混合交换光网络的优化设计

论文摘要

尽管WDM技术为光网络带来了充足的带宽资源,但是光网络的电域处理能力成为制约其发展的主要因素。在光网络的三种基本交换技术中,OCS具有很高的传送效率,而OPS/OBS相比OCS更适用于动态业务。OPS由于光器件发展限制,目前尚难以实用。由于网络业务是动态变化的,三种基本的交换技术又各有特点,如何将基本的交换技术结合起来,利用其各自的优点,实现更好的网络性能,成为研究者们当前关注的问题。基于此,混合交换的概念产生了。现有的混合交换技术主要分为三类——主从型,集成型和平行型。然而现有的混合交换技术存在虚拓扑的构建,网络实现困难以及如何合理地利用资源进行业务传输等问题。针对以上问题,本文提出了一种新型混合交换方案——基于环路的混合交换光网络（CHSON）。第二章介绍了CHSON的设计方案。CHSON很好地集成了OCS和OBS两种传统的交换方式,增强了网络适应业务动态的能力,具有一定的鲁棒性。本章首先介绍了CHSON的整体架构以及虚拓扑的设计方法,接着详细描述了网络的节点结构和各模块的功能,最后给出网络节点的执行流程图。CHSON的特殊之处在于其OBS部分的虚拓扑被设计为环状。环网可以占有较少的网络资源,同时具有天然的保护性。通过仿真,验证了基于环路的混合交换光网络（CHSON）既具有OCS的高效率又具有OBS的灵活性,对突发业务流,动态业务有较好的传送能力。此外,静态配置网络节点以及IP业务的两种传送模式（OCS传送和OBS传送）,使得基于环路的混合交换光网络方案实现容易,对器件要求低。第三章介绍了CHSON的优化设计模型,包括容量设计,生存性研究,OBS部分虚拓扑的通用设计方法以及冲突规避策略的实现。针对CHSON网络的特点,利用ILP模型,首先提出CHSON容量设计的整体方案。接着,设计了具有抗毁性能的CHSON网络。针对当前的保护机制,提出了生存性CHSON的三种优化模型（基于通路的保护模型,基于链路的保护模型和P-cycles模型）,三种模型各有特点。由于第二章介绍的CHSON的OBS部分虚拓扑的建立策略仅适用于存在Hamilton环路的拓扑,本章给出OBS部分虚拓扑建立的通用模型,使其更具有一般性。最后探讨了一种CHSON网络的冲突规避机制,有助于进一步提高网络的可靠性。最后,作者介绍了CHSON混合交换仿真平台。首先介绍仿真平台的设计思路和总体框架,然后分别介绍在该框架下各个模块的设计实现以及关键数据结构。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 基本光交换技术
• 1.2.1 光电路交换技术
• 1.2.2 光分组交换技术
• 1.2.3 光突发交换技术
• 1.3 虚拓扑设计基础
• 1.4 容量设计的概念
• 1.5 网络生存性问题
• 1.6 论文结构及内容安排
• 第二章 基于环路的混合模型CHSON 设计
• 2.1 研究背景
• 2.1.1 主从型混合交换技术
• 2.1.2 平行型混合交换技术
• 2.1.3 集成型混合交换技术
• 2.2 CHSON 模型整体描述
• 2.3 CHSON 虚拓扑设计
• 2.3.1 OBS 部分的虚拓扑设计
• 2.3.1.1 Hamilton 回路的概念
• 2.3.1.2 Hamilton 回路的寻找
• 2.3.1.3 Hamilton 回路的选择
• 2.3.1.4 算法流程图
• 2.3.2 OCS 部分的虚拓扑设计
• 2.3.3 仿真与结果讨论
• 2.4 CHSON 节点结构
• 2.4.1 节点结构
• 2.4.2 节点功能模块介绍
• 2.5 CHSON 节点执行流程图
• 2.6 仿真及结果分析
• 2.6.1 仿真平台参数设置
• 2.6.2 仿真结果分析
• 2.6.2.1 丢包率比较
• 2.6.2.2 平均分组延时比较
• 2.7 总结
• 第三章 基于环路的混合交换光网络CHSON 的优化设计
• 3.1 研究背景
• 3.2 CHSON 容量设计
• 3.2.1 OCS 部分的容量设计
• 3.2.2 OBS 部分的容量设计
• 3.3 生存性CHSON 容量设计
• 3.3.1 路径保护模型
• 3.3.2 链路保护模型
• 3.3.3 P-cycles 模型
• 3.3.3.1 基础环
• 3.3.3.2 合并生成
• 3.3.3.3 优化选择
• 3.4 构建虚拓扑的通用方法
• 3.5 CHSON 冲突规避策略
• 3.6 仿真及结果分析
• 3.7 总结
• 第四章 仿真平台设计与实现
• 4.1 网络配置
• 4.1.1 物理拓扑模块
• 4.1.2 环路配置模块
• 4.1.3 光路配置模块
• 4.1.4 转发配置模块
• 4.2 边缘节点模型
• 4.2.1 节点模型
• 4.2.2 状态机描述
• 4.2.2.1 汇聚状态机
• 4.2.2.2 调度状态机
• 4.3 核心节点模型
• 4.3.1 节点模型
• 4.3.2 状态机描述
• 4.4 总结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果