光突发交换网络边缘结点关键技术研究

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1、西安电子科技大学博士学位论文光突发交换网络边缘结点关键技术研究姓名：刘建平申请学位级别：博士专业：通信与信息系统指导教师：刘增基20061101摘要光突发交换(OBS，OpticalBllrstSwitching)是一种介于光路交换和光分组交换之间的光交换技术。它克服了光路交换和光分组交换的缺点，与光路交换相比，OBS具有更高的带宽利用率，可以更好的支持突发性很强的m业务；与光分组交换相比，OBS降低了对光存储器件和光逻辑器件的要求，能够在现有的技术基础上实现。因而，OBS被认为是一种具有广阔发展前景的光交换技术．边缘结点是OBS网络的重要组成部分，本文重点研究与OBS网络边缘结点相关的若

2、干关键技术，主要研究成果如下：(1)研究了在输入业务流为Poisson过程的条件下，当边缘结点分别采用基于时间和长度门限组装算法时，边缘结点输出数据突发的长度分布、间隔分布和平均输出速率，证明了在输入m分组到达为Poisson过程，分组长度服从负指数分布的条件下，OBS网络边缘结点输出的数据突发过程仍可以近似看成一个Poison过程，但数据突发长度不再服从负指数分布，与所采用的组装算法有密切关系。在此基础上，进一步研究了在不同组装算法下边缘结点的时延性能。利用得到的分析结果，从满足核心结点交换系统设计要求和输入业务QoS要求的角度出发，提出了一种确定组装时间门限和长度门限下限值的方法。(2

3、)针对现有组装算法在输入业务量较小时组装填充开销较大的性能缺陷，提出了一种新的数据突发组装算法，称之为BPRA算法。通过改变数据突发生成时间，在不增加端到端时延的条件下利用偏置时间来延长数据突发组装时间，从而可以有效降低空闲比特填充的数目。分析和仿真结果表明BPRA算法可以明显降低组装填充开销。(3)研究了在自相似业务输入情况下，OBS网络边缘结点汇聚机制的三个子过程：分解、组装和合并过程，对业务流自相似特性的影响。从理论上证明了只有在以分组(或数据突发)为业务量统计单位时，基于时间门限的组装算法可以减小输出数据突发流的Hurst参数。而在其他情况下，汇聚机制的分解和合并过程不会改变业务流

4、的Hurst参数，组装过程在满足组装器队列长度具有有限二阶矩的条件下，也不会改变业务流的Hllrst参数。(4)如何减少和解决网络资源占用冲突是OBS研究面临的一个关键问题。本文在传统JET资源预留机制的基础上，将边缘结点组装和调度算法与核心结点的资源预留机制相结合，通道引入“宏突发”和“搭载请求”的概念，提出了一2光突发交换网络边缘结点关键技术研究种基于“宏突发”的持续性资源预留(PRR)机制。该机制将资源预留的基本单位由数据突发变为“宏突发”，在边缘结点通过改变数据突发组装或调度方式形成“宏突发”，在核心结点根据数据突发在宏突发中的位置利用“搭载请求”为数据突发预留网络资源。围绕PRR

5、机制的研究。分别提出两种算法：基于线性预测的突发组装算法和基于延迟调度的突发调度算法，用于在边缘结点形成“宏突发”；同时提出一种能够实现“搭载请求”的核心结点波长分配算法，为数据突发预留网络资源。另外，借助“虚拟服务员”的思想提出了一种分析模型，得到PRR机制下数据突发丢失率的表达式。(5)在分析光突发交换网络对TCP性能影响的基础上，提出了两种分析模型，分别研究了OBS网络中TCP长流和短流的性能。以吞吐量为主要性能指标，分析了TCP长流的吞吐量与往返时间R1rr、数据突发丢失率、数据突发中包含的分组数目以及组装时间的关系。分析和仿真结果表明，在接入链路带宽较大时，数据突发所包含的分组数

6、存在一个最佳值，使TCP吞吐量达到最大。在TCP短流的分析模型中，以平均发送完成时间为主要性能指标，得到一组递推表达式，分析了TCP短流的平均发送完成时间与RTT、数据突发丢失率以及组装时间的关系，并通过仿真验证了分析正确性。关键词：光突发交换数据突发组装算法自相似业务资源预留TCP协议Abstract3OpticalBurstSwitching(OBS)isapromisingsolutionforsupportinghigh-speedburstydatatrafficoverWDMnetworkwhichcombinesthebenefitsofopticalcircuitswitc

7、hingandopticalpacketswitching．Compared、jvitllo砸calcircuitswitching,OBSsupportsburstytrafficmoleefficientlybyMoptingone-wayreservationprotoc01．Ontheotherhand，OBScanbeimplementedeasilyonthebasisofthecurrentopticalt