同步OPS边缘汇聚节点的设计与实现

论文摘要

光分组交换(OPS)技术具有数据速率和格式透明、粒度灵活可调及资源动态分配等优点,成为当前高速宽带数据网的研究热点之一。本文主要研究同步OPS网络边缘节点的设计与实现。本文的研究分为软件和硬件两部分。软件部分主要研究了OPS边缘汇聚节点的组装算法,并提出一种新的更适合同步OPS网络的组装算法;硬件部分介绍了所开发的边缘节点电路板之一以太网收发板。传统的边缘节点组装算法在OPS、OBS等领域已经研究的比较多,然而这些算法都是针对不固定长度组装的特性提出的。同步OPS光分组的特点是长度固定,为了使每个光分组净荷恰好达到额定长度,在组装时必需要填充无用数据,这必然导致网络带宽利用率有所下降。本文根据同步OPS的特点以及网络数据流自相似性的特性,提出了一种新的组装算法:AFL(Adaptive Algorithm for Fixed Length Assembling)算法。AFL算法能在组装延迟较低的情况下,充分提高OPS光分组净荷的有效数据填充率。在硬件方面,本文介绍了硬件开发的两部分工作:以太网收发板开发和FPGA开发。以太网收发板开发主要使用了Intel82545 MAC芯片、PCI9656接口芯片以及Cyclone II FPGA。本板主要负责接收/发送以太网帧、按AFL算法汇聚成/解汇聚光分组。FPGA开发时通过RS232串口与电脑相连进行调试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 光网络的发展趋势
• 1.2 IP over WDM
• 1.3 光交换技术
• 1.3.1 光电路交换技术
• 1.3.2 光分组交换技术
• 1.3.3 光突发交换技术
• 1.4 本文的章节安排及创新
• 2 OPS 网络介绍
• 2.1 OPS 网络特点
• 2.1.1 OPS 的提出与发展
• 2.1.2 OPS 网络基本架构
• 2.1.3 交换节点的结构
• 2.2 OPS 网络的主要技术
• 2.2.1 光分组的产生
• 2.2.2 光分组交换时冲突的解决
• 2.2.3 光分组的再生
• 2.3 同步和异步OPS 网络的差别
• 2.4 同步OPS 边缘节点的设计要点
• 3 光交换网组装算法的研究
• 3.1 固定门限组装算法
• 3.1.1 固定时间门限组装算法
• 3.1.2 固定长度门限组装算法
• 3.1.3 最小长度最大组装时间算法
• 3.2 自适应的汇聚算法
• 3.2.1 自适应组装时间算法
• 3.2.2 自适应长度门限算法
• 3.2.3 自适应MBMAP 算法
• 3.3 几种汇聚算法的比较
• 4 基于同步OPS 网络的AFL 汇聚算法
• 4.1 组装完毕条件的分析
• 4.2 长度门限的选择
• 4.3 自相似特性对门限的影响
• 4.3.1 网络业务流的自相似性
• 4.3.2 自相似产生的原因
• 4.3.3 自相似性对网络业务的影响
• 4.3.4 门限B 在自相似特性下的动态调整
• 4.4 AFL 算法的流程图
• 4.5 仿真模型的建立
• 4.5.1 网络拓扑结构
• 4.5.2 AFL 算法在模型中的实现
• 4.6 仿真结果分析
• 5 边缘汇聚节点的硬件实现
• 5.1 电路板的开发
• 5.1.1 主要芯片
• 5.1.2 电源与时钟
• 5.1.3 寄存器配置
• 5.1.4 地址映射
• 5.2 FPGA 的开发
• 5.2.1 数据流向
• 5.2.2 Local bus 接口时序
• 5.2.3 DMA 传输机制
• 5.2.4 AFL 算法的实现
• 5.3 电路板的调试
• 5.3.1 RS232 调试接口
• 5.3.2 自定义调试命令
• 6 全文总结
• 参考文献
• 符号说明
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文