簇架构混合光交换网络竞争控制及多重公平问题研究

On account of the complexities of multi-granular and multi-reservation,contetion control is always one of the hot topics in the research of hybrid optical switching(HOS).Meanwhile,as the astonishing rise in traffic,more attention has been paid to the problems on delay and energy consumption resulted from data loss.In addition, due to the lack of the quantifying and evaluating methods, the fairness problems of users are strongly concerned.To alleviate such problems above,in our project,first of all,selecting the ChinaNet/CN2 network as researching object,centering the loss-cost of data packtes,the routing and channel reservation mechanism will be optimized by introducing the clustered architecture, which can proactively decrease the probability of channel collision.Secondly,with a joint consideration on delay and energy consumption,the schmems based buffer and preemption for contention resolution will be investigated to further reduce the packet loss possibility.Thirdly,aim to enhance the rationality and practicability of the proposed schemes,a novel assessing model called multi-fairness index (MFI) will be estabilished to perform the comprehensive evaluations for HOS in terms of loss, transmission delay and energy consumption. It is believed that, the researching results have a certain academic importance to the operation of HOS,besides being viewed as an efficient improvment for the deficiency of performance validations in the previous works.

混合光交换允许数据分组采用多交换粒度级、多种信道预约方式并行传输。鉴于其复杂性，竞争控制依旧是混合光交换研究中的焦点问题。而随着网络流量激增，分组丢弃所引发的延迟与能耗等诸多问题亦愈发受到重视。然而，由于缺乏有效的量化分析与评价模型，用户间的公平性问题日益凸显。本申请针对上述问题，拟以ChinaNet/CN2 网络为研究对象，围绕分组的"丢弃成本"，以基于簇架构的虚拓扑方式优化混合光交换网络的路由选择与信道预约机制，主动减少分组间的信道碰撞几率；拟联合考虑分组的传输延迟与能耗成本，探索基于延迟与抢占机制的竞争解决策略，进一步降低分组丢弃几率；拟建立"多重公平指数"模型，综合评价混合光交换网络在丢弃、传输延迟与能耗三方面的性能，以增强相关解决方案的合理性与可行性。项目研究结果将有效弥补以往研究中性能验证方面的不足，对于混合光交换网络的运行机制研究具有一定学术价值。

混合光交换网络包含从分组至波带的多种交换粒度，用户间需采用单向、双向信道预约机制满足其服务质量要求。业务到达及服务质量要求的随机性导致拓扑路由机制异常复杂，信道间竞争冲突几率不确定性增加，随之产生的额外端-端延迟与能耗将严重劣化交换网络传输性能。项目组提出基于地域特征的簇架构模型，简化了簇间与簇内的路由拓扑模型，通过引入“多重公平指数”综合评价网络在丢弃、延迟和能耗三方面的有效性。项目重点研究 ① 联合竞争避免与竞争解决的混合光交换网络竞争控制，② 基于“多重公平指数”的评价模型，③ 簇架构拓扑模型建立及其路由机制，④ 光纤放大器同步增益控制。具体地，在边缘节点，提出基于动态交错的聚合门限机制，有效降低了不同边缘节点间波带、波长用户的信道冲突几率，传输丢弃与延迟特性显著改善；在核心节点，引入“丢弃公平”策略，提出基于受限延迟抢占的小尺寸光纤延迟线方案解决分组竞争；引入低功率空闲(LPI)机制，评价多种信道预约模型下的混合光交换网络能耗传输特性，揭示了丢弃、延迟与能耗间的内在关联特性；以ChinaNet/CN2网络架构为模型，建立基于“北京、南京-上海、武汉-广州”的簇拓扑模型，规范了簇间、簇内路由机制，细致分析了对应的竞争解决、丢弃公平、能耗有效分析、联合竞争控制等问题，实现了覆盖丢弃、端-端延迟、能耗的“多重公平指数”联合评价，有效增强了混合光交换网络的实用性与可靠性。项目组完成了高速光源、光开关的驱动电路设计，搭建了基于掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器的传输测试平台，开展了掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器参量优化研究，开展了掺铒光纤放大器能量累积效应测试研究，基于线形腔谐振结构，开展了C波段掺铒光纤放大器全光增益箝制特性研究，采用单光栅和双光栅结构分别实现了L波段掺铒光纤放大器的同步增益控制，简化了中继节点结构，增强了高速光传输系统的应用性。