新型光分组缓存及其应用性能分析

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterANOVELBUFFERANDITSAPPLICATIONPERFORMANCEFOROPTICALPACKETSWITCHINGAuthor：MingChengSpecialty:CommunicationandInformationSystemsAdvisor:Prof.WeishengHuSchoolofElectronic,InformationandElectricalEngine

2、eringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaJanuary,2010新型光分组缓存及其应用性能分析摘要随着各种高带宽网络服务应用的日益普及，整个网络对于带宽的需求不断增长。为了应对越来越高的带宽需求，波分复用(WDM)技术已经在传输网得到广泛的应用，但是当前使用的光路交换限制了网络的组网功能和带宽的利用率。为了实现在带宽管理上的高效性和可扩展性，光分组交换被认为是一种很有潜力的解决方法，因为它能够减小可用的带宽粒度。光分组交换中存在的一个关键问题是如何解决光分组的竞争冲突问题

3、，例如多个相同波长的光分组要求同时到达相同的输出端口就会发生冲突。因为光分组竞争对系统吞吐量有很大影响，所以如何解决光分组之间的竞争成为一个研究的热点和难点。一般而言，光分组竞争可以通过三种方法解决，分别是在空间域，频域和时域上解决冲突和竞争。例如，我们可以通过偏转路由在空间域上解决冲突，通过使用波长转换在频域上解决竞争。光缓存是一种更加常见的冲突解决方案，它能够在时域上解决光分组竞争和冲突。因为光器件中没有具有随机存取功能的光存储器，所以光缓存一般采用由光纤延迟线构成的方案。为了保证高优先级光分组的服务质量，抢占被认为是一种非

4、常有效的手段。绝大多数光分组交换节点中，光分组的时延长度在进入光纤延迟线之前就已经决定了。在这种情况下如果要实现抢占，那么一些光分组就必须被丢弃掉，而这将恶化整个网络的性能。因此很有必要设计一第I页种能够有效实现光分组时延管理，提供抢占功能的光缓存。文中我们介绍了光分组交换的产生背景和技术特点，对交换节点结构作了说明。接着我们对光分组交换节点的交换结构进行了总结，对几种经典的交换结构作了介绍和说明，对光分组交换中的关键技术：光分组头标记、同步和竞争解决机制作了介绍，并简单介绍了国内外具有代表性的光分组交换项目。我们提出了一种基于

5、波长转换广播选择(WCBS)的新型缓存，并展示了该缓存如何实现抢占和区别服务功能。我们讨论了在不同模型算法下，WCBS缓存为实现无波长冲突对波长范围的要求。结果显示，我们可以通过简单的缓存存取策略来放宽对波长范围的要求。接着我们讨论了WCBS缓存的可扩展性。我们还提出了一种基于WCBS缓存的光分组交换节点结构。我们展示了该节点的运行原理，提出了一种交换策略以使节点有效运行。我们建立了一个简单理论模型来描述节点的运行原理，并做了仿真去验证理论分析结果。通过对理论模型和仿真结果的分析，我们对节点中不同结构参数对光分组性能的影响做了讨

6、论。我们建立了用于描述不同优先级光分组运行的理论模型，仿真分析结果显示，高优先级光分组的性能得到了极大的改善。关键词：光分组交换，光缓存，竞争解决，抢占，波长转换，波分复用第II页ANovelOpticalBufferandItsApplicationPerformanceforOpticalPacketSwitchingABSTRACTWavelengthdivisionmultiplexing(WDM)hasbeenwidelydeployedtosatisfythedramaticallyincreasingrequire

7、mentsforthebandwidthcapacityintroducedbytheemergingbroadbandapplicationsontheInternet.Thecurrentopticalcircuitswitchlimitsthebandwidthutilizationandnetworkingfunctionality.Toachievehighefficiencyandflexibilityinbandwidthmanagement,opticalpacketswitching(OPS)isconside

8、redasapotentialsolutionbyreducingtheavailablebandwidthgranularity.OneofthecriticalissuesistheresolutionofpacketcontentioninOPS,whic