光子網(wǎng)格中智能節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，動態(tài)、高帶寬、實(shí)時(shí)的并行與分布式協(xié)作業(yè)務(wù)增加了對分散、異構(gòu)資源的訪問需求與調(diào)配難度，從而對網(wǎng)絡(luò)承載體系提出了挑戰(zhàn)或更高的要求。光子網(wǎng)格可使大容量光網(wǎng)絡(luò)得到更好的發(fā)展。以數(shù)據(jù)密集型為主新業(yè)務(wù)需要充分的網(wǎng)絡(luò)資源與動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，光網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的帶寬資源，如何合理的分配資源并充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，推動網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)的一致性，已成為光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向之一。 光子網(wǎng)格是借助光交換與傳輸智能化體系，實(shí)現(xiàn)分布式存儲，分布式傳

2、輸，分布式處理的等服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。光子網(wǎng)格的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)資源的協(xié)同工作和共享，把光網(wǎng)絡(luò)中的資源整合成功能強(qiáng)大的虛擬光網(wǎng)絡(luò)，向用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。對光子網(wǎng)格中智能節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵技術(shù)的研究，旨在探索如何在光網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)資源環(huán)境下構(gòu)建基于網(wǎng)格廣泛資源體系的支撐環(huán)境及動態(tài)、新型資源的調(diào)用方式。 論文研究的主要內(nèi)容圍繞如何構(gòu)建光子網(wǎng)格，為滿足多樣化業(yè)務(wù)需求，針對光子網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、控制機(jī)制、體系結(jié)構(gòu)、資源分配和調(diào)度算法等有關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，突破

3、的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。論文以構(gòu)建光子網(wǎng)格的關(guān)鍵技術(shù)為核心，從一個(gè)廣泛的角度對以面向光子網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究與分析，本文的研究工作成果和創(chuàng)新性體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面： (1) 提出基于ASON的光子網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)ASONGrid和基于OBS的光子網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)GOBS兩種機(jī)制。以網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方式兼容ASON管理平面功能，提出基于ASON的光子網(wǎng)格中間件功能和控制平面。結(jié)合OBS的多粒度帶寬特性，提出GOBS體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)造光子網(wǎng)格節(jié)

4、點(diǎn)結(jié)構(gòu)，邊緣節(jié)點(diǎn)能支持網(wǎng)格業(yè)務(wù)，并為中間件提供業(yè)務(wù)接入、資源管理、分配和調(diào)度等；提出網(wǎng)絡(luò)資源并行調(diào)度機(jī)制以實(shí)現(xiàn)QoS感知的網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通過GridFTP大文件并行傳輸示例，驗(yàn)證網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、光子網(wǎng)格業(yè)務(wù)模型和應(yīng)用模式。 (2) 為解決光子網(wǎng)格中面向應(yīng)用驅(qū)動的光網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度，實(shí)現(xiàn)帶寬資源的動態(tài)分配并提高光資源利用效率，提出基于時(shí)間窗口的光資源按需并行調(diào)度方法。光路供給與波長調(diào)度建立時(shí)間窗口式時(shí)分復(fù)用，由應(yīng)用發(fā)出請求指示時(shí)延與速率

5、的需求。本方法引入分時(shí)制窗口調(diào)用，避免多條并行光路的長時(shí)間占用所引起的阻塞。通過數(shù)學(xué)模型分析和局部仿真，驗(yàn)證所題方法的特性，結(jié)果表明基于時(shí)間窗口的光資源按需調(diào)度有助于在密集數(shù)據(jù)模式下提高光子網(wǎng)格資源利用效率。分時(shí)復(fù)用的并行光路能增加光子網(wǎng)格中帶寬資源的利用率，避免多條光路同時(shí)分配給一個(gè)任務(wù)引起的呼叫阻塞率增加。 (3) 提出基于光樹與可分負(fù)載相結(jié)合的調(diào)度算法。所提算法主要考慮如何為并行與分布式任務(wù)提供光資源并能進(jìn)行任務(wù)的優(yōu)化處理

6、，從而提高任務(wù)執(zhí)行的效率，降低系統(tǒng)時(shí)間，使得光樹的構(gòu)建方法與可分負(fù)載理論(DLT)相結(jié)合滿足并行與分布式業(yè)務(wù)對于資源調(diào)度的需要。在本算法涉及的內(nèi)容包括光子網(wǎng)格并行與分布式處理業(yè)務(wù)模型，多端口網(wǎng)絡(luò)模型中組播光樹的計(jì)算和可分負(fù)載調(diào)度算法。通過理論與仿真分析，結(jié)果顯示DLT模型適合網(wǎng)格中負(fù)載的分布策略，結(jié)合光樹能靈活調(diào)度光網(wǎng)絡(luò)資源，提供并行的光通道以處理高數(shù)據(jù)量應(yīng)用。 (4) 提出建立在光交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，以網(wǎng)格應(yīng)用為目標(biāo)的光子網(wǎng)格節(jié)

7、點(diǎn)物理結(jié)構(gòu)和功能框架。結(jié)合物理和邏輯功能，建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源的控制和協(xié)調(diào)機(jī)制，以滿足網(wǎng)格應(yīng)用對于資源的需求。針對光子網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，結(jié)合光子網(wǎng)格仿真平臺及傳輸服務(wù)給出驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)分析，取得該方面的研究成果為： i)．提出ASONGrid光子網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)功能體系； ii).結(jié)合國家“863”項(xiàng)目，設(shè)計(jì)光子網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)(PGN)模擬平臺節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、光子網(wǎng)格中間件整體框架和PGN系統(tǒng)組成； iii).在平臺體系上驗(yàn)證按需光路供給機(jī)制