（通信与信息系统专业论文）光突发交换关键技术的研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：狸笙 本人承担一切相关责任。 r 期：? 口o o 一岁1 9 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：缝笠 日期：蒸z 里：! 三：! = 三 新虢髻秘 日期：塞! ! 竺：里兰：! ! 北京邮电大学博士学位论文 光突发交换关键技术的研究 摘要 光突发交换是实现光通信交换很有潜力的技术，它将信息的传输 与通道的控制分离，实现了数据传输的全光化，克服了电子处理的瓶 颈，提高了网络的效率。本文的主要目的是针对光突发交换由于采用 单向预约机制，容易丢包的特点，从突发包组装长度，突发包调度， 突发包的冲突解决和拥塞控制等方面寻找提高网络性能，降低突发包 丢失的方法。此外，针对目前实际应用的光网络同步数字系列s d h ， 我们提出综合监控方案，并已实际应用。概括起来，本文的主要内容 有以下几个方面t 1 、给出了组装参数对o b s 网络性能影响的性能分析。我们从光 开关矩阵配置时间的角度分析了组装参数对o b s 网络性能的影响， 提出在网络负载较轻时，应该尽量增加组装包的长度，如此可以降低 中间电子处理强度，并从理论和实验两个角度说明了增加突发包的组 装长度可以减少突发包的丢失率，从实验结果，我们给出了组装的最 佳时间。 2 、提出了增强的最大度优先批处理调度算法。最大度优先的调度 算法首先为最大度的节点分配资源，在网络资源有限的情况下为其先 分配资源，可能造成较多的节点丢包，因为最大度的节点是冲突度最 高的节点。为此，我们提出了联合的最大度调度算法，它利用了最大 度优先算法占用波长资源少的优势，同时考虑批处理波长受限的因 素，先分配再丢弃，可以有效的降低丢包率。 3 、提出了基于批处理调度的联合最大团优先算法。批处理调度的 最大团优先算法在删除节点时，忽略了节点所对应突发包的长度特 性。我们提出的联合的最大团优先算法修正了最大团优先的节点删除 准则，提出多个团联合的删除策略，从而保证删除的节点最少，提高 了波长利用率。 4 、提出了资源可释放的竞争冲突解决机制。在业务流较大的情况 下，光突发交换网络的丢包率上升很快，传统的竞争冲突解决机制都 北京邮电大学博十学位论文 是在现有的光纤资源下，考虑如何尽量降低丢包率，忽略了丢包时占 用资源所造成的浪费。资源释放机制针对控制包和突发数据信息不互 通而造成的资源浪费问题，提出了资源释放机制，降低了网络拥塞状 况，针对资源释放，论文还讨论了偏置时间的设定条件和不同的设置 准测。 5 、提出了s d h 光网络的集中监控的解决方案。针对目前的s d h 系统厂家多，制式不统一，集中管理监控困难的问题，提出了基于最 外层的s d h 综合监控方案，该方案不需修改各厂家s d h 系统的内部 协议，采用串口通信机制，实现实时监控。它可和各厂家系统轻松融 合，具有成本低，易于安装，兼容性强的特点。 光突发交换作为一种新型的网络，很多方面都不成熟，传统电子 网络的问题，在这里都会有所体现，文章最后给出了今后需要进一步 研究的问题。 关键词：光突发交换网络，组装，调度，图论，拥塞控制。 北京邮电大学博士学位论文 r e s e a r c ho nk e yt e c h n o l o g i e si no p t i c a l b u r s ts 厂i t c h i n g 小t e t w o r k a bs t r a c t o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o bs ) i san e wt y p eo fo p t i c a ln e t w o r k , a n di t i so n e w a yt or e a l i z et h ea l lo p t i c a ln e t w o r k o b ss e p a r a t e sd a t a p r o c e s s i n ga n dc h a n n e lc o n t r o l l i n gt or e a l i z et h ei n f o r m a t i o nt r a n s f e r r i n g i na na l l o p t i c a l m a n n e r i tc o m b i n e st h e a d v a n t a g e o f o p t i c a l c o m m u n i c a t i o na n de l e c t r i c a l c o m p u t e r i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y , c o n q u e r st h el i m i to fe l e c t r i c a lp r o c e s s i n g ，a n di m p r o v e st h e e f f i c i e n c yo fn e t w o r k a san e wt y p eo fn e t w o r k ，t h e r ea r em a n yp r o b l e m st ob es o l v e d o n e k e yp r o b l e mi st h eh i g hb u r s tl o s sr a t ei no b sn e t w o r kd u et oi t so n e w a y r e s e r v a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ni sc e n t r a l i z e do nd e c r e a s i n go fl o s sr a t e f r o mm a n ya s p e c t so fo b sn e t w o r k ，a n dw ef i n dn e wm e t h o d si n a s s e m b l i n go fp a c k e ti n t ob u r s t ，b u r s ts c h e d u l i n g ，a n dc o n t e n t i o ns o l u t i o n a n dc o n g e s t i o nc o n t r o lt oi m p r o v et h en e t w o r kp e r f o r m a n c e i na d d i t i o n ， f o rs y n c h r o n o u s d i g i t a lh i e r a r c h y ( s d h ) i st h eo p t i c a l n e t w o r k i m p l e m e n t e di np r a c t i c e ，w ep r o p o s e di n t e g r a t e dm o n i t o rf o rs d h ，w h i c h h a sb e e nu s e di nb u s i n e s s t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h ed i s s e r t a t i o na r e a sf o l l o w s b ya n a l y z i n gt h ea s s e m b l yl e n g t ho fo p t i c a lb u r s ta n dc o n s i d e r i n gt h e c o n f i g u r a t i o nt i m eo fo p t i c a ls w i t c hm a t r i x ，w ef i n dt h a ti nt h ec a s eo f l i g h tn e t w o r kl o a d ，i n c r e a s i n gt h ea s s e m b l yl e n g t hw i l ld e c r e a s et h el o s s r a t eo fo p t i c a lb u r s ta n dr e d u c et h ee l e c t r i cp r o c e s s i n gc o s t t h er e s e a r c h i sc o n d u c t e dt h r o u g h t h e o r yp e r f o r m a n c ea n a l y s i s a n d e x p e r i m e n t p r o v e m e n t w i t hs i m u l a t i o nr e s u l t ，t h eo p t i m a la s s e m b l i n gt i m ei s p r o v i d e d 4 北京邮电人学博上学位论文 e n h a n c e ds m a l l e s t - l a s tv e r t e x o r d e r i n g ( e s l v ) i sp r o p o s e d f o r o p t i c a lb u r s tb a t c hs c h e d u l i n g i ns m a l l e s t - l a s tv e r t e xo r d e r i n g ( s l v ) ， r e s o u r c ei sa l l o c a t e dt ot h en o d ew i t hl a r g e s td e g r e ew i t hh i g hp r i o r i t y w h e nt h en e t w o r kr e s o u r c ei sl i m i t e d ，a l l o c a t i o nf o rl a r g ed e g r e en o d e w i l lc a u s em o r en o d eb el o s t ，t h a ti sb e c a u s et h el a r g e s td e g r e en o d eh a s h i g h e rc o l l i s i o n s oe s l vi sp r o p o s e d m a k i n gu s eo ft h ea d v a n t a g eo f s l vt h a ti tw i l l o c c u p y l e s s w a v e l e n g t h s ，a n dc o n s i d e r i n g t h a t w a v e l e n g t hp r o c e s s e di nb a t c hs c h e d u l i n gi sl i m i t e d ，i ta l l o c a t e sr e s o u r c e s f i r s t ，a n dt h e ni m p l e m e n t sd i s c a r d i n gt or e d u c et h el o s sr a t ee f f e c t i v e l y j o i n tm a x i m a lc l i q u e sf i r s t ( j m c f ) i sp r o p o s e df o rb a t c hs c h e d u l i n g i no b sn e t w o r k w h e nd e l e t i n gt h en o d e ，m a x i m a lc l i q u e sf i r s t ( m c f ) d o e s n tc o n s i d e rt h el e n g t ho fb u r s t b ym o d i f y i n gt h er u l eo fn o d e d e l e t i o n ，j m c fi sp r o p o s e dt os e l e c tt h ed e l e t e dn o d eb yc o n s i d e r i n gt h e c l i q u e sj o i n t l yt or e d u c et h en u m b e ro fd e l e t e dn o d e sa n di m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fw a v e l e n g t hu s a g e r e s o u r c er e l e a s es c h e m ei sp r o p o s e df o rc o n t e n t i o ns o l u t i o no fo b s n e t w o r k w h e nt h et r a f f i ci sh e a v y , l o s sr a t eo fo p t i c a ls w i t c h i n gn e t w o r k w i l lr i s ed r a m a t i c a l l y t h ec o n v e n t i o n a lm e t h o dd o e s n tc o n s i d e rt h e w a s t ec a u s e db yl o s tb u r s t s w ea n a l y z et h a tn oi n f o r m a t i o ne x c h a n g e b e t w e e nc o n t r o l l i n gp a c k e ta n dd a t ab u r s ti st h er e a s o nt or e s o u r c ew a s t e ， a n dp r o p o s et h er e s o u r c er e l e a s ec o n t e n t i o ns o l u t i o nt or e d u c et h e n e t w o r kc o n g e s t i o n t h ec o n d i t i o na n dr u l ef o rt h es e t t i n go fo f f s e tt i m e a r ed i s c u s s e d t h ei n t e g r a t e dm o n i t o r i n gs y s t e mo fs d hd e v i c e si sp r o p o s e d t h e s d h s y s t e m sf r o md i f f e r e n tm a n u f a c t o r i e sh a v ed i f f e r e n ts c h e m e s ，w h i c h w i l li n c r e a s et h ed i f f i c u l t i e sf o ri n t e g r a t e dr e a l - t i m em o n i t o r i n g a p e r i p h e r yb a s e di n t e g r a t e dm o n i t o r i n gs y s t e m i s p r o p o s e d w i t h o u t m o d i f y i n gt h es d hi n t e r n a lp r o t o c o lo fd i f f e r e n tm a n u f a c t o r i e s ，t h e m e t h o dr e a l i z e dt h e r e a l t i m e m o n i t o r i n gt h r o u g h s e r i a l p o r t c o m m u n i c a t i o nw i t hl o wc o s t t h em o n i t o rc a nb ee a s i l ym e r g e dw i t h s d hs y s t e mf r o md i f f e r e n tm a n u f a c t o r i e sw i t hs i m p l ei n s t a l l a t i o na n d h i g hc o m p a t i b i l i t y o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n gi san e wt y p eo fn e t w o r k ，a n dt h e r ea r em a n y 5 北京邮电大学博士学位论文 i m m a t u r ea s p e c t s m a n yp r o b l e m si ne l e c t r i c a ln e t w o r kw i l la l s oa p p e a r , s ot h et o p i c sf o rf u t u r ef u r t h e rs t u d ya r ed i s c u s s e di nt h ee n do ft h e d i s s e r t a t i o n k e y w o r d s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n gn e t w o r k ，a s s e m b l y , s c h e d u l i n g ， g r a p h ，c o n g e s t i o nc o n t r 0 1 6 北京邮电大学博上学位论文 目录 光突发交换关键技术的研究。2 摘要2 r e s e a r c ho nk e yt e c h n o l o g i e si no p t i c a lb u r s ts w i t c h i n gn e t w o k k 4 a b s t r a c t 4 目录7 第一章绪论l o 1 1 下一代网络的发展趋势1 0 1 2 光网络的交换技术1 1 1 3 论文的研究背景1 3 1 4 论文的主要工作和组织结构1 4 第二章0 b s 系统的基本理论和基本概念1 7 2 1 光交换系统概述1 7 2 1 1 光路交换o c s 1 7 2 1 2 光分组交换o p s 1 8 2 1 3 光突发交换o b s 2 0 2 2 光突发交换系统概述一2 2 2 2 1 边缘节点和核心节点2 2 2 2 20 b s 的m a c 层和封装技术。2 4 2 2 3 控制协议2 5 2 3 三种光交换技术的比较2 9 2 40 b s 的研究现状3l 2 4 1 光交换体系结构3 1 2 4 2 信令协议3 2 2 4 3 突发组装3 3 2 4 4 突发调度3 4 2 4 5 冲突解决3 5 2 4 6 服务质量3 6 2 4 70 b s 网络的保护与恢复3 6 2 4 8t c p 在o b s 网络中的传送3 6 第三章：组装参数对0 b s 网络性能的影响3 8 3 1 引言3 8 3 2 组装过程和方法3 9 3 2 1 基于固定汇聚时间的算法。4 0 3 2 2 基于固定汇聚长度的算法4 l 3 2 3 基于最大长度最大组装时间的算法4 2 3 2 4 基于自适应汇聚长度的算法4 3 3 3 组装参数与延时的关系4 4 3 4 影响丢包率的组装参数4 6 3 5n s 2 仿真平台以及0 b s n s 介绍4 6 3 5 1 使用n s 进行网络仿真的方法和一般过程4 8 7 北京邮电大学博十学位论文 3 5 2n s 2 的功能模块4 9 3 5 3n s 2 的软件构成4 9 3 5 4n s 现有的仿真元素4 9 3 5 50 b s l l s 的设计5 0 3 6 仿真结果和分析5l 3 7 结论和进一步的工作5 7 第四章资源调度算法的研究5 8 4 1 弓i 言5 8 4 2 已有的调度算法5 9 4 2 1i _ a 调度算法5 9 4 2 2l a u c - v f 调度算法6 0 4 2 3 批处理调度算法6 l 4 3 批处理调度现有算法6 2 4 3 1 若干定义。6 2 4 3 2 传统离线批处理算法6 3 4 3 3 传统批处理实现算法6 4 4 4e s i 批处理算法6 4 4 4 1s l v 算法6 5 4 4 。2 着色与批处理调度差异性6 6 4 4 3s l v 算法问题分析6 7 4 4 4e s i ，v 算法6 7 4 5j m c f 批处理算法6 9 4 5 1m c f 批处理算法6 9 4 5 2m c f 算法问题分析7 0 4 5 3j m c f 算法7 l 4 6 仿真实验和分析7 4 4 6 1 实验设计7 4 4 6 2e s l v 仿真实验一7 4 4 6 3j m c f 仿真实验7 5 4 7 结 仑7 7 第五章0 8 8 网络的资源节约机制。7 8 5 1 引言7 8 5 2 传统的基于反馈冲突解决7 9 5 2 1 源端重传8 0 5 2 2 基于反馈冲突解决路由过程8 l 5 3 资源回收方法描述8 3 5 3 1 问题描述和基本思想8 3 5 3 2 冲突节点资源回收处理8 5 5 3 3 资源释放节点处理8 6 5 。4 资源回收偏置时间设置8 7 5 4 1 偏置时间应满足的条件8 7 5 4 2 网络负载确定偏置时间8 9 5 4 3 可释放数据包的设定9 1 5 4 4 分片处理9 1 8 北京邮电大学博七学位论文 5 5 仿真以及结果分析9 1 5 5 1 仿真系统设计9 1 5 5 2 参数设置9 3 5 5 3 结果和分析9 5 5 6 结论9 5 第六章s d h 集中监控系统的设计与实现9 7 6 1 引言9 7 6 2s d h 系统的问题9 8 6 2 1 多样性问题9 8 6 2 2 实时性问题9 9 6 3 问题解决的关键9 9 6 4 系统的组成结构以及实现的基本功能1 0 0 6 5 服务器端数据采集控制部分的软件结构1 0 2 6 6 进一步的上作1 0 4 第七章结论和今后的工作1 0 5 攻读博士学位期间撰写的学术论文1 0 8 缩略语。1 0 9 致谢lll 参考文献1 1 2 9 北京邮电大学博士学位论文 1 1 下一代网络的发展趋势 第一章绪论 通信网络是现代社会传递信息的载体，不同的通信网络都是为了承载特定信 息业务而组建的。不同的业务对网络设备有着不同的要求，现代通信技术的进步 使网络业务从单一的声音、文字发展到声音、图形、数据等多种业务并存的局面， 同时也出现了多种服务于各种目的的网络类型，如公共专用电话网、计算机局 域网、i n t c t n e t 广域网、移动电话网、有线电视网、帧中继数据传输网等。然而， 多种网络间的互连及整个信息网的运行、扩展、管理和维护是相当困难的。与此 同时，在当前及可预见的未来，诸多全新的网络服务内容( 如可视电话( v i d e o t e l e p h o n e ) 、视频点播( v o d - - - v i d c oo nd e m a n d ) 、电视购物、远程教育等) 的迅 速发展将进一步导致网络负荷的加剧和复杂性的提高。近年来，随着因特网的迅 猛发展，i p 业务呈爆炸式增长。预测表明，口将承载包括话音、图像、数据等 在内的多种业务，构成未来信息网络的基础。 与传统的业务类型相比，口业务具有显著的自相似性、收发数据不对称性和 服务器拥塞等特点，因此对承载的光网络而言，面临的主要问题是不仅要求超大 容量和宽带接入等，还需要光层的智能性更高，能在光节点上实现光交换，目的 是通过光层与i p 层的适配和融合，建立经济高效、灵活扩展及支持业务服务质 量( q u a l i t yo f s e r v i c e ，q o s ) 等的光网络，以满足i p 业务对信息传输和交换系统 的要求。而近几年来提出的以光波分复用( w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ，w d m ) 密集波分复用( d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g , d w d m ) 为核心、以智能化光网络为目标的光传送网将控制信令引入光层，满足 了未来网络对多粒度信息交换的需求，提高了资源利用率和组网应用的灵活性。 智能化光网络吸取了l p 网的智能化特点，在现有的光传送网上增加了一层控制 平面，用于为用户建立连接、提供服务和对底层网络进行控制，它具有高可靠性、 可扩展性和高有效性等突出特点，支持不同的技术方案和业务需求，代表了下一 代光网络的发展方向。高速增长的i p 业务对带宽的需求很大，w d m d w d m 传 输技术能提供超大容量带宽资源，目前在光层采用d w d m 技术使一根光纤上可 利用的带宽达到1 0 t b i t s 左右因此传统光网络向适用于传输业务的新一代光 1 0 北京邮电大学博士学位论文 网络演变势在必行。而这其中，i po v e ro p t i c a l 支持i p 业务并能提供较大的带宽 而被视为下一代p 网络的核心技术。由于受限于光交换速度，光网络发展的近 期目标是可灵活配置的、支持准静态业务的智能光网络。在标准方面，国际电联 ( i m e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n su n i o n ，i t u ) 正在出台有关自动交换光网络 ( a u t o m a t i cs w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k a s o n ) 的标准，而因特网工程任务组( t h e i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i e t f ) 贝o 更侧重于对现有协议的扩充，正在积极推 进通用多协议标签交换( g e n e r a l i z e dm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，g m p l s ) 的 标准化。从本质上讲，它们都是力图通过挖掘光层的波长交换能力来实现一个能 平滑过渡的、以i po v e ro p t i c a l 为架构的宽带网。a s o n 的自动交换能力带来的 巨大好处主要存在于两个方面：一方面是它所具有的灵活配置能力能以较小的控 制成本换取对业务的灵活支持，从而极大地降低网络运营商的运营成本；另一方 面是它能通过其配置能力支持光网络提供共享的保护恢复能力。无疑，在未来的 几年到几十年，a s o n 将是光网络研究和建设的重点。 人们更加长期的目标是全光网络( a l lo p t i c a ln e t w o r k , a o n ) ，全光网络是指 信号只是在进出网络时才进行光电和电光转换，而在网络的传输和交换的整个过 程中都以光的形式存在，也就是端到端的全光路，中间没有光电转换器。光电转 换是现有网络中非常耗费资源的构件，没有了它可以节约大量的成本，同时信号 在电域的处理也面临着电子器件的速度瓶颈。但是在实现全光网的过程中，人们 发现很多难以短时间内克服的难题，如光信号的智能处理，光缓存等，不可能迅 速地实现全光网络，因而人们提出了逐步演进的方式。也就是从现有的同步数字 系列( s y n c h r o n o u sd i s t i lh i e r a r c h y , s d h ) 到自动光交换网络( a s o n ) ，再到光 突发交换( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ，o b s ) 网络，再到光分组交换( o p t i c a lp a c k e t s w i t c h i n g o p s ) 网络。 1 2 光网络的交换技术 光网络的概念随着s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 技术体制的出现而 产生的，s d h 实现信息从一个节点直接传到另外一个节点，而节点间的转接是先 转换为电信号，再通过电信号的处理来实现的。作为一种完整严密的传送网技术 体制，s d h 不仅提供了统一的光接口规范，而且定义了对光信号质量的远程监控、 故障定位和远程配置等重要的网络管理功能。 光交换技术是指在网络的节点处不经过任何光电转换，在光域内直接将输入 光信号交换到不同的输出端。其优点在于克服了s d h 网络纯电子交换的容量瓶 北京邮电大学博士学位论文 颈问题，大量节省建网和网络升级成本，大大提高网络的重构灵活性和生存性， 加快了网络恢复能力。在各种不同类型的光网络中使用到的光交换技术有所不 同，与传统的电交换技术类似，光交换技术从交换粒度上可以大致划分为光路交 换o c s ( o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) ，光分组交换o p s ( o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) ，光 突发交换o b s ( o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 。 研究得最多最成熟的是光路交换o c s ，网络需要为每一个连接请求建立从源 端到目的地端的光路( 每一个链路上均需要分配一个专业波长) 。交换过程共分三 个阶段：链路建立阶段是双向的带宽申请过程，需要经过请求与应答确认两个 处理过程。链路保持阶段，链路始终被通信双方占用，不允许其他通信方共享 该链路。链路拆除阶段，任意一方首先发出断开信号，另一方收到断开信号后 进行确认，资源就被真正释放。 从长远来看，全光的分组交换o p s 是光交换的发展方向。o p s 是一种不面向 连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由、分配 资源。分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点需要缓存净荷，等待带 分组目的地的分组头的处理，以确定路由。相比, o c s ，o p s 有着很高的资源利用 率，和很强的适应突发数据的能力。但是也存在着两个近期内难以克服的障碍： 一是光缓存器技术还不成熟；二是在o p s 交换节点处，多个输入分组的精确同步 难以实现。因此光分组交换难于在短时间内实现。 1 9 9 7 年，由c h u n m i n gq i a o 和j st u n n o r 分别提出的一种新的光交换技术 光突发交换o b s ，作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术。o b s 结合了电路 交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点，已引起了越来越多人的注 意。 光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小的具有相同出口边缘节点地 址和相同q o s 要求的数据分组组成的超长数据分组，这些数据分组可以来自于传 统i p 网中的i p 包。突发是光突发交换网中的基本交换单元，它由控制分组( b c p , b u r s tc o n t r o lp a c k e t ，作用相当于分组交换中的分组头) 与突发数据b p ( 净载荷) 两 部分组成。突发数据和控制分组在物理信道上是分离的，每个控制分组对应于一 个突发数据，这也是光突发交换的核心设计思想。例如，在w d m 系统中，控制 分组占用一个或几个波长，突发数据则占用所有其它波长。 将控制分组和突发数据分离的意义在于控制分组可以先于突发数据传输，以 弥补控制分组在交换节点的处理过程中o e o 变换及电处理造成的时延。随后发 出的突发数据在交换节点进行全光交换透明传输，从而降低对光缓存器的需求， 甚至降为零，避开了目前光缓存器技术不成熟的缺点。并且，由于控制分组大小 1 2 北京邮电大学博上学位论文 远小于突发包大小，需要o e o 变换和电处理的数据大为减小，缩短了处理时延， 大大提高了交换速度。这一过程就好像一个出境旅行团，在团队出发前，一个工 作人员携带团员们的有关资料，提前一天到达边境办理出入境手续及预定车票 等，旅行团随后才出发，节约了游客们的时问也简化了程序。 1 3 论文的研究背景 o b s 结合的光电路交换和光分组交换的优势，同时避免了它们的缺点，是一 种非常有前途的光交换技术。它将控制与数据在时间和空间上分离，控制分组提 前发送，且在中间节点经过电信息处理，为数据分组预留相应的资源，而数据分 组随控制分组之后传送，在中间节点通过预留好的资源直通，无需光电光处理， 带宽利用率高，延时小，且无需光缓存，实现相对容易。自从上世纪末有c h u n m i n g q i a o 和j o n a t h a ns t u r n e r 分别提出了o b s ，到现在短短的十几年的时间，o b s 已经受到了国内外越来越多的研究机构和学者的重视。目前，美国、日本、韩国、 欧洲、我国大陆和台湾等国家和地区都有研究机构从事o b s 方面的研究，其中 较有影响的有美国的纽约州立大学、华盛顿大学、卡罗来纳大学以及阿尔卡特公 司美国分公司等。 光突发交换没有缓存器可以使用，若在请求的时间段内没有相应的资源可以 使用，则只能丢弃，相对于传统的分组交换网络，丢包情况比较传统分组交换网 络会更加严重，这有些类似传统的电路交换的情况，因而对于o b s 系统，要求 调度算法高效，简单，快速。 j o n a t h a ns t u r n e r 提出了水平调度算法，该算法 也被称为l a u c 算法【4 l 】，a l c a t e l 公司的y i j u nx i o n g 在l a u c 算法的基础上 提出了效率更高的l a u c v f 算法【3 1 】，该算法通过为每个到达的突发包选择最 近可获得的“未使用的数据信道来最小化时隙，提高光纤资源的利用率。鉴于 l a u c 和l a u c v f 都是按控制分组到达顺序分配信道的调度算法，a y m a n k a n e e l 提出的批处理调度 1 6 1 采用多个突发包联合进行调度，它同时考虑几个 b c p 请求，在多个输出通道上进行选择，即批处理的调度，可更好的利用资源。 其性能要优于单个包调度的l a u c ，l a u c v f 算法。现有的批处理调度借鉴图 论着色理论，但是，批处理调度和着色算法的目标、各自处理对象特性、待分配 资源状况都存在差异，因此，需要针对光突发交换的特性，设计更适合批处理调 度的算法。 o b s 网络采用单向波长信道预留的协议机制，当多个数据突发同时到达同一 个输出端口时，在核心节点处，某些数据包的资源预约失败，数据突发包将被丢 1 3 北京邮电大学博士学位论文 失。因而，如何减少丢包、解决竞争是o b s 网络的一个核心问题。通常会在两 个方面采取措施，一类从网络资源的角度，另一类是从突发