【作者】 张劲松；

【导师】 曹明翠；

【作者基本信息】 华中科技大学 ， 物理电子学， 2004， 博士

【摘要】 在对下一代的光网络研究中,我们发现,对多波长光网络的要求不仅仅是其能提供巨大的带宽资源,而且要求有多业务支持能力、健壮的网络结构以及有效的带宽利用率。与在实现上存在巨大的技术障碍和高昂费用的全光分组交换不同的是,光突发交换给我们带来了新的希望,它是在平衡了光域的电路方式和分组方式的技术难度和性能的基础上提出的。因此,光突发交换技术的体系结构和性能研究作为本文的中心课题是具有重要的现实意义。 本文首先分析了光网络技术和全光交换的发展现状,并对推动光突发交换技术发展的关键技术做出了必要的介绍。在分析和比较现有的光突发分组交换技术的基础上, 提出了突发交换模式下的可变时长光交换技术方案(VTPOS),并描述了VTPOS 下的边缘交换节点和核心交换节点功能结构、BCP 协议结构和光突发分组帧结构及物理参数。提出和分析了延时交换窗口法,利用延时交换窗口法使不同种类的光突发交换业务获得相对业务质量保障。在 VTPOS 中同时支持 CI 和 ADI 两种交换方式。CI 是为了支持更大突发时间而设置的,并支持高速的电路交换。ADI交换方式支持固定长度的突发数据交换,当标准突发经过交换单元后,系统自动回收带宽资源。 本文分析和讨论了在VTPOS 交换节点中同时存在的BCP电交换结构和光突发交换结构下的排队模型、交换结构和调度算法以及各种光交换网络结构,并对其阻塞性能进行了必要的研究。在考虑 BCP 电交换结构是实现控制信令的交换,而不是一个独立业务的交换时,BCP 电交换结构要和其光突发交换在交换结构的阻塞特性和调度模型上得到协调。为了评价和协调不同交换结构下交换矩阵单元的阻塞性能,本文研究了K秩无阻塞交换矩阵交换单元和状态距离等评价光交换矩阵阻塞性能的方法,并用到多级交换结构和反馈式多粒度交换结构的分析中,以解决业务调度时,不同光、电交换结构下阻塞性能的匹配问题。本文研究了基于 FDL 的多路输出共享多排队的调度算法,并为少量光缓存下的交换和调度的研究奠定了基础。 I<WP=4>本文还分析和研究了 VTPOS 网络下的几种业务流量模型、对其业务流的复用、汇聚特性平滑能力和排队性能进行必要的分析和仿真,本文重点研究了自相似流对VTPOS 边缘交换节点(E-OS)业务汇聚、缓存容量溢出和业务延时的影响。 本文提出了基于多路和多方向共享的在无光缓存和少量 FDL 光缓存下的光突发交换方案,并对其交换性能进行了定性和定量的分析,得到了较为满意的结果。 本文根据光网络的特点,研究了在特定网络结构下,波长转换的合理配置问题;业务量网络分布下的最短路由优化方法,多级光网络下的逻辑拓扑;网络的偏转路由调度等,并对调度性能进行了必要的分析和仿真。 为了提高整个网络的性能,本文分别采用波长转换的节点优化配置和网络优化分配策略的方法,以及网络业务的路由优化和多粒度交换结构下逻辑拓扑设计和偏转路由交换等方法来提高交换性能。研究表明在节点中合理配置一定数量的波长转换器可以显著的降低交换阻塞率,甚至接近完全无阻塞网络的性能。波长转换器的数量和业务强度,与波长数和交换规模相关。文中仿真了几者之间的关系,通过网络节点间波长转换器数的合理分配,使整个网络业务的阻塞率降低到最小程度。 本文利用邻接业务矩阵描述网络业务量需求,研究了最短业务连接路由的疏导和优化问题,描述了存在有约束条件的多目标路由优化问题和遗传算法的求解。 本文还研究了物理网络为多波长环网结构下,以“光突发”为交换粒度的逻辑拓扑设计,得到最短交换路径下的 TORUS 逻辑结构和 Chordal 环逻辑拓扑结构。这将显著降低节点“光突发” 粒度下的交换矩阵规模,缩短业务路径长度,从而提高了整体交换性能。 本文最后,根据业务在交换节点具有的路径特点,提出了多链路共享加权偏转路由交换方法,以进一步提高网络交换性能。更多还原

【Abstract】 During the research of the next optical network, we believe that the requirement formulti-wavelength optical networks is not only tremendous bandwidth capacity, but also theflexibility of multi-services supporting, robust of network architecture, as well as efficientusability for bandwidth. Meanwhile, instead of optical packet switching facing significantcost and technological hurdles, Optical burst switching (OBS) brings us a new hope due toit’s balance between circuit switching and packet switching in optical domain. So, it is greatmeaningful on the research of the architecture and performance of a OBS scheme in thedissertation. In the dissertation, it is analyzed for the developing level of optical networkstechnologies and all-optical switch at present. Also some necessary key technologies ofOBS are introduced simultaneously. The Variable Time-period Optical Switch with Burstmode is proposed in the dissertation. The scheme mostly includes structures andfunctions of Edge-Optical switch and Core-Optical switch (C-OS), Burst Control Packet(BCP) protocols and the Frame structures, as well as the physical parameters. VTPOS supports both switching modes, which are the channel claiming interruptionmode and the channel automatic delay-releasing mode. Under the channel claiminginterruption mode, the longer burst time can be available. Furthermore,high speed circuitservices can be transmitted directly, thus, can improve the efficiency of using bandwidth.Actually, under the channel automatic delay-releasing mode, it supports a single andfixed length burst switching. After a standard burst passed a switch node, the nodereclaims the reserved bandwidth resource automatically. BCP electronical switch fabrics, Burst switch fabrics, Queue models and Schedulealgorithms in VTPOS switch node are discussed further, and the blocking performance ofoptical switch fabrics are also analyzed and simulated as following. In order to appreciatethe blocking performances in different switch fabrics, K rank non-blocking switch matrix I I I<WP=6>and the matrix status distance conceptions are put forward; those methods are applied toanalyze multi-stage and feedback switch fabrics. A schedule algorithm of Multi-portsshared with FDL buffers is presented in the dissertation; it brings a high efficient andthroughout for a shared output buffer. The dissertation describes several traffic models for VTPOS, as well as analyzes andsimulates the Characters of multiplexing, immerging, shaping of traffic, especiallyfocuses on the Self-similarity traffic’s influence to the buffer overflow and queue delay atE-OS. In order to improve the switch performance, a multi-link and multi-direction sharedswitch scheme with a little buffer and bufferless is proposed, satisfy results are obtainedunder simulations of switch in different switch fabrics. According to the feature of the network, the dissertation researches the configurationof wavelength converters in a switch node and the distribution in network, the trafficlogic route’s optimizing.更多还原