空间段选择寄存器
• 3.9 初始化程序模块
• 3.10 本章小结
• 第四章 8Х4Х4交换结构下的算法实现
• 4.1 交换系统结构
• 4.2 LAUC 算法在8Х4Х4 结构下的描述
• 4.2.1 算法描述
• 4.2.2 算法步骤
• 4.3 算法数据结构定义
• 4.3.1 系统中BHP 数据结构
• 4.3.2 路由表结构在ADSP2191 上的定义
• 4.3.3 TWC 状态表结构在ADSP2191 上的定义
• 4.3.4 FDL 缓存状态表在ADSP2191 上的定义
• 4.3.5 资源配置表在ADSP2191 上的定义
• 4.4 调度结果命令字定义
• 4.4.1 TWC 控制命令字定义
• 4.4.2 FDL 缓存控制命令字定义
• 4.4.3 光交换矩阵配置命令定义
• 4.5 调度中的时间处理
• 4.6 用ADSP2191 实现LAUC 算法的流程
• 4.7 LAUC-VF 算法在系统交换结构上的实现
• 4.7.1 数据结构的变化
• 4.7.2 LAUC-VF 算法描述
• 4.7.3 LAUC-VF 算法的步骤
• 4.7.4 LAUC-VF 算法流程
• 4.7.5 LAUC-VF 算法指令周期仿真
• 4.8 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录 A DSP 电路板原理图1
• 附录 B DSP 电路板原理图2
• 附录 C DSP 电路板原理图3
• 附录D PCB 图
• 个人简历
• 在校期间研究成果