光突發(fā)交換網絡的光突發(fā)技術實現及基于TCP的網絡性能分析.pdf

1、光突發(fā)交換技術(OBS)是光纖通信領域里的前沿課題之一，其交換粒度介于光路交換(OCS)和分組交換(OBS)之間。OBS比OCS靈活，帶寬利用率更高，又比OPS更易于實現。OBS結合了兩種交換技術的優(yōu)勢而避開了兩者的缺陷，所以是一種具有很好前景的光交換技術，極有可能成為下一代光網絡的標準。本文研究了實現光突發(fā)交換技術所面臨的兩個關鍵問題。第一是光突發(fā)技術的實現，它涵蓋了在突發(fā)交換光網絡的物理層上實現的光突發(fā)發(fā)送技術、光突發(fā)接收技術以及網

2、絡同步技術；第二是突發(fā)交換光網絡對實際業(yè)務的影響，本文對四種在Internet上廣泛使用的TCP(傳輸控制協(xié)議)(Tahoe、Reno、newReno和Sack)在突發(fā)交換光網絡中的性能進行了研究。 本論文首先回顧了光交換技術的發(fā)展，并對光突發(fā)交換的概念、架構、物理層關鍵技術以及對TCP業(yè)務的支持問題進行了概述。 論文的第二部分研究了應用于OBS網絡中的光突發(fā)技術，主要研究成果如下： ◆設計實現了1.25Gbps

3、突發(fā)模式光發(fā)射機，其消光比可達到10-15dB，突發(fā)模式下峰—峰值抖動約為60ps，連續(xù)模式下峰—峰值抖動約為30ps，激光器的開啟/關閉時延小于8ns。利用現場可編程邏輯們陣列(FPGA)和同步動態(tài)隨機存儲器(SDRAM)在突發(fā)包的定時發(fā)送的設計中提出“SDRAM綁定”機制，成功地實現了FPGA與SDRAM的全雙工通信。由FPGA控制的“定時發(fā)送”模塊實現了OBS網絡特有的“定時發(fā)送”機制，其最大控制誤差小于8ns，即“定時發(fā)送”的控

4、制精度約為8ppm。 ◆通過數學建模和系統(tǒng)仿真首次提出了基于帶寬設計的交流耦合突發(fā)模式光接收機。利用傳統(tǒng)連續(xù)模式的前置放大器和限幅放大器實現了1.25Gbps交流耦合光突發(fā)接收機的設計，在異步接收狀態(tài)下其數據時鐘恢復時間小于300ns，靈敏度優(yōu)于-24dBm@BER=10-10。后續(xù)實驗表明該接收機性能滿足EPON應用要求，因此具有很好的實用性和市場前景。 ◆在測試網絡的試驗系統(tǒng)中設計了全網同步機制，并在全部邊緣路由器中

5、設計實現了全網時鐘同步系統(tǒng)。該設計實現了光突發(fā)交換測試網絡中三個邊緣路由器的內部時鐘頻率與核心光交換機的內部時鐘頻率相互鎖定。 論文的第三部分研究了OBS網絡環(huán)境下的TCP性能，主要研究成果如下： ◆基于理論分析和網絡仿真，對OBS網絡環(huán)境下的TCP擁塞控制機制進行了分析研究，探討了TCP性能的退化現象。基于“TCP解耦”機制提出了擴增TCP擁塞控制粒度的解決方案，消除了OBS交換粒度與TCP擁塞控制粒度失配的問題。仿真

6、結果表明該方案能有效避免TCP性能的退化。 ◆對OBS網絡環(huán)境下的TCP吞吐量進行了數學建模分析，并考慮了TCP確認的丟失對吞吐量造成的影響。仿真與計算結果的比較表明該模型的最大估算偏差在±27％范圍內，而以往的數學模型基于TCP確認無丟失的假設，其計算結果與仿真結果的最大偏差達到100％。仿真結果與數值計算結果吻合，這表明本文所建立的TCP吞吐量模型能準確反映OBS網絡環(huán)境下TCP性能退化的特點，可以更準確地分析驗證OBS網絡