大容量光交换结构交换调度算法设计与实现

发布时间：2017-05-23 20:08

  本文关键词：大容量光交换结构交换调度算法设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着骨干网传输容量的急剧上升,业务的不断到来,交换网络中的关键节点交换机的“电子瓶颈”问题成为限制网络吞吐能力的重要原因。因此对交换设备的研究是提高光传输网络性能的重点。研究包括两个方面:一方面是高性能的可扩展交换结构;另一方面是高效的交换调度算法。在不同交换结构的特性、适用范围很明确的今天,低时延、多种QoS性能支持的相关调度算法的研究,越来越成为人们关注的焦点,也成为了构建高性能交换设备最核心的部分。本文研究的超大容量七级Clos结构光网络交换机可达10Pbps级别的交换容量,并根据这种交换机的系统结构,设计出新的交换路由算法。通过加快数据处理速度、提高业务吞吐量、降低业务阻塞率,来缓解目前遇到的问题。本文根据这种七级Clos交换机的系统结构和到来业务的特性,将研究的调度算法分为三部分:首先是平面内的业务选择中间级的问题,根据满配平面的业务矩阵规模为512X512,中间级满配的规模为64 X 64,采用基于二部图染色原理的环形算法来处理业务。并在此基础之上,提出并设计双向和同向两种新型的环形算法,大大加快数据处理速度。通过对比资源消耗情况、可达到最高的时钟频率,来解释这三种方法的差异。在Modelsim软件下完成逻辑功能模块的仿真验证,并通过FPGA实验,来验证我们所提出算法的正确性与可行性。其次,根据平面间系统结构的特性、业务的多样性,考虑到无阻塞、避免回溯和重排等要求,提出端口扩展的算法,解决了矩阵度为2的幂次方环形算法的应用问题,并作逻辑验证来说明可行性。最后,考虑到竭力轮询算法将业务分发到各个平面所需的时间太多,且骨干网业务流量长期变化不大的情况,提出了基于增量矩阵的轮询算法的优化,对后到来的业务只对它的业务增量矩阵进行处理。通过对比在不同业务负载率和多种规模的增量矩阵等情况下,两种算法在时延、阻塞率方面的表现。仿真表明:在业务变化量不大的情况下,这种基于增量的改进算法在减少时延方面有更好的表现。
【关键词】：电子瓶颈 交换容量 Clos结构 环形算法 逻辑验证
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP393.01
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-17
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 研究现状及意义14-15
• 1.3 主要研究内容及组织形式15-17
• 第二章 Clos交换结构及调度算法的研究17-29
• 2.1 交换网络的结构分类17-21
• 2.1.1 单级交换结构17-18
• 2.1.1.1 共享缓存结构17
• 2.1.1.2 单级Crossbar结构17-18
• 2.1.2 多级交换结构18-21
• 2.1.2.1 Banyan网络结构18-19
• 2.1.2.2 三级Clos网络19-21
• 2.2 业务路由算法21-23
• 2.2.1 基于矩阵分解的算法21-22
• 2.2.2 二部图染色算法22-23
• 2.3 器件约束条件23-26
• 2.4 交换结构的控制方式26-28
• 2.4.1 集中式控制26-27
• 2.4.2 分布式控制27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 平面内光交换结构调度算法设计与实现29-53
• 3.1 大容量光交换结构业务特性29-30
• 3.2 交换调度算法设计30-38
• 3.2.1 双向调度算法设计思想30-35
• 3.2.2 同向调度算法设计思想35-38
• 3.3 交换调度算法的逻辑实现38-46
• 3.3.1 交换调度算法逻辑实现的基本思路38-40
• 3.3.2 交换调度算法逻辑实现基本架构40-46
• 3.4 FPGA实验结果与仿真结果对比46-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 平面间调度算法的设计与优化53-65
• 4.1 平面间业务特性53
• 4.2 端.扩展算法53-59
• 4.2.1 端.扩展算法思想53-54
• 4.2.2 端.扩展算法的逻辑实现54-58
• 4.2.3 端.扩展算法的分析58-59
• 4.3 竭力均衡算法59-64
• 4.3.1 基于固定轮询算法59-60
• 4.3.2 固定轮询算法的优化60-64
• 4.4 本章小节64-65
• 第五章 全文总结与展望65-67
• 5.1 全文总结65
• 5.2 后续工作展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间取得的成果70-71

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