光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務(wù)流模型及其應(yīng)用

1、畢業(yè)論文：光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務(wù)流模型及其應(yīng)用(1)                                          作者：陳春漢曹明翠羅志祥論文關(guān)鍵詞:光突發(fā)交換LAUC

2、-SV算法突發(fā)業(yè)務(wù)自相似業(yè)務(wù)論文摘要:提出了一種光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務(wù)流模型,采用該模型對光突發(fā)交換中的LAUC-VF輸出調(diào)度算法在不同的突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)流和普通業(yè)務(wù)流模型下的性能,仿真結(jié)果表明,該突發(fā)業(yè)務(wù)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 intrudu

3、ced forthe firsttime.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

4、的來臨,人們對通信需求迅速增長。發(fā)展迅速的各種新業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)的帶寬和容量提出了更高的要求。通信網(wǎng)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(fù)用DWDM技術(shù)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(wǎng)的瓶頸在于大容量的交換技術(shù)。為了提高網(wǎng)絡(luò)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(shù),但這些技術(shù)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

5、去了IP交換的靈活性。因此,一種中等粒度的,更適合于目前以及在相當(dāng)長一段時間內(nèi)技術(shù)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(jù)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(yīng)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(jù)突發(fā)與控制分組在不同的物理信道上傳輸,數(shù)據(jù)突發(fā)以直通的方式通過OBS交換網(wǎng)絡(luò),控制分組在每個節(jié)點經(jīng)過光/電

6、、處理、電/光轉(zhuǎn)換,完成對數(shù)據(jù)突發(fā)的控制處理。形成數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)由交換矩陣、光纖延時線和輸出調(diào)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(jù)信道數(shù),然后經(jīng)過光纖延時線組(FDLs)進入輸出調(diào)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(diào)度模塊負責(zé)采用一定的輸出調(diào)度算法合理的控制使用FDLs和輸出數(shù)據(jù)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(diào)度輸出到輸出信道上。所以,突發(fā)分組的輸出調(diào)度

7、算法是光突發(fā)交換中的一項重要技術(shù),目前主要的調(diào)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(fù)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(wù)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(wù)流5產(chǎn)生模塊產(chǎn)生IP,ATM等自相似業(yè)務(wù)流;然后進入組裝模塊,根據(jù)各分組的目的地址和QOS級別等組裝成突發(fā)包

8、,組裝時間為Ta;突發(fā)分組進入分配模塊后,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(diào)度輸出。在傳統(tǒng)的非突發(fā)業(yè)務(wù)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(diào)度輸出模塊,從而完成分配模塊的功能。該非突發(fā)業(yè)務(wù)模型為典型的均勻業(yè)務(wù)模型,不能較好地反映真實的業(yè)務(wù)流。傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務(wù)定義如下:設(shè)突發(fā)業(yè)務(wù)的輸入強度為,突發(fā)業(yè)務(wù)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(nèi),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(nèi),無分組到達;突發(fā)與非突發(fā)周期交替產(chǎn)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

9、互獨立,其平均長度分別為L1和L2。該突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)的突發(fā)性越強,L1,L2和的關(guān)系為:=L1/(L1+L2)。傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)而言的,它能較好地反映傳統(tǒng)業(yè)務(wù)如IP包、ATM信元等的突發(fā)特性,當(dāng)對這些傳統(tǒng)業(yè)務(wù)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(diào)度算法考慮的是N個輸入端口輸入的突發(fā)數(shù)據(jù)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(wù)的定義來描述這種突發(fā)性,

10、即在突發(fā)周期內(nèi),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(nèi),所有N個輸入的突發(fā)包均不向該端口輸出,當(dāng)各輸入端口的業(yè)務(wù)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(wù)的突發(fā)業(yè)務(wù)模型如下:(1)設(shè)系統(tǒng)的端口數(shù)為N,單端口的突發(fā)業(yè)務(wù)的輸入強度為,突發(fā)業(yè)務(wù)的突發(fā)強度為Bi(1BiN),突發(fā)業(yè)務(wù)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)包以零概率向指定端口輸出

11、,且L2=(Bi-1)×L1;(4)突發(fā)與非突發(fā)周期交替產(chǎn)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(wù)強度保持與輸入的業(yè)務(wù)強度不變。若Bi2,在突發(fā)周期內(nèi),平均輸出強度為在非突發(fā)周期內(nèi),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(nèi),平均輸出強度為1=N××BiN,在非突發(fā)周期內(nèi),平均輸出強度2=0,總平均強度為 (因為L2=(Bi-1)×L1)。根據(jù)以上定義的突發(fā)業(yè)務(wù)的特性取決于兩個獨立的參數(shù):突發(fā)

12、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(wù)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(dāng)Bi=1時,該定義等同于非突發(fā)業(yè)務(wù);當(dāng)Bi=N時,該定義等同于傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務(wù)的定義。所以說,非突發(fā)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)的突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)流下的性能分析和比較本文中采用突發(fā)業(yè)務(wù)流和非突發(fā)業(yè)務(wù)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(chǎn)生自相似業(yè)務(wù)流,突發(fā)和非突發(fā)業(yè)務(wù)流如前述,LAUC-VF算法按文獻3中所描述,具體采用MATLAB程序?qū)崿F(xiàn),仿真中采用如下參數(shù):交換矩陣端口數(shù)N=8,數(shù)據(jù)信道的個數(shù)為K=

13、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(wù)強度為=0.86,組裝時間間隔為Ta=2s,輸入業(yè)務(wù)強度,自相似業(yè)務(wù)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(wù)下的丟包率與輸入業(yè)務(wù)強度的關(guān)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(wù)輸入,假定輸入的突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)強度=70%時,系統(tǒng)在非突發(fā)和突發(fā)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)條件下的丟包率分別為10-3和10-1.3;輸入業(yè)務(wù)強度=80%時,系統(tǒng)

14、在非突發(fā)和突發(fā)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)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。本篇論文由網(wǎng)友投稿，3COME文檔只給大家提供一個交流平臺，請大家參考，如有版權(quán)問題請聯(lián)系我們盡快處理。LAUC-VF在突發(fā)業(yè)務(wù)下的丟包率與輸入突發(fā)業(yè)務(wù)的突發(fā)強度Bi的關(guān)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(wù)輸入假定輸入的突發(fā)業(yè)務(wù)的平均突發(fā)長度T1=10Ta,輸入業(yè)務(wù)強度=0.86,從圖中可以看出,隨著輸入突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)下的丟包率與輸入突發(fā)業(yè)務(wù)的平均突發(fā)長度L1的關(guān)系見圖4。圖中取光纖延時線FDLs的單元延時時間D=6s,

15、對突發(fā)業(yè)務(wù)輸入假定輸入的突發(fā)業(yè)務(wù)的突發(fā)強度Bi=2,輸入業(yè)務(wù)強度=0.86,從圖中可以看出,當(dāng)輸入突發(fā)業(yè)務(wù)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(dāng)輸入突發(fā)業(yè)務(wù)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(jié)論對光突發(fā)交換中的突發(fā)業(yè)務(wù)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(wù)模型,也許該模型并不能真實地反映現(xiàn)實世界的業(yè)務(wù)流,只是希望提供逼進現(xiàn)實世界業(yè)務(wù)流的一種分析方法。參考文獻1TURNER J.Terabit burst switching J.Journal of High Speed Networks,1999,8:3

16、16.2QIAO C,YOOM.Optical burst switching (OBS)-A new paradigm foran optical internet J.Journal ofHigh Speed Networks,1999,8:6984.3XIONG Y. Control architecture in optical burst-switched WDWnetworks J. IEEE Journal on Selected Areas in Communicaions,2000,18(10):18381851.4YOOM,QIAOChM.QoS performance of optical burst switching