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《解放军信息工程大学》 2010年
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支持多种网络体系的可重构路由交换平台及关键技术研究

黄霄  
【摘要】:传统信息网络的单一可扩展性和相对稳定性无法适应下一代网络业务的动态发展。为解决该问题,提出了“可重构网络”的概念,该网络可在同一物理网络资源上构建多个支持不同网络体系的逻辑承载网。在未来网络业务快速发展和更新的过程中,可重构网络能够维持较低的网络改造几率,对网络业务支撑的鲁棒性和扩展性将显著提高。 可重构网络主要包括传输链路和可重构路由交换平台。当前高性能路由器的研究仍局限在转发或控制功能的单一可重构技术上,尚缺乏针对可重构路由交换平台总体框架及交换技术的研究工作。因此,本文结合“新一代高可信网络”项目中“可重构路由器构件组研制”课题的研究需求,建立了一种能支持多种网络体系的可重构路由交换平台的总体框架,并以此为基础设计了能适应网络业务多变性的交换方式、调度机制和交换结构。论文的主要工作如下: 1、对可重构网络研究的必要性进行了论述。通过对网络资源的重新组织,可重构网络能在同一个物理网络资源上构建多个逻辑承载网。一种逻辑承载网支持一种网络体系,能为同一类网络业务提供的相同服务质量。网络用户使用网络业务时,可以根据自身的需求选择不同逻辑承载网提供的网络服务,使得逻辑承载网与网络业务的功能呈现弱相关性,而与网络业务的性能呈现强相关性。这种组网模式既提高了网络资源利用率,又能适应网络业务的多变性特征。 2、基于FPGA的RTPR功能,建立了可重构路由交换平台的总体框架。该框架包括重构管理平面、控制平面、交换平面、转发平面、接入平面以及各个平面间的连接链路,能为可重构路由交换平台构建多个逻辑承载节点提供重构环境。通过逻辑承载节点的支持,可重构路由交换平台能在物理层、数据链路层、网络层和交换结构中采用相关重构技术为不同种类的网络体系提供不同的承载服务。 3、为可重构路由交换平台设计了可变定长分组交换方式。不定长分组交换方式能适应多种网络业务,但不定长分组传输数据时容易产生时延抖动;定长分组交换方式有利于简化路由交换设备的硬件实现,但网络业务分组长度及出现频率的无规律性增加了定长分组交换的开销。可变定长分组交换方式采用分组头部固定而有效负载长度可根据网络流量动态调整的方式传输数据,兼有不定长分组交换和定长分组交换的优点。该方式利用有效负载长度的可变性来应对网络业务的多变性,能有效提高可重构路由交换平台的传输带宽资源利用率。 4、设计了可重构路由交换平台的交换结构及均衡调度算法。为适应网络业务的多变性特征,可重构路由交换平台以扩展交换构件模型为核心构建交换结构。扩展交换构件模型由两级VOQ+缓存Crossbar组成,采用基于均衡调度机制的RESA算法进行调度处理。均衡调度机制采用对不同种类的网络业务流提供不同带宽的方法,能满足网络业务流的时延需求;并按照其带宽比例调度各个网络业务流,使得各个网络业务流的分组均衡分布在输出分组流中,能满足网络业务流的时延抖动需求。理论分析和仿真实验表明,扩展交换构件模型及其调度算法RESA实现了均衡调度,能为以网络流媒体业务为主的多种网络业务提供良好的服务质量。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP393.05

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