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1、上海交通大学 硕士学位论文 光分组交换网络核心节点结构研究 姓名：李同伟 申请学位级别：硕士 专业：电子信息与电气工程学 指导教师：肖石林 20080101 上海交通大学硕士学位论文 光分组交换网络核心节点结构研究 摘 要 光分组交换网络核心节点结构研究 摘 要 近年来，在以 IP 为代表的数据业务为代表的爆炸性增长所产生 的带宽需求和 DWDM 技术提供超大容量带宽资源的双重刺激下，传统 的连接占主导地位的光网络正朝着适合传输高带宽的以 IP 为中心的 数据业务的新一代光网络转变。在这些涌现出的新型光网络技术中， 光分组交换技术以其独特的优势成为未来光交换技术的发展方向。 本文的工作是在对光
2、分组交换网络核心节点的结构比较和核心节 点资源分配策略的基础上， 提出了一种改进的空分交换型光分组交换 结构以及相应的光缓存调度算法， 并对该结构的交换性能进行仿真研 究。主要内容包括： 1 绪言。介绍了光交换技术的发展现状，并重点介绍了光分组交 换的特点和发展情况。 2 光分组交换关键技术。详细阐述了实现光分组交换网络所必须 依赖的关键技术，重点介绍了光分组技术、同步技术和光分组竞争解 决技术。 3 光分组交换网络核心节点结构。主要按照核心节点功能的实现 方式介绍了一种传统的核心节点结构， 并在此基础上对各种节点结构 的优劣进行了分析和比较。 4 光分组交换网络核心节点的资源分配。阐述了光分
3、组交换核心 节点内部资源的分配策略， 包括可调波长变换器和光线延迟线光缓存 V 光分组交换网络核心节点结构研究 的分配策略，其中以光缓存资源的分配作为重点。 5 一种改进的空分交换型光分组交换核心节点结构及其性能分 析。在第三章和第四章的基础上，提出一种改进的核心节点结构和相 应的缓存调度算法，并对其交换性能进行仿真研究。 6 总结与展望 关键词关键词：光分组交换,光缓存,光纤延迟线,可调波长变换器 VI 上海交通大学硕士学位论文 Study on the architectures of optical packet switching network node Abstract In th
4、e past years,IP and other data traffic grow greatly,and meanwhile the capacity of dense wavelength-division multiplexing transmission increases multiply.Recently,the legacy connect-oriented network is evolved towards IP-center data network and,as a result,new generation optical network emerges.Among
5、 these new optical switching techniques,optical packet switching(OPS) becomes the ideal one in the future. In this thesis,we first introduce some traditional architectures of optical packet switching node,and the scheduling methods of resources in the node,including the tunable wavelength converter(
6、TWC) and optical buffers consisting of fiber delay lines(FDL).After that,we propose an approved architecture of OPS node,SFOB,and offer the scheduling method of FDL buffer. Simulation has been carried out to study the packet loss probability of the SFOB architecture under random network traffic load
7、.The organization of this thesis is as follows: Chapter 1 is an introduction.We give a brief overview of the development of optical switching technologies,especially the features of opticla packet switching. Chapter 2 is key techniques in OPS.We introduce some keys VII 光分组交换网络核心节点结构研究 VIII technique
8、s that have to be overcome in order to implement the OPS network,focusing on the techniques of optical packeting,packet synchronization and contention resolution. Chapter 3 is the the architectures of OPS node. We discuss some traditional architectures of OPS node and give a comparation of the advan
9、tages and disadvantages among these architecture. Chapter 4 is the scheduling methods of switching resources in OPS node.In this chapter,the scheduling methods of FDL optical buffers are discussed in detail,besides an brief introduction of the scheduling methods of TWCs. Chapter 5 is an inproved arc
10、hitecture of space-devision switch OPS node and its performance analysis.Based on chapter 3 and chapter 4,this apporved architecture is proposed,SFOB,and its performance is studied with simulation. Chapter 6 is a summary and perspective on the related work. Key Words: OPS, optical buffer, FDL, TWC 上
11、海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：李同伟 日期：2008 年 1 月 24 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并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。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文
12、的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：李同伟 指导教师签名：肖石林 日期：2008 年 1 月 24 日 日期：2008 年 1 月 24 日 上海交通大学硕士学位论文 第一章第一章 绪论绪论 以 1976 年第一次实现光纤通信为标志，此后，光纤通信技术以远远超乎人 们预料的速度发展，光纤通信已成为现代通信传输特别是干线传输的主要方式, 并迅速向用户端扩展 1。 当今信息时代，Internet 网络和基于网络的各类数据业务的迅
13、猛增长，驱动 了对传输带宽需求的不断增长， 同时产生了通过增加带宽来增加现有骨干网传送 能力的巨大需求。借助高速光发射和接收技术, 单一光波长的传输容量做到了 40Gb/s， 并已有 80Gb/s 的试验系统， 而且所报道的实验系统传输容量越来越大。 现在已有容量超过 10T 的传输实验系统报道，形成了一种传输容量呈“爆炸性 增长”的现象。同时，波分复用技术提供了一个能够开发光纤中巨大的带宽资源 潜力以满足不断增长的带宽需求的技术平台。 光纤传输上取得的技术成就对网络 节点处理能力提出了新的要求。然而在现有的交换网络中，无论是线路交换还是 分组交换，都是基于电交换技术，每个节点所采用的电交换技
14、术已接近了电子速 率的极限，使得交换速率和传送线路所能达到的速率形成很大的反差。造成了电 子技术上的“速度瓶颈” 。现在光子技术发展中，对光信号基于光特性的直接处 理还处于空白阶段，导致一种“光处理瓶颈” 。两个“瓶颈”限制了整个通信网 络的发展，同时也促使了人们对光交换技术进行进一步的研究。 1.1 光交换技术的发展光交换技术的发展 所谓光交换技术，是指在网络的交换节点处不经过“光一电一光”转换，而 在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。 它克服了电交换与光传输子网并 存带来的需配置大量光/电接口和速率不匹配的问题，大量节省组网和网络升级 成本，提高网络的重构灵活性和生存性，具有加快网络
15、恢复速度、简化网络控制 操作等优点。 根据交换粒度的不同， 光交换大致可分为光线路交换(OCS: Optical Circuit Switching)、光突发交换(OBS: Optical Burst Switching)和光分组交 换(OPS: Optical Packet Switching)三种。 1.1.1 光线路交换（OCS） 1.1.1 光线路交换（OCS） 光线路交换的交换方式与传统的电路交换相对应， 它以整个光波长为交换粒 度，一个交换过程可分为三个阶段:光路建立、光路保持和光路释放 2。现有的 光传送网(OTN: Optical Transport Network)中就是采用
16、这种交换方式。然而， 随着IP业务成为网络的主导业务， 这种以整个光波长为交换单位的交换方式并不 3 光分组交换网络核心节点结构研究 适合电层具有突发性的IP业务。 为了解决这种交换粒度间的差异并提高带宽利用 率，人们提出了多种网络架构，其中IP over WDM directly是较理想的一种网络 架构。 在IP over WDM directly的网络架构下，IP网络与光网络的融合可以有如下 三种基本形式:静态重叠模式、动态重叠模式和动态对等模式 3。 (1) 静态重叠模式 在这种融合方式中，IP网络直接架于光传送网(OTN)之上，IP层与光层之间 的控制采用静态的方式，并且两层之间采用“重叠模型”相互作用。所谓的重叠 模型就是IP网络和光网络以Client/Server关系相互作用，IP网络作为光网络的 客户，是“看不见”光网络的具体实现细节的。在这种模型中，光网络为IP域提 供点到点的连接.IP路由协议和光层的路由和信令协议是独立的。这种网络称为 具有“静态IP层一光层重叠控制平面”的网络。 (2) 动态重叠模式 由于IP业务
