光突發(fā)交換網絡部分關鍵技術的研究.pdf

1、光突發(fā)交換技術在提供帶寬能力和降低交換節(jié)點復雜性方面取得了很好的平衡，交換粒度介于光路和光分組交換之間，對光開關和光緩存的要求降低，能夠很好的支持突發(fā)性分組業(yè)務，因而成為下一代IP／WDM互聯(lián)網極有競爭力的解決方案。 本文研究了OBS網絡邊緣節(jié)點自相似業(yè)務的匯聚問題，OBS網絡邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)流量預測和資源預留以及核心節(jié)點的Qos問題，OBS網絡的動態(tài)自適應突發(fā)封裝問題，OBS網絡動態(tài)路由和網絡級聯(lián)合OoS問題。這些問題的合理解決可

2、以優(yōu)化網絡資源，提高整個網絡的性能，論文的第一章是緒論，所做工作集中在第二至第五章，主要包括以下內容： 第二章首次研究了Ethernet/OBS光突發(fā)邊緣節(jié)點封裝前后自相似流量特性。在我們設定的基于時間的集中和基于長度的集中方案下，仿真單源到多源再封裝的流量特性并通過R／S和V／T圖比較了自相似度；研究了三種自相似流量產生方法并作了比較。所得的結果表明在設定條件下，多源業(yè)務流自相似度增大，經過封裝后不同的封裝方案產生不同的效果。

3、時間集中方案極大的降低了以太業(yè)務自相似度，集中后突發(fā)大小接近高斯分布，長度封裝方案并不改變輸入業(yè)務類的自相似特性。RMD自相似方法適合于大自相似度下的突發(fā)網絡研究。 第三章研究了OBS網絡邊緣節(jié)點數(shù)據(jù)流量預測和在此基礎上的網絡資源預留。綜合比較了目前已提出的流量預測和資源預留方法的優(yōu)缺點，提出了新的流量預測方法CWLP和網絡資源預留方法CWLRCWLP方法充分考慮了預測時間內到達流量的加權，在不同偏置時間下引入了一個權值參數(shù)，來

4、保持當前到達流量和過去流量的動態(tài)平衡，分析了CWLP方法的信噪比，結果表明在不同偏置時間和負載條件下，CWLP方法獲得了流量預測性能的重要改善。然后我們研究了基于CWLP的CWLR方法，比較了CWLR方法的時延和無效填充率。仿真研究顯示CWLR方法從根本上降低了由于業(yè)務封裝而引入的大時延和額外開銷，而且在任一偏置時間下存在一個動態(tài)的最優(yōu)權值。CWLR方法支持在線突發(fā)業(yè)務流預測，提高了網絡利用率和網絡靈活性，使光網帶寬利用率和吞吐量更符合

5、實時的光網絡流量特性。最后考慮OBS網絡是針對無緩存而設計的，我們應用依賴于額外偏置時間的JET協(xié)議來提供OBS網絡節(jié)點級QoS保證，在指數(shù)分布、通用分布和自相似分布業(yè)務到達下，設定相同的突發(fā)平均長度和隔離度，比較了OBS網絡核心節(jié)點的性能。通過仿真三種不同類型的數(shù)據(jù)流量，我們討論了流量特性，突發(fā)丟失率和單交換節(jié)點的吞吐量。結果表明隨著流量從指數(shù)分布到通用分布再到Paeto分布的轉變，節(jié)點交換效率惡化，在試驗條件下通用突發(fā)業(yè)務有最大的吞

6、吐量。而且，可以通過降低業(yè)務自相似度，即使在小的偏置時間下也可改善網絡性能和高優(yōu)先級業(yè)務的服務質量。 第四章重點研究了OBS網絡的動態(tài)自適應突發(fā)封裝機制。我們在(2)的流量預測和資源預留機制基礎上提出了一種動態(tài)自適應突發(fā)封裝方法DAA，它充分考慮當前預測時間到達流量，能夠實現(xiàn)偏置QoS和時延區(qū)分，在受限的突發(fā)封裝時間范圍內執(zhí)行動態(tài)自適應封裝，通過分析預測誤差，我們提出的算法能夠獲得足夠好的預測性能以滿足實際網絡環(huán)境的需要，并對不

7、同的優(yōu)先級業(yè)務實現(xiàn)了時延區(qū)分，我們比較了不同負載下不同類的長度誤差，封裝時延，突發(fā)大小和突發(fā)利用率，分析了DAA方法退化模型的時延公平性和偏置QoS，研究了基于QoS偏置時間的一維限制和二維限制封裝，不同預測時間下，以及基于本次負載和前次負載的動態(tài)突發(fā)封裝，發(fā)現(xiàn)一維限制方法可提供更好的網絡性能，二維限制方法提供了更嚴格的類間區(qū)分，長預測時間帶了更好的突發(fā)封裝性能，本次負載的突發(fā)封裝達到了更好的效果。我們的算法在動態(tài)的封裝時間內執(zhí)行動態(tài)靈

8、活突發(fā)封裝，達到了低時延，時延公平性和不同業(yè)務類的偏置QoS 保證。DAA方法增強了OBS網絡自身對多業(yè)務大容量的適應能力，并為光核心網絡服務質量保證、路由和競爭解決奠定了基礎。第五章研究了OBS網絡動態(tài)路由方法和網絡級節(jié)點資源分配的聯(lián)合QoS。我們提出了一種OBS網絡動態(tài)路由機制，分別利用跳數(shù)、波長利用率、鏈路突發(fā)數(shù)量、物理距離和鏈路負載以及它們的不同組合等網絡信,來進行動態(tài)路由計算和動態(tài)路由選擇，包括四種動態(tài)路由計算(Apl，Spd

9、，Srd，Srp)和三種動態(tài)路由選擇(Kmc，Kmm，Kpr)算法，統(tǒng)一命名為動態(tài)源路由(DSR：Dynamic source Routing)方法。其思想是將顯式受限路由(CSPF)應用于OBS的動態(tài)路由中，DSR方法利用OBS網絡動態(tài)信息選擇路由，搭建了網絡仿真平臺進行了評估分析并和固定最短路由作了比較?；谔鴶?shù)的Apl算法阻塞率和時延性能都好于基于跳數(shù)的Fix方法，基于距離的Apl算法阻塞性能同樣優(yōu)于基于距離的Fix方法?；诰嚯x

10、的Apl，Srd和Srp算法較之Fix方法改善了網絡的阻塞性能，Srp算法的鏈路代價中因為引入了大權重的鏈路突發(fā)數(shù)量，會出現(xiàn)性能擾動。基于跳數(shù)的Spd算法由于采用同步點負載加權選路，鏈路單波長負載加權比鏈路負載加權改善了阻塞性能，基于跳數(shù)的Srd算法在不同更新周期下，受區(qū)間鏈路負載的影響，網絡性能更依賴于狀態(tài)信息的更新周期。Apl算法與Srd和SrP)算法比具有最好的網絡性能。在靜態(tài)K階路由計算的Kmc，Kmm和Kpr三種算法中，基于跳

11、數(shù)的網絡阻塞性能好于基于距離的算法，但基于距離的算法比基于跳數(shù)的時延小，保持了跳數(shù)和距離的靜態(tài)最短路網絡性能特征。在靜態(tài)計算的K階最短路上利用周期性網絡信息動態(tài)選路有局限性，性能改善有限，然而它們比動態(tài)路由計算算法復雜度低，處理時間少，可根據(jù)實際網絡需求權衡選擇。最后在動態(tài)路由算法的基礎上提出了基于節(jié)點調度算法的波長分組分配來區(qū)分優(yōu)先級，從而實現(xiàn)OBS網絡QoS保證的機制，在與跳數(shù)無關而且時延不增加的前提下獲得了業(yè)務類QoS保證，通過改

12、變波長組實現(xiàn)可控的性能區(qū)分。我們提出的DSR方法充分發(fā)揮了網絡鏈路負載均衡的優(yōu)勢，同時極大的減小了OBS網絡的阻塞率和網絡突發(fā)端到端的時延，并且不同的代價加權和動態(tài)路由算法能夠滿足不同的性能要求。DSR方法能夠動態(tài)適配當前網絡狀態(tài)信息，實時利用路由分布和帶寬信息進行動態(tài)路由計算，自動完成負載均衡提前避免阻塞，實現(xiàn)了網絡QoS保證，用于OBS網絡中能夠改善全網的性能。 最后在附錄A附錄B中介紹了作者在攻讀博士期間參與“多波長光標