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光突发交换网络中服务质量关键技术的研究

阳小龙  
【摘要】:作为一项具有应用前景和技术优势的低层的传输及交换技术,光突发交换(OBS:Optical Burst Switching)能承载许多类型的上层应用,而这些应用通常有一定的服务质量(QoS:Quality of Service)要求,如:时延、分组损失率等。OBS如何像上层一样提供QoS保证,现在更受重视。这不仅是OBS网络对上层网络QoS能力的增强和延续的需要,以使OBS不会仅作为传输通道而存在;同时这也是未来光互联网的重要特征。因此现在有关OBS网络QoS实现渐渐成为了OBS领域中的热点研究课题之一。 现在,OBS网络已基本上确定是以单向无确认的协议(如JET:Just-Enough-Time)为基础;可用的光缓存器仅光纤延迟线(FDL:Fiber Delay Line)而已,而且缓存时间有限;另外,BCP(Burst Control Packet)处理速率必须与BP(Burst Payload)的全光传输速率相匹配。本论文结合OBS网络这些特点,从光突发装配与资源分配、调度算法和竞争解决三个方面,展开OBS网络QoS问题的研究。其主要目标在于:建立一套有效的、适应OBS特点的,能与上层(主要为IP层)QoS方案相匹配的QoS实现机制。 Diffserv粗颗粒分类因有良好的扩展性,可作为OBS 网络的QoS实现基础。由此出发,本文第二章研究了光突发装配过程中的两个关键的问题,即:突发优先级-分组类别的映射、装配资源的分配,提出了一种光突发装配技术,该技术由两个部分构成,即自适应门限突发装配算法和基于优先级的随机偏移时间设置。其中装配算法适合于多类别分组混合装配,能让所有类别的分组公平有效地使用装配能力,能较好地与IP层的QoS机制相匹配;而偏移时间设置由两个机制完成,即有选择性的突发段丢弃(BSSD)机制和令牌桶机制,前者确定各类别相关的QoS偏移时间;后者确定随机偏移时间,以减少不同类别竞争机率。仿真结果表明这里提出的光突发装配技术能有效保证各类分组的QoS。 第三章针对目前映射关系不能实时地反映各类分组QoS要求的差异性和它们业务负载的时变性,以及各级光突发装配资源在各类分组间有区分、但相对公平地分配的需求,提出了“TQ-Map+ATQ-DT”装配技术。它能根据QoS要求和负载的变化而自动调整分组类别与突发优先级间映射关系,同时也能调整各类分组的突发装配门限,使之既能支持区分服务,又能公平地分配资源。最后通过仿真比较研究了不同的映射 WP=12 规则的自适应能力以及ATQ-DT的QoS保障能力。 第四章将映射关系的建立与突发装配资源的最优分配综合考虑,在Diffserv粗颗粒分类基础上,提出了一种优化型动态映射机制,即Optimized TQ-Map,自适应性和最优性是其突出特点。在该机制中,各类分组能自适应地映射到相应优先级的突发中,以最优方式共享各级突发的装配能力,能使突发装配尽可能地与各类分组的QoS要求一致,并使光突发的承载能力最优化地分配到各类分组,同时也照顾了各级突发承载能力利用的公平性。 在光突发交换(OBS)网络中,数据信道的调度算法是一个关键问题。第五章针对当前的调度算法大多只强调带宽利用效率而忽略了QoS支持,提出了一种信道调度算法BM-VF-SBD。该算法将突发搬移(BM:Burst Migration)、空隙填充(VF:Void Filling)和选择性突发丢弃(SBD:Seletive Burst Dropping)三种机制有机地融为一体,既能有效减少数据信道带宽碎片、提高信道带宽利用率,又能支持QoS。若以平衡二叉树组织Void和突发相关信息,它的计算复杂度与LAUC-VF和ODBR接近,小于 。但经仿真比较,它在带宽碎片率和突发损失率上均明显地优于LAUC-VF[47]和ODBR[49]。 在OBS网络中,突发竞争是影响网络性能的一个重要因素,因此如何有效解决它,成了OBS网络非常关注的一个重要问题。第六章在分析当前文献中的解决方案的优缺点后,提出了一种突发竞争解决方案的系统实现。该实现将FDL时域缓存与TWC波长变换、空域技术结合在一起,构造了一个基于前向转发缓存和反馈循环缓存的两级交换结构。最后从多方面对该系统实现的竞争解决有效性进行了性能分析和计算机仿真,结果表明:它在适当的业务强度(0.6)下,能有效改善突发丢失率和突发延迟;同时能降低系统所需的光器件数目。 对突发竞争的解决,“部分丢弃”通常优于“完全丢弃”。为了避免“部分丢弃”策略两个固有缺陷(即“虚假竞争”和“过量丢弃”)的影响,并最大限度地为上层应用提供有区分的承载服务,第七章在加权型突发装配机制、QoS化偏移时间设置的基础上,提出了一种改进型头部丢弃方案。它能按照突发优先级的高低和截断突发相对长度的大小(即与原始突发长度的比值)有选择性地丢弃突发头部或整个突发。与其它策略相比,该方案在合适的头部丢弃门限下,其优势较突出:一方面总PLP有所改 WP=13 善;另一方面具有一定的QoS保障能力,能为不同类别的分组提供有区分的传输服务。 在突发竞争的解决中,偏射路由可以在性能和数量上降低对光缓存器的要求。但是在输入负载较高时,偏射路由的性能劣化很快。第八章针对这一现象,提出了一种可调参数偏射路由算法。它以可调参数——“偏射概率”对竞争突发进行偏射控制,并以突发丢失概率BLP和路径长度为优化目标,在相应的约束条件下,通过数学优化来寻找到一条较为优化的偏射路径。与零偏射、无条件偏射和有限偏射相比较,它既能改善网络总的BLP,也能


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