光突发交换网边缘路由器波长调度算法的研究与实现

论文摘要

近年来网络中的业务数据量呈爆炸式增长,网络带宽的需求越来越大,波分复用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)被广泛采用。但是当前WDM仅仅是工作于骨干网的实现点到点连接的技术,IP业务仍然是采用IP over ATM/over SDH/over WDM的多层网络结构方式进行。这种方式不但存在着层次功能重叠,而且带来的额外开销巨大;并且在网络中间节点的处理需要进行O/E/O的转换,由于电子瓶颈的存在,网络速度受限。因此有必要减少层次结构,IP over WDM技术有望满足需求。针对通信网络中已有的通信模式,人们对WDM光网络中如何实现交换与传输提出了三种方案:光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching)。光路交换也就是光的波长路由交换方案,目前研究的比较多,相对比较成熟;光分组交换由于缺乏高速光逻辑器件、光缓冲存储器等,因此还处于研究阶段。光突发交换是一种居中的方案,融合了OPS和OCS的优点,同时克服了两者的缺点,是一种很有发展潜力的交换模式。本文主要介绍光突发交换网边缘节点调度模块的研究与硬件实现方案。文中第一章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及其关键技术进行阐述,第二章详细介绍光突发交换体系中边缘节点的功能划分和实现方案。并顺次阐述了“光突发交换关键技术(国家863计划重点资助项目)”的网络结构模型。第三章和第四章是本文的重点内容。第三章详细介绍边缘节点发送方所采用的各种算法,优选理由和实现方法。第四章详细阐述了调度模块各功能模块的编程思路和仿真步骤。最后,本文简要介绍了边缘节点发送方的电路板设计整体硬件架构实现和编程及调试经验。本文的创新点在于: 1. 根据突发数据包调度的特点和和硬件实现的方法,采用了“流水线”技术; 2. 在千兆环境下用FPGA实现了基于“资源分配表”的高速波长资源调度方式。

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摘要

ABSTRACT

简略字表

第一章引言

1.1 当代光通信技术发展概况

1.2 现行光交换技术

1.2.1 光电路交换（Optical Circuit Switching , OCS）/波长路由交换

1.2.2 光分组/信元交换（Optical Packet Switching）

1.2.3 光突发交换（Optical Burst Switching）[1]

1.3 论文章节安排

第二章 OBS 边缘节点设计方案

2.1 OBS 的网络结构和原理

2.1.1 光突发交换网的结构

2.1.2 光突发交换网的原理

2.1.3 边缘路由器的结构及关键技术

2.1.3.1 业务接入、分类和汇聚

2.1.3.2 数据包的波长调度

2.2 发送方边缘节点功能模块划分

2.2.1 路由信息处理

2.2.2 突发包汇聚组装模块

2.2.3 突发包波长调度模块

2.3 协议原理

2.3.1 GMPLS 通用多协议标签交换

2.3.2 JET 协议

2.3.3 DR（Delayed Reservat ion）协议

2.3.4 带存储的DR 协议

2.4 突发包数据结构

第三章调度算法的研究与实现

3.1 边缘节点调度模块设计性能指标

3.2 边缘节点调度模块的功能划分

3.3 波长调度算法概述

3.3.1 流水线算法

3.3.2 VOQ 算法

3.3.3 基于螺旋线的R-R 调度算法（ISP 算法）

3.3.3.1 iSLIP 算法概述

3.3.3.2 ISP 算法概述

3.3.4 资源分配表

3.4 设计参数的选择

3.4.1 控制信息参数的选用

3.4.2 数据信息参数的选用

3.4.3 设计中涉及缓存的参数选择

3.5 算法的实现

3.5.1 流水线算法在边缘节点的实现

3.5.2 网络资源预约的实现流程

第四章 FPGA 代码仿真及其硬件实现

4.1 代码设计及其仿真结果

4.1.1 轮循模块

4.1.2 crossbar 模块

4.1.3 CTLBLK 模块

4.1.4 Switcher 模块

4.1.5 BHP 模块

4.1.6 联合仿真结果

4.2 边缘节点发送方电路板的设计与调试

4.2.1 边缘节点发送模块电路框架

4.2.1.1 供电模块

4.2.1.2 光电转换模块

4.2.1.3 配置（Configer）电路

4.2.1.4 网管接口电路

4.2.2 电路板的调试

4.2.2.1 硬件测试方法

4.2.2.2 硬件调试的经验

第五章全文总结

致谢

参考文献

附录1 边缘节点发送部分电路板

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

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