面向特殊用户的光因特网光交换技术的研究

论文摘要

在IP业务的高速增长和WDM技术超大容量带宽的双重推动下，传统光网络正朝着IP overWDM的下一代光因特网（NGOI）方向发展，且正从主干网延伸到城域网甚至到接入网领域。光突发交换（OBS）充分结合了光交换高速性和电处理灵活性的特点，成为构成NGOI可行的、具有很强竞争力的核心技术，己获得大量研究。然而，目前的工作大都集中在改善和提高光突发交换网络（OBSN）本身性能，以便为常规多媒体业务提供服务质量（QoS）保证上。如何为即将在NGOI上承载的一些特殊业务（如超媒体、远程操作等业务）提供QoS保证，现行的主要方案和技术尚未涉及和考虑；也没有统一的OBSN性能分析工具和设计平台。因此，本文深入研究面向特殊业务需求的光突发装配、调度、资源配置、竞争解决、传输等过程的机制、算法和设计方案，建立统一的OBSN性能仿真和设计平台，给出了具体分析和设计范例，分析和评估了示范网的各项性能和指标。 第一章首先系统概述光网络的发展和演进过程；突出为特殊业务提供QoS保证的重要性；综合归纳OBS技术领域的工作进展和关键技术；提出本文研究目标、内容、结果和创新点。 第二章提出了单位输入比特率概念，基于自相似过程构建了入口边缘路由器（ER）的并行多分组源（PMPS）业务源流量模型，综合讨论了关键参数的内在联系和变化规律。仿真结果表明，本章模型和方法统一了网络性能量化方式，准确描述了入口ER上的业务源流量，为建立统一的OBSN性能仿真和设计平台奠定基础。 第三章以满足时延稳定的特殊业务需求为基本出发点，重点研究OBS边缘路由器模型、用于装配及调度的具体算法、机制和方案。建立了新的边缘时延模型，提出了带缓存安全间隔（BSS）的PMPS边缘业务源突发装配算法；提出了边缘时延联合稳定方案（USS-ED）有力支持对特殊业务获得稳定时延的目标；设计了一种和BSS装配算法紧密结合的预降低同步方案来使得突发调度更有效。 第四章仍以满足时延稳定的特殊业务需求为基本出发点，重点研究OBS核心路由器（CR）模型、缓存结构、具体算法、机制和方案及其保证突发的传送效果。建立了新的突发流、突发竞争和CR时延模型；提出了缓存和交换集成结构方案并拓展到多纤网；提出了多约束、多策略综合（MMI）信道调度算法；分别对独立CR、邻接环境中CR的性能进行仿真分析。 第五章主要研究面向一般应用的无分级和分级的光突发交换网（OBSN）。完整地建立了突发和分组在OBS系统内的时延模型；按照有、无缓存两类情形，对无分级OBSN综合分析和讨论多个参数的影响；提出了基于光层QoS测度的QoS实现途径；在验证额外偏置时间方案之后，提出几种新的QoS实现方案。 第六章主要针对限制传输损伤和稳定（乃至固定）时延需求的特殊用户／业务，研究了应用光突发交换技术来实现QoS保证的具体方案。讨论了传输性能监测和传输损伤评估，建立了面向特殊业务的OBSN性能仿真和设计平台；针对江苏省电信长途传输网进行了传输损伤的计算和分析，提出了OBS核心网中区分端—端传输损伤的QoS保证优化方案；归纳了远程操作中引入IP／WDM光网所产生的随机变化的时延造成的系统稳定性问题。综合前面己提出的、直接与限制及稳定突发／分组时延有关的算法和方案，提出了能够有效稳定OBS端到端时延的总体方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号、变量
• 缩略词
• 第一章 绪论
• 1.1 光网络的发展和演进
• 1.1.1 IP over WDM光网络
• 1.1.2 光交换技术
• 1.2 IP/WDM光网管理及服务质量保证
• 1.2.1 光网管理和网络QoS基本概念
• 1.2.2 传统业务分级和QoS保证
• 1.2.3 光层业务分级和QoS保证
• 1.3 光突发交换技术
• 1.3.1 光突发交换的体系结构
• 1.3.2 边缘节点的突发装配和调度
• 1.3.3 核心节点的信道调度和竞争解决
• 1.3.4 光突发交换中的服务质量
• 1.4 本论文的主要工作
• 1.4.1 本文的研究意义
• 1.4.2 本文的主要工作
• 1.4.3 本文的主要创新点
• 参考文献
• 第二章 光突发交换网业务流量模型
• 2.1 自相似流量基础
• 2.1.1 自相似过程的数学描述
• 2.1.2 自相似流量的产生方法
• 2.1.3 自相似检验和评估
• 2.2 并行多分组源（PMPS）边缘流量模型
• 2.2.1 单位输入比特率
• 2.2.2 ON阶段的分组发送
• 2.2.3 新的截断Pareto分布
• 2.2.4 并行多分组源（PMPS）边缘流量模型
• 2.3 并行多分组源（PMPS）的统计分析
• 2.3.1 i.i.d.ON/OFF Pareto截断分布
• 2.3.2 一般ON/OFF Pareto截断分布
• 本章小结
• 参考文献
• 第三章 光突发交换边缘路由器
• 3.1 边缘路由器功能模型
• 3.1.1 ER发送部分功能模型
• 3.1.2 ER接收部分功能模型
• 3.1.3 边缘时延模型
• 3.2 带缓存安全间隔的突发装配算法
• 3.2.1 突发装配原理
• 3.2.2 突发装配算法流程图
• 3.3 突发装配效果评价
• 3.3.1 突发长度最值和装配时间阈值对突发长度分布的影响
• 3.3.2 输入分组源数对装配结果和网络性能的影响
• 3.3.3 缓存安全间隔的作用
• 3.3.4 缓存安全间隔设置对突发生成的影响
• 3.3.5 缓存安全间隔设置对网络性能的影响
• 3.4 边缘时延联合稳定方案
• 3.4.1 突发长度/装配时间稳定方案
• 3.4.2 边缘时延联合稳定方案
• 3.5 系统同步效应的降低
• 3.5.1 突发调度与系统性同步
• 3.5.2 预降低同步方案
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 光突发交换核心路由器
• 4.1 核心路由器功能模型
• 4.1.1 核心路由器基本功能
• 4.1.2 核心路由器上的突发流模型
• 4.1.3 核心路由器上的资源调度——算法/方案
• 4.1.4 核心路由器上的竞争解决——模型/方法
• 4.1.5 核心路由器上的时延模型
• 4.2 核心路由器上的缓存结构设计
• 4.2.1 缓存结构设计应遵循的基本条件
• 4.2.2 交换和缓存集成结构,综合分类及分析
• 4.3 多约束、多策略综合算法
• 4.4 独立CR的性能
• 4.4.1 待考察参量和突发流模型
• 4.4.2 不同参数设置下的独立CR性能
• 4.5 邻接环境中CR的性能
• 4.5.1 待考察参量和突发流模型
• 4.5.2 不同缓存参数设置下的邻接环境中CR的性能
• 4.5.3 缓存结构对邻接环境中CR性能的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第五章 光突发交换网络设计
• 5.1 光突发交换网络的时延模型
• 5.1.1 光突发交换网络基本结构
• 5.1.2 JET-OBS网络时延模型
• 5.2 无分级OBSNs
• 5.2.1 无缓存情况
• 5.2.2 有缓存情况
• 5.3 光层业务分级模型和QoS实现途经
• 5.3.1 网络应用分类模型（NAM）
• 5.3.2 业务区分/分级模型（SD/CM）
• 5.3.3 基于光层QoS测度的QoS实现方案
• 5.4 一般分级OBSNs
• 5.4.1 QoS方案的区分参数
• 5.4.2 支持一般分级的QoS方案
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 面向特殊业务的光突发交换网
• 6.1 面向特殊业务的OBSN性能仿真和设计平台
• 6.1.1 IP/WDM光网络中的节点管理模型
• 6.1.2 传输性能监测和传输损伤评估
• 6.1.3 面向特殊业务的OBSN性能仿真和设计平台
• 6.2 支持传输损伤的分级OBSNs
• 6.3 支持固定时延的分级OBSNs
• 6.3.1 基于光网络的远程操作时延
• 6.3.2 支持固定时延的分级OBSNs综合方案
• 6.3.3 网络升级范例和性能分析
• 本章小结
• 参考文献
• 总结
• 致谢
• 攻读博士学位期间完成的学术论文及参加的科研项目
• 图、表索引