1、    光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務流模型及其應用            作者：陳春漢曹明翠羅志祥時間：2009-7-28 16:41:00                     論文關鍵詞:光突發(fā)交換LAUC-SV算法突發(fā)業(yè)務自相似業(yè)務論文摘

2、要:提出了一種光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務流模型,采用該模型對光突發(fā)交換中的LAUC-VF輸出調度算法在不同的突發(fā)業(yè)務強度和突發(fā)長度下的性能進行了模擬仿真,分析比較了該算法在此突發(fā)業(yè)務流和普通業(yè)務流模型下的性能,仿真結果表明,該突發(fā)業(yè)務流模型具有一定的合理性。Key words:optical burst switch(OBS);LAUC-SV algorithm;burst traffic;self-similar trafficAbstract:Abursttraffic model in optical burst switch(OBS) is intruduced forthe firstt

3、ime.Withthismodel the performanceof LAUC-VF output schedule algorithm in OBS is given.The performances of the algorithm under this burst traffic model andnonburst traffic are compared.The simulation results show that the burst traffic model is more reasonable to some extent.引言隨著信息時代的來臨,人們對通信需求迅速增長。發(fā)

4、展迅速的各種新業(yè)務對通信網的帶寬和容量提出了更高的要求。通信網的兩大主要組成部分傳輸和交換正在不斷地發(fā)展和革新,向著寬帶、高速、Tbit/s大容量的方向發(fā)展。隨著光纖密集波分復用DWDM技術的日漸成熟,已成功完成Tbit/s量級的傳輸,目前大容量通信網的瓶頸在于大容量的交換技術。為了提高網絡交換能力,人們提出了各種IPOVERATM,IPOVERSDH,IPOVERWDM,光包裹交換(optical packet switch,OPS)等技術,但這些技術或者交換顆粒過小(以信元或單個IP包為單位),受到電子處理速度瓶頸的限制;或者交換顆粒過大(以波長為單位)失去了IP交換的靈活性。因此,一種中

5、等粒度的,更適合于目前以及在相當長一段時間內技術條件的新交換方式光突發(fā)交換(optical burst switch,OBS),成為人們更理想的選擇1,2。光突發(fā)交換域由邊緣路由器和核心路由器組成,路由器之間由WDM光纖連接。在光突發(fā)交換中,OBS邊緣路由器根據IP包的目的地址、QOS等級等把來自傳統(tǒng)路由器的IP包組裝成被稱為突發(fā)(burst)的超長IP包,對應于每一個突發(fā),形成一個突發(fā)控制分組BCP,以攜帶該突發(fā)的交換控制信息,如目的地址、QOS等。數(shù)據突發(fā)與控制分組在不同的物理信道上傳輸,數(shù)據突發(fā)以直通的方式通過OBS交換網絡,控制分組在每個節(jié)點經過光/電、處理、電/光轉換,完成對數(shù)據突發(fā)

6、的控制處理。形成數(shù)據突發(fā)的目的是為了增大交換的顆粒。OBS路由器的交換核心結構由交換矩陣、光纖延時線和輸出調度模塊組成。突發(fā)分組首先進入一個(N×K)×(N×K)交叉連接矩陣,其中N為通道數(shù),K為每通道的數(shù)據信道數(shù),然后經過光纖延時線組(FDLs)進入輸出調度模塊。FDLs組中共有B個光纖延時線,FDLs的單元延時時間為D,第i個FDL的延時時間為i×D。輸出調度模塊負責采用一定的輸出調度算法合理的控制使用FDLs和輸出數(shù)據信道,以盡可能低的丟包率把來自交叉連接矩陣的突發(fā)分組調度輸出到輸出信道上。所以,突發(fā)分組的輸出調度算法是光突發(fā)交換中的一項重要技術,

7、目前主要的調度算法有LAUC(latest available unscheduled channel)和LAUC-VF(lat-est available unscheduled channel with void filling)算法及其這兩種算法的一些變種3,4,其中,LAUC算法以其算法的簡單特別適用于高速信道場合,而LAUC-VF算法較為復雜,但其性能要遠遠優(yōu)于前者。1光突發(fā)交換中突發(fā)業(yè)務流模型的定義光突發(fā)交換中的仿真模型如圖1所示,自相似業(yè)務流5產生模塊產生IP,ATM等自相似業(yè)務流;然后進入組裝模塊,根據各分組的目的地址和QOS級別等組裝成突發(fā)包,組裝時間為Ta;突發(fā)分組進入分配

8、模塊后,分配到各輸出模塊;輸出模塊采用LAUC或LAUC-VF等算法將突發(fā)包調度輸出。在傳統(tǒng)的非突發(fā)業(yè)務模式下,對進入分配模塊地每個突發(fā)包相互獨立地以1/N的概率進入各個調度輸出模塊,從而完成分配模塊的功能。該非突發(fā)業(yè)務模型為典型的均勻業(yè)務模型,不能較好地反映真實的業(yè)務流。傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務定義如下:設突發(fā)業(yè)務的輸入強度為,突發(fā)業(yè)務流分為突發(fā)周期T1和非突發(fā)周期T2;在突發(fā)周期T1內,分組連續(xù)到達,或者說分組與分組之間的間隔為0;在非突發(fā)周期T2內,無分組到達;突發(fā)與非突發(fā)周期交替產生。突發(fā)周期T1與非突發(fā)周期T2的長度是隨機變量,它們服從指數(shù)或平均或其它分布且相互獨立,其平均長度分別為L1和L2

9、。該突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度取決于平均突發(fā)周期的長度L1,L1越長,業(yè)務的突發(fā)性越強,L1,L2和的關系為:=L1/(L1+L2)。    傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務的定義對光突發(fā)交換性能的分析不太實用。首先它是針對傳統(tǒng)業(yè)務而言的,它能較好地反映傳統(tǒng)業(yè)務如IP包、ATM信元等的突發(fā)特性,當對這些傳統(tǒng)業(yè)務包進行組裝成突發(fā)包后,還能否用這種方式來描述其突發(fā)特性,目前沒有定論;其次,光突發(fā)交換仿真模型的調度算法考慮的是N個輸入端口輸入的突發(fā)數(shù)據包競爭一個輸出端口時的包丟失率,如何描述這種N個輸入競爭一個輸出情況下的突發(fā)特性,目前還沒有較好的方法。如果采用傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務的定義來描

10、述這種突發(fā)性,即在突發(fā)周期內,所有N個輸入的突發(fā)包均向某指定端口輸出,在非突發(fā)周期內,所有N個輸入的突發(fā)包均不向該端口輸出,當各輸入端口的業(yè)務相互獨立,且N較大時,這種定義顯然不合情理。因此,本文中定義N個輸入競爭一個輸出情況下的突發(fā)業(yè)務的突發(fā)業(yè)務模型如下:(1)設系統(tǒng)的端口數(shù)為N,單端口的突發(fā)業(yè)務的輸入強度為,突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度為Bi(1BiN),突發(fā)業(yè)務流分為突發(fā)周期T1和非突發(fā)周期T2,其平均長度分別為L1和L2;(2)在突發(fā)周期,突發(fā)包以Bi/N概率向某指定端口輸出;(3)在非突發(fā)周期,若Bi2,突發(fā)包以(2-Bi)/N概率向指定端口輸出,且L2=L1;若Bi>2,突發(fā)包以零概率

11、向指定端口輸出,且L2=(Bi-1)×L1;(4)突發(fā)與非突發(fā)周期交替產生,突發(fā)周期T1與非突發(fā)周期T2的長度是隨機變量,它們服從指數(shù)或平均或其它分布且相互獨立;(5)突發(fā)強度Bi與突發(fā)周期T1相互獨立。以上的假定是為了保證輸出端口的平均業(yè)務強度保持與輸入的業(yè)務強度不變。若Bi2,在突發(fā)周期內,平均輸出強度為  在非突發(fā)周期內,平均輸出強度總平均強度為 (因為L1=L2);若Bi>2,在突發(fā)周期內,平均輸出強度為1=N××BiN,在非突發(fā)周期內,平均輸出強度2=0,總平均強度為 (因為L2=(Bi-1)×L1)。根據以上定義的突發(fā)業(yè)務的特

12、性取決于兩個獨立的參數(shù):突發(fā)強度Bi和平均突發(fā)周期L1,而L2依賴于L1。Bi越大,表示業(yè)務的突發(fā)性越強;L1越大,表示突發(fā)的持續(xù)時間越長。顯然當Bi=1時,該定義等同于非突發(fā)業(yè)務;當Bi=N時,該定義等同于傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務的定義。所以說,非突發(fā)業(yè)務和傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務只是本定義的兩個特例。2LAUC-VF算法在突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務流下的性能分析和比較本文中采用突發(fā)業(yè)務流和非突發(fā)業(yè)務流對LAUC-VF算法下的丟包率進行了模擬仿真,仿真中采用Fourier變換法5產生自相似業(yè)務流,突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務流如前述,LAUC-VF算法按文獻3中所描述,具體采用MATLAB程序實現(xiàn),仿真中采用如下參數(shù):交換矩陣端口數(shù)

13、N=8,數(shù)據信道的個數(shù)為K=8,信道速率R=10Gbit/s,光纖延時線FDLs的單元延時時間為D(s),光纖延時線FDLs的個數(shù)為B=8,輸入的業(yè)務強度為=0.86,組裝時間間隔為Ta=2s,輸入業(yè)務強度,自相似業(yè)務的Hurst參數(shù)為H=0.8,突發(fā)周期T1和非突發(fā)周期T2服從均勻分布。LAUC-VF在突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務下的丟包率與輸入業(yè)務強度的關系見圖2。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,對突發(fā)業(yè)務輸入,假定輸入的突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度L1=10Ta,突發(fā)強度Bi=2,從圖中可以看出,輸入業(yè)務強度=70%時,系統(tǒng)在非突發(fā)和突發(fā)業(yè)務業(yè)務條件下的丟包率分別為10-3和10-1.3;

14、輸入業(yè)務強度=80%時,系統(tǒng)在非突發(fā)和突發(fā)業(yè)務業(yè)務條件下的丟包率分別為10-2和10-1;兩者相差一個數(shù)量級以上。LAUC-VF在突發(fā)業(yè)務下的丟包率與輸入突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度Bi的關系見圖3。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,對突發(fā)業(yè)務輸入假定輸入的突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度T1=10Ta,輸入業(yè)務強度=0.86,從圖中可以看出,隨著輸入突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度Bi的增加系統(tǒng)丟包率快速增加。LAUC-VF在突發(fā)業(yè)務下的丟包率與輸入突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度L1的關系見圖4。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,對突發(fā)業(yè)務輸入假定輸入的突發(fā)業(yè)務的突發(fā)強度Bi=2,輸入業(yè)務強度=0.86,

15、從圖中可以看出,當輸入突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度T1<4Ta時,隨著T1的增加系統(tǒng)丟包率快速增加;當輸入突發(fā)業(yè)務的平均突發(fā)長度T1>4Ta時,隨著T1的增加系統(tǒng)丟包率的增加趨于平緩。    3結論對光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務模型做了初步探討,提出了一個光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務模型,也許該模型并不能真實地反映現(xiàn)實世界的業(yè)務流,只是希望提供逼進現(xiàn)實世界業(yè)務流的一種分析方法。參考文獻1TURNER J.Terabit burst switching J.Journal of High Speed Networks,1999,8:316.2QIAO C,YOO

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