（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）光突發(fā)交換網(wǎng)絡若干關鍵技術研究.pdf

北京f | i | 5 b 大學博b 學位論文 摘要 光突發(fā)交換網(wǎng)絡若干關鍵技術研究 摘要 光突發(fā)交換技術( 0 b s ) 是近年來光交換技術研究領域的熱點。由于 光突發(fā)交換結(jié)合了光路交換( 0 c s ) 與光分組交換( 0 p s ) 的優(yōu)點，同時 也避免了它們的不足，有望成為下一代光網(wǎng)絡的核心交換技術。 由于國內(nèi)外對o b s 技術的研究剛剛啟動不久，一些相關理論與技術還 不成熟，因此，本論文的研究著眼于o b s 網(wǎng)絡的關鍵理論與技術問題，對 現(xiàn)有的o b s 網(wǎng)絡的體系結(jié)構、控制協(xié)議、突發(fā)裝配策略、資源競爭解決機 制以及服務質(zhì)量保證機制等關鍵理論技術進行了全面、系統(tǒng)的研究，并針 對研究中發(fā)現(xiàn)的一些問題和不足，提出一些新的思路、算法或者策略。以 下是本論文的創(chuàng)新性工作： ( 1 ) 提出了一種新型的資源預留和路由機制基于分割的資源預留 與路由機制( p l u 娘s ：p a n i t i o n - b a s e dr e s o u r c er e s e a t i o na n dr o u t i n g s t r a t e g y ) 。p 融汛s 機制把一個o b s 網(wǎng)絡的所有核心節(jié)點分割成幾個自治 區(qū)。在自治區(qū)內(nèi)和區(qū)間施行不同的路由機制，結(jié)合了f p r 和 玎躲兩種路 由機制的優(yōu)點，仿真結(jié)果表明，在可擴展性，總體吞吐量以及平均端到端 延時方面p i 源r s 機制在f p r 和 玎l(xiāng) 兩種機制之間取得了一個折中的效 果，同時，p i u 承s 機制的節(jié)點處理時間低于啪t 機制，突發(fā)阻塞率低于 f p r 機制。 ( 2 ) 提出了一種基于自適應突發(fā)裝配長度和周期的允許不同c o s 混裝 的組合式裝配方案( c b a s ：c o m p o s i t eb u r s t a s s e m b l ys t r a l i e g yw 油a d 印t i v e a s s e m b l yl e n g t l la n dp e r i o d ) ，其特點概括如下： 首先，c b a s 采用時延最小、裝配粒度最大的集中數(shù)據(jù)排隊方式。 其次，c b a s 采用本文首次提出的流量負載高低判決法實施突一 北京郵電大學博j 二學位論文 摘要 策略。在實施突發(fā)裝配過程中，設置流量負載監(jiān)視參數(shù)，每完成一次突發(fā) 裝配過程則根據(jù)當前流量負載監(jiān)視參數(shù)及當前突發(fā)裝配長度和周期的閾值 三者結(jié)合起來綜合判斷當前閾值是否適用于當前流量負載情況，從而使突 發(fā)裝配長度和周期隨流量負載情況逐漸調(diào)整，直至適合于當前流量狀況。 再次，c b a s 允許相同目的邊緣節(jié)點地址而c o s ( c l a s so f s e r v i c e ) 不 同的數(shù)據(jù)在一定策略下混裝在同一突發(fā)中，一方面滿足了突發(fā)裝配長度最 小值的要求，另一方面可以利用現(xiàn)有可利用的資源將較低c o s 等級的數(shù)據(jù) 一并裝配到突發(fā)包中并發(fā)送出去，做到了資源的合理利用。 最后，在c b a s 策略下，突發(fā)裝配粒度和最大裝配時延均在嚴格監(jiān)控 之下，保證了服務質(zhì)量。通過仿真驗證可以得到，c b a s 的突發(fā)阻塞率較 其他幾種突發(fā)裝配方案更低，能有效地避免連續(xù)沖突問題。 ( 3 ) 提出了一種改進的偏射路由策略基于負載平衡的偏身潞由策 略( l b d r s ：l o a db a l a n c i n gb a s e dd e f l e c t i o nr o u t i n gs 仃a t e g y ) 。在曲d r s 偏射路由策略中，當競爭發(fā)生時，不是按照通常采用的h o tp o t a t o 算法或者 最短路徑作為偏射路由對競爭的突發(fā)進行偏射，而是根據(jù)當前節(jié)點的下一 跳節(jié)點的流量負載情況決定偏射路由。另外，為了避免不必要的偏射，基 于偏置時間的考慮，l b d r s 在突發(fā)控制分組中加入了“當前最大剩余跳數(shù)” 這一字段。控制分組每經(jīng)過一個核心節(jié)點，此字段值減1 。l b d r s 以此字 段值作為當前是否偏射以及選擇哪條路由路徑偏射的重要依據(jù)之一。仿真 結(jié)果表明，l b d r s 較傳統(tǒng)偏射路由策略和最短路徑路由策略，突發(fā)阻塞率 最低，有效地解決突發(fā)競爭問題，改善網(wǎng)絡性能。 ( 4 ) 提出了一種在0 b s 網(wǎng)絡中融合多種競爭解決技術的q o s 保障方 案，該方案在低優(yōu)先級直接丟棄算法的基礎上，采用由l a u c v f 算法、 偏射路由、突發(fā)分片技術幾種競爭解決技術相結(jié)合的競爭解決機制，來增 強光突發(fā)交換網(wǎng)絡的服務質(zhì)量保障能力。通過將本方案與q i a oc h u n m i n g 北京郵i 乜火學博士學位論文 摘要 提出的基于額外偏置時間的q o s 機制的比較，由于本方案采用等效的低優(yōu) 先級直接丟棄機制，避免了在基于額外偏置時間的q o s 機制中由于額外偏 置時間的增加導致的網(wǎng)絡延遲的提高，同時，結(jié)合l a u c v f 算法、偏射 路由、突發(fā)分片技術有效地減少了突發(fā)丟包現(xiàn)象，保證了0 b s 網(wǎng)絡中關鍵 業(yè)務的傳輸質(zhì)量，增強了o b s 網(wǎng)絡的資源利用率。仿真結(jié)果表明，提出的 新的方案與其他幾種方案相比，本方案可以有效的增強光突發(fā)交換網(wǎng)絡的 服務質(zhì)量保障能力。 ( 5 ) 提出了一種新型的動態(tài)負載平衡策略，用于解決基于負載均衡考 慮的整個網(wǎng)絡從源端到目的端的基本路徑的選擇問題。在提出的新型的動 態(tài)負載平衡策略中，首先從整個o b s 網(wǎng)絡的負載均衡出發(fā)，對網(wǎng)絡流量建 模，確定目標函數(shù)，使當前網(wǎng)絡所有光纖鏈路上剩余帶寬的最小值最大化。 根據(jù)建立的負載平衡數(shù)學模型來定義o b s 網(wǎng)絡中經(jīng)由各節(jié)點通往各目的節(jié) 點的基本路由路徑組，并確定各路徑的最大使用頻率比例。在路由選擇過 程中，根據(jù)當前各路徑的剩余使用頻率值來決定當前路由路徑。此方法不 僅適用于0 b s 網(wǎng)絡邊緣節(jié)點為突發(fā)確定路由路徑時的基本路由路徑選擇， 也適用于核心節(jié)點發(fā)生競爭時的偏射路由路徑選擇。仿真結(jié)果表明，采用 本文提出的新型的動態(tài)負載平衡策略可以有效地減少資源競爭的發(fā)生，降 低突發(fā)阻塞率，充分地利用網(wǎng)絡鏈路資源，明顯提高系統(tǒng)的承載能力，增 強o b s 網(wǎng)絡的q o s 保障能力。 關鍵詞：光突發(fā)交換突發(fā)裝配資源預留突發(fā)競爭偏射路由負載平衡 北京郵電大學博士學位論文a b s t r a c t r e s e a r c ho ns o m ek e yt e c h n o l o g yo f o p t i c a lb u r s ts w i t c h e dn e t w o r k s a b s t r a c t 0 p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) ，w h i c hi sap r o m i s i n gh y b r i d 印p r o a c h b e t w e e n c o a r s e - g m i n e do p t i c a l c i r c u i t s w i t c h i n g a 1 1 d f i n d 。g r a i n e do p t i c a lp a c i ( e ts w i t c h i n g ，h a sb e e nah o tt o p i ci na c a d e r n y _ t h eb e n e mo fo b so v e rc o n v e 嘶o n a lc i r c u i ts w i t c h i n gi st h a tt h e r ei s n on e e dt od e d i c a t eaw a v e l e n g t hf o re a c he n d - t o e n dc o n n e c t i o n a n d o b si sm o r ev i a b l et h a n o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n gb e c a u s em ed a t ab u r s t d o e sn o tn e e dt ob eb u f r e r e do rp r o c e s s e da tt h ei n t e m e d i a t 苦c r o s s c o n n e c t s t h i sa l l o w st h ep r o b l e mo fb u f r e r i n gi n 廿l eo p t i c a ld o m a i nt o b ec i r c u n l v e n t e d s of 犯a l t 壬1 0 u g ho b sh a sb e e ns t u d i e df o rs e v e r a ly e a r sb ym a l l y i n s t i t u t e s ，i th a s n tb e e nd e v e l o p e dt ob eas e to fm a t u r et h e o r ya n d t e c h n i q u e a c c o r d i n g l y ，t 王1 ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ek e vi s s u e so n o p t i c a lb u r s ts w i t c l i n ga i l dm a d eac o m p r e h e n s i v ea 1 1 d s y s t e m a t i c r e s e a r c ho nt h e m e o r ym o d e l ， a r c h i t e c t u r e ，r o u t i n g a 1 1 d s i g n a l i n g p r o t o c o l s ，b u r s ta s s e r n b l y ；c o n t e n t i o nr e s o l u t i o na n dq o sg u a r a r l t e e 北京郵電大學博士學位論文 a b s t r a c t s t r a t e g yo fo p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g b a s e do nt h er e s e a r c h ，s o m en e w a l g o r i t l l m sa i l dn e ws 仃a t e g i e sh a v eb e e np r o p o s e di nt l l ed i s s e r t a t i o n ， a c c o r d i n gt om el a c k so rs h o r t c o m i n g sf o u n dmc u r r e n t 也e o 呵o fo b s t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e sm e f o l l o w i n gc o n t e m t h ei r m o v a t i o nw o r ki n t h ed i s s e r t a t i o ni sf b l l o w e da s ( 1 ) an o v e lp r o t o c 0 1c a l l e dp a r t i t i o n - b a s e dr e s o u r c er e s e r v a t i o n a n d r o u t i n gs t r a t e g y ( p 甜濃s ) i sp r o p o s e d ，w h i c hi su n d e rt l e 丹a m e w o r ko f0 b sr o u t i n ga 1 1 d s i g i l a l i n g t h ep r o p o s e ds 船l t e g y p a r t i t i o n sm eo b sc o r en e 俯o r ki n t om u l t i p l er e g i o n s ，a n dd i 丘e r e n t r e s o u r c er e s e r v a t i o na n dr o 謝n g p r o t o c o l sa r ep e r f b r n l e di ni n t r a - r e g i o n a 1 1 d i n t e r _ r e g i o n t h ep r o p o s e ds t r a t e g yt a k e st h ea d v a l l t a g e so ff i x e d p a t hr o u t i n g ( f p r ) a 1 1 d 壬o p b y - h o pr - 0 u t i n g ( m 珉) s i n m l a t i o n ss h o w t 1 a tt l l ep r o p o s e ds t r a t e g yh a si n l p r o v e d 廿1 eo v e r a l ln e t w o r k t 1 1 r o 雌；h p u t a n dr e d u c e dt h e a v e r a g eb l o c k i n gp r o b a b i l i t yt h u sr e d u c e sm e r e t r a n s m i s s i o nd e l a y t h en o d ep r o c e s s i n gt i m eo f p r r r si sl o w e rt h a n h i ra n dt 1 eb u r s tb l o c k p r o b a b i l i 妙i sl o 、v e rt 1 1 a nf p r ( 2 )an o v e lb u r s t a s s e m b l ys t r a t e g y c a l l e dc o r n p o s i t eb u r s t a s s e m b l ys t r a t e g yw i ma d a p t i v ea s s e m b l yl e n g ma n dp e r i o d i s p r o p o s e d i nt h es t r a t e g yp r o p o s e d ，ac e n 訂a l i z e dq u e u es c h e m ei s a d o p t e d ，w h i c hi sh a sm eb e s tp e r f b m l a l l c ei nv a r i o u sq u e u es c h e m e s h a s s e m b l yp r o c e s s ，也ep r o p o s e d s t r a t e g ya d o p t s an o v e lm e t h o dt o e s t i m a t ew h e t h e rc u r r e n ta s s e m b l yl e n g ma i l dp e r i o di s f i tf o rc u r r e n t 2 北京郵電太擘博士學位論文 a b s n l a c t t r a f ! i cl o a d ，s om ec u r r e ma s s e m b l yl e n 酵ha n dp e r i o dc o u l db eg r a d u a l l y i n c r e a s e do rd e c r e a s e da c c o r d i n gt o m ee s t i m a t i o n t h es t r a t e g y p r o p o s e dp e r m i t sp a c k e t sw i m d i f f e r e mc o s ( c l a s so fs e r v i c e ) b u tm e s 啦ed e s t i n a t i o nt ob ea s s e m b l e di no n eb u r s tu n d e ras 仃a t e g yp r o p o s e d ， w h i c hn o to n l ys a t i s f i e st h er e q u e s tt or e a c h i n gm em i n i n l u mo fb u r s t a s s e m b l yl e n g t l l ，b u t a l s ou t i l i z e sm er e s o u r c ea v a i l a b l ec u r r e m l yt o a s s e r n b l et h ep a c k e t sw i t l ll o w e rc o si m ob u r s ta n ds i g n a lt h e mt o0 b s n e t w o r k w h i c hi sr e a s o n a b l er e s o u r c eu t i l i z a t i o n s i m u l a t i o n ss h o wm a t t 1 ep r o p o s e ds t r a t e g yh a sl o w e s ta v e r a g eb l o c k i i l gp r o b a b i l i 劬c o 瑚【p a r e d w i t ho t h e ra l g o r i t l l m si n 吐l es a m es i m u l a t i o nm o d e l ( 3 ) a ni m p r o v e dd e f l e c t i o nr o u t i n gs 圩a t e g y ，c a u e dl o a db a l a n c i n g b a s e dd e ：e l e c t i o nr o u t i n gs 訂a t e g y ，i sp r o p o s e d i nt 1 1 es 廿a t e g yp r o p o s e d ， d e f l e c t i o nr o u t i n gp a t hi sd e c i d e db a s e do nt h et r a f f i cl o a di nn e x th 叩 n o d er a t h e rt 1 1 a 1 1m eh o tp o t a t oa l g o r i 也mo ft h es h o r t e s tr o u t i n gp a t h ， b o t ho fw h i c hi sa d o p t e di nu s u a ld e n e c t i o nr o u t i n ga l g o r i t h m s ，w h e n c o n t e n t i o no c c u r si na d d i t i o n ，w 弛m ec o n s i d e r a t i o no fs e t t i n gp r o p e r o f f s e tt i m ea n da v o i d i n gi n d i s c r i m i n a t ed e n e c t i o n ，l b d r sa d d saf i e l d i nb u r s tc o n 拓o lp a c k e tt or e c o r dt h er e s i “a lh 叩sp e n l l i 仕e dc u r r e n 廿y a 1 1 dm ev a l u eo ft h ef i e l dw i l lm i n u so n ee v e ut i m em ec o t m d lp a c k e t g o e st h r o u 出t h ei n t e h n e d i a t ec o r en o d e l b d r sw i l ld e c i d ew h e m e rt o d e f l e c ta n d 、v h i c hp a c ht od e f l e c ta c c o r d i n gt om ef l e l da d d e di nc o n t r o l p a c k e t s i m u l a t i o n ss h o wt 1 1 a tt 圭l ep r o p o s e ds t r a t e g yl b d r sh a sl o w p 對 北京郵電大學博士學位論文 a b s t r a c t a v e r a g eb l o c k i n gp r o b a b i l i 吼c o m p a r e dw i t h t r a d i t i o n a ld e n e c t i o n r o u t i n gs c h e m ea n dm e s h o r t e s tp 抽r o u t i n gs c h e m e ( 4 ) an o v e ls c h e m ef o rs u p p o r t i n gq u a l 塒o fs e r v i c e ( q o s ，i n o p t i c a l b u r s t s w i t c h 協(xié)g n e t 、o r k si s p r o p o s e d ，w h i c ha d o p t s 。a n i n t e g r a t e d c o n t e n t i o nr e s o l u t i o n i n c l u d i n g m el a t e s ta v a i l a b l e u n s c h e d u l e dc h 鋤e lw i t hv - o i d f i u i n g( l a u c v f )a l g o r i 廿1 r n ， d e n e c t i o nr o u t i n 舀a n db u r s ts e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do nl o w p r i o r i t y b u r s td r o p p i n gd i r e c t l ym e c h a n i s m t h es c h e m e p r o p o s e d a d o p t st l l el o wp r i o r i 夠b u r s td r o p p i n gd i r e c ym e c h a n i s mi n s t e a do f t h eo f 話e t - t i m e b a s e ds c h e m e ，廿1 e r e f o r el a 唱ee n d - t o e n dd e l a yd u et o m e e x 訂ao t s e tt l m emt h eo 行s e t t i m e b a s e ds c h e m ec a nb ea v o i d e d 毋y u s i n g m e i m e g r a t e dc o m e n t i o nr e s o l u t i o n i n c l u d i n g l a u c v f a l g o r i t l l m ，d e n e c t i o nm u t i n g ，a 1 1 db u r s ts e g m e n t a t i o nt e c h n o l o g y ，t h e l i m i t a t i o no fl o w p r i o r i 鑼b u r s td r o p p i n gd i r e c t l ym e c h a n i s mc a i lb e r e m e d i e da 1 1 d 齜p e r f o 蛐a n c eo f0 b sn e m o r k sc a nb ei m p r o v e d t h e c o r r e s p o n d i n gs i m u l a t i o nm o d e l i se s t a b l i s h e d 1 1 1 ep r o p o s e ds c h e m e w i ma n dw i m o u tf d l s ，a n do t l l e rd i 旋r e ms c h e m e sa r ea l ls i m u l a t e d a n dc o m p a r e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wm a tb ya d o p t i n gt 1 1 e p r o p o s e ds c h e m e ，也ep e r f o m a n c eo fn e t w o r kc 柚b ei m p r o v e di nq o s g u a r a n t e e ( 5 ) an o v e ll o a db a l a n c i n gs t r a t e g y ，c a l l e dd y n a m i cl o a db a l a l l c i n g s t r a t e g y ，w h i c ha i m sa td e c i d i n gt | l er o u t i r 培p a m 行o ms o u r c en o d et o 4 北京郵電大學博士學位論文 a b s l r a c t d e s t i n a t i o nn o d eb a s eo nl o a db a l a n c i n go ft h e 、v h 0 1 eo b sn e t w o r k i n t 1 1 e s t r a t e g y p r o p o s e d ， a1 0 a d b a l a n c i n gm 砒e m a t i c a lm o d e la n d o b j e c t i v eb a s e d o nan e t w o r kt r a m cn o wf o 姍u l a t i o n ， a i m i n g a t m a x i m i z i r 培也em i n i m u mr e s i d u a lc a p a c i t yo na l l t l l ef i b e rl i n k s ，i s f o u n d e d t h es 0 1 u t i o no ft 1 1 el o a db a l a n c m gm a t h e m a t i c a lm o d e l i su s e d t od e f i n eas e to fp r i m a r ) rr o u t i n gp 拙sa n dm e 丘e q u e n c yu s eo fe a c h r o u t i n gp a 血a c c o r d i n gw i mc u r r e n tr e s i d l l a lf l r e q v e n c yu s e ，m er o u t i r 培 p a t hc o u l db ed e c i d e d t h es t r a t e g yp r o p o s e di sn o to n l yf l tf b rp r i m a r y r o u t i n gd e c i s i o na te d g en o d e s ，b u ta l s of i tf o rt 1 1 ed e f l e c t i o nr o u t i n g d e c i s i o nw h e nc o m e n t i o no c c u r sa tc o r en o d e s s i m u l a t i o n ss h o wm a t t h ep r o p o s e ds t r a t e g yh a sl o w e s ta v e r a g eb l o c l ( i n gp r o b a b i l i t y ，c o m p a r e d o t h e rs t r a t e g i e si nm es 砌es i m u l a t i o n s ，a r l dj tc a nr e d u c ec o n t e n t i o n e 恐c t i v e l y ，u t i l i z em e l i n kr e s o u r c e e f f i c i e n t l y a n d i m p r o v et 1 1 e p e r f o r m a n c eo f0 b s n e t w o r k k e y w o r d s ：叩t i c a l b u r s t s w i t c h i n g ； b u r s t a s s e i n b l y ； r e s o u r c e r e s e r 、r a t i o n ；b u r s tc o n t e n t i o n ；d e n e c t i o nr o u t i n g ；l o a db a l a n c i n g 5 獨創(chuàng)性( 或創(chuàng)新性) 聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡 我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng) 發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學或其他教育機構的學位或證書 而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確 的說明并表示了謝意。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 本人簽名： 塹生 日期：麴：三：王 關于論文使用授權的說明 學位論文作者完全了解北京郵電大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生 在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬北京郵電大學。學校有權保留并向國家有 關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許學位論文被查閱和借閱；學?？梢怨紝W 位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論 文。( 保密的學位論文在解密后遵守此規(guī)定) 保密論文注釋：本學位論文屬于保密在一年解密后適用本授權書。非保密論文注釋： 本學位論文不屬于保密范圍，適用本授權書。 本人簽名：超照 別磁轢斗善銑 日期： 墊1 5 ：蘭 日期： 北京郵電大學博士學位論文 第1 章姥論 1 1 光網(wǎng)絡技術的發(fā)展 第1 章緒論 自1 9 7 6 年世界第一條商用市內(nèi)光通信系統(tǒng)在美國亞特蘭大問世以來，引起 了國際上的普遍重視。2 0 世紀8 0 年代初，采用1 3 0 0 衄( 后改為1 3 1 0 衄) 波 長窗口的單模光纖通信系統(tǒng)暫露頭角，在北美、西歐等長途干線上得到大面積 的推廣應用，光纖通信已成為舉世矚目的高新應用技術。與此同時，世界通信 開始出現(xiàn)由模擬技術轉(zhuǎn)向數(shù)字技術的巨大變革，干線電纜通信迅速為光纖通信 所取代，程控數(shù)字交換設備取代模擬縱橫制交換設備系統(tǒng)已成為大勢所趨。然 而，當時中國的通信也還處于起步階段，特別是繼續(xù)建設與發(fā)展模擬系統(tǒng)的傳 統(tǒng)勢力和傾向還很強烈，幾經(jīng)猶豫和周折。在2 0 世紀8 0 年代中后期，中國終 于走上了發(fā)展以光纖、數(shù)字通信技術為主的正確道路【l j 。 2 0 世紀9 0 年代以后，波分復用( w d m ：w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 密集波分復用( d w d m ：d e n w a v e l e n g 也d i v i s i o nm u 蛐p l e x h 培) ，稀疏波分復 用( c w d m ：c o a r s ew a v e l e n g t l ld i v i s i o nm u m p l e x i n g ) 迅速融入通信領域。波 分復用技術可以同時使用多個不同波長信道傳輸業(yè)務，能更好、更充分地利用 光纖巨大的傳輸容量，且對高層協(xié)議和技術適應性強、易于擴展。經(jīng)過近十年 的快速發(fā)展，w d m 技術不僅在單纖波長信道數(shù)和單波長傳輸速率不斷取得重 大突破，而且在無電中繼傳輸距離( 即全光傳輸距離) 方面也有巨大的突破。 正是這些優(yōu)點和技術進步使得整個通信網(wǎng)絡自1 9 9 5 年開始商用以來的短短幾 年時間里發(fā)生了翻天覆地的變化。從骨干網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)到城域網(wǎng)甚至接入網(wǎng)，w d m 技術已被公認為是一種最佳的網(wǎng)絡擴容方式，應用前景非?？春?。目前，以 w d m 為核心的光網(wǎng)絡在骨干網(wǎng)中占據(jù)著主導地位【2 “。 正因為如此，自2 0 世紀9 0 年代以來，w d m 光網(wǎng)絡技術就一直是網(wǎng)絡領域的 研究熱點。國際上許多國家的科研機構、大的通信公司和大專院校相繼將w d m 光網(wǎng)絡編入各自的重要研究計劃之中，開始進行大量的全光聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場試驗。而美 國在國防部高級研究計劃署d 觸心a 資助下，實施一些大的研究項目，也建成了 系列的實驗性w d m 光網(wǎng)絡，如多波長光網(wǎng)絡( m o n e t ：m u l t i ，a v e l e n 甜1 o p t i c a ln e t w o d 0 、國家透明光網(wǎng)絡( n t o n ：n a t i o n a l1 h n s p a r e n to 兩c a ln e t 、v o r k ) ， 并支持m i t 、s t a n f o r d 、p 血c e t o n 和m i c h i g a n 等多所著名大學的合作項目。加拿大 政府資助的c a + n e t 3 國家光互聯(lián)計劃鄺】，建成了具有劃時代意義的以i p 一一r 北京郵電大學博士學值論文 第l 章緒論 w d m 為核心的光互聯(lián)網(wǎng)( o p t i c a li n c e m e t 、v o r k i n g ) 。歐洲在r a c e 計劃中將多波 長光網(wǎng)絡作為主要研究目標，并且在隨后的a c t s 計劃中建立了一系列的實驗性 w d m 光網(wǎng)絡，如泛歐光網(wǎng)絡( o p e n ：0 p t i c a lp a i le u r o p e a nn e t 、v o r k ) 、泛歐光子 傳送網(wǎng)( p h o t o n ：p a n e u r o p e a np h o t o n j cn a i l s p o r t0 v e r l a yn e t 、帕r k ) 、城域光網(wǎng) 絡( m e t o n ：m e t r o p o l i t a l lo 州c a ln e t w o r k ) ，以及多波長傳送網(wǎng)( m w t n ： m u l t i w a v e l e n g n lt r a i l s p o r tn e 觚o r k ) 、光分組交換關鍵技術( k e o p s ：k e y s t o o p t i c a lp a c k e ts 、v i t c h i n g ) 、波長捷變光傳送和接入網(wǎng)( w o t a n ：w a v e l e n g f h - a g i l e o p t i c a lt r a n s p o na i l da c c e s sn e 似o r k ) 、光網(wǎng)管理( m 0 0 n ：m a n a g 咖e n to f o p t i c a l n e t w o r k ) 和多波長副載波復用控制光網(wǎng)( m o s a i c ：m u l t i - w a v e i e n 啦0 p t i c a i s u b c a r r i e r m u l t i p l e x e d c o n 仰l l e d n e t 、o r k ) 、社團光纖骨干網(wǎng)( c o b n e t ：c o r p o m t e o d t i c a lb a c k b o n en e t w o r k ) 、光城域通信網(wǎng)( m t o n ：m e 仃00 n e t e l e c o m m u i l i c a t i o n s ) 等十幾個研究項目 “】，已經(jīng)取得了許多成果；此外，還 有德國的k o m n e t 計劃、法國a l c a t e l 公司的o a d m 環(huán)型試驗網(wǎng)、日本n t t 公司的 o a d m 環(huán)網(wǎng)等，都在開展各種光網(wǎng)絡新技術的實驗和測試。與此同時包括i t u - t 、 a n s i 、t 1 x 1 5 協(xié)會、光互聯(lián)網(wǎng)論壇( o i f ：o p t i c a l i n t e r n e t 、v o r k i n g f o n l m ) 和i n t e m e t 工程任務組( i e t f ：i n t c n l c t e n g i n e e 血gt a s k f o r c e ) 在內(nèi)的標準化組織也都積極 致力于對可重構光網(wǎng)絡的研究。 著眼國內(nèi)，自“七五”期間以來，在8 6 3 計劃和國家自然科學基金項目的大 力資助下，一些研究機構積極地開展了一系列的光網(wǎng)絡相關技術的研究工作，并 在各自領域都取得了不少成果【爭8 1 。例如：通過“九五”8 6 3 計劃跨主題重大專項 ( 8 6 3 - 3 0 0 ) 的實施，建成了我國第一個基于光i n t e m e t 技術的高速信息示范網(wǎng) c a n o n e t ，以及目前8 6 3 計劃資助籌建的以t b w s 級光傳輸系統(tǒng)、t b i 訛級自動 交換傳送網(wǎng)絡和t b s 級雙協(xié)議棧路由器為核心的3 t n e t 高性能寬帶信息示范網(wǎng)。 這兩個示范性光網(wǎng)絡的建成，無疑對我國全面推廣w d m 光網(wǎng)絡技術奠定堅實的 理論基礎。 隨著d w d m 技術的成熟，通信網(wǎng)絡的容量越來越大。目前在實驗室中 w d m 技術己經(jīng)能在一個光纖中同時傳輸8 0 1 2 0 個波長f 9 i l 】，而每個波長的傳 輸速率可以達到4 0 g b ，s ，總?cè)萘看笥? 0 t b s 1 9 】。相反，在交換部分，速率僅僅 只有幾個g b s ，這是因為目前電域處理的技術突破遠遠跟不上光域技術上的成 就，致使網(wǎng)絡節(jié)點( 包括交換機和路由器) 的處理能力的提高遠慢于光傳輸能力 的提高。而在傳輸和交換的成本方面，隨著傳輸帶寬的增加，信息傳輸?shù)某杀?迅速下降，信息的交換所花費的成本相對的占據(jù)越來越高的比例。信息傳輸?shù)?成本從1 9 7 5 年到1 9 9 5 年2 0 年來下降了1 萬倍，而交換的成本只下降了3 倍左 右i l2 j ?？梢哉f，交換技術、交換元件、和交換設施，成為新的瓶頸。現(xiàn)在許多 北京郵電大學博士學位論克 第l 章堵論 研究機構致力于研究和開發(fā)光交換，光路由技術，試圖在光子層面上完成全光通 信，在網(wǎng)絡中以光節(jié)點取代現(xiàn)有的電節(jié)點，并用光纖將光節(jié)點互聯(lián)成網(wǎng)，在光 域完成信號的傳輸、處理與交換，消除電子瓶頸的影響，實現(xiàn)全光網(wǎng)絡。當全 光交換系統(tǒng)成為現(xiàn)實，就足夠可以滿足飛速增長的帶寬和處理速度需求，同時 能減少網(wǎng)絡成本，具有良好的市場前景。 在w d m 光網(wǎng)絡向全光網(wǎng)絡的演進過程中，由于光交換技術在光域完成網(wǎng) 絡的優(yōu)化、路由、保護和自愈功能，以實現(xiàn)網(wǎng)絡的高速率和協(xié)議透明性，提高 網(wǎng)絡的重構靈活性和生存性，因此在某種程度上，光交換技術決定了全光通信 的發(fā)展。 1 2 光交換技術的發(fā)展 光交換技術是指在網(wǎng)絡的節(jié)點處不經(jīng)過任何光電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸 入光信號交換到不同的輸出端【” 。光交換技術可分成光的電路光交換( 光路交 換) 和分組光交換兩大類。 光的電路光交換方式采用o a d m 、0 x c 等光器件設置光通路，在中間節(jié) 點不需要使用光緩存，其交換方式與傳統(tǒng)的電路交換技術相類似。目前光的電 路光交換研究已經(jīng)較為成熟。由于未來的光網(wǎng)絡要求支持多粒度的業(yè)務，運營 商的主要業(yè)務是中小粒度的業(yè)務，業(yè)務的多樣性使用戶對帶寬有不同的需求， 光的電路光交換在光子層面的最小交換單元是整條波長通道上數(shù)g b d s 的流量， 很難按照用戶的需求靈活的進行帶寬的動態(tài)分配和資源的統(tǒng)計復用，因此，分 組光交換應運而生。 分組光交換系統(tǒng)按照對控制包頭處理以及交換粒度的不同可分為：光分組 交換( o p s ) 、光突發(fā)交換( 0 b s ) 、光標記分組交換( o m p l s ) 。光分組交 換( o p s ) 的特點是以光分組作為最小的交換顆粒，數(shù)據(jù)包的格式為固定長度 的光分組頭、凈荷和保護時間三部分，在交換系統(tǒng)的輸入端口完成光分組讀取 和同步功能，同時用光纖分束器將一小部分光功率分出送入控制單元，用于完 成如光分組頭識別、恢復和凈荷定位等功能。光交換矩陣為經(jīng)過同步的光分組 選擇路由，并解決輸出端口競爭。最后輸出接口通過輸出同步和再生模塊，降 低光分組的相位抖動，同時完成光分組頭的重寫和光分組的再生。光突發(fā)交換 ( o b s ) 的特點是采用單向資源預留機制，以光突發(fā)包作為最小的交換的單元， 數(shù)據(jù)分組和控制分組分離傳送，在時間和信道上都是分離的。光標記分組交換 ( o m p l s ) 技術，它是m p l s 技術與光網(wǎng)絡技術的結(jié)合，將m p l s 控制平面貼 到光的波長路由交換設備的頂部就具有m p l s 能力的光節(jié)點。由m p l s 控制平 面運行標簽分發(fā)機制，向下游各節(jié)點發(fā)送標簽，標簽對應相應的波長，由各節(jié) 北京郵電大學博士學位論文 第1 章緒論 點的控制平面進行光開關的倒換控制，建立光通