摘要 隨著業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)和光傳輸技術(shù)的高速發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)將逐漸由光傳輸、電 交換向光傳輸、光交換系統(tǒng)演變。光突發(fā)交換( o b s ) 作為一種過渡性交換技術(shù)， 以其良好的數(shù)據(jù)單元支持性和可實(shí)現(xiàn)性受到廣泛關(guān)注。目前的光纖城域網(wǎng)大都采 用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定、硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的環(huán)形拓?fù)?，隨著w d m 技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用 o b s 思想的w d m 城域光纖環(huán)網(wǎng)成為研究熱點(diǎn)之一。 針對(duì)這一研究熱點(diǎn)，本文首先提出了一種新型光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案一虛同 步光突發(fā)環(huán)( v s o b r ) 。該方案將數(shù)據(jù)信道劃分時(shí)隙，采用彈性偏移時(shí)間控制機(jī) 制( r o t c ) 實(shí)現(xiàn)控制信道中突發(fā)控制標(biāo)簽( b c l ) 與數(shù)據(jù)信道中數(shù)據(jù)突發(fā)時(shí)隙 ( d b s ) 之間的持續(xù)映射和有效控制；其主要優(yōu)點(diǎn)是支持光纖鏈路空間重用、信 道接入快速靈活、支持可搶占的優(yōu)先級(jí)，并且既不要求在結(jié)點(diǎn)配置光纖延遲線也 不要求全網(wǎng)結(jié)點(diǎn)嚴(yán)格同步。文中詳細(xì)介紹了o p n e tm o d e l e r1 0 5 仿真軟件下 v s o b r 的整體設(shè)計(jì)、結(jié)點(diǎn)的模型建立和網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)母鞣N分組格式，旨在構(gòu)建 一種靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)的通用v s o b r 仿真模型。最后，根據(jù)大量仿真數(shù)據(jù)，分析 了v s o b r 的最大吞吐量、丟失率等關(guān)鍵性能；結(jié)果證明v s o b r 較已有環(huán)網(wǎng)控 制方案有更優(yōu)良的性能。 關(guān)鍵詞：光突發(fā)交換光突發(fā)環(huán)網(wǎng)突發(fā)控制標(biāo)簽數(shù)據(jù)突發(fā)時(shí)隙虛同步光突發(fā)環(huán) a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e m e n to ft r a f f i cr e q u i r e m e n t sa n dt h ed e v e l o p m e n to fo p t i c a l t r a n s m i t t i n gt e c h n o l o g y , t h ec u r r e n to p t i c a ln e t w o r k i s e v o l v i n gi n t oa l la l l o p t i c a l s y s t e mw i t ho p t i c a lt r a n s m i t t i n ga n do p t i c a ls w i t c h i n gc a p a b i l i t i e s ，w h i l ei t w a sa l l o p t i c a lt r a n s m i t t i n ga n de l e c t r i c a ls w i t c h i n gs y s t e m o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) ， r e g a r d e d a sat r a n s i t i o n a l s w i t c h i n gt e c h n o l o g y , a t t r a c t sm o r e a t t e n t i o nf o ri t s b u r s t - b a s e dt r a n s p o r t i n ga n dt e c h n o l o g i c a lf e a s i b i l i t y a tt h es a m et i m e ，w d mr i n g m e t r o p o l i t a nn e t w o r k sa r eu s u a l l ya d o p t e dt h a n k i n gf o rm a t u r ew d m t e c h n o l o g ya n d s i m p l er i n gt o p o l o g y n o w , aw d mr i n gm e t r o p o l i t a no p t i c a ln e t w o r kw i t ho b s t e c h n o l o g yh a sb e c o m eo n e o ft h eh e a t e ds t u d y i n gp o i n t s f i r s t l y , an e wm e t h o do fc o n t r o l l i n ga l lo p t i c a lb u r s tr i n gn e t w o r k i sp r e s e n t e d h e r e ，c a l l e dv i r t u a ls y n c h r o n i z e d - o p t i c a lb u r s tr i n g t h ep r e s e n t e ds c h e m es p l i t sa l l d a t ac h a n n e l si n t os m a l ls l o t sa n du s e sa ne f f e c t i v er e s i l i e n t o f f - t i m ec o n t r o l m e c h a n i s m ( r o t c ) t ok e e pt h eo f f s e tt i m el a r g ee n o u g hb e t w e e nt h eb u r s tc o n t r o l l a b e lf b c l ) i nt h ec o n t r o lc h a n n e la n dt h ed a t ab u r s ts l o t ( d b s ) i nt h ed a t ac h a n n e l s ； i t sm a i na d v a n t a g e sa r ei t ss u p p o r t i n gt h es p a c er e u s eo ff i b e rl i n k s ，f a s ta n df l e x i b l e b a n d w i d t ha c c e s s i n g , p e r m i t t i n gp r e e m p t i v ep r i o r i t ya n dr e q u i r i n gn e i t h e rf d l si n e a c hn o d en o rs t r i c tc l o c ks y n c h r o n i z a t i o nt h r o u g ht h en e t w o r k t h e n ，t h es i m u l a t i o n m o d u l e so fi n i t i a l i z a t i o nn o d e ，s o u r c en o d e ，v i r t u a ls y n c h r o n i z e d - o p t i c a l b u r s t a d d d r o pm u l t i p l e x e r ( v s o b a d m ) n o d ea n da l lp a c k e tf o r m a t sp r e s e n t e di n t h i s s y s t e ma l ed e s c r i b e di n d e t a i lu n d e ro p n e tm o d e l e r1 0 5s o f t w a r e t h ea i mo f c o n s t r u c t i n gt h e s em o d u l e si st ob u i l dag e n e r a l i z e dv s o b rs i m u l a t i o nm o d e lw i t h f l e x i b i l i t ya n dg o o de x p a n s i b i l i t y f i n a l l y , t h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ea n a l y z e da n ds h o w t h eg o o dp e r f o r m a n c e so fv s - o b ri nm a x i m a lt h r o u g h p u t ，l o s sp r o b a b i l i t i e s ，e n d t o e n dd e l a ya n ds oo n k e y w o r d s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g o p t i c a lb u r s tr i n gn e t w o r k s b u r s t c o n t r o ll a b e ld a t ab u r s ts l o tv i r t u a ls y n c h r o n i z e d - o p t i c a lb u r s tr i n g 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究 成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不 包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或 其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做 的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名：塹遮 日期：, a 0 0 7 二3 3 - 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究 生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。本人保證畢 業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時(shí)署名單位仍然為西安電子科技大學(xué)。 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜?部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。( 保密的論文 在解密后遵守此規(guī)定) 本人簽名： 導(dǎo)師簽名： 予次 日期： 日期： 2 0 0 73 s 緒論 緒論 隨著信息社會(huì)的發(fā)展，各種新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，近年來i n t e r a c t 上通信業(yè)務(wù)量 呈爆炸性增長(zhǎng)。現(xiàn)在加入i n t e m e t 的用戶已超過2 億，并以每年1 6 5 的增長(zhǎng)率在 全球擴(kuò)展；i n t e m e t 上的數(shù)據(jù)量每1 0 0 天就翻一番，每3 0 分鐘就需增加新的網(wǎng)絡(luò) 連接骨干網(wǎng)，每6 - - 9 個(gè)月帶寬就得漲一倍。傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)越來越難以適應(yīng)這些 需要。隨著光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)正在向新一代網(wǎng)絡(luò)演變。 1 9 6 6 年英籍學(xué)者c k k a o ( 高錕) 和c a h o c k h a m 發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概 念的論文，指出了利用光纖傳輸信息的可能性和技術(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光纖通信 的基礎(chǔ)。繼美國(guó)人梅曼發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器之后，氦一氖激光器、二氧化 碳激光器的發(fā)明和完善極大地促進(jìn)了光通信的發(fā)展。光通信已經(jīng)由點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸 系統(tǒng)迅速演變?yōu)榇笠?guī)模的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)前光通信發(fā)展進(jìn)入這樣一個(gè)承上啟下的 新階段，人們熱衷于兩方面的研究：一方面在傳輸領(lǐng)域追求大容量、高速率和長(zhǎng) 距離；另一方面開始研究新的光交換和組網(wǎng)技術(shù)，尋找更加經(jīng)濟(jì)、靈活、可靠的 途徑將光纖通信的巨大傳輸容量提供給用戶使用。 摻鉺光纖放大器( e d f a ) 和波分復(fù)用( w d m ) 技術(shù)先后成熟并商用，使光 通信傳輸領(lǐng)域不斷取得突破。在2 0 0 5 年度的光纖通信會(huì)議o f c 和o c e c 上報(bào)道 了單纖1 0 波長(zhǎng)，每波長(zhǎng)信道3 2 0 g b s 的w d m 實(shí)驗(yàn)系糾1 j ；而全部使用拉曼放大 器的4 0 4 0 g b s 的海底光纜傳輸系統(tǒng)傳輸距離超過1 00 0 0 公里【2 1 。目前，采用 w d m + 光放大器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1 5 9 x 4 0 g b s 無電中繼傳輸61 0 0 k i n 3 1 ，3 7 3 1 0 g b s 傳輸1 10 0 0 k m 引。 在網(wǎng)絡(luò)方面，以i p 為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)和以w d m 為基礎(chǔ)的光層組網(wǎng)技 術(shù)結(jié)合成為當(dāng)前發(fā)展的一種趨勢(shì)。最新提出的l p 分組直接在w d m 層上傳輸?shù)木W(wǎng) 絡(luò)模型( i p o v e r w d m ) 較以前的i p o v e r a t m 和i p o v e r s d h s o n e t 減小了網(wǎng)絡(luò) 功能冗余，節(jié)省了協(xié)議開銷，避免了a t m s o n e t 設(shè)備花費(fèi)：同時(shí)它結(jié)合光層和 i p 層的路由和恢復(fù)功能，提供了動(dòng)態(tài)的波長(zhǎng)路由及類似于s d h 的恢復(fù)性能。但 相比高速發(fā)展的傳輸領(lǐng)域，由于電子器件數(shù)據(jù)處理速率的固有限制，光通信網(wǎng)絡(luò) 需在電域進(jìn)行的控制、交換等電處理能力已嚴(yán)重滯后，漸漸成為光網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。 光信號(hào)僅被用于信息的傳輸，光纖僅當(dāng)作“導(dǎo)線”，并未發(fā)揮出巨大帶寬等優(yōu)越性。 為解決電子瓶頸限制，降低交換成本，研究人員開始在交換系統(tǒng)中引入光子技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)光交換。 本文即在光交換的研究基礎(chǔ)上探索新的w d m 環(huán)網(wǎng)交換控制技術(shù)。文中各章 內(nèi)容安排如下： 2一種新型w d m 虛同步光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的研究 第一章介紹新型光交換技術(shù)和已有的幾種w d m 環(huán)網(wǎng)控制方案； 第二章論述本文提出的新型光突發(fā)環(huán)網(wǎng)控制方案的結(jié)構(gòu)和工作原理； 第三章描述實(shí)現(xiàn)這種新型光突發(fā)環(huán)網(wǎng)控制方案的仿真模型，該模型是在 o p n e t 網(wǎng)絡(luò)仿真軟件平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)的： 第四章根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)這種新型光突發(fā)環(huán)網(wǎng)控制方案的一些重要性能進(jìn)行了 分析。 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò)3 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò) 1 1 基于w d m 的新型光交換技術(shù) 基于w d m 的新型光交換技術(shù)是指由源結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)在中間節(jié)點(diǎn)不經(jīng)過任 何光電光轉(zhuǎn)換，直接從輸入端交換到不同的輸出端，在宿結(jié)點(diǎn)才將信號(hào)轉(zhuǎn)換到 電域處理。這樣端到端的全光數(shù)據(jù)傳送技術(shù)有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 提高結(jié)點(diǎn)吞吐量。光交換不受檢測(cè)器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制， 可以大大提高交換單元的吞吐量。 ( 2 ) 降低交換成本。光信號(hào)在通過交換單元時(shí)，不需要經(jīng)過光電光轉(zhuǎn)換，可 以省掉昂貴的光電接口器件。 ( 3 ) 透明性。光交換對(duì)比特率、信號(hào)調(diào)制方式和通信協(xié)議透明，具有良好的升 級(jí)能力。 w d m 全光交換技術(shù)包括光線路交換( o c s ，o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) ，光 分組交換( o p s ，o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 和光突發(fā)交換( o b s ，o p t i c a lb u r s t s w i t c h i n g ) 等，它們具有不同的交換控制方式和顆粒度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)點(diǎn)的控制 處理能力、光域交換能力、器件響應(yīng)速度和光域存儲(chǔ)能力也有各自不同的要求。 1 1 1 光線路交換技術(shù)( o c s ) o c s 采用類似于電話交換系統(tǒng)中的信令方式，通過雙向預(yù)約資源的信令機(jī)制 建立起邊緣結(jié)點(diǎn)之間的透明光通道。透明是指交換結(jié)點(diǎn)將輸入波長(zhǎng)上的信號(hào)不加 改變地轉(zhuǎn)接到指定的輸出波長(zhǎng)上，與這些波長(zhǎng)上的傳輸速率、調(diào)制方式、編碼格 式和承載業(yè)務(wù)等無關(guān)。o c s 中的交換結(jié)點(diǎn)采用光交叉連接設(shè)備( o x c ，o p t i c a l c r o s s c o n n e c t ) ，通過光纖鏈路相互連接，中間結(jié)點(diǎn)不需要使用光環(huán)存。每條鏈路 中光纖的數(shù)目、每根光纖上波長(zhǎng)信道的數(shù)目都會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)上可以建立的波長(zhǎng)通 道連接的總數(shù)。 o c s 網(wǎng)絡(luò)交換過程分為三個(gè)階段：光路建立、光路保持、光路釋放。o c s 通 過雙向信令建立連接，如果連接持續(xù)時(shí)間較短，開銷就會(huì)增加。建立連接所需的 時(shí)延在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中就成為一個(gè)問題。 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器( w c ，w a v e l e n g t hc o n v e r t e r ) 對(duì)o c s 網(wǎng)絡(luò)的性能具有重要的影 響。在光網(wǎng)絡(luò)中，不具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的o x c 稱為波長(zhǎng)選擇交叉連接設(shè)備 4 一種新型w d m 虛同步光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的研究 ( w s x c ，w a v e l e n g t h s e l e c t i v ec r o s s c o n n e c t ) 。經(jīng)過w s x c 結(jié)點(diǎn)的波長(zhǎng)通道， 輸入波長(zhǎng)和輸出波長(zhǎng)必須相同，否則連接無法建立，這一限制條件稱為“波長(zhǎng)一 致性限制。具備波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的o x c 稱為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換交叉連接設(shè)備( w i x c ， w a v e l e n g t h i n t e r c h a n g i n gc r o s s c o n n e c t ) 1 5 i 。通過w i x c 建立起來的波長(zhǎng)通道可 在不同的光纖鏈路上使用不同的波長(zhǎng)，稱之為虛波長(zhǎng)通道。虛波長(zhǎng)通道放松了對(duì) 波長(zhǎng)一致性的要求，但是要想完全不受波長(zhǎng)一致性限制的束縛，網(wǎng)絡(luò)中必須全部 采用具有全范圍波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的w i x c ，這無論從技術(shù)能力或經(jīng)濟(jì)成本上考慮， 目前都不現(xiàn)實(shí)。然而使用有限范圍波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，也存在器件經(jīng)濟(jì)成本的問題。w c 的使用提高了波長(zhǎng)利用效率，但以波長(zhǎng)為單位動(dòng)態(tài)建立連接制約了帶寬顆粒度， 所以o c s 很難直接支持顆粒度小動(dòng)態(tài)性很強(qiáng)的i p 業(yè)務(wù)。 1 1 2 光分組交換技術(shù)( o p s ) o p s 是將電分組交換的思想應(yīng)用在光域。數(shù)據(jù)凈荷以光分組的形式在波長(zhǎng)上 傳送，控制所需的目的地址、優(yōu)先級(jí)、凈荷類型等分組頭信息與凈荷一起傳送， 在交換結(jié)點(diǎn)不對(duì)全部分組進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換的情況下實(shí)現(xiàn)分組頭的提取、改寫和 插入，凈荷在光域進(jìn)行緩存和轉(zhuǎn)發(fā)。 由于信道速率極高，這種操作并非易事。目前一種較有希望的方案是采用副 載波調(diào)制( s c m ，s u b c a r r i e rm o d u l a t i o n ) 技術(shù)i 叫，將分組頭信息以低頻副載波 的形式調(diào)制到分組凈荷部分，不同的波長(zhǎng)上采用不同的副載波頻率。在交換機(jī)的 接收側(cè)通過濾波器分離副載波，進(jìn)行信息提取、處理和重寫。之后在輸出端口通 過光波調(diào)制技術(shù)將更新后的分組頭加載到輸出分組上。由于頭信息的處理需要一 定的時(shí)間，o p s 的輸入端口會(huì)采用一定長(zhǎng)度的光纖延遲線( f d l ，f i b e rd e l a yl i n e ) 來抵消分組頭和凈荷之間的時(shí)延差異。 o p s 中的關(guān)鍵技術(shù)還包括沖突解決、突發(fā)分組接收、快速時(shí)鐘恢復(fù)、交換結(jié) 構(gòu)和光緩存技術(shù)，全光分組傳輸和交換中基于光分組的功率均衡、色散、串?dāng)_、 非線性等。一些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目前存在以下難點(diǎn)： ( 1 ) 光分組交換通常工作于同步狀態(tài)，提取和插入分組頭，需要時(shí)鐘同步，難 度較大。 ( 2 ) 光分組交換本質(zhì)上是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，現(xiàn)階段缺乏可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取的 光緩存設(shè)備。在研究中采用光纖延遲線( f d l ) 充當(dāng)光緩存，起抵消分組頭和凈荷 之間時(shí)延差作用時(shí)，需要配合光開關(guān)等器件使用；起減小接收沖突的作用時(shí)，只 能將相應(yīng)的光分組數(shù)據(jù)按序延時(shí)一定的時(shí)間，而且通過增加延遲線數(shù)目來滿足大 容量緩存需求不實(shí)際。 ( 3 ) 光分組交換中凈荷的轉(zhuǎn)發(fā)是通過對(duì)光交換矩陣的配置實(shí)現(xiàn)的，而配置光交 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò) 5 換矩陣的延時(shí)有較嚴(yán)格的要求。 綜上，o p s 雖然直接對(duì)應(yīng)電域分組交換，對(duì)i p 分組業(yè)務(wù)的支持最為理想，但 目前人們?cè)诠庥虻奶幚硎侄芜€不夠成熟，造成這些關(guān)鍵問題沒有理想的解決方案， o p s 的實(shí)用化受到影響。 1 1 3 光突發(fā)交換技術(shù)( o b s ) o c s 以波長(zhǎng)作為網(wǎng)絡(luò)資源的基本調(diào)度單位，因顆粒度太大而缺乏靈活性，尤 其不適應(yīng)高突發(fā)性和未來數(shù)字視頻業(yè)務(wù)；o p s 又因其所需器件難以實(shí)現(xiàn)的限制未 能走出實(shí)驗(yàn)室：o b s 作為o c s 和o p s 的折中，充分利用了電子技術(shù)的處理優(yōu)勢(shì) 和光子技術(shù)的速度優(yōu)勢(shì)，逐漸成為光通信領(lǐng)域交換技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。 o b s 采用控制信道和數(shù)據(jù)信道分離，單向預(yù)約帶寬資源的方法，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù) 突發(fā)為基本單元的信息轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)幕緮?shù)據(jù)單元是將一些具有相同特性 的分組按某種匯聚算法聚合而成的數(shù)據(jù)突發(fā)( d b ，d a t ab u r s t ) 。d b 的長(zhǎng)度可以 是固定的，也可是變化的。突發(fā)粒度的交換比波長(zhǎng)粒度更靈活，且更適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中 數(shù)據(jù)的強(qiáng)突發(fā)性。每個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)配有一個(gè)控制頭，稱突發(fā)控制分組( b c p ，b u r s t c o n t r o lp a c k e t ) ，b c p 中含有該數(shù)據(jù)突發(fā)的相關(guān)信息，用于在其經(jīng)過的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn) 預(yù)留帶寬。在空間域上，b c p 使用專用的控制波長(zhǎng)信道，經(jīng)光電光轉(zhuǎn)換在電域 處理，而d b 不經(jīng)光電光轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)波長(zhǎng)信道上全光傳輸；在時(shí)間域上，b c p 比d b 提前一段時(shí)間發(fā)送，這段時(shí)間被稱作偏置時(shí)間( o t ，o f f s e tt i m e ) ，保證 途經(jīng)結(jié)點(diǎn)有足夠的時(shí)間處理控制信息，為后續(xù)到達(dá)的d b 預(yù)約資源，這樣可以避 免使用光緩存設(shè)備。 o b s 的關(guān)鍵技術(shù)如邊緣結(jié)點(diǎn)的組裝算法，交換控制協(xié)議，資源調(diào)度機(jī)制，競(jìng) 爭(zhēng)解決等，將在下一節(jié)中介紹。 1 2 光突發(fā)交換技術(shù) 圖1 1 給出了一般的o b s 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。o b s 網(wǎng)絡(luò)由邊緣結(jié)點(diǎn)( e n ，e d g en o d e ) 和核心結(jié)點(diǎn)( c n ，c o r en o d e ) 組成。邊緣結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)的接入、匯聚、 d b 的組裝拆分和b c p 的生成等功能，核心結(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)b c p 中控制信息的提 取、識(shí)別和重新插入、d b 的路由與轉(zhuǎn)發(fā)等功能。承載用戶業(yè)務(wù)的l p 分組在邊緣 結(jié)點(diǎn)按照目的地址、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)等信息進(jìn)行匯聚并組裝成較大的數(shù)據(jù)突發(fā)d b ， 同時(shí)邊緣結(jié)點(diǎn)生成一個(gè)突發(fā)控制分組b c p 并先于d b 發(fā)送，該b c p 攜帶相應(yīng)d b 的到達(dá)時(shí)刻、持續(xù)時(shí)間、目的地址、業(yè)務(wù)級(jí)別等控制信息( 其作用類似于o p s 的 分組頭部) ，核心交換結(jié)點(diǎn)根據(jù)b c p 確定轉(zhuǎn)發(fā)路由、設(shè)置內(nèi)部交換通路。 6一種新型w d m 虛同步光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的研究 1 2 1 組裝算法 o 邊緣結(jié)點(diǎn) 。核心結(jié)點(diǎn) 圖1 1o b s 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 邊緣結(jié)點(diǎn)的組裝算法對(duì)o b s 網(wǎng)絡(luò)性能具有重要影響。突發(fā)的組裝一般是按照 數(shù)據(jù)分組的目的地、優(yōu)先級(jí)信息將數(shù)據(jù)置入對(duì)應(yīng)的組裝緩存器中，再按一定的組 裝算法將分組組裝成d b 。組裝算法可分為基于固定門限和基于可變門限兩種。 固定組裝時(shí)間( f a t ，f i x e da s s e m b l et i m e ) 算法、固定組裝長(zhǎng)度( f a l ，f i x e d a s s e m b l el e n g t h ) 算法和同時(shí)考慮時(shí)間和長(zhǎng)度的基于最大組裝時(shí)間最小組裝長(zhǎng)度 ( f m t m l ，f i x e dm a x t i m em i n l e n g t h ) 算法都屬于固定門限組裝算法。f a t 算 法是當(dāng)最大組裝時(shí)延到一定時(shí)間后就組裝d b ，并產(chǎn)生一個(gè)b c p 。這種方式比較 簡(jiǎn)單，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時(shí)，d b 可能過長(zhǎng)，影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。f a l 算法是 當(dāng)組裝緩存器中的分組長(zhǎng)度達(dá)到某一個(gè)大小時(shí)就組裝d b 。這種方式也比較簡(jiǎn)單， 但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過小時(shí)，組裝時(shí)延不可接受，尤其對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。f m t m l 算法是一 種比較常用的方式，當(dāng)分組等待組裝的最大時(shí)延達(dá)到允許的最大值或緩存器中的 分組長(zhǎng)度達(dá)到最小組裝長(zhǎng)度時(shí)就生成d b ，但它缺乏門限的靈活性。 可變門限算法包括隨機(jī)變化門限組裝算法、根據(jù)業(yè)務(wù)到達(dá)改變組裝門限的自 適應(yīng)組裝算法【7 】和基于預(yù)測(cè)的組裝算澍引。隨機(jī)變化門限組裝算法在組裝時(shí)控制 長(zhǎng)度或時(shí)間隨機(jī)變化，以獲得預(yù)期的突發(fā)間隔或長(zhǎng)度分布特性。自適應(yīng)門限組裝 算法結(jié)合業(yè)務(wù)強(qiáng)度來調(diào)整長(zhǎng)度和時(shí)間門限，一定程度上降低了突發(fā)時(shí)延，但在 b c p 發(fā)送出去之后，由于b c p 中記錄的突發(fā)長(zhǎng)度信息無法改變，d b 不能再繼續(xù) 裝入新到的數(shù)據(jù)，從而造成數(shù)據(jù)組裝時(shí)延增加。預(yù)測(cè)組裝算法針對(duì)這一問題，利 用到達(dá)業(yè)務(wù)流的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)特性來預(yù)測(cè)出數(shù)據(jù)突發(fā)可能達(dá)到的長(zhǎng)度，從而降低不必 要的突發(fā)時(shí)延。突發(fā)長(zhǎng)度預(yù)測(cè)主要利用線性預(yù)測(cè)濾波( l p f ，l i n e a rp r e d i c t i v e f i l t e r ) 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò) 7 1 2 2o b s 網(wǎng)絡(luò)中的信令協(xié)議 如何使d b 與b c p 高效協(xié)調(diào)的工作，o b s 網(wǎng)絡(luò)中的信令協(xié)議解決這個(gè)問題。 按照控制分組是否明確通知交換結(jié)點(diǎn)d b 的發(fā)送開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以及結(jié)點(diǎn) 何時(shí)給d b 分配波長(zhǎng)信道，可對(duì)信令協(xié)議分類，但文獻(xiàn)中存在著不同的分類方法。 本文按通信路徑的建立和拆除方式將信令協(xié)議分四類： ( 1 ) 顯示建立、顯示拆除。當(dāng)建立消息s e t u p 到達(dá)時(shí)，立刻進(jìn)行交叉矩陣的 配置及輸出波長(zhǎng)的預(yù)約。該配置直到收到r e l e a s e 消息時(shí)釋放。 ( 2 ) 顯示建立、估算拆除。s e t u p 消息到達(dá)時(shí)立刻建立，d b 的結(jié)束根據(jù)s e t u p 消息的到達(dá)時(shí)刻和s e t u p 消息中攜帶d b 的持續(xù)時(shí)間信息來估計(jì)。 ( 3 ) 估算建立、顯示拆除。s e t u p 消息中包含d b 的偏置時(shí)間信息，用于建 立時(shí)間的估計(jì)，而拆除是當(dāng)r e l e a s e 消息到達(dá)時(shí)釋放資源。 ( 4 ) 估算建立、估算拆除。利用s e t u p 消息中d b 的偏置時(shí)間和持續(xù)時(shí)間信 息估算通信路徑的建立和釋放時(shí)刻。 j e t ( j u s t e n o u g h t i m e ) 協(xié)議是當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的一種估算建立、估算拆除 信令協(xié)議。源結(jié)點(diǎn)在發(fā)送d b 之前，先在控制信道上向目的結(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)b c p ， b c p 中包含d b 的長(zhǎng)度信息和偏置時(shí)間信息，在中間各結(jié)點(diǎn)進(jìn)行光電光轉(zhuǎn)換， 并每經(jīng)過一個(gè)結(jié)點(diǎn)減去一倍的結(jié)點(diǎn)處理時(shí)間；各結(jié)點(diǎn)自動(dòng)完成波長(zhǎng)通路的選擇、 帶寬資源的預(yù)留釋放和交叉連接的建立拆除；d b 等待一個(gè)初始偏置時(shí)間后才發(fā) 出，之后完全在光域中傳輸，適當(dāng)?shù)钠脮r(shí)間可抵消鏈路的建立和處理時(shí)延，因 此每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)都無需光緩存。 1 2 3o b s 網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度機(jī)制 o b s 網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)信道的調(diào)度是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵問題。調(diào) 度算法的目標(biāo)是最大限度地利用帶寬，減少?zèng)_突的發(fā)生。這里考慮的調(diào)度機(jī)制都 是基于結(jié)點(diǎn)具有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換能力的，因?yàn)槿魺o波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換也就無所謂調(diào)度，當(dāng)前波長(zhǎng) 可用數(shù)據(jù)就可發(fā)送，不可用就要丟棄。 數(shù)據(jù)信道調(diào)度機(jī)制一般可分為不帶時(shí)隙填充和帶時(shí)隙填充兩類。最遲可用未 占用信道( l a u c ，l a t e s t a v a i l a b l eu n u s e dc h a n n e l ) 算法屬于不帶時(shí)隙填充的調(diào) 度算法，其基本思想是選擇信道上最后一個(gè)突發(fā)的結(jié)束時(shí)刻與新到d b 的開始時(shí) 刻間隔時(shí)隙最小的信道。l a u c 算法的主要優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但因只記錄一個(gè)值， 即未調(diào)度時(shí)間，使得突發(fā)問隔不能被充分利用?？刹蹇兆钸t可用未占用信道 ( l a u c v f ，l a t e s ta v a i l a b l eu n u s e dc h a n n e lw i t hv o i df i l l i n g ) 算法屬于帶時(shí)隙 8一種新型w d m 虛同步光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的研究 填充的調(diào)度算法，與l a u c 不同，l a u c v f 算法中信道上兩個(gè)d b 占用的時(shí)間 段之間的間隔可以填充新到的d b 。根據(jù)新到d b 的頭或尾與舊d b 的間隔大小的 比較，可將l a u c v f 的實(shí)現(xiàn)分為最小開始時(shí)隙( m i n s v ，m i n s t a r t i n gv o i d ) 填 充算法，最小結(jié)束時(shí)隙( m i n e v ，m i n - e n d i n gv o i d ) 填充算法和最適合( b e s tf i t ) 填充算法，它們的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度越來越高，但能更有效充分的利用突發(fā)間隔。 1 2 4 沖突的解決 當(dāng)來自不同輸入端口的分組要在某個(gè)時(shí)刻從同一個(gè)輸出端口輸出的時(shí)候，分 組輸出發(fā)生了沖突或稱端口競(jìng)爭(zhēng)。沖突引起分組丟失，因此沖突的解決也是o b s 網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 目前o b s 網(wǎng)絡(luò)中的沖突解決可從以下幾個(gè)方面入手： ( 1 ) 波長(zhǎng)域。通過波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的手段，可將沖突的數(shù)據(jù)在不同波長(zhǎng)上發(fā)送。這一 技術(shù)對(duì)w c 器件有很強(qiáng)的依賴。 ( 2 ) 時(shí)間域。采用光緩存( 如f d l ) ，將d b 延時(shí)，直到不會(huì)產(chǎn)生沖突為止。 但現(xiàn)在的光緩存還不能像電域中的緩存一樣隨機(jī)存取，f d l 只能提供固定有限的 時(shí)延，數(shù)據(jù)按先進(jìn)先出的順序離開f d l 。 ( 3 ) 空間域。將d b 發(fā)送到結(jié)點(diǎn)另一空閑端口上，并沿不同的路由到達(dá)目的端， 這種利用網(wǎng)絡(luò)空間維度解決沖突的方法稱偏射路由技術(shù)。 ( 4 ) 部分丟棄方式。在發(fā)生沖突時(shí)，并不丟掉整個(gè)d b ，而是只丟棄發(fā)生沖突 的部分。這有賴于o b s 發(fā)送的是多個(gè)口分組組成的突發(fā)，部分丟棄后還有大量 i p 分組可到達(dá)目的地。這種方法并不能完全解決沖突，但可減少?zèng)_突帶來的數(shù)據(jù) 損失。 除以上關(guān)鍵技術(shù)外，o b s 網(wǎng)絡(luò)中還有q o s 支持、路由選擇等重要問題，這里 就不再介紹。 1 3w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò)的控制問題 城域網(wǎng)( m a n ，m e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r k ) 承載的業(yè)務(wù)量隨著高速數(shù)據(jù)、i p t v 和視頻通信等寬帶實(shí)時(shí)應(yīng)用的推廣正迅猛增長(zhǎng)。由于巨大的帶寬資源和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 的確定性，光纖環(huán)網(wǎng)成為最廣泛應(yīng)用的城域網(wǎng)。這些環(huán)網(wǎng)的周長(zhǎng)一般在幾十到幾 百公罩，環(huán)上通常有幾個(gè)到幾十個(gè)稱為分插復(fù)用器( a d m ，a d d d r o pm u l t i p l e x e r ) 的結(jié)點(diǎn)。隨著w d m 技術(shù)的成熟，當(dāng)前許多基于單纖或者雙纖的城域壞網(wǎng)將升級(jí) 為w d m 環(huán)網(wǎng)。w d m 技術(shù)帶來了傳輸速率的大幅度提高，傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)中基于光電 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò) 9 光變換的a d m 結(jié)點(diǎn)的處理速度難于繼續(xù)支持如此高的傳輸速率，并且環(huán)網(wǎng)中每 個(gè)結(jié)點(diǎn)處理的業(yè)務(wù)多數(shù)是轉(zhuǎn)發(fā)給下游結(jié)點(diǎn)的過路業(yè)務(wù)，而非發(fā)給本地結(jié)點(diǎn)的下路 業(yè)務(wù)。這種情況下，解決w d m 環(huán)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)處理瓶頸的主要思路就是讓過路業(yè)務(wù)以 直通( c u tt h r o u g h ) 方式在光域直接傳遞到下游結(jié)點(diǎn)，無須變換到電域進(jìn)行處理。 為了在光域?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)信息從源點(diǎn)到目的點(diǎn)的直通傳送，通常采用的方法是在 w d m 環(huán)網(wǎng)中單列出一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)來傳輸控制信息，稱為控制( 波長(zhǎng)) 信道。 各結(jié)點(diǎn)將這些控制信息變換到電域處理，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制面的功能。光纖中其 余的波長(zhǎng)信道用于業(yè)務(wù)傳送，相應(yīng)稱為數(shù)據(jù)( 波長(zhǎng)) 信道。這種控制信道和數(shù)據(jù) 信道分離、控制信道對(duì)傳送業(yè)務(wù)進(jìn)行控制的特點(diǎn)，和o b s 網(wǎng)絡(luò)有很多相似之處， 因此，將o b s 技術(shù)應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)的研究受到了很大重視。 o b s 在w d m 環(huán)網(wǎng)中直接應(yīng)用，可得到一個(gè)分布式隨機(jī)接入的環(huán)形光網(wǎng)。每 個(gè)結(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)突發(fā)時(shí)先觀察是否有空閑數(shù)據(jù)波長(zhǎng)，如果有，就發(fā)送突發(fā)控 制分組b c p ，在一段偏置時(shí)間之后發(fā)出數(shù)據(jù)突發(fā)d b 。b c p 在控制信道中傳輸和 處理，通知環(huán)上其它結(jié)點(diǎn)要到達(dá)的d b 是過路業(yè)務(wù)還是下路業(yè)務(wù)，使中間結(jié)點(diǎn)可 以提前設(shè)置交換矩陣。顯然，這是一種隨機(jī)接入方式，存在本地上路業(yè)務(wù)和過路 業(yè)務(wù)之間的沖突問題。但是由于環(huán)網(wǎng)拓?fù)涞奶厥庑?，如果控制協(xié)議設(shè)計(jì)合理，一 般o b s 網(wǎng)絡(luò)中難以解決的突發(fā)沖突完全可以在不采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器或者光緩存的 情況下予以避免。 綜合w d m 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，利用o b s 技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)控制方案需要解決以下幾個(gè) 問題： ( 1 ) 如何確定光域數(shù)據(jù)信道的接入顆粒度； ( 2 ) 如何利用控制波長(zhǎng)信道實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)波長(zhǎng)信道的劃分和標(biāo)識(shí)； ( 3 ) 控制信道中的b c p 與相應(yīng)的數(shù)據(jù)信道中的d b 的時(shí)間關(guān)系問題； ( 4 ) 高優(yōu)先級(jí)上路業(yè)務(wù)與低優(yōu)先級(jí)過路業(yè)務(wù)之間的資源競(jìng)爭(zhēng)問題。 數(shù)據(jù)信道的接入顆粒度，是指媒質(zhì)接入控制方案允許結(jié)點(diǎn)占用數(shù)據(jù)波長(zhǎng)信道 的最小單位，以及該占用單位是否有多種選擇。較大的顆粒度易于實(shí)現(xiàn)，但是可 能造成帶寬浪費(fèi)；較小的顆粒度有利于帶寬重用，使得資源利用率高，但是控制 開銷大。不進(jìn)行固定劃分的隨機(jī)占用方式快速靈活，但會(huì)相應(yīng)引起沖突問題。如 果進(jìn)行波長(zhǎng)信道的再次劃分，則數(shù)據(jù)信道和控制信道之間必須引入某種對(duì)應(yīng)機(jī)制， 解決數(shù)據(jù)( 子) 信道識(shí)別問題。由于控制信息經(jīng)過每個(gè)結(jié)點(diǎn)都需上升到電域進(jìn)行 處理而數(shù)據(jù)信息直接在光域穿過結(jié)點(diǎn)，因而跨越結(jié)點(diǎn)時(shí)控制信息經(jīng)歷的時(shí)延大于 數(shù)據(jù)信息，控制方案必須保證攜帶控制信息的b c p 在d b 之前到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)，才 能實(shí)現(xiàn)j 下確控制。當(dāng)用戶數(shù)據(jù)存在不同的優(yōu)先級(jí)時(shí)，高優(yōu)先級(jí)應(yīng)該比低優(yōu)先級(jí)享 有更高的發(fā)送權(quán)限，對(duì)于本地業(yè)務(wù)，這種服務(wù)區(qū)分通過發(fā)送隊(duì)列調(diào)度即可實(shí)現(xiàn)， 但是在上路業(yè)務(wù)和過路業(yè)務(wù)之間難以實(shí)現(xiàn)這種區(qū)分。 l o一種新型w d m 虛同步光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的研究 因?yàn)樵谄胀ǖ膐 b s 環(huán)網(wǎng)中，結(jié)點(diǎn)根據(jù)本地?cái)?shù)據(jù)突發(fā)組裝情況來決定發(fā)送時(shí)刻 和信道占用時(shí)間，占用顆粒度的最小值由組裝出的最小突發(fā)長(zhǎng)度決定，分布式控 制的環(huán)網(wǎng)中，這種隨機(jī)占用不可避免的引起沖突問題。b c p 在控制信道中通過偏 置時(shí)間o t 和長(zhǎng)度指示來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)信道中傳送的d b ，因而源結(jié)點(diǎn)在發(fā)送b c p 時(shí)， 必須根據(jù)目的結(jié)點(diǎn)地址的距離遠(yuǎn)近合理選擇o t 的初值，以保證突發(fā)能正確抵達(dá) 目的地。由于o t 與目的地址相關(guān)，而且突發(fā)的長(zhǎng)度不定，結(jié)點(diǎn)很難占用過路低 優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的帶寬，無法很好的支持全網(wǎng)服務(wù)等級(jí)區(qū)分。 1 4 幾種已有的w d m 城域環(huán)形光網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 1 4 1 采用1 陌r 的o b s 環(huán)網(wǎng)方案【9 】 在可調(diào)諧發(fā)送機(jī)固定接收機(jī)( 1 r r r f r ，t u n a b l et r a n s m i t t e ra n df i x e d - t u n e d r e c e i v e r ) 方案的環(huán)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)中，采用一個(gè)可調(diào)諧發(fā)射機(jī)向任意數(shù)據(jù)波長(zhǎng)發(fā)送d b ， 一個(gè)定頻接收機(jī)從分配給結(jié)點(diǎn)的固定波長(zhǎng)上接收發(fā)送給該結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這是一種 接收波長(zhǎng)固定、發(fā)送波長(zhǎng)隨意的資源分配方式?？刂菩诺廓?dú)立采用一對(duì)固定頻率 收發(fā)機(jī)接收和發(fā)送b c p 。突發(fā)和控制信息的時(shí)間對(duì)應(yīng)采用j e t 協(xié)議。為解決多個(gè) 結(jié)點(diǎn)向同一個(gè)目的結(jié)點(diǎn)發(fā)送d b 時(shí)可能產(chǎn)生的沖突，該方案采取了類似c s m a c d 的控制機(jī)制。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)需要發(fā)送d b 給某個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，它首先通過檢查記錄的b c p 信息來確認(rèn)該目的結(jié)點(diǎn)的固定接收波長(zhǎng)上在本結(jié)點(diǎn)要發(fā)d b 時(shí)沒有突發(fā)在傳輸。 確認(rèn)之后立即發(fā)出b c p ，經(jīng)過一段偏置時(shí)間后發(fā)出對(duì)應(yīng)的d b 。由于發(fā)送的隨機(jī) 性，該d b 發(fā)送期間上游結(jié)點(diǎn)可能有突發(fā)到達(dá)，從而引起沖突。可以采取上游優(yōu) 先和最早到達(dá)優(yōu)先兩種策略來解決沖突。上游優(yōu)先策略是指發(fā)生沖突時(shí)，本地結(jié) 點(diǎn)立即停止當(dāng)前d b 發(fā)送，優(yōu)先保證上游的d b 通過。該策略可以保證源結(jié)點(diǎn)一 旦成功發(fā)送數(shù)據(jù)即可成功送達(dá)，但是中間結(jié)點(diǎn)發(fā)送的突發(fā)會(huì)被中斷并形成突發(fā)碎 片。最早到達(dá)優(yōu)先策略則是在沖突發(fā)生時(shí)，優(yōu)先保證本地結(jié)點(diǎn)完成發(fā)送，上游發(fā) 來的突發(fā)被本地結(jié)點(diǎn)終止。這種策略可以避免環(huán)上產(chǎn)生突發(fā)碎片以及相應(yīng)的帶寬 浪費(fèi)，但是會(huì)造成上游結(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)突發(fā)丟失( 這同樣屬于資源浪費(fèi)) 。 總體來講，采用t t f r 的o b s 環(huán)網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制容易，但是因?yàn)榻邮?采用專用固定波長(zhǎng)，限制了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性并降低了資源利用率。同時(shí)由于無法 避免發(fā)生沖突，存在已經(jīng)占用信道的d b 由于沖突而被丟棄的問題，導(dǎo)致帶寬浪 費(fèi)。最后，由于d b 發(fā)送偏置時(shí)間與目的結(jié)點(diǎn)的位置有關(guān)且突發(fā)長(zhǎng)度不定，源結(jié) 點(diǎn)發(fā)送操作比較復(fù)雜，中間結(jié)點(diǎn)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)過路低優(yōu)先級(jí)突發(fā)的資源搶占。 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò) 1 4 2 基于o d d 協(xié)議的o b s 環(huán)網(wǎng)f 1 0 】 l i s o n gx u ，和h a r r yqp e r r o s 等人針對(duì)o b s 環(huán)網(wǎng)控制信道和數(shù)據(jù)信道的速度 不匹配問題，提出了一種僅考慮目的結(jié)點(diǎn)時(shí)延的o d d ( o n l y d e s t i n a t i o nd e l a y ) 協(xié)議。在這種環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，環(huán)上共有n 個(gè)結(jié)點(diǎn)，鏈路上的波長(zhǎng)數(shù)目為n + 1 個(gè)， 其中一個(gè)用作控制信道，其余n 個(gè)分配給每一個(gè)結(jié)點(diǎn)用于d b 發(fā)送，稱為結(jié)點(diǎn)的 固有波長(zhǎng)。除了控制信道收發(fā)機(jī)，每個(gè)源結(jié)點(diǎn)用一個(gè)固定頻率發(fā)射機(jī)來發(fā)送d b ， 用一個(gè)可調(diào)諧的接收機(jī)從各波長(zhǎng)上接收d b 。因此該方案不存在發(fā)送沖突；而由 于結(jié)點(diǎn)在同一時(shí)間只能從一個(gè)波長(zhǎng)上接收數(shù)據(jù)，存在接收沖突。 該方案將控制波長(zhǎng)信道的時(shí)間分成周期性出現(xiàn)的控制幀，每個(gè)控制幀分為n 個(gè)時(shí)隙，結(jié)點(diǎn)使用幀中的對(duì)應(yīng)時(shí)隙來發(fā)送目的地址、偏置時(shí)間和突發(fā)持續(xù)時(shí)間等 信息。選擇固定長(zhǎng)度的控制幀和與結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的控制時(shí)隙，有利于采用硬件實(shí)現(xiàn)高 速處理和控制?？刂茙诿總€(gè)結(jié)點(diǎn)都需要進(jìn)行電處理，因此存在控制信道和數(shù)據(jù) 信道速率不匹配問題。為了避免每個(gè)結(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)都要根據(jù)目的結(jié)點(diǎn)的位置 重新計(jì)算偏置時(shí)間o t ，引入o d d 協(xié)議。該協(xié)議假設(shè)控制信息在每個(gè)結(jié)點(diǎn)的處理 時(shí)延相同；而目的結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延可能比中間結(jié)點(diǎn)稍長(zhǎng)一些。在每個(gè)中間過路結(jié) 點(diǎn)上使用一段固定長(zhǎng)度的f d l 彌補(bǔ)控制信道與數(shù)據(jù)信道之間的時(shí)延差異，而偏置 時(shí)間設(shè)置為目的節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間。o d d 協(xié)議實(shí)現(xiàn)了控制信道和數(shù)據(jù)信道的速率一 致，使結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，無須根據(jù)源宿結(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)來調(diào)整o t ，只需要保證 o t 足夠目的結(jié)點(diǎn)正確接收d b 即可，簡(jiǎn)化了源結(jié)點(diǎn)的發(fā)送操作。 為解決接收沖突，發(fā)送結(jié)點(diǎn)必須設(shè)法利用控制信道將d b 的到達(dá)時(shí)刻和持續(xù) 時(shí)間通知目的結(jié)點(diǎn)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)都需要接收并處理這些時(shí)隙中的控制信息，以判斷 是否有數(shù)據(jù)發(fā)給自己。文中提出的接收沖突解決方案可以分為基于重傳機(jī)制、基 于應(yīng)答機(jī)制和基于令牌( t o k e n ) 機(jī)制三種。基于重傳的機(jī)制本質(zhì)上并沒有解決沖 突，僅在沖突發(fā)生后讓競(jìng)爭(zhēng)失敗的一方重新發(fā)送；基于應(yīng)答機(jī)制的方案雖然可以 完全避免沖突，但是引入了更大的時(shí)延，降低了環(huán)網(wǎng)資源的利用率；基于令牌機(jī) 制中的令牌表示對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)是否允許接收數(shù)據(jù)，可以有效的減少?zèng)_突( 采用每結(jié)點(diǎn) 單令牌方案時(shí)可以完全避免沖突) ，時(shí)延性能也優(yōu)于基于應(yīng)答的機(jī)制，但是該方案 的資源利用率比基于應(yīng)答機(jī)制的方案更低。 基于o d d 的環(huán)網(wǎng)方案優(yōu)點(diǎn)是采用了一種較為簡(jiǎn)單的方法解決了控制信道和 數(shù)據(jù)信道的速率不匹配問題，使控制信息可以和數(shù)據(jù)之間保持“同步”；采用半固 定的方式將沖突限制于接收結(jié)點(diǎn)；定長(zhǎng)的控制幀和時(shí)隙有利于硬件實(shí)現(xiàn)。但是這 種方案有如下不足：由于每結(jié)點(diǎn)分配一個(gè)固有發(fā)送波長(zhǎng)，對(duì)信道資源的復(fù)用不充 分，資源利用率低，擴(kuò)展性差；結(jié)點(diǎn)必須配備f d l ，不僅增加成本，而且會(huì)使信 1 2一種新型w d m 虛同步光突發(fā)環(huán)網(wǎng)的研究 號(hào)的質(zhì)量有所下降。 1 4 3l i g h t r i n g 協(xié)議 文獻(xiàn)1 1 1 提出了一種稱為l i g h t r i n g 的o b s 環(huán)網(wǎng)協(xié)議。在l i g h t r i n g 環(huán)網(wǎng)方案 中，環(huán)結(jié)點(diǎn)被稱為“光突發(fā)分插復(fù)用器 ( o b a d m ，o p t i c a lb u r s t a d d d r o p m u l t i p l e x e r ) 。環(huán)上仍然分1 個(gè)控制波長(zhǎng)多個(gè)數(shù)據(jù)波長(zhǎng)。每個(gè)數(shù)據(jù)波長(zhǎng)都采用一個(gè) 固定的接收機(jī)進(jìn)行接收，一個(gè)固定的發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)送，這種配置可以允許結(jié)點(diǎn)在 同一時(shí)刻發(fā)送多個(gè)突發(fā)。文獻(xiàn)中提到可以采用可調(diào)諧收發(fā)機(jī)來減少所需的收發(fā)機(jī) 的數(shù)目。在數(shù)據(jù)信道上，結(jié)點(diǎn)使用光開關(guān)控制每一個(gè)波長(zhǎng)的通斷，以此決定到達(dá) 結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是否在光域直通。 n 個(gè)o b a d m 通過光纖依次連接，構(gòu)成單向環(huán)網(wǎng)。其接入控制采用令牌 ( t o k e n ) 方式實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一個(gè)令牌，用以控制結(jié)點(diǎn)對(duì)該波長(zhǎng)的使用。 令牌中使用一個(gè)矢量記錄環(huán)上相應(yīng)波長(zhǎng)在每一段鏈路上的忙閑狀態(tài)；令牌還記載 有每一個(gè)目的結(jié)點(diǎn)的可用接收緩存容量以避免緩存溢出；此外有一個(gè)流量計(jì)數(shù)器 ( t r a f ! f i cc o u n t e r ) 來實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)整個(gè)環(huán)上等待發(fā)送的高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)量，供結(jié)點(diǎn)在進(jìn) 行發(fā)送調(diào)度時(shí)決定是否可以發(fā)送低優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)。這種格式導(dǎo)致令牌大小跟壞上結(jié) 點(diǎn)總數(shù)相關(guān)( 文中給出一個(gè)有1 6 個(gè)結(jié)點(diǎn)的環(huán)中令牌的大小約1 6 0 b i t ) 。令牌在環(huán) 的周長(zhǎng)上保持嚴(yán)格的順序并且盡量均勻分布，以保證各個(gè)o b a d m 能夠及時(shí)獲 取令牌。令牌只在結(jié)點(diǎn)停留很短的時(shí)間，剛好夠結(jié)點(diǎn)完成所需信息的接收和處理。 當(dāng)一個(gè)o b a d m 結(jié)點(diǎn)收到一個(gè)令牌時(shí)，它首先檢查發(fā)送隊(duì)列中是否已經(jīng)有 完整的突發(fā)。若有，它會(huì)查看本地到目的結(jié)點(diǎn)之間的各個(gè)鏈路是否空閑，以及目 的結(jié)點(diǎn)是否有足夠的接收緩存。若本地到目的結(jié)點(diǎn)之間存在可用通路，而且目的 結(jié)點(diǎn)可以接收，則將突發(fā)按“t e l l a n d g o ”的方式發(fā)出。t e l l 操作需要修改令牌 中的信息域，通知下游結(jié)點(diǎn)這次發(fā)送已經(jīng)執(zhí)行，讓中間結(jié)點(diǎn)適時(shí)設(shè)置光開關(guān)，保 證目的結(jié)點(diǎn)正確接收。t e l l 操作之后，立即發(fā)出令牌。 通過上述方式，在令牌的控制下，數(shù)據(jù)突發(fā)在光域通過中間結(jié)點(diǎn)，于目的結(jié) 點(diǎn)終止。由于令牌中給出的是鏈路可用信息，因此該方案允許波長(zhǎng)的空間重用， 即同一時(shí)間在同一波長(zhǎng)可以在環(huán)的不同鏈路上傳送多個(gè)d b 。但是鏈路可用信息 只能在令牌第一次返回發(fā)送結(jié)點(diǎn)時(shí)才會(huì)更新，造成這種方式下的鏈路占用時(shí)間只 能是令牌往返環(huán)路一周時(shí)間( 稱為令牌環(huán)回時(shí)延r o u n d - t r i pt i m e ) 的整數(shù)倍。如 果一個(gè)突發(fā)的發(fā)送時(shí)問比令牌環(huán)回時(shí)延的整數(shù)倍小，帶寬會(huì)被浪費(fèi)。此外，這個(gè) 問題還受到令牌長(zhǎng)度的影響：隨著結(jié)點(diǎn)數(shù)的增加令牌加長(zhǎng)，在結(jié)點(diǎn)上的處理時(shí)間 增加，會(huì)導(dǎo)致令牌環(huán)回時(shí)延增大，帶寬浪費(fèi)加劇。 第一章光交換技術(shù)和w d m 環(huán)形光網(wǎng)絡(luò)1 3 1 4 4m t i t 的令牌控制方案【1 2 l m t i t ( m u l t i t