SUPANET中的物理帧时槽交换技术

文中从分析未来"三网合一"的需求和现有基于DWDM交换技术存在的问题出发,提出了用以太网的介质访问控制(MAC)子层的帧格式作为物理帧格式,以最大长度的MAC帧传输时间作为基本时槽的"物理帧时槽交换(PFTS)技术",并以此作为实现下一代单物理层用户传输平面体系结构(SUPA)的基础。文中提供了实现PFTS的技术框架,详细地讨论了PFTS交换原理和服务质量保障机制,简要地分析PFTS相对于已有的物理层交换技术的优越性。

新型多粒度物理帧时槽交换技术

在分析现有的基于DWDM的多粒度交换技术存在问题的基础,提出了一种基于DWDM的、能够保证服务质量的新型的多粒度交换技术———物理帧时槽交换技术(Physical Frame Time slot Switching, PFTS)。文中给出了PFTS的帧结构,对PFTS的工作过程和特点以及PFTS的服务质量保证机制进行了讨论。最后将PFTS与近年文献中报道较多的多粒度光突发数据块交换———OBS(Optic Burst Switching)进行了比较。仿真结果表明:在保证服务质量的前提下,PFTS的信道利用率明显高于OBS。

物理帧时槽交换中改进的DWRR调度算法

传统的DWRR(defic itwe ighted round rob in)调度算法不能满足变速率实时多媒体业务时延要求.为此,提出了改进的DWRR调度算法(improved DWRR).该算法在DWRR的轮询过程中插入1个新的服务优先等级,从而有效地保证变速率实时多媒体业务的时延要求,并且也可有效地调度非实时业务.仿真结果表明,对变速率多媒体实时业务,改进的DWRR算法的平均队列时延为3.4 m s,比传统DWRR算法的平均队列时延(4.9 m s)降低了30.6%.

基于时槽预定的加权公平调度策略

面向以太网的物理帧时槽交换(Ethernet-oriented physical frame timeslot switching,简称EPFTS)技术以用户域内使用最为广泛的以太网MAC(media access control)帧为运载对象、以定长物理层帧EPF(Ethernet-oriented physical frame)的传输时间为时槽,作为数据传输与交换的基础.针对EPFTS交换技术的特点,提出了一类新的调度策略——时槽加权的公平调度原则(timeslot-reservation based weighted fair scheduling,简称TRWFS),以解决EPFTS交换机中的业务数据调度问题.TRWFS以连接建立阶段各业务流预定的时槽数为基础,控制交换矩阵仲裁过程中各输入端向输出端请求转发信元的时刻,借用一般轮询算法的二相迭代机制来解决端口冲突问题.还给出了TRWFS的3种实现算法,表明TRWFS的实现复杂度可与一般Round-Robin调度算法相当.仿真实验结果进一步表明,即使在重负载条件下,TRWFS仍可有效保障EPFTS交换机各端口对上的预定时槽数,并在平均传输时延和吞吐率保障方面优于其他经典调度算法.

EPFTS中基于时槽加权的公平调度算法

基于EPFTS(ethernet-likephysicalframetimeslotswitching)交换技术,提出了一种新型调度算法TWFS(timeslotweightedfairscheduling),可实现于EPFTS(ethernet-likephysicalframetimeslotswitching)交换节点,满足SUPANET(singlephysicallayeruser-dataplatformarchitecturenetwork)网络中具备QoS(qualityofservice)保障能力的快速数据转发的需要.通过分析两类典型的调度机制iSlip(iterationround-robinmatchwithslip)和BvN-switch(Birkhoff-vonneumannswitch)的优缺点,TWFS利用类似iSlip的迭代机制,以交换节点输入输出端口对上预定的时槽总数作为数据转发的度量权值(优先权),克服了BvN-switch对负载变化反应慢的缺点,同时又使算法时间复杂度保持在与iSlip相同的级别O(log2N).仿真实验结果表明,TWFS算法在算法有效性、公平性和实现复杂度之间取得了很好的平衡,因而特别适合于SUPAENT中的EPFTS高速交换节点.

CICQ交换机中一类服务可保障的调度策略研究

具备QoS保障能力的快速调度算法是高速交换机的首选.基于EPFTS(Ethernet-oriented physical frame timeslot switching)和CICQ(combined input-crosspoint-queued)交换技术的特点,提出了一类新的调度策略———TRWFS(ti meslot reservation weighted fair scheduling).为确保各端口对上保障业务的预留带宽,TRWFS以各端口对上保障业务预留时槽数为调度权重,以优先调度保障业务和平衡各保障业务的盈余时槽(surplus timeslot,定义为现实系统和理想系统之间的服务差额)为业务调度准则.基于该调度策略进一步提出了两种实现算法———TRWFS-I和TRWFS-II,总体上使实现TRWFS的时间复杂度降至O(1).性能分析和仿真实验结果均表明两种调度算法都达到了服务保障的设计目标,仿真实验结果还表明CICQ排队方式下与其他调度算法相比,TRWFS和轮询调度综合的调度机制具有交叉缓存容量要求更低的优点.

NGI研发策略与单层用户数据交换平台体系结构

以四川省网络通信技术重点实验室有关NGI(下一代因特网)体系结构及相关技术研究为背景,较全面地探讨了NGI研发策略及与NGI体系结构相关的问题.重点是实验室有关NGI的研究:"骨干通信子网优先,外延次之(BSF-OES)"的NGI研发策略;骨干通信子网的单层用户数据交换平台体系结构(SUPA);面向以太网的物理帧时槽交换(EPFTS)技术;未来的开放式网络与应用服务模型(ONASM).还讨论了基于SUPANET(单层用户数据交换平台体系结构网络)框架如何迎接Internet面临的高速交换、服务质量保障、网络安全和移动性问题的挑战和实现NGI目标的相关问题.

SUPANET基于OAM的保护交换研究

单层用户交换平台体系结构(Single-layer User-data switching Platform Architecture,SUPA)是基于面向以太网的物理帧时槽交换(Ethernet-oriented Physical Frame Timeslot Switching,EPFTS)技术的一种未来Internet体系结构。研究了SUPA用户平台的OAM(Operation and Management or Operation,Administration and Maintenance)机制,以支持SUPANET域内的连通性诊断、故障诊断和故障恢复等功能。基于SUPA虚线路交换(Virtual Line Switc-hing,VLS)服务,重点研究了基于OAM的保护交换机制。最后,基于QVL(QoS Virtual Line)和SVL(Shared VirtualLine)服务,仿真比较了SUPA用户平台中基于OAM的故障恢复的保护效果,验证了基于QVL的保护交换比基于SVL的保护交换具有更好的QoS保障能力。

论“单物理层的用户数据传输平面体系结构网络”——SUPANET

文中从未来"三网合一"的需求出发,分析了现有的三层和两层通信子网体系结构存在用户数据传输效率低、难以保障各类数据的服务质量的缺点,提出了从Internet逐步向单物理层的用户数据传输平面体系结构网络(SUPANET)过渡。重点讨论了SUPANET保证服务质量的相关技术,对其核心技术———"物理帧时槽交换技术"也进行了简要的介绍。

PFTS交换中借还-加权轮询调度算法

针对PFTS交换节点的输入端口多优先级队列环境,提出了带有“借还”思想的加权轮询调度算法BR-WRR(Borrow&Return Weighted Round Robin).对现有的WRR调度算法进行了扩展,提出了BR-WRR调度算法.仿真结果表明BR-WRR调度算法对于高优先级Burst业务,在传输时延、传输抖动、Burst各帧的保序性等方面,均优于WRR调度算法,同时又在一定程度上保证了各优先级队列调度上的公平性.

一种可提供QoS保证的交换结构

面向以太网的物理帧时槽交换(EPFTS)是四川省网络与通信技术重点实验室提出的"单物理层用户数据传输平台网络"中的关键技术,它是以"面向以太网的帧"为数据传输单元的高速交换技术,正是针对实现EPFTS而提出的交换结构方案。在对常用的交换结构和调度算法进行分析的基础上,针对EPFTS要达到的目标和技术特点,提出了一种能够在物理层交换中保证服务质量的交换结构,称为基于总线的、每输入-输出独立的输出缓存交换结构,同时提出了逻辑队列的排队策略,并对该结构进行了软件仿真。仿真结果表明,使用加权公平调度算法,提出的交换结构对实时业务可提供端到端的QoS保证,对非实时业务可提供最大-最小公平服务。

PFTS交换中基于交换矩阵缓存的调度算法

基于物理帧时槽交换PFTS(Physical Frame Time-slot Switching)交换技术,本文提出了基于交换矩阵缓存的新型调度算法,可实现于PFTS交换节点满足单物理层用户数据传输平台体系结构网络SUPANET(Single physical layer User-data Platform Architecture NETwork)中具备QoS(Quality of Service)保障能力的快速数据转发的需要.该调度算法通过在交换矩阵的每个交叉点增加1个EPF帧的缓存,将传统的CIOQ的集中调度分散到每个输入端口和输出端口分别采用Round Robin调度,从而使得集中式的复杂的CIOQ调度算法简化分散的简单的调度算法.仿真实验结果表明,基于交换矩阵缓存的调度算法在算法有效性、可扩展性和实现复杂度方面均优于传统的CIOQ调度算法,因而特别适合SUPAENT中的PFTS高速交换节点.

NGI/NGN体系结构及其服务质量保障机制研究

本文在深入分析国内外开展的下一代Internet(NGI)或下一代网络(NGN)相关研究工作的基础上,重点研究了NGI/NGN体系结构及其服务质量保障机制。重点阐述了笔者所在的四川省网络通信技术重点实验室提出的一种潜在的NGI体系结构框架——SUPA(单物理层用户数据传输与交换平台体系结构)。研究结果表明,SUPA使得较容易实现从Internet到NGI的平滑过渡,并能够提供更好的服务质量保障。

SUPANET信控管理平台的UNI和NNI研究

单物理层用户数据传输与交换平台体系结构(SUPA)是由四川省网络通信技术重点实验室提出的、基于"面向以太网的物理帧时槽交换"(EPFTS)技术的下一代Internet(NGI)体系结构。此前对EPFTS技术的研究主要针对用户数据交换平台(U-平台)。从SUPA第二阶段过渡的需要,进一步将信控管理平台(S&M-平台)的下部两层结构简化为单层EPFTS结构,从而形成4层的S&M-平台。定义了该平台的用户-网络接口(UNI)和网络-网络接口(NNI)并对相关接口上的典型协议在新环境中进行了仿真,以证实其可行性。

PFTS和OBS的比较分析

为了适应三网合一（电视网、电话交换网和计算机网络）的发展，本文提出了一种新的基于DWDM的交换技术，称为物理帧时机交换技术（Physical Frame Timeslot Switching，PFTS）。在PFTS交换技术中，一个固定长度的物理帧的传输时间称为一个时隙（time-slot），多个时隙复用到一个波长信道中，PFTS提供了QoS保证机制，将用户数据的传输平面降到单物理层。本文通过S仿真分析将PFTS和光突发交换（Optic Burst Switching，OBS）进行了对比，仿真结果表明对于有QoS保证的服务，PFTS在信道利用率上和交换粒度管理上明显优于OBS。

从Internet向SUPANET过渡实现“三网合一”

Internet是20世纪70年代末期出现的网络体系结构和技术，其体系结构与协议明显地打上了当时的通信技术水平（线路传输速率低、误码率高）和以文本传输为主的应用背景的烙印。DWDM技术的发展为实现“三纲合一”奠定了通信基础，但是Internet提供的“尽其所能”（Best Effort）服务无法保证未来实时图像数据、话音数据和文本数据集成服务的需要，不能以数字技术和分组交换技术实现“三网合一”。本文以笔者的研究工作为基础，以“三网合一”的需求和密集渡分复用（DWDM）技术为背景，讨论如何用“单物理层用户数据传输平台网络体系结构”（SUPA）及其核心吏挟技术——“类以大网物理帧时槽交换”（EPFTS）技术在骨干网上实现“三网合一”，又如何从Internet向SUPANET过渡。