光突發(fā)交換網(wǎng)絡的服務質(zhì)量及故障監(jiān)測機制研究.pdf

1、隨著通信量的增加和現(xiàn)代社會對通信依賴性的增強，人們對骨干網(wǎng)絡的帶寬和服務質(zhì)量(Quality of Service，QoS)提出了更高的要求，促使專家學者們加快了對全光網(wǎng)絡的研究。目前提出的實現(xiàn)方案主要有光電路交換(optical Circuit Switching，OCS)、光分組交換(optical Packet Switching，OPS)和光突發(fā)交換(Optical Burst Switching，OBS)三種方式。OBS汲取了

2、OCS和OPS的優(yōu)點，同時避免了它們的不足，被認為是現(xiàn)有條件下實現(xiàn)下一代全光互聯(lián)網(wǎng)最有競爭力的交換和傳輸技術。 光突發(fā)交換技術能承載上層不同種類的應用，如何滿足這些應用的服務質(zhì)量要求以及如何實施對OBS網(wǎng)絡本身的故障管理，是目前以及今后一段時間針對OBS研究的重點，這也是本文研究的主要內(nèi)容。本文重點研究了影響光突發(fā)交換網(wǎng)絡服務質(zhì)量的核心節(jié)點數(shù)據(jù)信道調(diào)度算法、核心網(wǎng)絡的競爭解析機制以及光突發(fā)交換網(wǎng)絡的故障監(jiān)測機制等重要問題。

3、 經(jīng)典的OBS數(shù)據(jù)信道調(diào)度算法LAUC復雜度低，但數(shù)據(jù)突發(fā)(Data Burst，DB)的丟失率比較高；而LAUC-VF算法充分利用了DB之間的空閑(void)，因此，DB的丟失率雖小，但時間復雜度高。本文第二章在對現(xiàn)有OBS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信道調(diào)度算法研究的基礎上，融合LAuC及LAUC-VF兩個算法的優(yōu)點又克服了它們的缺點，提出了基于數(shù)據(jù)突發(fā)長度(Data Burst Length-Based，DBIB)及基于空閑間隔(Void-Base

4、d，VB)兩種調(diào)度算法。它們的基本思想是根據(jù)在一定時間窗口T內(nèi)已調(diào)度成功的DB或者根據(jù)信道的空閑情況設定一個閾值，如果新到達的DB的長度大于閾值，采用LAUC算法來調(diào)度；否則采用LAUC-VF算法來調(diào)度。仿真結果表明，這兩種算法可以在實現(xiàn)較低運行時間的同時實現(xiàn)較小的DB的丟失率。 第三章首先對基于偏射路由的OBS網(wǎng)絡競爭解析機制進行了研究，發(fā)現(xiàn)偏射路由機制可能會導致偏射路由上正常(非偏射)突發(fā)的丟失率上升，針對這個缺點提出了無優(yōu)

5、先等級區(qū)分的基于競爭控制的條件偏射路由算法和有優(yōu)先等級區(qū)分的基于競爭控制的條件偏射路由算法。這兩種算法根據(jù)定義的偏射條件檢測函數(shù)，有條件的偏射或丟棄競爭突發(fā)，或限制偏射的高等級突發(fā)搶占正常突發(fā)預留資源的能力來保證正常突發(fā)的QoS。仿真結果表明我們所提出的算法可以很好地控制偏射突發(fā)對偏射路由上正常流量的影響并有效的提高整個網(wǎng)絡的突發(fā)丟失性能。 偏射路由是從本地節(jié)點層面來解決OBS核心網(wǎng)絡競爭問題，第四章則是從網(wǎng)絡層面來解決這個問題

6、。OBS核心網(wǎng)絡中目前研究采用的路由機制多是最短路徑優(yōu)先的路由選擇機制，這種路由機制本身的缺陷會使網(wǎng)絡有較大的阻塞概率，不能實時反映網(wǎng)絡流量的變化，同時對不同的網(wǎng)絡拓撲的適應性較差。本章提出了一種OBS網(wǎng)絡中能實現(xiàn)負載平衡的路由機制，對一個請求選擇一條可以使網(wǎng)絡中各鏈路使用波長數(shù)的統(tǒng)計方差最小的路由。仿真結果表明，該方法在阻塞概率方面要優(yōu)于最短路徑路由機制；而在傳輸延遲性能方面接近于最短路徑路由機制，同時對于不同的網(wǎng)絡拓撲以及節(jié)點流量的

7、變化都具有一定的適應性。 第五章在第四章的基礎上研究了考慮抗毀性能的OBS網(wǎng)絡中負載平衡的路由方法。該方法旨在保證網(wǎng)絡具有抗毀能力的同時盡量減少全網(wǎng)光域所使用的總波長數(shù)，降低網(wǎng)絡成本和控制復雜度；選擇路由時盡量保證全網(wǎng)負載平衡。文中以全網(wǎng)使用的波長數(shù)最少為優(yōu)化目標，建立新的整數(shù)線性規(guī)劃模型對多光纖網(wǎng)狀OBS網(wǎng)絡進行了抗毀設計，使用的保護策略包括共享通路保護和共享鏈路保護。文章用NSFNET網(wǎng)作為范例給出了波長總數(shù)和光纖總數(shù)的優(yōu)化

8、結果，并研究了不同保護策略對目標函數(shù)值的影響。仿真結果表明，該算法可有效地減少了全網(wǎng)總體所需的波長數(shù)，降低了網(wǎng)絡成本。 第六章在研究OBS的網(wǎng)絡結構和信令協(xié)議特點的基礎上，提出了一種用于光突發(fā)交換網(wǎng)絡的故障監(jiān)測機制，該機制針對傳統(tǒng)光網(wǎng)絡監(jiān)測方法在光突發(fā)交換網(wǎng)絡環(huán)境下必然產(chǎn)生過多誤告警的缺陷，充分利用突發(fā)控制分組所包含的數(shù)據(jù)信道占用信息，控制監(jiān)測點的告警允許時間，并使用告警過濾模塊，有效過濾DB之間的長時間空隙導致的誤告警，使故障

9、監(jiān)測點為故障定位模塊提供更為可靠的告警信息，從而達到快速故障檢測和故障定位的目的。仿真和分析表明該機制能有效減少誤告警數(shù)目，而幾乎不產(chǎn)生漏告警，特別是在需要的故障檢測時間越短時，過濾掉的誤告警數(shù)目越多。 第七章在充分研究OBS網(wǎng)絡特性和光性能監(jiān)測技術基礎上，提出了探測突發(fā)的概念，并提出了利用探測突發(fā)監(jiān)視OBS網(wǎng)絡性能和故障的監(jiān)測機制，該機制在OBS節(jié)點向數(shù)據(jù)信道周期性地或以某種特定方式發(fā)送探測突發(fā)，并在每個下一跳節(jié)點監(jiān)測探測突發(fā)

10、的誤碼情況，分析其誤碼特點，依此來評估每兩個節(jié)點間的數(shù)據(jù)信道狀態(tài)，判斷被監(jiān)測網(wǎng)絡是否有故障發(fā)生。該機制能在很短時間內(nèi)定位突然中斷或惡化的故障信道，還可對所監(jiān)視網(wǎng)絡的老化等軟故障進行有效的預警和評估，具有很高的實用價值和可操作性。同時，針對光突發(fā)交換網(wǎng)狀網(wǎng)中采用逐跳探測的故障監(jiān)測方法監(jiān)測成本過高的缺陷，提出了基于探測圈覆蓋的故障監(jiān)測機制。該機制利用啟發(fā)式深度優(yōu)先搜索(HDFS)、最短路徑歐拉匹配(SPEM)和啟發(fā)式生成樹圈覆蓋(HST)三