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ORPR中若干关键技术问题的研究

作　者: 王嵚
导　师: 吴重庆
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 全光网全光分组交换自相似分组组装公平性时延
分类号: TN929.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
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内容摘要

RPR网络作为一种MAN的解决方案,具有明显的优点,得到广泛的应用。在RPR环中,传输使用光域技术,但是节点对分组的处理都在电域完成(这里为了与光域处理的ORPR相区别,简称为ERPR).然而,由于电域处理固有的速率局限和频繁的光/电/光转换,不仅提高了系统的复杂性,也影响系统性能的进一步提高。将全光分组交换技术引入这种网络,利用光缓存代替电缓存,就构成了全光弹性分组交换环网ORPR。ORPR直接在光域处理转发数据,不需要对包的净负荷进行光电光转换,净负荷可以以高于帧头数倍的速率传输,因此简化了节点结构,显著降低了节点的工作负载,提高了系统吞吐量,是一种有一定市场竞争力的新型全光包交换网络。本文提出了一种ORPR网络节点结构,对该结构中若干关键技术问题,如引入光缓存后系统通信性能的变化,光分组的组装机制,MAC层的公平性协议,以及对ORPR网络时延,吞吐量等性能进行了深入的理论和实验研究,取得了多项成果。具体来说,本文的工作和创新主要包括以下几个方面：1在深入分析了RPR和全光分组交换网的基础上,提出一种ORPR节点结构,定义了ORPR网络分层结构和协议,分析了数据传输层和控制层的关键技术,指出了该ORPR结构相对于ERPR的优点以及ORPR和ERPR在网络调度,公平性算法等存在的差异。2全面研究了在光弹性分组环(ORPR)节点中,使用光纤环路缓存器作为光缓存器时,缓存器容量和光纤环的环长对通信报文丢失率的影响,给出了相关的解析公式,指出由于光纤环路缓存器引入的附加业务强度,造成了ORPR节点报文丢失率等通信性能发生了变化。提出了光缓存的精细度概念,指出缓存精细度和缓存容量共同决定系统的报文丢失概率,得到了最佳缓存精细度的值,它与缓存容量大小基本无关,而与数据流业务强度有关3在深入分析ORPR网络流量成型特点的基础上,提出一种适合ORPR网络的基于控制发送时间的光分组组装算法,并给出了该算法的算法结构。该算法在混合门限组装算法的基础上,通过增加一个控制分组发送间隔的参数,使得光分组单位时间内流量的突发性被平滑,同时可以保证ORPR网络的QoS性能,适合于使用容量有限光缓存的ORPR网络。同时,新算法通过对分组发送间隔的调整,使在不同负载条件下,组装时延的概率分布基本相同。在ORPR中,平均组装时延的稳定对ORPR网络的QoS性能和公平性调度有着重要意义,而发送时机的合理选择,可以保证ORPR网络的QoS性能以及公平性。4详细分析了ORPR环中报文端对端时延的组成,导出了在ORPR节点使用光纤环路缓存器做为转发缓存器时不同业务等级分组的端对端平均等待时延的计算公式,并利用该公式分析了该时延与节点上路流量的业务量强度以及光纤环路缓存器的环长之间的关系。对ORPR节点光分组平均组装时延进行了仿真计算,仿真结果表明：新算法使得ORPR网络中的光分组平均组装时延相对稳定,在大多数情况下,可以保证ORPR网络的调度要求。5深入研究了ORPR网络中的公平性准则,提出一种适合ORPR网络的前摄性公平性算法,并给出了算法的实现方案。该算法针对ORPR节点中光缓存容量较小的特点,提出了分组在节点转发的调度方案；通过一个在环中和发送数据流相反的方向循环流动的速率控制帧,将各个节点的速率信息分布在整个ORPR网络上,从而实现共享某链路的各个数据流公平的分配带宽资源,能够实现整个ORPR环网的公平性与高的链路带宽利用率。该算法的一个显著特点在于不使用传统的缓冲器占有量监测来调节速率,其前摄机制可以有效保证各个数据流流量在发送时就受到控制,从而使该数据流在途径环中节点和链路时,不会发生拥塞现象,因此适合于缓存容量相对缺乏的ORPR网络。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
1 绪论  13-27
  1.1 引言  13-15
  1.2 弹性分组环(RPR)  15-17
    1.2.1 RPR网络结构  15-16
    1.2.2 RPR的主要技术特点  16-17
  1.3 光分组交换网络  17-20
    1.3.1 概念和内涵  17-18
    1.3.2 主要技术特点  18-20
      1.3.2.1 分组的竞争  18-19
      1.3.2.2 光分组格式及组装技术  19-20
      1.3.2.3 协议  20
  1.4 ORPR网络及其关键技术  20-22
    1.4.1 全光缓存器  20-21
    1.4.2 ORPR节点结构  21
    1.4.3 全光分组组装  21-22
    1.4.4 网络时延和QoS  22
    1.4.5 公平性调度  22
  1.5 论文主要研究方法和创新点  22-24
    1.5.1 ORPR节点结构研究  22-23
    1.5.2 光缓存器对ORPR节点丢包率的影响  23
    1.5.3 ORPR节点光分组组装机制研究  23
    1.5.4 ORPR时延分析  23-24
    1.5.5 ORPR公平性算法研究  24
  参考文献  24-27
2 ORPR节点模型  27-54
  2.1 引言  27-28
  2.2 全光缓存器  28-32
    2.2.1 全光缓存器的发展  28-30
    2.2.2 延迟线+光开关结构全光缓存器  30-31
    2.2.3 DLOB全光缓存器  31-32
  2.3 基于全光缓存器的ORPR模型  32-38
    2.3.1 基于全光缓存器的ORPR节点结构  32-34
    2.3.2 ORPR节点数据传输层  34-35
    2.3.3 ORPR节点MAC控制层  35-36
    2.3.4 ORPR帧结构  36-38
  2.4 ORPR节点性能的研究  38-51
    2.4.1 ORPR节点仿真模型建立  38-41
    2.4.2 泊松模型下ORPR节点通信信能的研究  41-45
    2.4.3 自相似业务模型下ORPR节点通信信能的研究  45-51
  2.5 小结  51-52
  参考文献  52-54
3 ORPR节点光分组组装机制  54-67
  3.1 引言  54
  3.2 ORPR节点的光分组组装单元  54-56
  3.3 传统光分组组装算法及性能分析  56-60
  3.4 一种新的ORPR节点光分组组装算法  60-65
    3.4.1 算法实现  61-62
    3.4.2 算法性能分析  62-65
  3.5 小结  65
  参考文献  65-67
4 ORPR的端对端时延分析  67-76
  4.1 引言  67
  4.2 ORPR网络端对端时延的组成  67-68
  4.3 ORPR的业务等级分类  68-71
  4.4 ORPR节点平均等待时延分析  71-74
    4.4.1 ORPR节点平均等待时延求解  71-73
    4.4.2 ORPR节点接入时延分析  73-74
  4.5 小结  74-75
  参考文献  75-76
5 ORPR公平性研究  76-97
  5.1 引言  76-77
  5.2 ORPR协议公平性  77-78
  5.3 ORPR公平性评价准则  78-83
    5.3.1 ORPR流传送速率公平性评价准则  78-81
    5.3.2 ORPR典型流量场景  81-83
    5.3.3 ORPR流传送速率的公平性评价指标  83
  5.4 ORPR协议公平性算法设计  83-94
    5.4.1 全局公平机制和链路公平机制  84-85
    5.4.2 ORPR公平性控制机制  85-87
    5.4.3 ORPR协议公平性算法实现和分析  87-94
  5.5 小结  94
  参考文献  94-97
6 总结和展望  97-99
  6.1 已取得的研究成果  97-98
  6.2 未来工作展望  98-99
缩写词索引  99-101
作者简历  101-103
学位论文数据集  103

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