摘:着户带宽超摩尔定律增长传输链路容量迅猛增加节点服务器系统力成制约网络容量增长瓶颈网络业务发展趋势会坐等高性光子器件成熟实化预见未10~20年光子器件瓶颈制约着新型光网络节点力提高文章网络分成接入节点链路3网络服务器系统提出种全新光网络体系架构——基服务光网络体系架构通隐函数网络代价耗容量等角度定性考察服务器系统网络性影响提出双光纤链路IP插空联合光突发交换解决方案缓解光子器件瓶颈限制
关键词:光突发交换双光纤链路模型IP插空网络服务器系统
AbstractWiththedevelopmentof users’ broadband transmission capacities grow rapidly The capability of node server has been the bottleneck of network capacity The node performance is restricted for the absence of optical buffer and optical logic devices In this paper a new architecture of optical networks—the serverbased optical networks—is proposed From the point of this new architecture the network can be modeled as a network server system with three type servers—the access server the node server and the link server The network performances such as cost energy consume and network capacity can be affected by the capability of these three types of servers Based on the serverbased optical network architecture the dual fiber link and IP calking for Optical Burst Switching (OBS) are proposed to abate the restriction of optical devices
KeywordsOBSdualfiber link model IP calking network server system
着通信技术发展新业务断涌现IPTVWeb20YoutubeGrid应P2P等等导致全球信息量呈级数增长通信业务传统单电话业务转高速IP数媒体代表宽带业务通信网络带宽容量提出越越高求光纤巨潜带宽波分复(WDM)技术成熟应[12]光纤通信成支撑通信传输网络流技术然现WDM技术已效利光纤25 000 GHz巨带宽资源网络中电子处理设备限制网络带宽进步提高伴着密集波分复(DWDM)技术成熟传输容量快速增长传统电子交换系统承受压力日趋增光交换技术引入日显迫切
光交换技术(OOO)指光/电转换光域直接输入光信号交换输出端针通信网络中已通信模式光交换提出3种方案:光路交换[3]光分组交换[4]光突发交换光路交换然相简单易实现建立拆条通道需定时间
该时间连接保持时间关断增长变化常网络流量中光路交换然难满足需求光分组交换缺乏高速光逻辑器件光缓存储器等处研究阶段针光路交换光分组交换缺点Chunming Qiao[5]J S Turner[6]等提出光突发交换引起越越注意作种新光交换技术光突发交换设法综合较粒度波长(电路)交换较细粒度光分组交换两者优点克服两种交换方式足较低光子器件求实现面IP突发业务快速资源分配高资源利率效支持层协议高层户突发业务
光分组交换相光突发交换显著特点控制信息数净荷相互分离分生成控制分组数突发包应光分组交换中头净荷光突发交换网络中控制分组应突发包控制分组应突发包间存偏置时间间隔控制分组先突发包达路通道节点控制分组该节点获预先处理应突发包达完成路信令功实现网络资源预留应突发包该节点成功交换做切准备突发包着控制分组分配路传送需连接确认信息两突发包预约占资源时产生突发包竞争导致突发包传送失败光突发交换网络中突发包量分组组成突发包丢失导致量分组丢失解决光突发交换网络中突发包竞争问题尤重前解决方案包括采波长变换解决波长资源竞争采光纤延迟线解决时域竞争采偏射路解决空间竞争
波长变换器目前法商光纤延迟线节点控制复杂电源消耗增加偏射路导致数时间延迟增加网络处理复杂度等等素导致光突发交换法商素称光突发交换光子器件瓶颈光子器件目前研究中估计成熟尚需10~20年时间户带宽需求呈超摩尔定律发展网络业务日新月异网络中传输带宽容量越越成越越坐等光子器件瓶颈克服前发展光网络迫切需新方式模式满足网络业务发展充分利带宽资源文提出种全新光网络理模型——基服务系统光网络模型模型提出双光纤链路模型IP插空机制双光纤链路IP插空联合光突发交换解决方案降低光子器件瓶颈光突发交换限制
1 基服务系统光网络模型
传统网络架构图1示般包括户服务供应商网络3部分网络节点链路组成服务供应商通网络户提供需服务
基服务系统光网络模型服务系统角度网络光网络抽象整体服
务系统架构图2示整服务系统种服务器系统复杂组合服务供应商通服务器系统户提供需服务
服务器系统功分两类:
(1)交换路服务器系统
IP路器提供IP包路转发服务ATM服务器提供信元交换路服务光交叉连接服务器提供光路交换波长路服务波长转换服务器提供波长转换服务避免波长竞争光纤延迟线服务器提供信号全光域延迟外MPLS服务器信令服务器等等
(2)链路连接服务器
服务角度链路成服务器系统传送服务器提供信号接收转发收发服务器提供信号放放服务器波长通道服务器信号提供波长通道服务等等
服务系统中位置服务器系统分接入服务器系统节点服务器系统链路服务器系统结构图3示户请求服务业务提供商提供服务成传送服务该传送服务边缘节点传输链路等分解接入服务节点服务链路服务等
针IPWDM光网络图4节点路器光交叉连接(OXC)组成(图中虚线框)该节点成节点服务器系统(NS)该服务器系统转换电域服务器(ES)光域服务器(OS)组合IP WDM网络服务系统节点服务器系统链路服务器系统组成复杂组合
2 基服务系统光网络性分析
基服务系统光网络光网络抽象接入服务器系统节点服务器系统链路服务器系统复杂组合光网络性服务系统性等效服务系统进行分析已条件寻求提高服务系统性适合策略提高光网络性服务系统中公式(1)示光网络性表示接入服务器系统性节点服务器系统性链路服务器系统性关复杂隐函数:
NcF(AScNSc LSc ) (1)
中Nc网络性关指标容量阻塞吞吐量性价耗等AScNScLSc分接入服务器系统性节点服务器系统性链路服务器系统性容量带宽存储耗成
(1)接入服务器系统特性
户带宽需求断增加导致接入服务器带宽迅猛增长呈超摩尔定律发展成耗断降
(2)链路服务器系统特性
着DWDM10 Gbs40 Gbs采光纤链路巨容量光网络中链路服务器容量时具量波长通道链路服务器容量增长迅速成耗相应降
(3)节点服务器系统特性
光交换方式决定节点服务器结构特性波长变换服务器光纤延迟线服务器光逻辑器件发展缓慢导致节点服务器容量增长缓慢前采技术成耗着节点规模增快速升光纤户(FTTH)广泛采新型网络业务视频流成网络流业务导致网络流量暴涨节点服务器系统产生巨压力
根分析前网络户带宽需求增长传输链路容量增加会坐等影响节点性关键全光缓存等光子器件成熟节点力成光网络问题针接入服务器节点服务器链路服务器特性光网络服务系统性提高采策略:
充分利容量链路服务器链路服务器容量换取节点服务器容量提高系统性
利接入服务器数单跳特性降低节点服务器容量求提高系统性
3 基服务系统光突发交换网络方案
基服务系统光网络性分析文提出双光纤链路服务器系统接入服务器IP插空光突发交换解决方案提高光突发交换网络性时两种方案融合方案进行仿真实验面两种方案融合仿真分进行分析说明
31双光纤链路服务器系统光突发交换网络
WDM技术光纤链路容量断提高前光网络架构充分灵活利光纤链路带宽资源时已铺设光缆中存冗余光纤基事实提出种全新光突发交换网络双光纤链路结构[79]网络服务器模型链路服务器系统中采两服务器模型代现单服务器模型网络结构抽象双链路服务器系统光突发交换网络性分析采容量链路服务器换取节点服务器容量降低节点交换服务器复杂度提高系统性双链路服务器系统光突发交换网络结构图5示
图5中示光突发交换网络中总m +1波长通道中λ0控制通道λ1λ2……λm数通道根光纤提供双突发包传输定义方传输传输外方传输图5中光纤0左右传输传输右左传输突发包数传输优先选择传输方波长通道双光纤链路服务器系统OBS网络中控制信道传送BCP先转换电信号进行处理核心节点处理进行调度处理器根控制包分析结果进行交换开关配置果相应资源空闲预约成功相应突发数包达离开核心节点时需更新交换开关配置信息
根式(1)服务系统中光网络容量整系统容量接入服务器容量节点服务器容量链路服务器容量综合反映双链路服务器系统通增加链路服务器容量降低节点服务器求单链路相优势:
两链路波长通道致提供部分波长转换功相提供波长转换服务器
网络中跳具备双链路节点输入链路输出链路通交换开关构成回路提供光纤延迟线功作光纤延迟服务器
双光纤链路波长通道提供偏射路相提供偏射路服务器功
相提供网络存储功
相提供Cisco公司弹性分组环(RPR)功网络拓扑中均适
预见单链路服务器光突发交换网络相双光纤链路服务器光突发交换网络获更性
基14节点美国然基金会网络NSFnet相似数流仿真结果图6示中假设波长传输特率10 Gbs均IP包长度1 500 Bytes节点间数流量均匀分布节点没存储具备波长转换功图6中双链路服务器系统单链路系统相阻塞率低数量级网络性提高
32IP插空接入服务器规光突发交换网络
光突发交换网络中突发数包相邻节点间传输某链路单跳传输资源占影响跳数传送导致网络性降针种情况提出服务系统光突发交换网络模型接入服务器新服务规——IP插空[10]部分单跳数直通减轻节点服务器压力提高服务系统性实质网络服务器系统模型中通联合节点服务器系统接入服务器系统改善网络总体性
基原理图7示链路数通道传输突发包间保护间隔外存空隙IP插空原理利空隙传输相邻节点间IP包节点服务器说需种相邻节点间IP包进行分析处理采种全新服务规增加接入服务器功换取节点服务器容量提高整系统性
基14节点NSFnet网络仿真结果图8示图8(a)中清晰表明采IP插空服务规突发数包丢包率明显降图8(b)说明采IP插空服务规IP包延时没明显增加着网络负载增突发包延时降
33双光纤链路模型IP插空联合光突发交换网络
光突发交换问题阻塞概率分析表明采双光纤链路服务器系统IP插空接入服务器规较提高光突发交换网络阻塞性双光纤链路服务器系统IP插空接入服务器规相结合进步提高光突发交换网络性提出种结合接入服务器系统节点服务器系统链路服务器系统网络解决方案基6节点环网仿真结果图9示双纤丢包率显著改善6节点环网中双纤机制低载时带2~4数量级改善高载时带60改善IP填空机制单纤时丢包率降低30两种机制结合起改善
4 结束语
光突发交换作种适中光交换方式广泛研究没波长转换器等关键光子器件前提提高突发交换阻塞性种交换技术走商关键文提出种全新光网络理体系架构——基服务系统光网络体系架构理体系架构光网络性进行分析提出整体系统性接入服务器节点服务器链路服务器综合体现基础提出光突发交换网络双光纤链路服务器系统IP插空接入服务器规解决方案两种方案融合进行仿真分析研究结果表明采双光纤链路服务器系统IP插空接入服务器规较提高光突发交换网络性两种策略融合进步提高网络性工作中进步完善基服务系统光网络模型探索接入服务器节点服务器链路服务器间融合策略进步提高网络性
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作者简介:
张振荣北京学区域光纤通信网新型光纤通信系统国家重点实验室博士广西学计算机电子信息学院副教授博士先持参加国家863计划项目教育部博士基金项目国家然科学基金项目项已发表文20篇中SCIEI检索10余篇研究领域光纤通信光网络袁驰北京学信息科学技术学院区域光纤通信网新型光通信系统国家重点试验室博士研究生专业通信信息系统研究兴趣包括:光网络协议体系架构全光交换技术等目前已发表文10余篇申请专利4项李正斌北京学信息科学技术学院区域光纤通信网新型光纤通信系统国家重点实验室副教授博士毕业西安交通学事光纤通信网络相关研究先持863计划然科学基金等科研项目项已发表文数量90余篇专利10余项
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