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近年来,IP业务一直保持爆炸式增长的趋势,由此而引发了对高速传输和交换技术的大量研究。作为下一代IP核心骨干网络的传输技术——密集波分复用(DWDM)技术,在单根光纤上提供了大量高速信道的支持,这意味着为物理底层传输提供了巨大的带宽,但另一方面,摩尔定律表明,电处理速率的增长速度远低于数据传输速率的增长,如果节点的数据传输要变换回电域进行交换,网络传输速度将会遭遇到电处理速率的瓶颈。因而,人们不断探索,寄希望于在下一代光网络中能实现直接在光域内完成数据传输,而不需要在中间经过任何的O/E/O变换。作为一种具有很好前景的交换方案,光突发交换(OBS)结合了光的电路交换和光分组交换两者的优势,而避开了两者的缺点,因而极有可能成为下一代光网络的标准。
OBS网络的一个最核心的问题就是资源预留方式。ChunmingQiao于1997年首先提出了一种应用于OBS网络且具有QoS保证机制的资源预留协议。它按服务进行分类采用不同的额外偏置时间,服务优先级别越高,偏置时间设置越长,通过这种方式,可以严格实现网络中QoS的保证,同时,JET又具有很高的带宽资源利用效率,因而,自提出以来,便受到业界广泛的关注。
本论文主要针对JET协议在OBS网络中具体应用时的性能优化,从网络流量特性①,JET信令帧设计②,QoS保证③,调度机制④及新型资源预留协议设计⑤等几个方面来进行讨论。
本文首先对光突发交换的概念,架构与研究现状进行了概述。
论文第二部分对基于JET协议的OBS网络流量的自相似性进行了深入的研究分析,发现了自相似性业务的长相关性不可抑制,同时,在此基础上提出了新型的突发汇聚机制,结果表明,它对流量具有较好的平滑性能,可较好的改善流量的短相关性,同时可有效避免边缘节点处的突发同步阻塞,改善网络性能。
第三部分讨论了JET协议在QoS保证,具体的信令帧与数据帧设计等方面的关键技术细节,本部分提出了一种在JET协议中,多跳网络下的绝对QoS保证偏置时间算法,同时针对其不足,给出了一种应用于边缘节点处的PP-LRE(并发处理—边缘节点时延缩减)调度策略,来有效满足时延敏感业务的需求。同时,本部分还给出了另一种辅助QoS机制的算法与实现,并且首次提出了使用JET协议的信令帧、数据帧格式,并讨论了应用细节。
资源竞争解决方式是基于JET协议的OBS网络中一个很重要的问题,第四部分中,针对传统JET-OBS网络下的即时调度方式,引入了延时调度的思想,并取得了较好的网络性能。同时,延迟调度思想是一个可扩展性很好的调度机制,易于与边缘节点和核心节点的调度算法进行结合,仿真表明,延迟调度机制可有效提高网络性能。
最后,在全光自路由的基础上,论文的第五部分对JET协议做了进一步改进,首次引入了OBS网络中并发调度处理的思想,提出了一种新型的资源预留协议—PS-JET协议,并对其协议细节、帧结构定义和性能评估等问题进行了深入的分析探讨。同时,仿真结果表明,相对传统JET协议,PS-JET协议对OBS网络中网络时延和丢包率这两个关键的指标有很大的改善和优化。