异步光分组交换节点的若干关键技术研究

异步光分组交换节点的若干关键技术研究

论文摘要

随着因特网的广泛应用和宽带WDM技术的实现,网络的瓶颈正从传输层转移到了网络层,尤其是在线路传输速度超过10Gb/s时,光交换技术被认为是减少网络节点处光/电/光(O/E/O)转换时间的一种非常有效的办法。为了能够完成全光交换,必须从出发点到目的地全部实现在光域的分组传输与交换。异步光分组交换网络是以光分组作为最小的交换颗粒,带宽可以按照用户的需求在分组级上灵活地分配,从而可以显著提高带宽的利用率,并且有效支持多粒度的数据业务,是能够满足不同业务需求的新一代全光交换网络。但是在实现方面,还有许多技术难题有待克服,主要包括异步光分组冲突解决方案、光节点的调度策略和算法、光分组头的处理技术和光分组的组装机制。其他关键技术还包括:各类全光逻辑器件实现、光分组路由算法、光分组编码方案、通道保护和恢复机制等。基于以上的分析,论文围绕上述异步光网络中的若干关键技术,主要对光分组的业务突发特性、光分组冲突解决方案、光节点的信道调度策略和光分组头的光域提取技术等方面进行了研究,主要研究内容如下:1)通过分析IP业务的突发性、自相似及对异步OPS网络业务模型描述和理论分析的影响,论文第二章进而研究了三种典型的分组长度分布特性对异步OPS性能影响,得到边缘节点应进行业务流量整形,使核心节点的分组突发性较小,以获得最佳的分组丢失率(PLR)性能。2)分析了常用FDL反馈型缓存解决方案特点,结合异步OPS冲突性较大的特点,研究了FDL缓存虚占用与交换式缓存的概念,并推导了FDL共享反馈缓存配置系统丢包性能近似表达式和波长变换与FDL共享反馈缓存联合配置系统丢包性能近似表达式。并研究了一种以FDL作为主要缓存,电子RAM作为辅助缓存的冲突解决配置方案和光电混合的FF-VF信道调度算法。3)由于IP业务网中存在大量对传输时延有严格要求的TCP和UDP数据,分析了基于VOQ型OPS交换节点的性能,研究了到达交换节点输入端口的长包和短包的区分方法和实现流程,设计了短包、长包队列的OPS节点结构,提出了应用于异步OPS节点的一种简单、灵活有效、时间复杂度较低的短包抢先调度PSPF算法。该算法调度器优先调度短包,短包请求调度的优先级最高,即使在长包的传输时间中,短包也能抢占长包的传输时间。4)分析了分组在FDL中缓存排序的概念,针对排序型分组可避免输出时不同FDL之间的内部竞争问题,增加延迟时限的到来,分组调度成功的概率较大的特点,研究了三种分组排序方案。ASPF是最短分组优先排序占用延时最短的FDL方案,分析了该方案复杂度较高;WSPF是较短分组优先排序占用延时最短的FDL方案,由于方案仅对一根输入光纤线的W个波长分组进行长度比较,算法复杂度有所减小;第三种方案是PLPF方案,较长的分组优先占用延时最小的FDL,该方案的复杂度也较低。分组的排序缓存使OPS性能提高,但系统的复杂性也增大。研究结果表明10%的排序率和分组100%的排序率获得的PLR性能相当。因此,用少量的短分组优先缓存排序,其它分组按先到先服务方案管理和使用有限数目的FDL缓存时,就能获得较为理想的PLR性能。5)分析了半导体放大器和延迟干涉仪特点,研究了基于SOA和改进可微调的D-I干涉仪的全光分组头提取方案,通过合理设置信头比特间隔、净荷比特间隔、SOA载流子恢复时间和信头与净荷的保护时间参数,可以实现在光域对比度达到15dB的光分组头提取方案,并分析和研究了提高信头提取对比度的一组优化参数值。该方案还具有结构简单,可扩展性好和易于集成的特点。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 英文缩写词汇表
  • 1 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 光分组交换系统结构
  • 1.2.1 OPS 网络分层模型
  • 1.2.2 OPS 节点结构
  • 1.2.3 同步与异步光分组交换
  • 1.2.4 OPS 的特点
  • 1.3 异步光分组交换的关键技术
  • 1.3.1 节点结构和分组调度策略
  • 1.3.2 分组冲突解决方案
  • 1.3.3 光分组头的提取、擦除和写入
  • 1.3.4 可集成高速光缓存
  • 1.3.5 光开关和全光逻辑器件
  • 1.4 光分组交换研究现状
  • 1.4.1 国外研究现状
  • 1.4.2 国内研究现状
  • 1.5 论文的主要内容
  • 2 业务特性及对异步 OPS 性能影响的研究
  • 2.1 研究背景
  • 2.2 业务描述模型和 Pareto 自相似流
  • 2.2.1 业务描述模型
  • 2.2.2 自相似性概念
  • 2.2.3 Pareto 重尾分布及Pareto ON/OFF 业务模型
  • 2.3 研究分组不同长度分布对OPS 节点的性能影响
  • 2.3.1 概述
  • 2.3.2 系统模型
  • 2.3.3 OPS 节点无FDL 缓存的性能分析和仿真
  • 2.3.4 OPS 节点有FDL 缓存的性能分析和仿真
  • 2.4 本章小结
  • 3 异步光分组交换的 FDL 冲突解决技术研究
  • 3.1 研究背景
  • 3.2 FDL 共享缓存冲突解决技术
  • 3.2.1 FDL 光缓存构造
  • 3.2.2 FDL 缓存配置类型
  • 3.2.3 FDL 共享反馈缓存的特性及其交换性能
  • 3.2.4 FDL 共享缓存联合波长变换配置系统的交换性能
  • 3.3 光电混合缓存结构和改进的FF-VF 调度算法
  • 3.3.1 光电混合缓存结构
  • 3.3.2 共享缓存FDL 的FIFO 和FF-VF 算法分析
  • 3.3.3 光电混合缓存结构的改进FF-VF 调度算法
  • 3.4 光电混合缓存结构的性能仿真
  • 3.5 本章小结
  • 4 短包抢先的异步 OPS 节点调度技术研究
  • 4.1 研究背景
  • 4.2 异步OPS 的短包抢先式节点结构
  • 4.3 短包抢先式调度算法
  • 4.3.1 短包调度算法
  • 4.3.2 长包调度算法
  • 4.4 短包抢先调度性能分析
  • 4.5 仿真结果分析
  • 4.6 本章小结
  • 5 FDL 缓存分组的排序调度和管理方案
  • 5.1 研究背景
  • 5.2 系统模型
  • 5.3 FDL 的几种缓存方案
  • 5.3.1 简单轮询(SRR)方案
  • 5.3.2 最短分组优先(ASPF)占最短延时的FDL 方案
  • 5.3.3 较短分组优先(WSPF)占最短延时的FDL 方案
  • 5.3.4 较长分组优先(PLPF)占最短延时的FDL 方案
  • 5.4 缓存排序方案性能仿真与分析
  • 5.5 本章小结
  • 6 一种全光分组头提取技术
  • 6.1 研究背景
  • 6.2 工作原理
  • 6.2.1 系统结构
  • 6.2.2 数学模型
  • 6.3 仿真结果与分析
  • 6.4 本章小结
  • 7 全文总结
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • A.攻读博士学位期间以第一作者发表的论文目录
  • B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目及得奖情况
  • 相关论文文献

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