通信學論文-光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務流模型及其應用.doc

通信學論文-光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務流模型及其應用作者：陳春漢曹明翠羅志祥論文關鍵詞:光突發(fā)交換LAUC-SV算法突發(fā)業(yè)務自相似業(yè)務論文摘要:提出了一種光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務流模型,采用該模型對光突發(fā)交換中的LAUC-VF輸出調(diào)度算法在不同的突發(fā)業(yè)務強度和突發(fā)長度下的性能進行了模擬仿真,分析比較了該算法在此突發(fā)業(yè)務流和普通業(yè)務流模型下的性能,仿真結果表明,該突發(fā)業(yè)務流模型具有一定的合理性。Keywords:opticalburstswitch(OBS)；LAUC-SValgorithm；bursttraffic；self-similartrafficAbstract:Abursttrafficmodelinopticalburstswitch(OBS)isintruducedforthefirsttime.WiththismodeltheperformanceofLAUC-VFoutputschedulealgorithminOBSisgiven.Theperformancesofthealgorithmunderthisbursttrafficmodelandnonbursttrafficarecompared.Thesimulationresultsshowthatthebursttrafficmodelismorereasonabletosomeextent.引言隨著信息時代的來臨,人們對通信需求迅速增長。發(fā)展迅速的各種新業(yè)務對通信網(wǎng)的帶寬和容量提出了更高的要求。通信網(wǎng)的兩大主要組成部分傳輸和交換正在不斷地發(fā)展和革新,向著寬帶、高速、Tbit/s大容量的方向發(fā)展。隨著光纖密集波分復用DWDM技術的日漸成熟,已成功完成Tbit/s量級的傳輸,目前大容量通信網(wǎng)的瓶頸在于大容量的交換技術。為了提高網(wǎng)絡交換能力,人們提出了各種IPOVERATM,IPOVERSDH,IPOVERWDM,光包裹交換(opticalpacketswitch,OPS)等技術,但這些技術或者交換顆粒過小(以信元或單個IP包為單位),受到電子處理速度瓶頸的限制；或者交換顆粒過大(以波長為單位)失去了IP交換的靈活性。因此,一種中等粒度的,更適合于目前以及在相當長一段時間內(nèi)技術條件的新交換方式光突發(fā)交換(opticalburstswitch,OBS),成為人們更理想的選擇1,2。光突發(fā)交換域由邊緣路由器和核心路由器組成,路由器之間由WDM光纖連接。在光突發(fā)交換中,OBS邊緣路由器根據(jù)IP包的目的地址、QOS等級等把來自傳統(tǒng)路由器的IP包組裝成被稱為突發(fā)(burst)的超長IP包,對應于每一個突發(fā),形成一個突發(fā)控制分組BCP,以攜帶該突發(fā)的交換控制信息,如目的地址、QOS等。數(shù)據(jù)突發(fā)與控制分組在不同的物理信道上傳輸,數(shù)據(jù)突發(fā)以直通的方式通過OBS交換網(wǎng)絡,控制分組在每個節(jié)點經(jīng)過光/電、處理、電/光轉換,完成對數(shù)據(jù)突發(fā)的控制處理。形成數(shù)據(jù)突發(fā)的目的是為了增大交換的顆粒。OBS路由器的交換核心結構由交換矩陣、光纖延時線和輸出調(diào)度模塊組成。突發(fā)分組首先進入一個(NK)(NK)交叉連接矩陣,其中N為通道數(shù),K為每通道的數(shù)據(jù)信道數(shù),然后經(jīng)過光纖延時線組(FDLs)進入輸出調(diào)度模塊。FDLs組中共有B個光纖延時線,FDLs的單元延時時間為D,第i個FDL的延時時間為iD。輸出調(diào)度模塊負責采用一定的輸出調(diào)度算法合理的控制使用FDLs和輸出數(shù)據(jù)信道,以盡可能低的丟包率把來自交叉連接矩陣的突發(fā)分組調(diào)度輸出到輸出信道上。所以,突發(fā)分組的輸出調(diào)度算法是光突發(fā)交換中的一項重要技術,目前主要的調(diào)度算法有LAUC(latestavailableunscheduledchannel)和LAUC-VF(lat-estavailableunscheduledchannelwithvoidfilling)算法及其這兩種算法的一些變種3,4,其中,LAUC算法以其算法的簡單特別適用于高速信道場合,而LAUC-VF算法較為復雜,但其性能要遠遠優(yōu)于前者。1光突發(fā)交換中突發(fā)業(yè)務流模型的定義光突發(fā)交換中的仿真模型如圖1所示,自相似業(yè)務流5產(chǎn)生模塊產(chǎn)生IP,ATM等自相似業(yè)務流；然后進入組裝模塊,根據(jù)各分組的目的地址和QOS級別等組裝成突發(fā)包,組裝時間為Ta；突發(fā)分組進入分配模塊后,分配到各輸出模塊；輸出模塊采用LAUC或LAUC-VF等算法將突發(fā)包調(diào)度輸出。在傳統(tǒng)的非突發(fā)業(yè)務模式下,對進入分配模塊地每個突發(fā)包相互獨立地以1/N的概率進入各個調(diào)度輸出模塊,從而完成分配模塊的功能。該非突發(fā)業(yè)務模型為典型的均勻業(yè)務模型,不能較好地反映真實的業(yè)務流。傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務定義如下:設突發(fā)業(yè)務的輸入強度為,突發(fā)業(yè)務流分為突發(fā)周期T1和非突發(fā)周期T2；在突發(fā)周期T1內(nèi),分組連續(xù)到達,或者說分組與分組之間的間隔為0；在非突發(fā)周期T2內(nèi),無分組到達；突發(fā)與非突發(fā)周期交替產(chǎn)生。突發(fā)周期T1與非突發(fā)周期T2的長度是隨機變量,它們服從指數(shù)或平均或其它分布且相互獨立,其平均長度分別為L1和L2。該突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度取決于平均突發(fā)周期的長度L1,L1越長,業(yè)務的突發(fā)性越強,L1,L2和的關系為:=L1/(L1+L2)。傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務的定義對光突發(fā)交換性能的分析不太實用。首先它是針對傳統(tǒng)業(yè)務而言的,它能較好地反映傳統(tǒng)業(yè)務如IP包、ATM信元等的突發(fā)特性,當對這些傳統(tǒng)業(yè)務包進行組裝成突發(fā)包后,還能否用這種方式來描述其突發(fā)特性,目前沒有定論；其次,光突發(fā)交換仿真模型的調(diào)度算法考慮的是N個輸入端口輸入的突發(fā)數(shù)據(jù)包競爭一個輸出端口時的包丟失率,如何描述這種N個輸入競爭一個輸出情況下的突發(fā)特性,目前還沒有較好的方法。如果采用傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務的定義來描述這種突發(fā)性,即在突發(fā)周期內(nèi),所有N個輸入的突發(fā)包均向某指定端口輸出,在非突發(fā)周期內(nèi),所有N個輸入的突發(fā)包均不向該端口輸出,當各輸入端口的業(yè)務相互獨立,且N較大時,這種定義顯然不合情理。因此,本文中定義N個輸入競爭一個輸出情況下的突發(fā)業(yè)務的突發(fā)業(yè)務模型如下:(1)設系統(tǒng)的端口數(shù)為N,單端口的突發(fā)業(yè)務的輸入強度為,突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度為Bi(1BiN),突發(fā)業(yè)務流分為突發(fā)周期T1和非突發(fā)周期T2,其平均長度分別為L1和L2；(2)在突發(fā)周期,突發(fā)包以Bi/N概率向某指定端口輸出；(3)在非突發(fā)周期,若Bi2,突發(fā)包以(2-Bi)/N概率向指定端口輸出,且L2=L1；若Bi2,突發(fā)包以零概率向指定端口輸出,且L2=(Bi-1)L1；(4)突發(fā)與非突發(fā)周期交替產(chǎn)生,突發(fā)周期T1與非突發(fā)周期T2的長度是隨機變量,它們服從指數(shù)或平均或其它分布且相互獨立；(5)突發(fā)強度Bi與突發(fā)周期T1相互獨立。以上的假定是為了保證輸出端口的平均業(yè)務強度保持與輸入的業(yè)務強度不變。若Bi2,在突發(fā)周期內(nèi),平均輸出強度為在非突發(fā)周期內(nèi),平均輸出強度總平均強度為(因為L1=L2)；若Bi2,在突發(fā)周期內(nèi),平均輸出強度為1=NBiN,在非突發(fā)周期內(nèi),平均輸出強度2=0,總平均強度為(因為L2=(Bi-1)L1)。根據(jù)以上定義的突發(fā)業(yè)務的特性取決于兩個獨立的參數(shù):突發(fā)強度Bi和平均突發(fā)周期L1,而L2依賴于L1。Bi越大,表示業(yè)務的突發(fā)性越強；L1越大,表示突發(fā)的持續(xù)時間越長。顯然當Bi=1時,該定義等同于非突發(fā)業(yè)務；當Bi=N時,該定義等同于傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務的定義。所以說,非突發(fā)業(yè)務和傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務只是本定義的兩個特例。2LAUC-VF算法在突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務流下的性能分析和比較本文中采用突發(fā)業(yè)務流和非突發(fā)業(yè)務流對LAUC-VF算法下的丟包率進行了模擬仿真,仿真中采用Fourier變換法5產(chǎn)生自相似業(yè)務流,突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務流如前述,LAUC-VF算法按文獻3中所描述,具體采用MATLAB程序實現(xiàn),仿真中采用如下參數(shù):交換矩陣端口數(shù)N=8,數(shù)據(jù)信道的個數(shù)為K=8,信道速率R=10Gbit/s,光纖延時線FDLs的單元延時時間為D(s),光纖延時線FDLs的個數(shù)為B=8,輸入的業(yè)務強度為=0.86,組裝時間間隔為Ta=2s,輸入業(yè)務強度,自相似業(yè)務的Hurst參數(shù)為H=0.8,突發(fā)周期T1和非突發(fā)周期T2服從均勻分布。LAUC-VF在突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務下的丟包率與輸入業(yè)務強度的關系見圖2。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,對突發(fā)業(yè)務輸入,假定輸入的突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度L1=10Ta,突發(fā)強度Bi=2,從圖中可以看出,輸入業(yè)務強度=70%時,系統(tǒng)在非突發(fā)和突發(fā)業(yè)務業(yè)務條件下的丟包率分別為10-3和10-1.3；輸入業(yè)務強度=80%時,系統(tǒng)在非突發(fā)和突發(fā)業(yè)務業(yè)務條件下的丟包率分別為10-2和10-1；兩者相差一個數(shù)量級以上。LAUC-VF在突發(fā)業(yè)務下的丟包率與輸入突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度Bi的關系見圖3。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,對突發(fā)業(yè)務輸入假定輸入的突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度T1=10Ta,輸入業(yè)務強度=0.86,從圖中可以看出,隨著輸入突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度Bi的增加系統(tǒng)丟包率快速增加。LAUC-VF在突發(fā)業(yè)務下的丟包率與輸入突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度L1的關系見圖4。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,對突發(fā)業(yè)務輸入假定輸入的突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度Bi=2,輸入業(yè)務強度=0.86,從圖中可以看出,當輸入突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度T14Ta時,隨著T1的增加系統(tǒng)丟包率的增加趨于平緩。3結論對光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務模型做了初步探討,提出了一個光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務模型,也許該模型并不能真實地反映現(xiàn)實世界的業(yè)務流,只是希望提供逼進現(xiàn)實世界業(yè)務流的一種分析方法。參考文獻1TURNERJ.TerabitburstswitchingJ.JournalofHighSpeedNetworks,1999,8:316.2QIAOC,YOOM.Opticalburstswitching(OBS)-AnewparadigmforanopticalinternetJ.JournalofHighSpeedNetworks,1999,8:6984.3XIONGY.Controlarchitectureinopticalburst-switchedWDWnetworksJ.IEEEJournalonSelectedAreasinCommunicaions,2000,18(10):18381851.4YOOM,QIAOChM.QoSperformanceofopticalburstswitchingin