《高速交换结构多播技术研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速交换结构多播技术研究（学位论文-工学）（166页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、密 级代 号 10701 学 号 09081110171分 类 号 TN915.05 公开题 （ 中 、 英 文 ） 目 高速交换结构多播技术研究Study on the Multicast Switching in High-speedSwitching Architectures作 者 姓 名 蒋泳波 指 导 教 师 姓 名 、 职 务 邱智亮 教授学 科 门 类 工学 学 科 、 专 业 通信与信息系统提 交 论 文 日 期 2013 年 6 月作者简介蒋 泳 波 ， 甘 肃 兰 州 人 。 1983 年 2 月 出 生 。 2006 年 毕 业 于西 安 电 子 科 技 大 学 通 信
2、 工 程 专 业 ， 获 工 学 学 士 学 位 。 2009 年毕 业 于 西 安 电 子 科 技 大 学 通 信 与 系 统 专 业 ， 获 工 学 硕 士 学 位 。自 从 2009 年 9 月 开 始 ， 在 西 安 电 子 科 技 大 学 通 信 与 信 息 系 统专 业 攻 读 工 学 博 士 学 位 ， 导 师 为 邱 智 亮 教 授 。主 要 研 究 方 向 ： 高 速 交 换 结 构 及 分 组 调 度 算 法 研 究 。代 表 性 成 果 及 经 历 ： 自 2009 年 以 来 ， 以 第 一 作 者 身 份 发表 国 际 期 刊 学 术 论 文 3 篇 ， 国 内 核
3、心 刊 物 论 文 1 篇 ， 其 中 2 篇 被 SCI 检 索 。Yongbo Jiang, was born in Lanzhou, GanSu Province, China, in 1983. He receivedhis B.A. in Telecommunication Engineering from XiDian University, Xian, China, in2006, the M.S. degree in Communication & Information System from XiDianUniversity, Xian, China, in 2009. H
4、e has been pursuing his Ph.D. degree inCommunication & Information System from XiDian University since September 2009,and his tutor is Prof. Zhiliang Qiu.His research interests include the high-speed switching architectures and packetscheduling agorithms.From 2009 to 2012, as the first author of the
5、 paper, he has published 3 papers ininternational journals, and 1 paper in internal journal, and two of the papers are indexedin Science Citation Index.西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉 承 学 校 严 谨 的 学 风 和 优 良 的 科 学 道 德 ， 本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研 究成果 。 尽 我 所 知 ， 除 了 文 中 特
6、别 加 以 标注 和 致 谢 中 所 罗 列 的 内 容 以 外 ， 论 文 中 不包含 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成果 ； 也 不 包 含 为 获 得 西 安 电 子 科 技 大 学 或其它 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的材 料 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做的任 何 贡 献 均 已 在 论 文 中 做 了 明 确 的 说明 并 表 示 了 谢 意 。申 请 学 位 论 文 与 资 料 若 有 不 实 之 处 ， 本 人 承 担 一 切 的 法 律 责 任 。本 人 签 名 ： 日 期 ：西安电子科技大
7、学关于论文使用授权的说明本 人 完 全 了 解 西 安 电 子 科 技 大 学 有 关 保 留 和 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 研 究生 在 校 攻 读 学 位 期 间 论 文 工 作 的 知 识 产 权单位 属 西 安 电 子 科 技 大 学 。 学 校 有 权 保留 送 交 论 文 的 复 印 件 ， 允 许 查 阅 和 借 阅 论文； 学 校 可 以 公 布 论 文 的 全 部 或 部 分 内容 ， 可 以 允 许 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 它 复 制手段 保 存 论 文 。 同 时 本 人 保 证 ， 毕 业 后结 合 学 位 论 文 研 究 课 题 再
8、撰 写 的 文 章 一 律 署 名 单 位 为 西 安 电 子 科 技 大 学 。（ 保 密 的 论 文 在 解 密 后 遵 守 此 规 定 ）本 学 位 论 文 属 于 保 密 ， 在 年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。本 人 签 名 ： 导 师 签 名 ：日 期 ： 日 期 ：摘 要摘 要随 着 互 联 网 高 速 化 和 宽 带 化 步 伐 的 加 速 以 及 各 种 新 型 应 用 的 兴 起 ， 要 求 作 为网 络 节 点 的 核 心 设 备 路 由 交 换 设 备 能 够适应 信 息 容 量 急 剧 膨 胀 和 网 络 业 务 多 样化 的 需 求 。 多 播 传 输 技
9、 术 能 够 有 效 解 决 点到多 点 发 送 相 同 数 据 的 问 题 ， 从 而 实 现网 络 中 点 到 多 点 的 高 速 数 据 传 送 ， 有 效 利用网 络 资 源 ， 节 约 网 络 带 宽 并 降 低 网 络负 载 。 目 前 核 心 路 由 器 多 采 用 交 叉 开 关 交 换 结 构 ， 并 且 已 经 产 生 了 大 量 性 能 优 良 、简 单 易 实 现 的 基 于 交 叉 开 关 的 调 度 算 法 来支持 单 播 业 务 ， 但 是 在 多 播 业 务 支 持 方面 ， 现 有 的 算 法 则 存 在 加 速 比 过 大 、 调 度机制 过 于 复 杂 和
10、 实 现 成 本 过 高 等 问 题 ，可 扩 展 性 较 差 ， 在 高 速 环 境 下 难 以 提 供 良 好 的 多 播 业 务 支 持 。 本 文 针 对 这 些 问 题 ，对 基 于 交 叉 开 关 的 高 速 交 换 结 构 及 多 播 调度算 法 进 行 了 重 点 研 究 ， 主 要 工 作 和 贡献 如 下 ：1 研 究 了 基 于 交 叉 开 关 结 构 的 多 播 队 头 阻 塞 缓 解 机 制 ， 在 此 基 础 上 提 出 三 种具 有 良 好 可 扩 展 性 的 输 入 排 队 多 播 调 度 算 法 （ MDRR、 MMWR 和 MMFR） 。现有的 基 于 交
11、叉 开 关 的 多 播 调 度 算 法 多 采 用 输 入 排 队 FIFO 结 构 ， 其 交 换 性 能 由 于 存 在多 播 队 头 阻 塞 问 题 而 受 到 限 制 。 为 了 减 小多播 队 头 阻 塞 的 影 响 ， 其 它 一 些 算 法 在各 个 输 入 端 口 为 多 播 业 务 维 护 多 个 队 列 并采用 迭 代 式 的 极 大 匹 配 算 法 对 多 播 业 务进 行 调 度 ， 在 高 速 的 交 换 环 境 下 ， 较 大 的算法 仲 裁 时 间 和 控 制 信 息 量 使 得 这 类 算法 实 现 困 难 。 本 文 充 分 利 用 多 播 信 元 一 对 多
12、 输 出 的 特 点 和 队 头 信 元 扇 出 的 差 异 性 ，提出三种非迭代式的两相（请求- 许可）多播匹配算法。算法采用新的多播队头阻塞 缓 解 机 制 ， 以 很 小 的 吞 吐 率 性 能 损 失 换取了 算 法 仲 裁 时 间 和 控 制 信 息 量 的 大 幅减 小 ， 更 适 合 高 速 、 大 容 量 的 交 换 环 境 。2 在 交 叉 开 关 多 播 调 度 算 法 的 基 础 上 ， 研 究 了 基 于 交 叉 开 关 结 构 、 支 持 单 多播 混 合 业 务 交 换 的 集 成 调 度 算 法 。 传 统 的单多 播 集 成 调 度 算 法 只 是 将 现 有
13、的 单 播调 度 算 法 与 多 播 调 度 算 法 进 行 了 简 单 集 成，并 采 用 多 次 迭 代 的 方 式 来 提 高 交 换 性能 。 随 着 链 路 速 率 的 不 断 提 高 ， 对 调 度 算法执 行 时 间 的 要 求 越 来 越 严 苛 ， 使 得 多次迭代很难实现。本文提出一种非迭代式的两相（请求- 许可）单多播集成调度算法 。 算 法 在 每 个 时 隙 对 单 多 播 业 务 串 行 进行匹 配 ， 避 免 了 现 有 算 法 单 次 迭 代 所 产生 的 许 可 阻 塞 的 影 响 ， 提 高 了 算 法 的 吞 吐 率 性 能 ， 同 时 大 大 减 小 了
14、 算 法 的 复 杂 度 。3 在 负 载 均 衡 交 换 机 的 理 论 基 础 上 ， 提 出 一 种 基 于 多 播 负 载 均 衡 、 支 持 单 多播 混 合 业 务 交 换 的 两 级 交 换 结 构 。 算 法 对 单 多 播 业 务 分 两 级 并 行 调 度 ， 流 水 操 作 。交 换 结 构 的 第 一 级 完 成 单 播 业 务 交 换 ， 同时对 多 播 业 务 进 行 负 载 均 衡 ； 交 换 结 构的 第 二 级 完 成 对 经 过 负 载 均 衡 的 多 播 业 务的交 换 ， 同 时 采 用 集 成 的 调 度 算 法 解 决单 多 播 业 务 对 于 交
15、换 结 构 输 出 端 口 的 争 用问题 。 基 于 多 播 负 载 均 衡 的 两 级 交 换 结构 对 于 多 种 业 务 模 型 ， 特 别 是 非 均 匀 的 单多播 混 合 业 务 模 型 具 有 较 低 的 交 换 时 延高 速 交 换 结 构 多 播 技 术 研 究和 较 高 的 吞 吐 率 ， 同 时 相 比 现 有 的 单 多 播集成 算 法 ， 其 仲 裁 时 间 和 控 制 信 息 量 大幅 减 小 ， 是 一 种 适 合 高 速 交 换 环 境 应 用 的 单 多 播 集 成 交 换 结 构 。4 三 级 Clos 交 换 网 络 由 于 其 具 有 良 好 的 可
16、扩 展 性 而 受 到 研 究 者 的 重 视 。 目 前对 于 Clos 网 络 的 多 播 调 度 算 法 以 及 单 多 播 集 成 调 度 算 法 的 研 究 非 常 少 ， 现 有 Clos网 络 对 多 播 业 务 的 支 持 是 通 过 在 输 入 端 将多播 信 元 扇 出 分 割 成 多 个 单 播 信 元 ， 然后采用单播调度算法完成多播信元的交换。这种实现方式一方面保留了现有 Clos网 络 单 播 调 度 算 法 在 高 速 环 境 下 应 用 所 具有的 可 扩 展 性 差 的 缺 点 ， 另 一 方 面 由 于属 于 同 一 多 播 信 元 的 多 个 复 制 信 元 在 交 换结构 中 经 历 不 同 的 排 队 和 调 度 时 延 ， 影响 了 多 播 信 元 输 出 的 同 步 性 ， 而 且 由 于 算法对 单 多 播 业 务 没
