光交换网络中的多播调度算法及性能研究

论文摘要

近年来,随着信息技术的迅猛发展,互联网产生了很多新的应用,如视频会议、网络音频/视频广播、多媒体远程教育等已经超过了现在的网络所能提供的带宽。由于光纤的巨大带宽,光网络成为解决此问题的一种有效方法,DWDM光网络已经成为信息领域的骨干网。多播是将一个源节点的信息发送到多个目的节点。多播技术可以大大节省网络带宽,既提高数据的传送效率,又减少主干网络出现拥塞的可能性。将多播的概念引入到光交换网络中,多播光交换可以改善光网络的性能,提高光网络带宽利用率,促进新一代光交换网络技术的发展。具有多播功能的光交换核心节点是实现多播的关键技术,本文主要研究在DWDM光交换网络中,基于核心节点的多播调度算法及性能评价参数。首先,介绍了三种典型的光分组交换结构,并对它们进行了比较。然后主要研究了基于共享有限波长变换器的SPL光交换结构的多播调度算法。在DWDM光交换网络中,每根光纤分为M个波长信道,当一根输出光纤上的连接请求多于M时就会发生冲突。多播调度算法选择一组无冲突的多播连接请求,在网络中同时调度最大数目的连接请求是一个非确定的多项式难题,因此需要采用近似调度算法。在现有算法的基础上,改进后提出了一种新的近似调度算法:NASA算法。通过实验仿真进行了验证,当光纤数和波长信道数都为8,负载率为1.0时,NASA算法的网络吞吐量提高了约14%。当光纤数和波长信道数都为16,负载率为1.0时,NASA算法的网络吞吐量提高了约11%。从而可以证明,新的调度算法提高了网络吞吐量。其次,将优先级概念应用到多播光交换网络中,基于这个前提分析了区分优先级的多播调度算法。为方便讨论,本文中分为高、低两个优先级。对分组应用ASA算法,当负载率为0.6时,低优先级分组的吞吐量降为零,而高优先级分组的吞吐量约为0.71。对分组应用NASA算法,当负载率为0.6时,低优先级分组的吞吐量接近为零,而高优先级的分组的吞吐量约为0.75。从而可以证明:高优先级分组的网络吞吐量高于低优先级分组的网络吞吐量,保障了高优先级分组的性能。最后,提出了DWDM光交换网络实现多播功能时评价其性能的参数:网络吞吐量,阻塞率和传输度。网络吞吐量定义为实现的多播连接请求数与连接请求总数之比;由于网络阻塞等原因造成的多播连接请求丢失的数目与网络中多播连接请求的总数之比即为阻塞率;传输度即为将所有多播连接请求传输完毕所需的传输次数,每次选择一组最大无冲突的多播连接请求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光交换技术
• 1.1.1 光路交换
• 1.1.2 光分组交换
• 1.1.3 光突发交换
• 1.1.4 不同光交换技术的对比
• 1.2 多播技术
• 1.2.1 多播概念
• 1.2.2 IP 网中的多播技术
• 1.3 光交换网络中的多播技术
• 1.3.1 多播光交换技术
• 1.3.2 多播光交换技术国内外研究情况
• 1.4 本文内容安排
• 第二章 基于典型光交换结构的多播调度算法研究
• 2.1 三种光分组交换结构
• 2.1.1 SPC 结构
• 2.1.2 SPL 结构
• 2.1.3 SPN 结构
• 2.1.4 三种结构的比较
• 2.2 基于SPL 光交换结构的多播调度算法
• 2.2.1 系统模型
• 2.2.2 近似调度算法ASA
• 2.2.3 一种新的近似调度算法NASA
• 2.2.4 仿真结果及分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 区分优先级的多播调度算法
• 3.1 多播优先级
• 3.2 区分优先级的多播调度算法
• 3.2.1 区分优先级的ASA 算法
• 3.2.2 区分优先级NASA 算法
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 多播光交换的性能评价指标研究
• 4.1 网络吞吐量
• 4.1.1 网络吞吐量与负载率
• 4.1.2 网络吞吐量与多播扇出比
• 4.2 阻塞率
• 4.2.1 阻塞率与负载率
• 4.2.2 阻塞率与多播扇出比
• 4.3 传输度
• 4.3.1 基本概念
• 4.3.2 GMS 算法
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士学位期间科研情况