光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的光突發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)及基于TCP的網(wǎng)絡(luò)性能分析.pdf

1、光突發(fā)交換技術(shù)(OBS)是光纖通信領(lǐng)域里的前沿課題之一，其交換粒度介于光路交換(OCS)和分組交換(OBS)之間。OBS比OCS靈活，帶寬利用率更高，又比OPS更易于實(shí)現(xiàn)。OBS結(jié)合了兩種交換技術(shù)的優(yōu)勢(shì)而避開(kāi)了兩者的缺陷，所以是一種具有很好前景的光交換技術(shù)，極有可能成為下一代光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。本文研究了實(shí)現(xiàn)光突發(fā)交換技術(shù)所面臨的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。第一是光突發(fā)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，它涵蓋了在突發(fā)交換光網(wǎng)絡(luò)的物理層上實(shí)現(xiàn)的光突發(fā)發(fā)送技術(shù)、光突發(fā)接收技術(shù)以及網(wǎng)

2、絡(luò)同步技術(shù)；第二是突發(fā)交換光網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)的影響，本文對(duì)四種在Internet上廣泛使用的TCP(傳輸控制協(xié)議)(Tahoe、Reno、newReno和Sack)在突發(fā)交換光網(wǎng)絡(luò)中的性能進(jìn)行了研究。 本論文首先回顧了光交換技術(shù)的發(fā)展，并對(duì)光突發(fā)交換的概念、架構(gòu)、物理層關(guān)鍵技術(shù)以及對(duì)TCP業(yè)務(wù)的支持問(wèn)題進(jìn)行了概述。 論文的第二部分研究了應(yīng)用于OBS網(wǎng)絡(luò)中的光突發(fā)技術(shù)，主要研究成果如下： ◆設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了1.25Gbps

3、突發(fā)模式光發(fā)射機(jī)，其消光比可達(dá)到10-15dB，突發(fā)模式下峰—峰值抖動(dòng)約為60ps，連續(xù)模式下峰—峰值抖動(dòng)約為30ps，激光器的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)延小于8ns。利用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯們陣列(FPGA)和同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SDRAM)在突發(fā)包的定時(shí)發(fā)送的設(shè)計(jì)中提出“SDRAM綁定”機(jī)制，成功地實(shí)現(xiàn)了FPGA與SDRAM的全雙工通信。由FPGA控制的“定時(shí)發(fā)送”模塊實(shí)現(xiàn)了OBS網(wǎng)絡(luò)特有的“定時(shí)發(fā)送”機(jī)制，其最大控制誤差小于8ns，即“定時(shí)發(fā)送”的控

4、制精度約為8ppm。 ◆通過(guò)數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真首次提出了基于帶寬設(shè)計(jì)的交流耦合突發(fā)模式光接收機(jī)。利用傳統(tǒng)連續(xù)模式的前置放大器和限幅放大器實(shí)現(xiàn)了1.25Gbps交流耦合光突發(fā)接收機(jī)的設(shè)計(jì)，在異步接收狀態(tài)下其數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)時(shí)間小于300ns，靈敏度優(yōu)于-24dBm@BER=10-10。后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明該接收機(jī)性能滿足EPON應(yīng)用要求，因此具有很好的實(shí)用性和市場(chǎng)前景。 ◆在測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了全網(wǎng)同步機(jī)制，并在全部邊緣路由器中

5、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)時(shí)鐘同步系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光突發(fā)交換測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中三個(gè)邊緣路由器的內(nèi)部時(shí)鐘頻率與核心光交換機(jī)的內(nèi)部時(shí)鐘頻率相互鎖定。 論文的第三部分研究了OBS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的TCP性能，主要研究成果如下： ◆基于理論分析和網(wǎng)絡(luò)仿真，對(duì)OBS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的TCP擁塞控制機(jī)制進(jìn)行了分析研究，探討了TCP性能的退化現(xiàn)象。基于“TCP解耦”機(jī)制提出了擴(kuò)增TCP擁塞控制粒度的解決方案，消除了OBS交換粒度與TCP擁塞控制粒度失配的問(wèn)題。仿真

6、結(jié)果表明該方案能有效避免TCP性能的退化。 ◆對(duì)OBS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的TCP吞吐量進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模分析，并考慮了TCP確認(rèn)的丟失對(duì)吞吐量造成的影響。仿真與計(jì)算結(jié)果的比較表明該模型的最大估算偏差在±27％范圍內(nèi)，而以往的數(shù)學(xué)模型基于TCP確認(rèn)無(wú)丟失的假設(shè)，其計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果的最大偏差達(dá)到100％。仿真結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合，這表明本文所建立的TCP吞吐量模型能準(zhǔn)確反映OBS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下TCP性能退化的特點(diǎn)，可以更準(zhǔn)確地分析驗(yàn)證OBS網(wǎng)絡(luò)