光突发交换网络边缘结点关键技术研究

论文摘要

光突发交换(OBS,Optical Burst Switching)是一种介于光路交换和光分组交换之间的光交换技术。它克服了光路交换和光分组交换的缺点,与光路交换相比,OBS具有更高的带宽利用率,可以更好的支持突发性很强的IP业务;与光分组交换相比,OBS降低了对光存储器件和光逻辑器件的要求,能够在现有的技术基础上实现。因而,OBS被认为是一种具有广阔发展前景的光交换技术.边缘结点是OBS网络的重要组成部分,本文重点研究与OBS网络边缘结点相关的若干关键技术,主要研究成果如下:(1)研究了在输入业务流为Poisson过程的条件下,当边缘结点分别采用基于时间和长度门限组装算法时,边缘结点输出数据突发的长度分布、间隔分布和平均输出速率,证明了在输入IP分组到达为Poisson过程,分组长度服从负指数分布的条件下,OBS网络边缘结点输出的数据突发过程仍可以近似看成一个Poisson过程,但数据突发长度不再服从负指数分布,与所采用的组装算法有密切关系。在此基础上,进一步研究了在不同组装算法下边缘结点的时延性能。利用得到的分析结果,从满足核心结点交换系统设计要求和输入业务QoS要求的角度出发,提出了一种确定组装时间门限和长度门限下限值的方法。(2)针对现有组装算法在输入业务量较小时组装填充开销较大的性能缺陷,提出了一种新的数据突发组装算法,称之为BPRA算法。通过改变数据突发生成时间,在不增加端到端时延的条件下利用偏置时间来延长数据突发组装时间,从而可以有效降低空闲比特填充的数目。分析和仿真结果表明BPRA算法可以明显降低组装填充开销。(3)研究了在自相似业务输入情况下,OBS网络边缘结点汇聚机制的三个子过程:分解、组装和合并过程,对业务流自相似特性的影响。从理论上证明了只有在以分组(或数据突发)为业务量统计单位时,基于时间门限的组装算法可以减小输出数据突发流的Hurst参数。而在其他情况下,汇聚机制的分解和合并过程不会改变业务流的Hurst参数,组装过程在满足组装器队列长度具有有限二阶矩的条件下,也不会改变业务流的Hurst参数。(4)如何减少和解决网络资源占用冲突是OBS研究面临的一个关键问题。本文在传统JET资源预留机制的基础上,将边缘结点组装和调度算法与核心结点的资源预留机制相结合,通过引入“宏突发”和“搭载请求”的概念,提出了一

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 光交换
• 1.2.1 光路交换
• 1.2.2 光分组交换
• 1.2.3 光突发交换
• 1.3 光突发交换概述
• 1.3.1 光突发交换的基本原理
• 1.3.2 光突发交换网络结构
• 1.3.3 关键技术与研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文的章节安排
• 第二章 数据突发组装算法性能分析与参数设计
• 2.1 常用数据突发组装算法
• 2.2 数据突发的业务特性分析
• 2.2.1 基于时间门限的组装算法
• 2.2.1.1 数据突发长度的分布
• 2.2.1.2 数据突发间隔的分布
• 2.2.2 基于长度门限的组装算法
• 2.2.2.1 数据突发长度的分布
• 2.2.2.2 数据突发间隔的分布
• 2.2.3 仿真结果与分析
• 2.3 边缘结点时延性能分析
• 2.3.1 时延性能分析
• 2.3.2 仿真结果与分析
• 2.4 一种减小空闲比特填充的数据突发组装算法（BPRA）
• 2.4.1 BPRA 算法描述
• 2.4.2 算法性能分析
• 2.4.3 仿真结果与分析
• 2.5 有关组装算法参数选取的讨论
• 2.5.1 影响组装算法参数选取的因素
• 2.5.1.1 链路利用率
• 2.5.1.2 控制分组处理时间
• 2.5.1.3 端到端时延
• 2.5.2 组装算法参数下限值的选取方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 边缘结点汇聚机制对业务流自相似特性的影响
• 3.1 自相似业务概述
• 3.1.1 自相似过程的定义
• 3.1.2 自相似过程的特性
• 3.1.3 Hurst 参数的估计
• 3.1.4 自相似业务源模型的产生
• 3.2 边缘结点的汇聚机制
• 3.3 汇聚机制对业务流自相似特性的影响
• 3.3.1 以字节为业务量统计单位
• 3.3.1.1 分解子过程分析
• 3.3.1.2 组装子过程分析
• 3.3.1.3 合并子过程分析
• 3.3.2 以分组或数据突发为业务量统计单位
• 3.3.2.1 基于长度门限的组装算法
• 3.3.2.2 基于时间门限的组装算法
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 一种基于宏突发的持续性资源预留机制
• 4.1 传统OBS 网络中的资源预留机制
• 4.1.1 资源预留协议的分类
• 4.1.2 JET 协议
• 4.2 基于宏突发的OBS 网络资源预留机制
• 4.2.1 边缘结点宏突发的产生
• 4.2.1.1 基于线性预测的数据突发组装算法
• 4.2.1.2 基于延迟调度的边缘结点数据突发调度算法
• 4.2.1.3 控制分组的格式
• 4.2.2 核心结点波长调度算法
• 4.3 丢失率性能分析
• 4.4 仿真与数值分析
• 4.4.1 线性预测方式下PRR 机制性能仿真
• 4.4.2 延迟调度方式下PRR 机制性能仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 光突发交换网络中TCP 性能的研究
• 5.1 TCP over OBS 概述
• 5.1.1 TCP 协议相关内容简介
• 5.1.2 TCP over OBS 网络结构
• 5.2 TCP 长流的性能分析
• 5.2.1 OBS 网络对TCP 长流性能的影响
• 5.2.2 分析模型
• 5.2.3 仿真结果与分析
• 5.3 TCP 短流的性能分析
• 5.3.1 TCP 短流的传送特点
• 5.3.2 分析模型
• 5.3.3 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要工作和结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 英文缩写词表
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的论文