有限波長轉(zhuǎn)換能力的光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、互聯(lián)網(wǎng)流量的爆炸式增長、業(yè)務(wù)的多元化和數(shù)據(jù)的突發(fā)性,都使得傳統(tǒng)核心交換網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)得越來越力不從心,下一代互聯(lián)干線網(wǎng)的構(gòu)建必然是以透明高效的全光網(wǎng)絡(luò)(AON)為核心,擁有高速的交換速率和T比特級乃至更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。光突發(fā)交換(Optical BurstSwitching,OBS)技術(shù)由于結(jié)合了電的靈活處理和光的高速傳輸交換技術(shù),成為構(gòu)建下一代全光互聯(lián)干線網(wǎng)最具前景的交換方式。
　　 本文把握當(dāng)前光交換技術(shù)和下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢,

2、重點(diǎn)對有限波長轉(zhuǎn)換能力的光突發(fā)交換(OBS-LWCC)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了較深入研究:首先對OBS-LWCC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建模,在此基礎(chǔ)上探討了一系列的突發(fā)資源競爭問題的解決方法,涉及信令、波長與路由選擇三個(gè)方面,并對不同配置的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)給出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析理論。其次,研究現(xiàn)有的控制體系,將成熟的通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)系統(tǒng)中控制層面技術(shù)引入到OBS網(wǎng)絡(luò)。全文的主要研究成果歸納如下:
　　 1)提出一種基于“子段”概念的網(wǎng)絡(luò)分析方法。根據(jù)波

3、長轉(zhuǎn)換設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械奈恢?將更具一般性和實(shí)用價(jià)值的OBS-LWCC網(wǎng)絡(luò)分解為多個(gè)波長連續(xù)性分段；這種網(wǎng)絡(luò)分析方式由于突出考慮了可轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)在OBS-LWCC網(wǎng)絡(luò)操作中的特殊地位和對阻塞性能的重要影響,可更好的與各種信令協(xié)議、波長分配機(jī)制和路由算法等預(yù)先的競爭避免策略相結(jié)合。
　　 2)基于OBS-LWCC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的子段分析模型,分別提出了兩種控制信令:按需波長重配置(WAoD)和基于競爭限制的信令協(xié)議(CLSP)。WAoD通過

4、在每個(gè)子段層面使用競爭反饋控制消息,可在突發(fā)傳送周期內(nèi)動(dòng)態(tài)的支持波長重配置；CLSP則結(jié)合已有DoD策略與WAoD策略的共同優(yōu)勢,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)突發(fā)時(shí)隙與承載波長的重配置。通過使用WAoD和CLSP,增強(qiáng)了OBS-LWCC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)互動(dòng)性；彌補(bǔ)了現(xiàn)有信令協(xié)議在競爭處理問題上的不足。大量仿真實(shí)驗(yàn)表明,提出的WAoD與復(fù)合CLSP協(xié)議,在預(yù)先避免突發(fā)競爭方面表現(xiàn)良好,與現(xiàn)有的資源預(yù)約機(jī)制和信令協(xié)議相比具有更低的全網(wǎng)丟包率；并且,在兩種協(xié)

5、議的控制包中設(shè)置了更詳盡的業(yè)務(wù)屬性區(qū)分字段,可支持未來多業(yè)務(wù)形式拓展和QoS有保證的傳送。
　　 3)針對OBS-LWCC網(wǎng)絡(luò)類別中的一種,即稀疏波長轉(zhuǎn)換能力(SWCC)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),分別提出一套動(dòng)態(tài)和靜態(tài)波長選擇算法:PWA-leg算法和LCGA算法。PWA-leg算法采用傳統(tǒng)優(yōu)先級計(jì)算與子段結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合的方法,是一種通過分布式局部最優(yōu)計(jì)算以取得全局最優(yōu)化的自適應(yīng)波長分配策略,能夠更好的適應(yīng)動(dòng)態(tài)突發(fā)包業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?；LC

6、GA算法則考慮了SWCC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置有限數(shù)量和有限轉(zhuǎn)換范圍的波長轉(zhuǎn)換器的更多實(shí)際情況,采用由空閑的子段-波長結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成輔助圖的方法,并借助Dijkstra機(jī)制簡化了求解過程。最后使用仿真實(shí)驗(yàn)分別證實(shí),提出的動(dòng)態(tài)PWA-leg和靜態(tài)LCGA波長選擇算法使用在SWCC光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵波長可轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)處,可實(shí)現(xiàn)對突發(fā)業(yè)務(wù)最佳承載波長(信道)組的智能選擇,分別與相同網(wǎng)絡(luò)配置情況下的同類波長選擇算法相比,取得了更好的突發(fā)阻塞性能。
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7、)針對共享單光纖(SPF)模式下異步光突發(fā)交換節(jié)點(diǎn),特別是可配置的波長轉(zhuǎn)換器數(shù)量和轉(zhuǎn)換范圍都受限的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了一種數(shù)學(xué)模型及體系阻塞率計(jì)算方法。該模型將生死進(jìn)程(birth-deathprocess)中不鼓勵(lì)到達(dá)率的計(jì)算與兩維Markov鏈模型相結(jié)合,與現(xiàn)有工作相比具有的優(yōu)勢是:為更具一般性的各種光節(jié)點(diǎn)體系提供理論分析和準(zhǔn)確性能預(yù)測；回避反復(fù)多次運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)的繁瑣工作,采用數(shù)值計(jì)算在幾分之一的時(shí)間內(nèi)就可有效地評估系統(tǒng)阻塞概率。另外,

8、通過數(shù)學(xué)理論分析與數(shù)值計(jì)算得到的一些結(jié)論對于下一代實(shí)用化OBS骨干傳送網(wǎng)的前期建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃都將具有重要的指導(dǎo)作用。
　　 5)提出了一種通用的全網(wǎng)路由機(jī)制,將基于整數(shù)線性規(guī)劃的路由求解算法擴(kuò)展并適用在各種波長轉(zhuǎn)換能力的光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中。基于不同配備下各種OBS-LWCC交換體系的數(shù)學(xué)理論模型和分析結(jié)果,采用流量均衡技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出一套最佳路由路徑。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)表明,拓展路由算法總是具有比最短路徑算法更低的全網(wǎng)突發(fā)包阻塞率,且對

9、于不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流分布模型,都能較好的實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)負(fù)載均衡的效果。
　　 6)提出了具有對等結(jié)構(gòu)的通用標(biāo)記光突發(fā)交換(GLOBS)體系的實(shí)現(xiàn)方案,設(shè)計(jì)了分層結(jié)構(gòu)及各模塊功能；為體系運(yùn)行中涉及的重要問題,如支持多業(yè)務(wù)的分組化綜合承載、資源與流量工程以及縮小標(biāo)簽空間,分別給出了相應(yīng)的解決方案?；趯ο乱淮鷮?shí)用化光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法的研究,以及現(xiàn)有GMPLS控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn),提出的GLOBS體系將GMPLS與OBS特點(diǎn)有