突發(fā)數(shù)據(jù)光傳送與分組模式光組播的核心機制和關鍵技術.pdf

1、數(shù)據(jù)業(yè)務的爆炸式增長及其在通信業(yè)務中所占比重的不斷增加使通信網絡中業(yè)務流量的特征發(fā)生了明顯的變化。流量相對平穩(wěn)的話音業(yè)務在通信業(yè)務中的主導地位已經完全被具有流量突發(fā)性的數(shù)據(jù)業(yè)務所取代。同時，IPTV，視頻點播，多方視頻會議等新業(yè)務的產生以及普及也使得點對多點的組播業(yè)務在整個通信業(yè)務中所占的比重顯著增加。承載業(yè)務的這些巨大變化使光網絡技術的發(fā)展已經由最初的以技術驅動為主逐步轉變?yōu)橐詷I(yè)務驅動為主。如何在光網絡中更靈活地實現(xiàn)突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務的全光

2、傳送以及如何更高效地實現(xiàn)組播數(shù)據(jù)的全光分組轉發(fā)已成為近年來光網絡數(shù)據(jù)傳送技術領域研究的重要內容。
　　 本文從通信業(yè)務對傳送網絡的需求出發(fā)，對突發(fā)數(shù)據(jù)光傳送和分組模式光組播的核心機制與關鍵技術進行了研究，具體包括以下內容：
　　 （1）在突發(fā)數(shù)據(jù)光傳送技術方面，本文通過數(shù)學分析、計算機仿真及硬件實驗等多種手段，對基于聲光可調諧濾波器（AOTF）的突發(fā)模式光傳送技術進行了性能分析和實驗驗證。該技術利用AOTF的微秒級快速可

3、調諧技術特點實現(xiàn)了WDM環(huán)網中光突發(fā)數(shù)據(jù)包的快速調諧接收。它的核心機制是通過令牌輪詢機制有效規(guī)避網絡中光突發(fā)數(shù)據(jù)包之間的資源競爭問題，進而實現(xiàn)面向業(yè)務突發(fā)性的靈活、可靠的全光數(shù)據(jù)傳送。從分析及實驗結果來看，令牌輪詢機制下的突發(fā)模式全光傳送技術雖然能夠在一定程度上提升網絡的整體效率以及靈活性，但最大突發(fā)包長度和最小突發(fā)包長度等參數(shù)的設置、網絡承載業(yè)務量的變化以及網絡規(guī)模的大小等都會對網絡的整體性能產生直接影響。文中給出了各個參數(shù)與網絡性能

4、之間明確的量化關系，為實際網絡設計以及性能評估提供了有效參考。
　　 （2）針對令牌輪詢機制下的光突發(fā)傳送技術在空間重用、服務質量分級等方面存在的不足，本文結合彈性分組環(huán)技術與突發(fā)模式光傳送技術，創(chuàng)新性地提出了面向數(shù)據(jù)業(yè)務多樣化性能需求的新型彈性突發(fā)環(huán)網絡技術。它將彈性分組環(huán)技術在空間重用、服務質量分級等方面的諸多優(yōu)勢擴展到多波長網絡中，實現(xiàn)了面向數(shù)據(jù)業(yè)務突發(fā)性和多樣性的新型光傳送技術。彈性突發(fā)環(huán)的核心機制是利用突發(fā)模式光傳送技

5、術實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸，并通過光電二級緩存機制解決突發(fā)數(shù)據(jù)包在傳送過程中的資源競爭問題。它采用基于優(yōu)先級的僅目的延遲控制協(xié)議，通過對不同等級業(yè)務設置不同的額外偏置時間并采用不同的資源競爭解決機制，實現(xiàn)彈性突發(fā)環(huán)靈活的服務質量策略，以此滿足網絡所承載的各種業(yè)務對傳輸性能的多樣化需求。文中分別介紹了彈性突發(fā)環(huán)的傳送機制、緩存機制、節(jié)點結構、控制機制以及服務質量策略等，并通過計算機仿真，對其網絡性能進行了研究。仿真結果表明，彈性突發(fā)環(huán)技術能夠有

6、效地實現(xiàn)多種不同等級業(yè)務的傳送并保證他們的服務質量。
　　 （3）在分組模式光組播技術方面，本文針對傳統(tǒng)并行模式全光分組組播技術代價高、靈活性差、組播成功率低等問題，創(chuàng)新性地提出了新型的串行模式全光組播機制。該機制的核心是利用光開關可控的全光環(huán)路實現(xiàn)對光組播數(shù)據(jù)包的緩存，并通過光信號在緩存器中的循環(huán)以及環(huán)上的光功率分路器和功率補償器件的復制及功率補償實現(xiàn)光組播數(shù)據(jù)包的串行輸出。與并行模式組播機制相比，它一定程度上緩解了組播數(shù)據(jù)包

7、對輸出時間的限制，部分地實現(xiàn)了光緩存的功能，有效提高了光組播數(shù)據(jù)包的轉發(fā)成功率。此外，本文通過硬件實驗對該機制的可行性進行了驗證，并從實驗結果中進一步分析了該機制存在的噪聲積累、額外組播延遲以及對輸入組播數(shù)據(jù)流的限制等問題。
　　 （4）針對串行模式組播機制的額外時延及噪聲積累等問題，本文提出了基于二級緩存結構的改進型混合模式全光組播機制。它通過二級緩存機制減少組播數(shù)據(jù)包的在全光環(huán)路中的循環(huán)次數(shù)，降低因光信號循環(huán)而產生的噪聲積累

8、。同時，它通過串行模式與并行模式的結合，降低組播數(shù)據(jù)包的額外組播時延以及對輸入組播數(shù)據(jù)流的限制。利用計算機仿真，本文對并行、串行及混合模式全光組播機制在光分組交換網絡中的性能進行了分析和比較。從仿真結果中可以看出，相比于并行和串行模式全光組播機制，混合模式全光組播機制能夠達到最高的組播成功率及最大的組播傳輸速率，具有最好的網絡性能。
　　 （5）為進一步提升全光分組組播技術的服務質量，本文提出了一種用于光標記交換網絡技術的基于延