（通信与信息系统专业论文）光突发交换中核心节点的关键技术研究.pdf

电 子 科 技 大 学 博 士 论 文 中文摘要 当代的通信网络不仅向 着宽带化、 智能化和个人化的方向 发展， 还向 着综合 化的方向发展。随着i p技术的广泛应用， i p协议将成为综合各种业务和网络的 “ 共同 语言” ， i p o v e r w d m将 成为 下一 代 光 互 联网 的 首 选结 构。 光 突发 u 交 换结 合了 光路交换( 如波长路由) 和光分组交换两种交换技术的优点， 能在较低的光 器件要求下实现面向i f的快速资源分配和交换，是一种易于实现、又能高效利 用网络资源的光交换技术， 被认为是下一代全光互联网中有竞争力的交换模式。 由于光突发交换与波长路由 和光分组交换有许多不同之处， 如中等长度的交 换粒度、 单向预约、 带外信令和延迟预约等， 本文将对光突发交换核心节点的一 些关键技术进行研究，包括核心节点光交换模块的结构、核心节点的调度算法、 核心节点对 q o s的支持和冲突解决机制，以 及波长数目 、 偏移时间、突发数据 长 度和f d l ( f i b e r d e l a y l i n e ) 单 位延时 等重要 参数对丢失性能的 影响。 光突发交换中， 交换粒度 ( 即突发数据长度) 介于波长路由的波长和光分组 交换的分组之间，并采用带外信令方式和延迟预约，即在 b h p ( b u r s t h e a d e r p a c k e t ) 和突发数据之间有偏移时间。 突发 数据长度和偏移时间 等重要参数如何 设定，以及这些参数对网络性能有何影响等等，都是非常重要而待解答的问题。 论文的第二章对这些问 题进行了研究， 主要包括: 波长数目 变化时对丢失 性能的 影响、偏移时间对性能的影响、突发数据长度对性能的影响，以 及 f d l的单位 延时和f d l 级数的变化对性能的影响。 研究结果表明， 如果核心节点配置了t wc ( t u n a b l e w a v e l e n g th c o n v e r te r ) ， 则每个端口 复用的 波 长数目 可以 理解为 排队 系 统中的服务台数目; 当波长数目 增加时， 服务台个数将增加， 突发数据可用的资 源将增加， 突发丢失 率将减小，统计复用的 优势将更加明 显。 研究结果还表明， 偏移时间的变化范围对丢失性能有较大的影响， 变化范围越大，丢失性能 越差， 反之则越好; 对于相同的变化范围， 偏移时间的增减对丢失性能影响较小。 理论 分析表明，没有配置f d l时，增加突发数据长度将有助于改善丢失性能;若保 持到达核心节点的业务量不变，突发数据长度的增加会使突发数据到达率减小， 当突发数据非常长时，则相当于一个连接，其性能也将接近于光路交换的性能; 这一分析结果得到了 仿真的 验证。 研究结果还表明，当f d l级数增加时， 核心 节点的缓存 ( 延时)能力增加，丢失性能将得到提高，但 f d l级数增加到一定 中 文 摘 要 数量后， 丢失性能将趋于平稳; 单位延时的 增加并不一定能改善性能， 在其它参 数给定时，f d l单位延时存在一个最优值。以 上研究结果对于系统的设计和性 能的分析有一定的指导意义。 第三章从性能和成本两个角度研究了多种光交换模块。 对于两种类型的空分 交叉矩阵 ( 分别以8 x 4 x 4 和1 x 3 2 x 3 2 表示) ， 将核心节点的光交换模块相应 地分为两个大类。 通过仿真， 得到了 两大类光交换模块具有不同的t wc 或f d l 配置时的丢失性能。 结果表明， 只配置t wc 时的丢失性能明显要好于只配置f d l 时的丢失性能;而同时配置 t wc和 f d l时的丢失性能要好于只配置 t wc或 f d l时的丢失性能，在中等业务量强度时尤为明显，但在较大的业务量强度时 ( 如0 .9 爱尔兰) 不同 配置的丢失率都基本在同一个数量级。以 上分析说明， 增 加配置可以改善光交换模块的 丢失性能， 但光开关、t wc , 波分解复用器和合 波器等光器件的增加会使成本增加; 如果单纯追求高性能， 将导致成本急剧增加 而超出可承受的范围。 通过性能和成本两个方面的 研究和比 较， 则为光交换模块 的设计提供了重要的参考，如在给定的性能下，选择成本较低的结构。 第四章研究了光突发交换核心节点的调度算法。首先，提出了一种新的 b s - v f ( b u r s t s e t m e n t a t io n f o r v o i d f i ll in g ) 调 度 算 法， 该 算 法结 合了 分段的 冲 突 解决机制和传统的插空型调度算法， 可根据空隙的情况将突发数据分段， 使分段 更有针对性， 也使插空由被动方式变为了 主动方式， 能更加充分地利用空隙， 减 少突发数据的丢失， 提高波长信道的利用率; 同时还能避免乱序、 虚假丢弃等缺 陷。 其次， 提出了一个分析调度算法丢失性能的模型， 并利用这个模型对非插空 型和插空型的多种调度算法，包括 b s - v f算法，进行了理论分析，同时结合理 论分析和仿真结果对这些算法的 丢失性能进行了比 较，结果表明 采用 b s - v f算 法时的突发丢失率更加接近e r l a n g b公式所计算的理论下限。 在研究b s - v f 算 法丢失性能时， 还给出了m i m i k i k 多服务台 排队系统中状态转移时首次到达时间 的期望的计算方法和计算结果. 第五章从批处理调度、 突发数据长度和波长分集等多个角度研究了如何在光 突发交换核心节点实现q o s 或比 例q o s 的问 题。首先，基于批处理调度思想提 出了w q s ( w a i t in g - q u e u i n g - s c h e d u l i n g ) 算 法， 该 算法将b h p 在核心节 点 适当 地延时、排队、再集中处理，而不再按照b h p的到达顺序进行调度:另外，还 研究了等待周期和偏移时间的关系， 得到了计算最大等待周期的方法。 通过该算 电 子 科 技 大 学 博 士 论 文 里巴巴巴竺 巴巴里巴里 巴巴巴巴生 里 法， 可以方便地实现高优先级数据对低优先级数据的抢占， 与现有算法相比， 抢 占时并不会完全导致低优先级数据的丢失。 结果表明wq s 能有效地为各种优先 级业务提供区分服务， 若采用适当的等待周期， 还能改善总体的丢失性能。 其次， 在w q s 算法 的 基础 上， 为 实 现比 例q o s ， 提出 了w q s - p d s ( w q s f o r p r o p o rt i o n a l d i f f e r e n t i a t e d s e r v i c e ) 算法， 并结合f d l 进一步提出了f b - wq s - p d s ( f d l b a s e d wq s - p d s )算法。结果表明，使用这两种算法时各优先级的突发丢失率之间能 符合事先设定的比 例， 而且丢失性能较现有的比 例q o s 方案有明 显改善。 再 者， 在第二章对突发数据长度研究的基础上，利用插空算法对突发数据长度的选择 性， 提出了 基于突发 数据长 度的b l b ( b u r s t l e n g th b a s e d ) 算法。 该 算法只需 调整边缘节点的突发汇聚， 在汇聚时使不同优先级的 突发数据具有不同的 长度， 在核心节点 使 用插空型调 度算法后就可以 实现区 分服务。 结果 表明 平均 长 度较短 的高优先级突发数据甚丢失率较小。 最后， 在波长分集的思想上，提出了f l p l ( f i x e d l o w p r i o r i t y l i m i t a t i o n ) 和d l p q ( d y n a m i c l o w p r i o r i ty q u o t a ) 算法。 f l p l 侧重于 如何让高 优先级数 据更加充分 地利用低优先级数 据的 波长资 源， 实 际 上是一 种直接的 抢占 ; d l p q 算法则在f l p l 算法的 基 础上引 入动态的 波长 分 配， 在保证区分服务的 前提下， 使得高低优先级的数据都有机会利用空闲资源。 结 果 表明 两 种算 法都 能 全面 改 善 丢失 性能 ， 特别 是d l p q 算 法能 显 著提 升 总 体 的 丢失性能。 为验证 和评估 本论 文所 提出 的 各 种算 法的 性能， 采用了v c 十 十 开发 平台 和 o p n e t网络仿真平台开发了核心节点的仿真模型， 在附录中主要介绍了基于 o p n e t的仿真模型。 关键词 光突发交 换， 核心节点， 光交 换模块， 调 度算法， q o s ab s t r a c t ab s t r a c t i t i s a n i n e v i t a b l e tr e n d f o r t h e t e l e c o mmu n i c a t i o n p e r s o n a l i z e d a n d i n t e g r a t e d . a s i p p r o t o c o l b e c o m e s m o r e a n d t o b e b r o a d b a n d , i n t e l l i g e n t , m o r e d o mi n a n t , i t h a s b e e n r e g a r d e d a s a c o m m o n l a n g u a g e t o i n t e g r a t e t h e s e r v i c e s a n d n e t w o r k s , a n d i p o v e r w d m h a s b e e n o n e o f t a r g e t s i n t h e n e x t g e n e r a t i o n o f o p t i c a l i n t e rn e t . o p t ic a l b u r s t s w it c h in g ( o b s ) , w h ic h c o m b i n e s t h e m e r i t s o f w a v e l e n g t h r o u t i n g a n d o p t i c a l p a c k e t s w i t c h i n g w h i l e a v o i d i n g t h e i r d e f e c t s , c a n p r o v i d e i p b a s e d r e s o u r c e a s s i g n m e n t a n d s w i t c h i n g a t h i g h s p e e d w i t h l o w d e m a n d f o r o p t i c a l c o m p o n e n t s i n t h e a l l - o p t i c a l n e t w o r k s . i t t a k e s a d v a n t a g e s o f b o t h m a t u r e e l e c tr o n i c c o n tr o l p r o c e s s i n g a n d h i g h - s p e e d o p t i c a l d a t a t r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g i e s , w h i c h m a k e s o b s a v e ry f e a s i b l e a n d e ff e c t iv e o p t i c a l s w i t c h i n g t e c h n o l o g y . s o o b s i s a c o m p e t i t i v e s w i t c h i n g m o d e l f o r t h e n e x t g e n e r a t i o n o f o p t i c a l i n t e rn e t . o b s h a s i t s o w n u n i q u e c h a r a c t e r i s t i c s , s u c h a s m e d i u m s w i t c h i n g g r a n u l a r i t y , o n e - w a y r e s e rv a t io n a n d d e la y e d re s e r v a t io n . i t i s e n t ir e ly d i ff e r e n t fr o m w a v e le n g th r o u t i n g a n d o p t i c a l p a c k e t s w i t c h i n g . t h i s d i s s e r t a t i o n i s t o re s e a r c h o n s o m e k e y p r o b l e m s i n t h e c o r e m u t e r o f o b s n e t w o r k s t o d i s c o v e r t h e d i ff e r e n c e s . t h e s e p r o b l e m s m a i n ly i n c l u d e t h e a r c h i t e c t u r e o f o p t i c a l s w i t c h i n g m o d u l e o f t h e c o re r o u t e r , s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s a n d q o s p ro v i s i o n i n g , a s w e l l a s i n v e s t i g a t i o n in t o s o m e k e y p a r a m e t e r s , e .g . t h e w a v e l e n g t h n u m b e r , t h e o ff s e t t i m e , t h e b u r s t l e n g t h a n d t h e b a s i c u n i t o f f d l . h o w t o d e t e r m i n e t h e p a r a m e t e r s , f o r i n s t a n c e , t h e b u r s t l e n g t h a n d o f f s e t t i m e , a n d h o w t h e s e p a r a m e t e r s im p o s e t h e i r in fl u e n c e o n n e t w o r k p e r f o r m a n c e , a r e p r a c t i c a l a n d im p o r ta n t p ro b le m s c h a p t e r 2 w i l l a n s w e r t h e s e q u e s t i o n s . i n t h i s c h a p t e r , f ir s t l y , w a v e l e n g t h n u m b e r a n d i t s e ff e c t o n l o s s p e r f o r m a n c e a r e d i s c u s s e d . f o r a c o r e r o u t e r w i t h c o m p l e t e t wc c a p a c i t y , e a c h o f i t s o u t p u t p o rt c a n b e m o d e l e d a s a q u e u i n g s y s t e m a n d t h e w a v e l e n g th s o f t h e p o rt a r e s e rv e r s . w h e n t h e w a v e l e n g t h n u m b e r i n c r e a s e s , t h e r e s o u r c e s a v a i l a b l e f o r d a t a b u r s t w i l l a l s o i n c r e a s e a n d d a t a l o s s w i l l d e c re a s e . s e c o n d ly , t h e o ff s e t t i m e i s i n v e s t i g a t e d . t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e a b s o l u t e v a l u e o f t h e o ff s e t t i m e h a s l i tt l e i n fl u e n c e o n t h e l o s s p e r f o r m a n c e , b u t i ts v a r i a t i o n h a s g re a t i n fl u e n c e o n t h e p e r f o r m a n c e . e s p e c i a l l y , t h e l a r g e r t h e v a r i a t i o n , t h e w o r s t h e l o s s p e r f o r m a n c e b e c o m e s . t h i r d l y , a m a t h e m a t ic a l m o d e l f o r t h e re la t io n b e t w e e n th e b u r s t l e n 沙 a n d t h e l o s s p e r f o r m a n c e i s p r o p o s e d . 1 t i s p ro v e d t h a t t h e p e r f o r m a n c e g o e s b e tt e r a s t h e i n c r e a s e o f b u r s t l e n g t h w h e n n o f d l i s d e p l o y e d i n t h e c o r e r o u t e r . a c t u a l l y , t h e p ro o f i s v e r i f i e d b y t h e c o m p u t e r s i m u l a t i o n , a n d c a n b e e x p l a i n e d fr o m a n o t h e r p e r s p e c t i v e . t h a t i s , w h e n t h e b u r s t b e c o m e s v e ry l o n g w h i l e k e e p i n g t h e t r a ff i c l o a d c o n s t a n t , t h e b u r s t w i l l t u rn i n t o a c o n n e c t io n a n d t h e l o s s p r o b a b i l i t y w i l l b e n e a r l y e q u a l t o t h e b l o c k i n g p r o b a b i l i t y o f w a v e l e n g t h ro u t i n g . f o u rt h l y , t h e b a s i c u n i t a n d s t a g e n u m b e r o f f d l i s d i s c u s s e d . t h e l o s s p e r f o m e n c e w i l l b e a m e l i o r a t e d , a s t h e s t a g e n u m b e r a d d s . b u t i t i s s t a b l e w h e n t h e s t a g e n u m b e r i s v e ry b ig c h a p t e r 3 m a i n l y f o c u s e s o n t h e p e r f o r m a n c e s a n d t h e c o s t s o f t h e a r c h i t e c t u r e s o f d i ff e r e n t o p t c a l s w i t c h i n g m o d u l e s w i t h d i ff e r e n t s p a c e s w i t c h i n g m a tr i x e s a n d d e p l o y m e n t s o f t w c s a n d 电 子 科 技 大 学 博 士 论 文 f d l s . c o m p a r i s o n s o n p e r f o r m a n c e s i n d i c a t e t h a t t h e a r c h i t e c t u r e o n l y w i t h t wc s i s b e tt e r t h a n t h a t o n l y w it h f d l s , a n d t h e a r c h i t e c t u r e w i t h b o t h t wc s a n d f d l s i s b e tt e r t h a n t h e o n e o n l y w i t h t wc s o r f d l s , e s p e c i a l l y w h e n t h e n e t w o r k h a s a m e d i u m tr a f f i c l o a d . a s t o t h e c o s t , i t i s c a l c u l a t e d b y a l l t h e n u m b e r s o f o p t i c a l s w i t c h e s , t w c s , d mu x s a n d c o u p l e r s . t h e c o s t i s a v e r y i m p o rt a n t f a c t o r w h e n d e s i g n i n g a m o d u l e , b e s i d e s t h e p e r f o r m a n c e . c h a p t e r 4 p r i m a r i l y d e a l s w i t h t h e s c h e d u l i n g a l g o r i t h m s f o r c o r e ro u t e r s . f i r s t l y , a n o v e l s c h e d u l i n g a l g o r i t h m , n a m e d b s - v f , i s p r o p o s e d o n t h e b a s i s o f t h e a n a l y s e s o f c u r r e n t c o n t e n t i o n r e s o l u t i o n s c h e m e s , a ft e r a s u m m a ry o f s c h e d u l i n g a lg o r i t h m s . b s - v f c o m b i n e s tr a d i t i o n a l v o i d - f i l l i n g al g o r i t h m s w i t h s e g m e n t a t i o n c o n t e n t i o n r e s o l u t i o n s c h e m e s . c o m p a r e d w i t h al g o r i t h m s , s u c h a s l a u c - v f , b s - v f c a n s e g m e n t t h e d a t a b u r s t a c c o r d i n g t o v o i d s , m a k e v o i d - f i l l i n g m o r e a c t i v e l y , a n d i m p r o v e t h e u t i l i z a t i o n o f w a v e l e n g t h c h a n n e l , w h i l e e l i m i n a t i n g d a t a d i s o r d e r a n d p s e u d o d r o p p i n g . s e c o n d l y , a m o d i f i e d a n a l y t i c al m o d e l i s p u t f o r w a r d t o a n a l y z e a lg o r i t h m s w i t h o r w i t h o u t v o i d - f i l l i n g , i n c l u d i n g b s - v f . t h e a n a l y t i c a l a n d s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t b s - v f h a s t h e l o s s p e r f o r m a n c e v e ry c l o s e t o t h e l o w e r b o u n d c a l c u l a t e d b y e r l a n g b f o r m u l a i t i s n o t a b l e t h a t a n o r g i n a l m e t h o d w it h c o m p u t a t i o n r e s u l t s i s d e v e l o p e d t o c al c u l a t e t h e e x p e c t a t i o n o f t h e f i r s t p a s s a g e t i m e i n m / m / k l k q u e u i n g s y s t e m w i t h k 1 . i n c h a p t e r 5 , m a n y al g o r i t h m s , e . g . wq s , w q s - p d s , f b - wq s - p d s , b l b , f l p l a n d d l p q , f o r q o s o r p r o p o rt i o n al q o s p r o v i s i o n i n g a r e p r o p o s e d . i n wq s , b h p s a r r i v i n g d u r i n g w a i t i n g t i m e a r e s e n t t o d i ff e re n t q u e u e s a c c o r d i n t o t h e i r 州o r i t i e s a n d s c h e d u l e d a s a b a t c h a ft e r a n i n t e n t i o n al b u t p r o p e r d e l a y . i t i s o b v i o u s t h a t wq s b e h a v e s d i ff e re n t l y fr o m t r a d i t i o n al s c h e d u l i n g al g o r i t h m s w h i c h p r o c e s s b h p o n e 妙o n e . t o d e l a y p r o p e r l y , t h e m a x i m u m w a it i n g t i m e i s d i s c u s s e d . t h e s i m u l a t i o n s h o w s t h a t wq s c a n e ff e c t i v e l y p r o v i d e d i ff e r e n t i a t e d s e r v ic e s . o n t h e b a s i s o f wq s , wq s - p d s a n d f b - wq s - p d s a r e p r o p o s e d t o p r o v i s i o n p r o p o rt i o n al q o s , w h i c h c o n tr i b u t e s t o n e t w o r k o p e r a t o r . i n t h e s e al g o r i t h m s , t h e l o s s p ro b a b i l i t i e s o f d i ff e r e n t c l a s s e s a re p r o p o rt i o n a l t o t h e p r e a s s i g n e d r a t i o . b l b i s v e ry s i m p l e a n d f e a s i b l e , b e c a u s e i t o n l y n e e d s t o a d j u s t t h e b u r s t a s s e m b l y a l g o r i t h m t o p r o d u c e d i ff e re n t b u r s t l e n g t h f o r d i ff e re n t c l a s s e s t h e d i ff e re n t i a t e d s e r v i c e s w i l l b e e a s i l y a ff o r d e d b y t h e c o r e r o u t e r w i t h a n y k i n d o f v o i d - f i l l i n g s c h e d u l i n g a l g o r i t h m . t h e s h o rt e r t h e a v e r a g e b u r s t l e n g t h , t h e h i g h e r p e r f o r m a n c e t h e c l a s s h a s f l p l a n d d l p q u s e w a v e l e n g t h g r o u p i n g f o r q o s . b y s t a t i c al l y o r d y n a m i c al l y l i m it i n g t h e w a v e l e n g th s o r w a v e l e n g t h n u m b e r s u s e d妙 l o w c la s s e s , t h e h i g h e r c l a s s e s w i l l h a v e m o r e c h a n n e l r e s o u r c e s a n d b e tt e r p e r f o r m a n c e s . t o e v a l u a t e t h e p e r f o r m a n c e s o f t h e p r o p o s e d a l g o r i t h m s , s p e c i f i c n e t w o r k s i m u l a t o r a n d g e n e r a l d e v e l o p m e n t p l a t f o r m a r e e m p l o y e d . t h e s i m u l a t i o n m o d e l s a r e b r i e fl y i n t r o d u c e d i n a p p e n d i x 1 . k e y w o r d s o p t i c al b u r s t s w i t c h i n g ; c o re r o u t e r ; o p t i c a l s w i t c h i n g m o d u l e ; s c h e d u l i n g al g o r i t h m ; c o n t e n t i o n r e s o l u t i o n s c h e m e ; q o s . 电 子 科 技 大 学 博 士 论 文 简略字表 as on au t o ma t i cs wi t c h e d o p t i c a l 自 动交换光网络 a u t o m a t i c s w i t c h e d t r a n s p o r t bhpbu r s t he a d e r blb b u r s t l e n g t h b a s e d bl p bs - vf dcs / dxc b u r s t l o s s p r o b a b i l i t y b u r s t s e g m e n t a t i o n f i l l i n g d i g i t a l c r o s s - c o n n e c t wi t hv o i d 自 动交换传送网 突发头分组 基于突发数据长度的算法 突发丢失率 基于分段的 插空算法 s y s t e m di ff s e r vdi f f e r e n t i a t e d s e r v i c e d l p qd y n a m i c l o w p r i o r i t y q u o t a f b - wq s - p d s f d l b a s e d wq s - p d s f dl f i b e r d e l a y l i n e f i r s t f i t f i x e d l o w p r i o r i t y l i m i t a t i o n f w c wa v e l e n g t h c o n v e rt o r 数字交叉连接系统 区分服务模型 低优先级波长配额动态变化 算法 基于f d l的wq s - p d s 光纤延迟线 首次匹配算法 低优先级波长固定算法 固定波长变换器 gmp l s l auc l auc- vf g e n e r a l i z e d mp l s j u s t e n g o u g h t i m e j u s t i n t i me l a t e s t a v a i l a b l e u n s c h e d u l e d c h a n n e l l a u c w i t h v o i d f i l l i n g 通用多协议标记交换 “ 时间刚够好”协议 “ 时间足够”协议 最近可用的未使用信道调度 算法 有插空能力的l a u c算法 简 略 字 表 obs ocs op s of s mu l t i - p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g o p t i c a l b u r s t s w i t c h i n g o p t i c a l c i r c u i t s w i t c h i n g o p t i c a l p a c k e t s w i t c h i n g o p t i c a l f l o w s w i t c h i n g o p t i c a l a d d - d r o p m u l t ip l e x e s o p t i c a l t r a n s p o rt n e t w o r k o p t i c a l v irt u a l p r i v a t e n e t w o r k o p t i c a l c r o s s c o n n e c t p r o p o rt i o n a l d i ff e r e n t i a t e d s e r v i c e q u a l i t y o f s e r v i c e s r e s o u r c e r e s e r v a t i o n p r o t o c o l s y n c h r o n o u s d i g i t a l h i e r a r c h y s y n c h r o n o u s o p t i c a l n e t w o r k t u n a b l e wa v e l e n g t h c o n v e rt o r 多协议标记交换 光突发交换 光路交换 光分组交换 光分组流交换 光分插复用器 光传送网络 光虚拟专用网络 光交叉连接器 成比例的区分服务 服务质量 预留资源的信令协议 同步数字系列 同步光网络 可调谐波长变换器 t e l l an d go t e l l an d wa i t us e r - t o - ne t wo r k i n t e r f a c e rn、pf:、， 卿ovploxcpds螂rsvisdhsonitwctagtwguni wq s wq s - p d s w a i t i n g - q u e u i n g - s c h e d u l i n g wq s p r o p o rt i o n a l d i ff e r e n t i a t e d s e r v i c e w dm wa v e l e n g t h - d i vi s i on m u l t i p l e x i n g 请求后马上发送 请求并等待 用户网络接口 等待一 排队 一 调度算法 基于 wq s的成比 例区分服 务算法 波分复用技术 电 子 科 技 大 学 博 士 论 文 第一章 绪论 网络业务量的高速增长对光网络的传输和交换提出了新的要求。 随着波分复 用( w a v e l e n g th d i v i s i o n m u lt ip l e x i n g , w d m ) 技 术 1 -5 的 发 展， 在 光网 络的 单 根 光纤中 可容纳多个高速波长信道，目 前的 数据显示可达到2 0 0 多个波长信道， 而 单个波长上o c - 4 8 ( 2 . 5 g b / s ) 和o c - 1 9 2 ( 1 o g b / s ) 等高速率的传输已 经商用化， o c - 7 6 8 ( 4 0 g b / s ) 的传输 速率也 在实 验 室中 试验成功， 因 此单 根光纤链路的总 速 率可达到 t b / s 的数量级。 如此高的传输速率对网 络的交换节点产生了巨 大的 压 力，如果在中间交换节点通过 o / e( 光/ 电)和 e / o( 电 / 光)将数据转换到电域 进行交换的方法势必不能满足高速的要求， 会导致速率瓶颈， 所以 要求数据在光 域透明 地进行交换，即全光交换。考虑到多层协议栈效率较低，以i p o v e r a t m o v e r s d h o v e r w d m的网 络为例， 协议开销耗费了2 2 % 的带宽资源，因 此要求 简化协议栈，最简化的方式就是i p o v e r w d m， 希望在i p 路由 器之间以 光路连 接，并将交换等诸多功能转移到光层 ( 物理层包括光层和光纤层) ，这就需要为 下一代光i n t e rn e t 网 络设计新的光交换机( 或路由 器) 。 本章将在光交换技术综述 的基础上，侧重介绍光突发交换技术。 1 . 1 wd m光网络发展概述 为了 满 足对带 宽 需 求的 快 速 增长 6 -9 1 ， 开 发了w d m技 术 来 提高 光 纤的 传 输 容量。 wd m技术可以同时使用多个不同 波长信道传输业务， 能更好、 更充分地 利用光纤的巨大传输容量， 且对高层协议和技术适应性强、 易于扩展。 经过近十 年的快速发展， w d m技术在单纤的 波长数、 单波长传输速率和无电中 继传输距 离 即全光传输距离) 等方面有巨大的突破。目 前，1 .6 t b i s 的wd m系统已 经 商用，n e c和 a l c a t e l公司还分别实现了总量为 1 0 .9 t b / s ( 2 7 3 x 4 0 g b / s ) 和 1 0 .2 t b / s ( 2 5 6 x 4 0 g b / s )