类以太网物理帧时槽交换技术研究-通信与信息系统专业论文.docx

西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第l页 摘 要 现有IP网存在着用户数据传输平台层次结构复杂、传输效率低下和服 务质量较难得到保障的缺点，难以适应高速综合业务数据网络传输服务的需 要。虽然在IP网络上提出了QoS保证机制(如集成服务、区分服务、MPLS 等)，但是这些技术目前还不是很成功。因此，四川I省网络通信技术实验室 着手研究下一代Internet的体系结构，提出了“单物理层用户数据传输平 台体系结构网络”(Single physical layer User—data transfer Platform Architecture Network，SUPANET)。 本文主要研究SUPANET用户数据传输平台的新型交换技术一类以太网物 理帧时槽交换(EPFTS)，本文较全面地研究了EPFTS交换技术及其关键技术。 EPFTS交换提高了用户数据平台的效率，同时提供了足够的QoS保证机制。 本文通过对现有交换机的基本组成结构和交换技术的分析，指出了未来 高速多端口交换面临的挑战以及为改进交换机性能值得研究的潜在问题。为 了深入分析交换机的组织结构，本文以带外信令思想分析了交换机，同时给 出了交换机的概念模型，为了进一步分析影响交换机性能的要素，本文将交 换机抽象为“管道模型”，并进一步给出了一种新的交换技术一半步超前交 换技术(Hal f-step Forward Swi tching，HFS)。 队列与调度不仅存在于交换机的输入与输出单元，同时也存在于多级交 换矩阵中。本文分析了交换机的3种队列模型：输出队列交换机、输入队列 交换机和混合输入输出队列交换机，并分析了每种队列模型的典型调度算法 的优缺点，针对各种调度算法的不足，本文提出或者改进了3种调度算法。 查表操作是影响交换机性能的另一因素，本文分析了各种典型的查表算 法，针对EPF帧(Ethernet—like Physical Frame)的索引字段定长的特点， 本文提出了EPFTS查表的硬件实现方法，同时根据Burst特性，提出了Burst 的快速查表方法。 本文的主要贡献表现在： 1． 用形象化的“虚拟串接管道概念模型”描述交换机／路由器内部组织 结构，这有助于分析现有交换机／路由器内部组织中的瓶颈。首次全诬地研 究了EPFTS，初步确立了EPFTS的基本框架。研究内容包括：EPF帧格式的 定义、EPFTS服务质量控制机制、队列调度机制等。 2．提出或者改进了3种队列调度算法。针对输出队列(0Q，Output Queue) 第1l页 第1l页 西南交通大学博士研究生学位论文 交换机的调度算法，为了保证高优先级业务Burst的连续、低时延、低抖动 地传输，本文提出了BR—WRR调度算法；本文提出的IDWRR调度算法是对DWRR 调度算法进行了扩展，能够更好地为各类优先级业务提供QoS保证；针对组 合输入输出队列(CIOQ，Combined InputOutput Queue)，本文提出“基 于交换矩阵缓存”的CIOQ调度算法，并分析了该算法在加速比为3时，可 以与OQ交换机一样保证用户的QOS要求。 3．根据EPFTS查表中的索引VLII定长的特点，提出了EPFTS查表的硬 件实现方法，同时根据Burst特点，提出了Burst的快速查表方法。查表算 法的查表时间短且固定，能够适应未来高速交换的需要。 4．提出一种新的交换技术一半步超前交换(HFS，Half-step Forward Switching)。通过改进EPFTS交换机的结构，将传统交换机在输入端口集中 式处理一定程度上变为分布式处理，从而降低了输入端口的阻塞，提高交换 机性能。 关键词：单物理层用户数据传输平台，类以太网物理帧时槽交换技术，半步 超前交换，光突发交换技术 西南交通大学博士研究生学位论文 西南交通大学博士研究生学位论文 第|l J页 Abstract IP network can not meet the requirement of high·speed integrated services， because IP network has too many layers in User-data Plane to be efficient and is difficult to guarantee Quality of Service(QoS)．Although several QoS guarantee mechanisms，such as Differentiated Service，Integrated Service，and MPLS are proposed based on IP network．SO far they are not