《基于网络编码交换系统仿真平台的设计与实现》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于网络编码交换系统仿真平台的设计与实现（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学技术大学 硕士学位论文 基于网络编码交换系统仿真平台的设计与实现 姓名：柴凯 申请学位级别：硕士 专业：计算机软件与理论 指导教师：许胤龙 2011-04-25 摘 要 I 摘摘 要要 互联网兴起以来，多媒体、视频会议等组播应用越来越广泛，人们对于网 络服务质量(QoS)需求急速攀升。但是作为网络传输核心的交换系统，虽然历经 多次体系变革，仍然无法完全满足要求。联合输入输出排队的交换结构虽然能 够一定程度上发挥输入排队和输出排队的优势，但随着交换规模的增长，达到 100%组播吞吐率对于加速比的需求是没有上限的。数学分析结果表明，网络编 码能够增大交换结构组播的可达速率区域，并允许为那些
2、原来不能服务的业务 流量模型服务，而且组播达到 100%吞吐率所需最小加速比上限也相应降低。 目前编码交换的研究主要在于理论分析， 而实际应用和实验数据稍显不足。 依照并行处理与交叉开关相结合的体系结构， 采用联合输入输出缓存排队模型， 我们设计并实现了基于网络编码的交换系统仿真平台(NCSPS)。NCSPS 不仅集 成了传统交换和编码交换的功能，同时通过预留接口方便新技术的实现，为交 换技术的研究提供一个统一的参考标准和比较对象。NCSPS 主要有四方面特 点： (1) 基于 Java 实现，具有面向对象、跨平台特点，同时在多线程并发方面有较 高的健壮性和稳定性。 (2) 各个子模块力求“松
3、耦合” ，从而实现业务流、交换结构和调度策略的分离。 各个模块之间彼此提供调用接口，以数据流驱动方式协调工作。 (3) 具有较好的灵活性和扩展性。用户可以在端口数目、流量模型、调度算法、 编码算法等方面自定义系统配置，同时预留的接口方便新模块的实现。 (4) 重点关注线性编码。编解码子模块仅实现了线性编解码算法。从实验结果来 看，线性编解码一定程度上能够满足要求。 通过设定不同的输入业务流量模型、端口数、负载以及调度策略，我们对 传统交换和编码交换进行仿真实验，得到了时延、丢包率和队列占有率等数据 结果。从仿真结果分析来看，编码交换在时延、丢包率和队列占有率等性能指 标上优于传统交换，而且负载
4、越大、端口越多优势越明显。当负载超过 0.8 时， 编码交换的时延平均比传统交换低 30%以上， 缓存占有率和丢包率低 20%以上。 这验证了编码交换的理论的合理性，也为交换系统结构的研究提供了一种新的 思路和启发。 关键词：关键词： 网络编码 交换系统 仿真 交换结构 Abstract II ABSTRACT Since the development of the Internet, multimedia, video conferences and other multicast applications become increasingly wide range, and peopl
5、e requirements for the network quality of service (QoS) rapidly rise. But as the core of transmission network, the architectures of switching systems change several times, but still not fully meet the requirements. Combined Input and Output Queuing (CIOQ) may take advantage of Input Queuing (OQ) and
6、 Output Queuing (IQ) to some extent. However, even allowing fan-out splitting and inter-flow coding, as the switch size increases, there is not an upper limit of switching fabric speedup to achieve 100% throughput for multicast services. Graph theory model results show that network coding can increa
7、se up the achievable rate region for multicast, and can sustain traffic patterns that cannot be served if network coding were not allowed. To achieve 100% throughput, the upper limit for a minimum speedup reduces. Currently, the research of coding switching focuses on theoretical analysis, and there
8、 is some deficiency on applications and experiment data. According to the architecture of combination of parallel processing and crossbar fabric, with the CIOQ model, we design and implement the Network-Coding based Simulation Platform for Switches (NCSPS). NCSPS not only integrates the functions of
9、 traditional switching and coding switching, but also is convenient to implement new technologies with interfaces. NCSPS provides an important reference standard and comparison objects for switching research. There are mainly 4 features in NCSPS: (1) It is implemented in Java. NCSPS is object-orient
10、ed and provides cross-platform ability. In addition, it has high robustness and stability in multithreaded concurrency. (2) Each sub-module strives to “loosely coupled” in order to separate the traffic model, switching fabric and scheduling strategies. The sub-modules provide interfaces for each oth
11、er, and cooperate driven by data flows. (3) It has good flexibility and scalability. Users can configure almost modules, and the interfaces are convenient to implement new technologies. (4) We focus on linear network-coding. The sub-modules only implement linear coding and decoding algorithms. Accor
12、ding to experiment results, the linear coding and decoding algorithms meet the needs to a certain extent. Abstract III With different configurations of input traffic model, port number, traffic load and scheduling strategy, we simulated switching systems with and without network coding, obtaining th
13、e results about cell delay, packet loss and queue share. Analysis on the simulation results shows that network coding switching achieves better performance on cell delay, packet loss and queue share, and the greater the load and the more the port number ,the more obvious the advantage is. When the l
14、oad exceeds 0.8, the average cell delay of network-coding switching is 30% lower than that of traditional switching, and queue share and packet loss rate are 20% lower or more. This verifies the rationality of the coding theory, but also provides a new way of thinking and inspiration on the structur
15、e of switching systems. Keywords: network coding, switching system, simulation, fabric switch 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作 了明确的说明。 作者签名：_ 签字日期：_ 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用
16、权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅， 可以将学位论文编入 中 国学位论文全文数据库等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 公开 保密（_年） 作者签名：_ 导师签名：_ 签字日期：_ 签字日期：_ 第 1 章 绪 论 - 1 - 第第1章 章 绪绪 论论 交换系统是 Internet 网络的传输核心设备， 但目前面临很多挑战。 网络编码 理论的提出和发展，为交换技术的研究提供了一种新思路和方法。基于联合输 入输出排队模型，我们设计并实现了编码交换仿真平台，验证了编码交换的合 理性。 1.1 交换系统的研究背景和意义 1.1.1 交换系统的定义和作用 Internet 自出现以来，就一直保持高速
