未来光网络中的交换路由器

未来光网络中的交换路由器

一、未来光网络中的交换路由器(论文文献综述)

屈永瑶[1](2021)在《面向IP+光协同网络的跨层资源灵活调度研究》文中研究表明随着网络数据存储的全面云化、互联网业务的快速发展以及新型业务不断增加,网络业务IP化趋势越来越明显,伴随这种趋势而来的是不断扩大的网络规模和各种异构动态应用的增长。在此情境下,IP分组业务往往呈现出高动态性、高突发性以及高峰均比的特征,但目前骨干网中采用IP+光层叠式的架构,该架构下IP层与光层分层管控、独立运维,存在灵活性不足、资源利用率低、可靠性不足、管控与维护困难、投资及运维成本高等问题。如何对IP+光网络进行有效协同以跨层协同调度网络资源、降低运维成本、提高网络资源利用率和保证网络服务质量,同时尽可能的降低能耗、节约成本是运营商面临的关键难点。因此,针对以上问题本文主要以IP+光协同传输为基础,从协同管控架构、资源优化分配及时延优化控制机制三方面进行研究。一、基于SDN的核心思想,设计基于资源池化的IP+光跨层网络的协同控制架构。针对IP与光网络分层管控导致协同困难以及不同厂商设备拥有各自不同的控制接口与私有协议导致的网络异质性增加、维护控制复杂、协同调度流程繁琐周期长、资源调度缺乏灵活性等问题。本文基于SDN设计了四层分层分级协同管控架构,实现IP路由器端口资源以及光链路资源的全局监控形成网络资源池,并通过控制器对设备进行灵活管理与配置实现跨层资源灵活调度达到网随云动、资源高效利用的目的,最后通过硬件实验平台的搭建验证了跨层协同控制方案的可行性。二、提出基于资源池化的跨层网络灵活调整及资源分配机制。针对新兴业务引起的业务高动态性以及高峰均比所导致的网络带宽资源利用率低以及能耗高等问题。本文深入分析IP+光网络模型下,以不同资源分配方式分配网络带宽时,业务流量与网络资源利用率及网络能耗之间的关系。建立了多业务场景下,基于时间表的分阶段能耗最优资源分配模型。同时在跨层网络动态调整前提下,提出了基于遗传算法的多业务跨层资源实时分配算法(MS-SNA)。该算法根据多业务流量矩阵以及最大忍受时延为输入,按时间表分时段规划能耗最优网络资源分配方案,并通过实时配置IP网络和光网络划分网络资源,以最低能耗高效利用网络资源同时保证业务服务质量。通过大量实验仿真验证了所提算法能有效利用网络资源并降低业务阻塞率及能耗。三、提出基于机器学习的光路预配置及延迟释放的多周期网络自适应重配机制。针对网络业务动态性和高突发性所导致的光路频谱碎片化及低利用率以及为有效利用光路资源进行光路的拆建所带来的业务服务时延变长等问题,本文深入分析了光路调整与业务服务时延的关系,建立了不同业务流量模型下,周期性光路自适应重配及频谱整理模型,提出了基于机器学习的光路预配置及资源延迟释放的多周期网络自适应重配算法,该算法利用深度学习长短期记忆模型对历史频谱分配数据进行训练,预测出每条链路的频谱分配方案进行光路预配置以降低业务服务时延、提高频谱利用率。同时结合热点光路资源延迟释放的策略以应对异常突发流量下新建光路所引入的时延从而对时延进行优化控制。通过仿真实验验证了本算法在不同流量负载及网络模型下能有效提高频谱利用率及降低业务平均服务时延。

刘思祺[2](2021)在《IP-over-EON中差错检测和服务恢复技术的研究》文中进行了进一步梳理随着工业互联网、大数据和虚拟现实等应用的发展,网络流量在呈现出爆炸性地增长趋势的同时,也变得更具动态性。为了应对这些挑战,一方面可以采用弹性光网络(Elastic Optical Network,EON)为骨干网提供极具灵活性和适应性的光传输和交换服务,同时EON需要与广泛使用的IP网络组成IP-over-EON才能为骨干网中传输请求提供经济高效的传输服务。另一方面,借助软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)提供的集中式控制平面,可以实现高效的网络管理和控制(Network Control and Management,NC&M),从而可以根据实时的网络状态优化资源分配。IP-over-EON可以使骨干网负载更多的流量,但同时网络的平稳运行也变得更加重要,因为一旦网络中出现失效,将会造成大量流量损失和经济损失,因此,我们有必要针对IP-over-EON中的异常和差错研究如何在失效后快速、经济且高效地恢复。具体来说,在IP网络中,我们考虑骨干网中发生最为频繁的路由器节点失效和由流量动态性造成的潜在拥塞;在EON中,我们考虑如何网络中软失效带来的威胁。由此,我们的研究分如下三个研究点:·本文首先研究如何经济高效地解决IP-over-EON中路由器失效问题。在网络中,尤其是流量负载大的网络中,预先部署过量的冗余资源保证网络可生存性会严重降低资源利用率并推高网络运行成本。所以在这个研究点中,本文利用统一的控制平面,在路由器失效后,联合考虑IP网络和EON的资源,快速计算并部署资源分配方案,对网络进行多层恢复(Multi-layer Restoration,MLR),以经济高效地保证IP-over-EON的可生存性。该问题是一个优化问题,为了求的最优解,我们首先通过整数线性规划(Integer Linear Programming,ILP)为恢复问题建立数学模型并求最优解,而后,为了降低时间复杂度,我们设计快速计算恢复方案的启发式算法。大量仿真结果表明,相对于现有的算法,我们的启发式算法可以有效减少服务恢复过程引入的代价。·其次,考虑到IP传输请求流量的动态性,本文研究如何通过主动的跨层编排(Cross-layer Orchestration,XLyr-O)经济高效地解决动态流量造成的拥塞问题。本文根据真实网络流量设计并实现基于深度学习(Deep Learning,DL)的流量预测模块。然后基于预测流量,设计XLyr-O算法应对网络中动态波动的流量,即通过实时地对IP传输请求重路由以及对光路重配置,实现光路带宽利用率,拥塞概率和重配置频率之间的平衡。最后,我们实现IP-over-EON的系统原型,并将设计的算法应用其中,从而验证我们设计的系统架构和算法。仿真和系统实验结果显示,相对于不使用流量预测的被动式方案,我们可以在充分利用带宽的前提下,通过更少的重配置,减少网络因拥塞产生的丢包。·由于IP层的传输带宽均由EON中的光路支撑,因此为了保证网络正常运行,我们有必要高效地监测EON中的异常。EON通过实时的细粒度频谱采集监测光路状态,但是产生的大量遥测数据会给控制平面和数据平面产生极大的压力,所以我们设计高效的基于自动化频谱监测的异常检测系统,并通过实验展示其性能。本文将实现软件定义EON(Software Defined EON,SD-EON)并且在数据平面设计减少监测数据上传的机制,同时在控制平面设计高效异常检测和定位的机制。在数据平面,我们设计基于自编码器技术的数据压缩模块实现频谱数据的高效压缩从而减少监测数据的上传;在控制平面,首先设计粗过滤模块除去绝大部分正常的监测数据,而后基于深度学习技术实现异常检测和定位;同时,为了保证有充足的训练数据,本文设计半监督式学习算法解决给大量数据贴标签的困难。通过真实系统的实验结果,我们说明了所设计的系统可以高效检测并定位EON中常见的异常(即滤波器通带漂移和带内干扰)。

郑岩莉[3](2021)在《基于Dijkstra算法自适应路由的片上光网络研究》文中认为计算机行业一直在逐步增加单个处理器芯片的核数,通过并行计算来获取高性能。随着互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor,CMOS)片上技术的不断改进和集成,核上处理芯片的数目在急剧增加,成百上千个核将集成在一个芯片上,多核处理器以高性能的优势发展成为一个极具吸引力的平台。但是,随着芯片上核的增加,处理器的数据速率将很快达到数十GHz,这意味着对带宽的需求不断增大。传统的芯片上电互连网络使用电信号来传输信息、带宽小、能量消耗大,芯片上电互连网络仅能够满足当今应用程序的通信需求。但是随着应用程序的核数和内存需求的扩大,芯片上电互连网络的性能扩展就无法实现与等效的通信改进需求相匹配。芯片上光互连(Optical networks-on-chip,ONoCs)不仅能够满足未来系统的带宽要求,而且具有时延低、功耗小等优点,所以芯片上光互连正日益成为解决当今电子芯片级互连网络所面临问题的一个更有吸引力的解决方案。在基于片上光网络的多核架构中,光路由器是片上光网络通信系统的重要组成部分。它由基本的光开关元件、波导交叉和光终端组成。光路由器内部的交换元件、波导交叉和传输波导都会造成传输损耗。然而,较大的传输损耗会导致更多的功耗,大大限制了ONoCs的扩展。常见的片上光网络架构分为三种,分别是Mesh拓扑、Torus拓扑和Fattree拓扑。在常应用的Mesh拓扑中,我们采用X-Y维序路由协议,能够实现网络中并发通信,但不能保证每条链路的传输损耗达到最小,而且链路的传输损耗会随着网络规模的扩大而逐渐增大,整个网络功耗增大并且网络性能也会降低。传统的功率分配控制为了保证链路通信的正常进行,会根据所有链路传输损耗最大的去给其他链路分配功率,这样会造成其他剩余链路的功率分配产生大量的冗余。本文提出了一种基于Dijkstra算法的新型自适应路由,可实现Mesh拓扑中最小传输损耗路由路径的选择,实现网络中链路传输损耗最小,在保证接收机灵敏度不变的前提下,功率控制可得到优化。此外,与传统的功率控制和自适应功率控制相比较,该路由算法在降低链路传输损耗和优化网络功率的前提下,时延和吞吐量这些网络性能并未有较大的降低,这也验证了基于Dijkstra算法的新型自适应路由的可行性。本文的主要内容如下:(1)阐述了ONoCs基础理论,提出了光学波导的损耗模型和基于SOI的微环谐振器的耦合理论模型,分析了基本光交换单元不同端口的输出功率。(2)分析了传统功率控制模型,自适应功率控制模型,建立了基于Dijkstra算法自适应路由所实现的优化功率控制模型。(3)分别建立路由器级和网络级的功率损耗的数学分析模型,提出Mesh架构片上光网络基于Dijkstra算法实现自适应路由的设计及实现方案,另外介绍了光电路由交换机制的实现原理。(4)最后,利用Matlab数值仿真软件得出,基于Dijkstra算法实现自适应路由相较于传统维序路由的链路传输损耗更小,基于Dijkstra算法的自适应路由所实现的优化功率控制相比于传统功率和自适应功率控制在降低网络功耗上有更大优势。基于OPNET仿真平台,在Mesh架构片上光网络下,比较了维序路由和基于Dijkstra算法的自适应路由在不同网络规模下的端到端延时(end-to-end delay,ETE delay)和网络吞吐量,结果显示基于Dijkstra算法的自适应路由在延时和吞吐量方面与传统维序路由相比并无明显的下降趋势。这也验证了基于Dijkstra算法的自适应路由在物理性能上能够实现降低链路传输损耗,而且优化功率控制在降低网络功耗不以牺牲网络性能为代价。

张宇[4](2021)在《卫星光网络组网技术研究》文中研究指明随着全球化时代的到来,人们需要便捷和高质量的通信服务。近些年,地面通信网络快速发展,为用户提供了更便捷、更高速率、更大带宽的通信服务。但地面通信网络依赖地面基站,因而面临着覆盖范围有限、易受地面灾害影响等问题。卫星网络不依赖地面基站,能够实现全球覆盖且不受地面灾害影响。但现有卫星网络所使用的微波无线通信有天线尺寸大、功率消耗大、速率有限、带宽有限、频谱资源紧张、较易受到星间环境干扰等缺点,难以满足新时代对通信网络提出的高数据速率、大通信容量、抗干扰等新需求。卫星光网络在卫星网络中使用空间光通信来弥补微波无线通信的不足,不仅具有卫星网络的全球覆盖能力,还具有数据速率高、通信容量大、功耗低、天线尺寸小、抗干扰能力强等优点,能够满足通信新需求。同时,卫星光网络组网面临着网络拓扑动态变化、网络资源有限、硬件资源有限等问题,进而限制了其在未来通信网络中的应用和发展。为解决上述问题,本文分别从天地一体化网络仿真平台和基于星间激光链路的组网协议两个角度对卫星光网络组网技术展开了研究,其研究内容和创新点如下:1)基于拓扑优化和预判保护的业务传输保障设计卫星光网络拓扑结构的动态变化导致星间激光链路的频繁中断,进而影响卫星光网络中的业务传输。针对该问题,本文设计了考虑链路可用时间的拓扑构建算法,该算法能够有效增加所建立网络拓扑中星间链路的可用时间;设计了预判保护机制,该机制能够预判网络拓扑规律性变化导致的星间链路中断,提前建立新的业务路径。结果表明,拓扑构建算法使得在其所构建的网络拓扑中,各时间片内稳定不变的动态链路占所有动态链路的70%以上,从而增加了网络拓扑的稳定性;预判保护机制能够保障拓扑规律性变化时的业务的稳定传输。2)基于OSPF优化的链路状态数据库自更新机制和单向链路机制卫星光网络中较长的链路传输时延增加了传统OSPF(Open Short Path First,开放最短路径优先)协议的收敛时间;同时其网络拓扑的动态变化使得传统OSPF协议需要频繁产生泛洪信息来更新网络拓扑变化。针对上述问题,本文对OSPF协议进行了优化,设计了链路状态数据库自更新机制,该机制能够根据网络拓扑变化规律自行更新本地链路状态数据库,以有效提高路由收敛速度并减少网络资源消耗;设计了单向链路机制,该机制使得OSPF协议能够识别单向链路并将其链路状态更新到链路状态数据库,从而提高网络资源利用率。3)基于标签交换的AOS帧转发机制卫星光网络通信多遵循 CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)框架,其中AOS(Advanced Orbiting Systems,高级在轨系统)帧在各节点转发时需要进行拆包、组包、高层协议处理等操作,从而占用有限的卫星平台硬件处理能力。针对该问题,本文设计了基于标签交换的AOS帧转发机制,该机制使得中间节点通过标签交换实现AOS帧的转发,从而能够避免上述操作并对AOS帧进行快速转发。结果表明,AOS帧转发机制能够加快中间节点转发效率并减少硬件性能消耗。其中在相同的FPGA逻辑和CPU资源消耗下,该机制处理IPv6和IPv4报文的速度分别比传统机制快3.6倍和2.9倍。综上,本文从不同角度对卫星光网络组网技术进行了研究,为当前卫星光网络组网中面临的一些问题提供了解决方案,也为未来卫星光网络的组网和应用提供了一些分析与参考。

宋婷婷[5](2021)在《针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化》文中提出在当今信息时代应用需求爆炸式增长的驱动下,实现高可靠性和高计算性能的超级信息处理系统是片上系统发展的必然趋势。随着互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor,CMOS)工艺技术的长足改进,单芯片上集成成百上千个处理核的多核处理器系统已经实现。在片上多核系统中,由于多任务的并行处理及处理核间海量数据的频繁交换,迫切需要一种高效的通信架构来实现系统的高性能信息处理。得益于与CMOS兼容的硅光子技术的迅猛发展,片上光互连网络(Optical networks-on-chip,ONo Cs)有效解决了传统电互连所产生的高时延、高损耗、带宽限制和通信效率低等问题,其具备强大的并行计算能力、优秀的资源利用率和良好的可拓展性,在超高速光通信、超级计算机系统、计算机体系结构设计等领域具有广阔的应用前景。此外,将波分复用技术应用于片上光互连网络能够满足超大容量和超高速率对更高通信带宽的需求。然而,现阶段片上多核光互连网络的通信可靠性无法得到有效保证。一方面,由于硅基光子器件本身的材料属性和当前尚不完美的制造工艺,光载波信号在传输过程中不可避免地会遭受固有物理损耗和串扰噪声的影响,从而导致网络中多跳通信光信噪比的降低及误码率的增大。另一方面,硅基光开关元件对温度波动和工艺偏差非常敏感,温度及制造工艺的轻微变化都会导致光开关的谐振波长发生漂移,使得光通信链路的物理性能变差,对系统级的通信性能和可靠性造成负面影响。尤其对于采用波分复用技术的片上光通信系统,由上述问题导致的数据通信可靠性降低现象更为严重。因此,本文针对如何提升片上光互连网络的通信可靠性这一问题,开展了相关研究,并取得了如下研究成果:1.针对多波长片上光互连网络中的串扰特性,将角度优化(60°/120°波导交叉)方法应用于支持波分复用技术的光路由器层和光网络层,以提升光通信链路的物理性能,降低光网络中信号传输的误码率。首先,依次构建了完善的光器件级、光路由器级和光网络级的插入损耗和串扰特性分析模型;其次,基于角度优化方法和理论分析模型设计了优化的Crossbar和Crux光路由器的优化结构,对比分析该方法对光路由器的串扰特性及各端口光信噪比性能所产生的积极影响;最后,将所设计的角度优化光路由器应用于光网络层,基于Mesh和Torus拓扑结构的片上光网络进行了光网络层的数值仿真分析。仿真结果表明:该优化方法在本文所用参数下可将光网络层的平均光信噪比提升约1.5 d B,其能够有效提升多波长片上光路由器和光网络的光信噪比和误码率性能,实现光网络中更低的误码率传输和数据通信的可靠性提升。2.将信道编码技术应用于片上光互连网络,结合群计数编码方法具有强大检错能力的优势,设计了全电、全光和光电混合的群计数编码器,其中全光和光电混合的群计数编码器基于硅基微环谐振器设计实现。基于仿真软件Interconnect验证了所设计的光电群计数编码器的正确性和可行性,并对其检错效率、能耗和面积开销进行了详细的分析和评估。分析结果表明:该群计数编码方法的错误检测效率可以达到88.2%,相比于奇偶校验方案的检错效率高出36.6%;全电、全光和光电混合的群计数编码器在最坏情况下能耗分别为0.260 f J/bit、56.000 f J/bit和30.386f J/bit;另外,该光电群计数编码器的占芯比例非常小,当Mesh和Torus网络规模增大至10×10时,其面积开销在整个芯片尺寸中的占比小于0.15%。3.设计了一种新型的适用于片上光互连网络的高可靠性通信系统,该系统具有错误检测和数据重传功能,可以有效保证目的节点所接收数据的正确性。在此基础上,为了减少串扰对通信可靠性的影响,对重传机制进行了优化,进一步提升数据重传的可靠性。基于Opti System仿真系统直观呈现了光群计数编码方法对于实现高可靠光通信系统的可行性和有效性,验证了所提出的光通信机制可以有效提高片上光互连网络中数据通信的可靠性。此外,选择常用的奇偶校验方案作为对照,基于不同的通信机制全面地评估了该可靠性片上光通信系统所付出的功耗和时延代价。分析结果表明:由于增加了激光源、编码及校验电路,采用群计数方法实现4比特数据的可靠传输相较于不含错误检测机制直接传输需要额外消耗26.4%的功率,相比于奇校验方案需要额外消耗16.3%的功率。基于奇偶校验的重传机制相比于只采用奇偶校验但无重传约需额外35%的零负载端到端时延开销,采用群计数方法重传机制的零负载端到端时延比只采用群计数方法但无重传约多出39%。本文所提出的可靠性提升技术在当前片上集成中切实可行,可以有效提升片上多核光通信网络系统数据通信的可靠性。在数字光通信领域和大规模片上光互连网络中具有潜在的应用价值,为芯片上可靠性光通信系统的实现提供了理论基础和技术储备。

谭艳霞[6](2019)在《“IP+光”协同架构下的资源优化研究》文中研究说明随着4K视频、VR、物联网等新兴业务的快速发展,骨干网流量快速增长。骨干网采用层叠模式的“IP+光”协同架构服务于快速增长的用户需求。在层叠模式下,IP层采用双平面层次化组网架构以汇聚带宽,光层采用扁平化架构以解决大容量,长距离传送问题。在“IP+光”协同网络架构中,针对业务请求一般存在两种不同处理方式:光层直通和IP-光协同传输。“IP+光”协同架构下两种业务传输方式的适应性阈值及其资源优化是一项关键研究课题。本论文以“IP+光”协同架构下两种不同的业务处理方式为主线,从架构适应性分析和资源分配机制两个角度深入展开分析。重点研究“IP+光”协同网络架构下两种业务处理方式的适应性阈值问题、弹性光网络中的路由与频谱资源分配问题以及多层网络中的资源联合调度问题。并在仿真平台上进行了仿真验证和性能分析。具体来说,本论文的主要研究内容和创新点包括以下几个方面:1.提出了一种“IP+光”协同架构下IP交换和光交换的带宽阈值适应性算法。针对“IP+光”协同架构下两种传输方式的合理分工范围问题,论文在新型“IP+光”协同架构下,以OTN设备为传输层基础设施,建立了IP交换和OTN交换在不同业务参数和网络参数条件下的成本模型,并展开了基于硬件成本和光端口成本的带宽阈值算法研究。通过大量的仿真实验,在业务请求数量改变时,比较了IP交换和OTN交换在不同的交换粒度和端口速率下基于硬件成本的带宽阈值分界点。同时,通过计算不同业务请求数量和交换粒度下的最小硬件成本及其对应的端口板卡配置情况,对基于硬件成本的带宽阈值分界点结果进行验证分析。仿真结果表明,在交换粒度为1.25Gb/s时,当业务请求的带宽均值超过280Mbps,采用OTN交换的硬件成本比采用IP交换的硬件成本更低。进一步地,针对采用光层直通时引起的光缆数量和业务跳数增加的问题,本研究对IP交换和OTN交换在不同的交换粒度和端口速率下基于光端口成本的带宽阈值分界点及业务转发时延进行了仿真验证分析。2.提出了一种基于网络能耗的自适应路由与频谱分配算法。在光层直通传输方式下,该算法主要针对弹性光网络中的能耗问题,借助遗传算法的思想将可行解编码映射到遗传算子上,通过遗传算子进行交叉和变异操作,迭代产生比前代更优的可行解集合,从而为业务请求找到近似最优解。仿真结果表明,在不同网拓扑下,对比其他比较算法如EAMGSP、IF和KSP(k=3),本研究提出的SW-Iteration算法能够有效地利用网络中的频谱资源,在保证阻塞率的情况下降低网络能耗,特别是当网络规模较大时,本研究提出的算法在阻塞率和网络能耗上显示出的性能优势更明显。进一步地,提出了一种基于频谱连通度的自适应路由与频谱分配算法。在光层直通传输方式下,针对弹性光网络中如何高效的进行频谱资源分配问题,该算法首先在可用路由路径上找到所有可以满足业务需求的空闲频谱块,然后分别计算各个频谱块的路径频谱连通度和链路频谱连通度,最后根据需求将频谱连通度最大的频谱块分配给业务请求。仿真结果表明,与基准算法相比,在静态和动态网络场景下,DA-FASA算法在阻塞率和频谱资源利用率方面具有较高的性能。3.提出了一种基于虚拟传输网络的多层网络资源联合调度算法。在IP-光协同传输方式下,该算法针对骨干网络中不同类型业务资源分配不均的问题,主要包括虚拟传输网络(VTN)资源描述、虚拟传输网络业务映射和虚拟传输网络重调整三个子问题。提出的算法有效地将资源池中的路由器资源和光网络资源进行一体化切片,根据业务需求建立虚拟传输网络,并将相应的资源通过VTN分配给虚拟业务请求,从而减少IP网络与光网络交互次数,优化网络资源分配。仿真结果表明,相比于没有使用虚拟传输网络的多层网络资源优化算法,所提出的基于虚拟传输网络的资源池化与优化调度机制能够有效地利用网络资源,在保证虚拟业务请求平均接收比率的条件下提高网络资源利用率。

江涛[7](2019)在《面向5G应用的认知数据中心互连网络架构设计与关键技术研究》文中研究表明近年来,随着数字信息技术的高速发展,诸如高清视频,虚拟现实等新兴数据业务呈现出爆发式增长,并对移动通信基础网络性能提出更高的要求。在此背景下,第五代移动通信(5G)系统应运而生,旨在解决未来海量的终端接入和复杂的端到端服务质量需求。为达到上述目标,5G提出更宽泛的应用场景和更高的通信标准,并因此对承载网提出更高要求。以数据中心互连为核心的承载网成为提供云计算和边缘计算服务以支撑5G新型数据业务的关键。然而,面向5G应用的数据中心互连网络面临着严峻挑战,需要新的网络架构和技术,包括超大传输容量、集中控制平面和智能的控制算法才能满足未来5G业务的端到端服务需求。针对上述挑战,本论文探索面向5G应用的新型数据中心互连网络架构与关键技术。结合当前光网络技术演进途径,论文提出了认知数据中心互连网络的架构,并开展了以下几方面技术内容的研究:1)采用容量提升空间更大的空分复用光传输构建底层物理网络;2)采用软件定义光网络的架构提供集中的控制平面以支撑高效快速的网络切片;3)引入认知平面和智能算法提升网络自适应处理事件的能力;4)为了验证论文所提出的技术方法,我们设计了基于空分传输的数据中心互连光网络物理拓扑结构,并基于此网络拓扑,进行大量的仿真验证。研究内容和创新点如下:基于空分复用光传输的网络性能分析。由于光纤内在传输机理不同,空分复用光传输有不同的范式。根据光纤传输元素的耦合效应,空分复用光传输分为三种不同的范式,即独立传输,联合传输和部分联合传输。在数据传输过程,每种传输范式有不同的资源分配方式。独立传输中每个传输资源独立成为信道,数据包可以被分配到不同的信道中传输。联合传输中所有传输资源组成一个信道,数据包依次在这个信道中传输。部分联合传输将传输资源划分为若干个相互独立的组,每个组成为一个信道。不同的传输范式带来不同的网络性能,包括吞吐量,丢包率,平均传输时延等。基于空分复用光传输组网的数据中心互连网络需要考虑每种传输范式的性能。基于此,论文对不同的空分复用光传输范式建立数学模型,利用排队理论和马尔科夫链推导出系统稳定状态下的网络性能,并进行了不同方面的数值仿真对比。仿真结果显示在资源相同的情况下,独立传输具有最高的传输效率,联合传输可以提供最高的传输速率但不能保证最低平均传输时延。在不同传输资源情况下,通过合理的传输粒度设计,部分联合传输可以提供最佳的传输性能。平均光数据包的大小对传输性能有重要影响。相比于其它光传输组网,空分复用光传输更有利于构建灵活粒度传输的全光网络。基于深度学习的自适应路由设计。传统光网络控制层面采用基于链路状态的路由协议,将相同业务映射到固定的传输路径。这种路由算法并没考虑传输路径中节点负载的变化,当这条最短路径上的负载严重时,数据包被大量丢弃,导致丢包率性能下降严重,无法保证5G业务的端到端的服务质量。基于此,文章提出基于深度学习自适应的路由算法。认知平面可以获取网络节点的负载数据,深度神经网络对大量节点负载数据对应的丢包率样本进行学习,输出对应不同网络流量分布的最佳传输路径,实现传输路径的动态调整,进而避免网络拥塞。仿真验证了基于深度学习的自适应路由算法的有效性,相比于传统的路由协议,基于深度学习的自适应路由算法显示出了更佳的丢包率性能和拥塞避免能力。基于深度学习的传输时延优化。网络切片是实现不同5G业务端到端传输时延的重要保证。当前5G网络切片采用物理层信道带宽划分的方案,这种方案可以快速的实现业务的隔离承载,然而并不一定能保证端到端传输时延。这是因为物理层的切片方案没有考虑网络层的流量负载变化,当切片网络中的负载严重时,网络很难保证时延敏感型业务的传输时延。因此论文提出了基于网络层的动态切片方案。认知平面获取网络节点负载信息数据,并通过多个深度神经网络组合训练,得到适合当前网络状态的切片方案。仿真结果显示,基于网络层的动态切片算法比传统物理层切片方案具有更好的传输时延性能。

翦杰[8](2017)在《片上光互连高阶交换芯片设计研究》文中进行了进一步梳理随着高性能计算机(HPC)系统计算性能的不断增长,HPC内部计算节点数量也在不断增加,使得HPC内部互连网络的规模日益扩大。为确保互连网络性能,控制计算节点间数据交换的跳步数和传输延迟,具有更多交换端口的高阶交换芯片设计成为设计下一代高性能计算机互连网络结构的必要组件。基于传统电互连技术实现的电交换结构,由于存在I/O功耗和带宽限制、片内布线拥塞、片上缓冲区资源受限等一系列问题,面临进一步扩展的瓶颈。硅光网络由于具有传输速度快、传输带宽高、低功耗、低信号串扰等特点,成为设计可扩展高阶交换网络结构的热门选择,另一方面,3D芯片集成技术的发展,使得利用TSV实现多芯片层堆叠得以实现。上述两种新技术的发展和成熟,为片上高阶交换芯片的设计提供了新思路,以硅光器件搭建主要的片上交换网络结构,并基于3D集成实现芯片的多层堆叠,设计面向下一代HPC系统的高阶交换芯片,成为本课题的主要出发点。本文基于硅光技术和3D集成技术,从硅光互连高阶交换芯片的结构设计、网络仲裁算法优化、功耗和信噪比分析等方面,寻求解决传统电互连交换芯片在吞吐率、延迟、功耗、可扩展性等方面的问题,本文的主要工作和创新点包括:1、高性能的光高阶交换网络拓扑结构(第三章)基于传统的电互连网络技术设计更高阶数的高阶交换网络时面临带宽和功耗瓶颈,与传统的电互连网络相比,光互连网络在功耗、延迟、带宽等方面具有明显优势;3D集成工艺的出现,为片上互连提供了更高的带宽密度和更少的功耗开销。本文首先将光互连技术与3D芯片集成技术应用于高阶交换芯片的设计之中,利用基于3D芯片集成技术的多光层互连网络(Multilayers Photonic Network on Chip,MPNoC),设计了一种高带宽、低功耗、低延迟、公平的高阶交换网络结构Graphein,Graphein结构利用TSV进行3D层间互连,层内则利用基于多写单读的光Crossbar进行高效数据传输,通过建立加速比分析模型,理论证明了Graphein结构在随机均衡流量下100%的吞吐率,从而满足了高性能计算系统互连网络结构对高阶交换芯片高吞吐性能的需求。2、基于资源预留机制的支持QoS的光互连网络仲裁策略(第四章)基于多优先级请求队列QOS服务的要求,提出了一种分级快速光互连网络通道仲裁机制。通过设置两级仲裁器,实现了网络资源的集中式仲裁;通过具有多优先级数据缓存队列的传输节点设计,实现了数据报文传输的最大延迟和节点的最小带宽保证。利用请求驱动的资源预约式两级仲裁机制,基于仲裁器与请求节点间的数据交换,实现了网络仲裁的完全公平,同时令网络的理论吞吐率达到100%;对设计的快速仲裁通道进行了合理布局,极大的缩短了仲裁延迟。上述创新,使得本文所设计的仲裁策略在为不同类型流量提供QoS保证的同时,在公平性、仲裁延迟、硬件开销等方面均比以往工作取得了明显优势。3、基于高密度存储器的可扩展光高阶交换芯片(第五章)基于交换结构输入输出端口隔离的思想,利用高密度、高读写字宽的新型存储器,构建了一种以高密度存储器为核心的多端口光交换裸片,并基于2.5D芯片集成技术,从交换网络的层次化设计思路出发,改进了上述多端口的单裸片交换结构,通过在裸片上添加片间输入输出代理模块,为裸片设计了片间数据互连交换接口,从而构建了基于多个裸片互连的可扩展高阶光交换芯片,同时还实现了裸片上的存储器控制逻辑和片间输入输出代理的物理结构,展示了数据报文在上述多裸片高阶交换结构中的传输过程,讨论了上述结构在构建未来高阶交换芯片时的可扩展性特点。最后基于光网络模拟器,分析了基于裸片结构的高阶交换芯片在延迟、吞吐率、硬件开销、功耗等方面的优势。4、面向Graphein硅光网络结构的功耗和可靠性分析模型(第六章)根据硅光器件的制造偏差和温度偏离特性,依次建立了从硅光器件到Graphein结构的硅光网络功耗分析模型,提出了一种利用额外通道和冗余微环,分别减少温敏控制功耗与制造调制功耗的方法。比较了两种冗余微环布局方法,分析了上述策略对光高阶交换网络温敏功耗与制造调制功耗的优化效果。为评价上述功耗优化策略对硅光网络信噪比的影响,进一步建立了网络的信噪比分析模型,分析了上述方法对网络信噪比的影响。总结了影响信噪比的网络参数,为进一步扩展光高阶交换结构提供了参考。

王俊辉[9](2015)在《高性能多核处理器的低功耗片上网络研究》文中认为片上互连网络负责实现众多处理器核间、众多处理器核与大量片上存储体间的通信互连,是高性能微处理器的枢纽与核心,其体系结构决定着高性能微处理器的整体性能。传统的电互连网络体系结构存在带宽低、延迟大、功耗高等缺点,已经成为制约高性能微处理器性能提高的瓶颈之一。尤其是在功耗方面,随着互连网络规模的扩大,片上互连网络所需要的功耗已经占据高性能微处理器功耗的很大一个方面。研究低功耗片上网络,可以充分利用相关技术,实现互连网络以及微处理器的高效、节能,具有十分重要的意义。文章主要针对如何利用光互连技术、积压上界的分析技术以及低功耗电路技术等进行低功耗片上网络的设计展开深入研究。主要研究内容可分为以下四个方面:(1)基于蝶型结构的层次式低功耗片上光网络研究随着硅基光互连相关技术的发展,片上光网络已经成为低功耗网络设计中的重点研究方向。相比于传统的电互连网络,片上光网络通过利用光学传输链路,可以在数据传输过程中节省大量能量。但是,在光互连网络中,数据传输方式与电互连网络存在极大的差异。数据报文首先需要经过光学调制后,才能变成光信号在在波导中进行传播。传播过程中,光信号既不能被直接缓存、更不能被解读。如何能够利用光互连网络的特性成为片上光网络设计所面临的巨大挑战。目前提出的片上光网络结构都需要利用大量的光学器件来搭建网络基础设施,势必会带来光学损耗高、光学传输功耗高、面积开销大等问题。针对这些问题,本文提出了一种层次式的基于蝶型网络的片上光网络——HBPNo C。HBPNo C采用一种层次式的结构:在核簇内部采用报文交换方式,在核簇间通信采用光路交换方式。簇间通信利用一个高可扩展的光网络(BPNo C)进行数据传输。BPNo C可以实现高可扩展性的原因包含两个方面。首先,与以前的片上光网络中路由器的构建方式不同,BPNo C只使用一个基本的的的光开关元件(PS E2x2),来建立混合路由器。其次,蝴蝶网络和光开关单元PS E2x2都是单向的。因此,把PSE2x2应用到到蝶型光网络中可以有效节约光学资源、减少面积占用、提高网络的能量效率。BPNo C是一个双层网络,包含光学子网络和电学子网络。光学子网络采用负载平衡路由算法,使用基于连接的交换方式来传输数据包,而电学子网络利用改进转弯算法进行控制报文和数据报文的分组交换。为了提高光学资源的利用效率,HBPNo C在BPNo C网络的基础上,综合利用光传输技术和电传输技术来改善片上网络的性能。HBPNo C网络的最大特点在于,为了提高网络性能和降低系统功耗,对于簇内短距离通信,网络利用局部的电交换结构直接转发核簇内消息到它们的目的地;只有对于长距离、数据大的通信,网络才利用光互连技术进行传输。实验结果表明,HBPNo C片上光网络能够保证高能源效率、低光学损耗以及低延迟、高吞吐率的通信性能。(2)软件定义的低功耗片上片上光网络设计研究片上光网络为实现低功耗网络设计提供了很好的平台。相比于传统的电互连网络,片上光网络通过利用光学传输链路,可以在数据传输过程中节省大量能量。但是,目前已经提出的主动式片上光网络结构都采用一种分布式的方法来建立光学路径,每个光交换单元都需要一个电路由器来配合工作。这就导致片上光网络资源利用率低、能量消耗高等问题。针对这些问题,本文提出了一个软件定义的片上光网络(SD-PNOC)。它使用软件定义网络(SDN)的思想来提高片上光网络中光资源的利用效率。软件定义片上光网络拥有两个功能平面——一个集中式的控制平面和其所控制的一个交换平面。SD-PNo C利用集中式的控制平面来处理路径建立过程。该平面仅仅是由网关和一个集中控制器组成,从而实现利用集中控制来代替分布式的方法。数据交换平面由光交换单元构成,用于完成数据的转发或交换功能。实验结果表明SD-PNo C网络拥有较高的能量效率和较低的传输延迟。(3)片上网络最差积压上界的分析方法研究在主流的电互连片上网络中,路由器中的缓冲区所消耗的能量占据网络总能耗的很大一部分。如何在保证系统性能的情况下减少缓冲区大小就成为低功耗片上网络设计的一大挑战。分析路由器最差积压上界可以为设计过程中缓冲区大小的确定提供很好的理论支持。文章提出了基于有向竞争图(Di GB)的方法来分析最差积压上界。首先,本文分析了简单场景下如何利用网络演算中的到达曲线和服务曲线来推导积压上界。然后,对于复杂情形,文章构造一个有向竞争图(DCG)来帮助分析数据流之间的关系。进一步,通过使用广度优先搜索策略遍历DCG,Di GB方法把复杂情形分解为基本情形。这样,利用基本情形下的模型就可以完成所有路由器的积压上界推导过程。本章以并行处理中经常出现的聚合通信为例,详细描述了最差积压上界推导的过程。最后,通过对4×4和8×8网络中的最大积压结果与Di GB方法推导的最差积压上界进行比较,文章证明了Di GB方法所获结果的正确性与紧致性。(4)电压频率岛感知的低功耗片上网络研究在片上网络中,功耗已经成为一个重要的设计约束。虽然光互连技术以及3D技术等为片上网络的发展提供了新的契机,传统的电互连网络仍然需要发挥很大的作用。如何通过一些低功耗技术,如动态电压/频率缩放技术等,来降低片上网络的功耗是目前研究的一个热点问题。针对该问题,本文提出了一种基于网络演算的高效能(PNC)片上网络设计方法,在满足延迟需求的情况下,尽量减少网络的能量消耗。首先,文章提出了一个网络演算为基础的方法来分析No C中每个通信流在最坏情况下的延迟。基于网络报文在不超过延迟界限时能够经受的进一步延迟时间(也叫延迟空缺),我们的PNC方法利用电源闸控技术来减少处于工作状态的缓冲单元,并且利用电压频率调节技术来降低电压频率岛的电压-频率。通过减少工作状态的缓冲单元和降低路由器的电压和频率,片上网络的功耗得以降低。实验结果表明,我们的PNC方法可以节省至多达69%的网络总功耗。综上所述,本文主要针对光互连技术、积压上界的分析技术以及低功耗电路技术等设计低功耗片上网络展开深入研究展开了深入研究。本文的研究为低功耗片上网络的设计提供了很好的方法,具有一定的理论意义和应用价值。

曹孝元[10](2012)在《光突发交换网络的多业务支持》文中认为最近几十年间,光网络领域经历了巨大的变化。因特网规模的迅速扩大和数据业务的持续增长给现有的计算机和通信网络提出了严峻的考验,业务多样化已成为未来互联网络最重要的特性之一。建设灵活可靠且能满足多种业务需求的新型光网络已是当今最紧迫的要求。光突发交换(OBS)网络是支持下一代光网络发展的关键技术,具有控制数据分离、延迟预约和突发交换等特点,因其灵活交换能力和可实现性已经受到国内外学术界和产业界的重视,得到了充分的研究。然而随着光网络的不断发展和用户需求的不断提高,为了让OBS真正成为未来光网络的支撑交换技术,就必须使OBS网络具有多业务支持的能力。为此,本论文以未来网络转型和业务发展为导向,重点研究了OBS网络对多种业务的支持能力,包括对可靠性业务、高带宽多播业务和动态业务的支持技术。具体可以总结如下:(1)针对可靠性业务传输要求,从降低网络丢包率和提高网络生存性两方面研究如何增强OBS网络对业务的可靠支持。为了降低OBS网络丢包率,论文提出了一种自适应偏置时间算法,为大尺寸的突发包分配更大的偏置时间,从而保证其在资源预约上的优先级,降低其丢包率,提高网络吞吐量。为了提高OBS网络的生存性,论文提出了基于突发包克隆的标记光突发交换(LOBS)网络1+l保护机制,采用源端复制和多路传输的方式提高业务成功接收概率。论文分别通过网络仿真和LOBS实验平台进行实验验证,验证了两个方案的可行性。(2)针对高带宽多播业务传输要求,从构造透明OBS网络的角度出发,研究如何在OBS网络中实现高带宽多播业务的透明支持。论文分析了建设透明OBS网络的意义和关键技术。分析了WDM网络和OBS网络中的多播业务,并从控制层面和数据层面讨论了全光多播的常用策略和关键技术。分析了OBS网络中为了补偿传输和多播引起的功率损失而所需的全光放大的重要性,并分析了OBS网络由于突发包的特性而导致的EDFA瞬态效应及现有的瞬态抑制方案。论文基于多波长变换首次提出并通过实验验证了一种可以同时支持光层多播和全光突发放大的集成结构,能够得到多个克隆信号供多播使用,同时还有效的抑制了突发包放大过程中的EDFA瞬态效应,保证了业务的透明传输。针对提出的节点结构,论文还相应的提出了多播路由和波长分配算法,在控制层面支持全光网络多播,并最小化网络中波长变换的次数。论文通过仿真和实验验证了节点结构和多播算法的性能。(3)针对构建灵活可靠光网络的需求和动态业务传输要求,论文首次引入并完善了基于主电路的LOBS网络(LOBS-HC) LOBS-HC网络结合了OCS和OBS的优势,在保证业务可靠带宽的同时还利用了统计复用的优点以实现灵活小粒度的交换。对于LOBS-HC网络,论文提出了基于单源优化和多源优化的波长分配算法,并将其与具有业务梳理能力的IP/WDM网络进行性能比较。结果表明LOBS-HC网络可以以更少的路由器资源消耗实现相近的波长资源消耗。另一方面,为了增强LOBS-HC对动态业务的支持能力,论文提出了动态业务下的HC分组算法,称为增量HC重组算法(IHCR)。算法以极少的业务流重组开销有效的支持了业务的动态变化,证明LOBS-HC不仅可以为业务提供灵活可靠的传输和交换,还能很好的同时支持静态和动态业务,为下一代光网络的发展提供了有力的支持。

二、未来光网络中的交换路由器(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、未来光网络中的交换路由器(论文提纲范文)

(1)面向IP+光协同网络的跨层资源灵活调度研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容
        1.3.1 基于资源池化的IP+光跨层网络的协同控制架构设计
        1.3.2 基于资源池化的动态跨层网络资源分配机制
        1.3.3 基于机器学习的光路预配置及延迟释放的网络自适应重配机制
    1.4 论文结构安排
    1.5 本章小结
第二章 基于资源池化的IP+光跨层网络协同管控机制
    2.1 “IP+光”跨层协同网络总体架构
    2.2 基于资源池化的跨层网络协同控制平台详细设计与实现
        2.2.1 开源控制器RYU研究
        2.2.2 弹性光网络研究
        2.2.3 “IP+光”整体模块设计及工作流程
    2.3 硬件实验平台搭建与验证
        2.3.1 实验平台搭建
        2.3.2 实验结果与分析
    2.4 本章小结
第三章 基于资源池化的动态跨层网络资源分配机制
    3.1 背景及相关工作
    3.2 模型建立
        3.2.1 MS-SNA算法整体概述
        3.2.2 MS-SNA算法模型建立
    3.3 算法实现
    3.4 实验仿真与分析
        3.4.1 仿真条件
        3.4.2 实验仿真结果与分析
    3.5 本章小结
第四章 基于深度学习的跨层网络自适应主动调整机制
    4.1 背景及相关工作
        4.1.1 问题描述
        4.1.2 光资源延迟释放
        4.1.3 基于深度学习的光路预配置
        4.1.4 基于机器学习的光路预配置和延迟释放的网络自适应重配机制
    4.2 模型建立
    4.3 算法实现
        4.3.1 PNA-RA算法实例说明
        4.3.2 算法实现
    4.4 实验仿真与分析
        4.4.1 仿真条件
        4.4.2 仿真结果
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 展望
参考文献
附录1 缩略语
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(2)IP-over-EON中差错检测和服务恢复技术的研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
    1.1 IP-over-EON概述
    1.2 影响IP-over-EON正常运行的因素
        1.2.1 EON中的硬失效一
        1.2.2 EON中的软失效
        1.2.3 IP层的硬失效
        1.2.4 IP层的软失效
    1.3 研究现状
    1.4 研究内容和组织结构
第2章 应对IP层中路由器失效的服务恢复技术
    2.1 IP-over-EON中IP路由器失效问题
        2.1.1 IP-over-EON模型
        2.1.2 问题描述
        2.1.3 三种基本恢复策略
    2.2 ILP模型
    2.3 启发式算法
    2.4 仿真结果
        2.4.1 仿真环境设置
        2.4.2 八点拓扑的仿真结果
        2.4.3 NSFNET的仿真结果
    2.5 小结
第3章 应对动态IP流量拥塞的服务恢复技术
    3.1 引言
    3.2 网络模型和运行原理
        3.2.1 网络模型
        3.2.2 运行原理
        3.2.3 流量数据采集
        3.2.4 基于深度学习的流量预测
    3.3 ILP模型
    3.4 启发式算法
    3.5 数值仿真
        3.5.1 仿真环境设置
        3.5.2 六点网络中的仿真结果
        3.5.3 NSFNET中的仿真结果
    3.6 系统原型和实验展示
        3.6.1 系统原型
        3.6.2 实验展示
    3.7 本章小结
第4章 EON中的异常检测与定位
    4.1 引言
    4.2 系统设计
        4.2.1 AutoSpecheck系统主要组成部分
        4.2.2 数据收集
    4.3 数据平面中基于自编码器的频谱数据压缩
    4.4 控制平面中基于半监督式学习的异常检测
        4.4.1 自动化数据标记
        4.4.2 高效异常检测和定位
    4.5 数值结果
        4.5.1 数据预处理和CFM性能
        4.5.2 异常检测和定位的性能
        4.5.3 AutoSpecheck系统的总体性能
    4.6 系统实验演示
        4.6.1 滤波器通带偏移的监测
        4.6.2 带内干扰的监测
    4.7 小结
第5章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果

(3)基于Dijkstra算法自适应路由的片上光网络研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 ONoCs研究现状
        1.2.1 硅基光子器件
        1.2.2 片上光路由器
        1.2.3 片上光网络拓扑结构
    1.3 本文研究意义和主要内容
第二章 片上光网络基础理论
    2.1 硅基光学波导
    2.2 基于SOI的微环谐振器
        2.2.1 全通型微环谐振器
        2.2.2 上下话路型微环谐振器
        2.2.3 微环谐振器的主要性能指标
    2.3 基本光交换单元
        2.3.1 BOSEs的组成结构
        2.3.2 BOSEs的损耗分析
    2.4 片上光路由器
    2.5 本章小结
第三章 基于Dijkstra算法的自适应路由设计与功率控制优化
    3.1 功率控制模型
        3.1.1 传统功率控制模型
        3.1.2 自适应功率控制模型
        3.1.3 优化功率控制模型
    3.2 Mesh架构片上光网络自适应路由的设计
        3.2.1 Mesh网络架构
        3.2.2 五端口无阻塞路由器架构
    3.3 Mesh架构片上光网络基于Dijkstra算法自适应路由的设计
        3.3.1 Dijkstra算法介绍
        3.3.2 基于Dijkstra算法自适应路由的设计
        3.3.3 光电路由交换机制
        3.3.4 路由算法
    3.4 本章小结
第四章 性能仿真分析与评估
    4.1 链路传输损耗与激光发射功耗分析
        4.1.1 链路传输损耗模型的建立与分析
        4.1.2 最小激光功耗分析
    4.2 OPNET通信仿真机制
        4.2.1 IP节点模型的建立
        4.2.2 IP节点进程模型的建立
        4.2.3 Router节点模型的建立
        4.2.4 Router节点进程模型的建立
        4.2.5 网络参数的设置和性能评估
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间已发表的论文
攻读硕士期间参加的科研项目

(4)卫星光网络组网技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
        1.1.1 背景综述
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外发展现状
        1.2.1 卫星光通信发展现状
        1.2.2 卫星光网络发展现状
    1.3 本文研究工作
    1.4 本文结构
    参考文献
第二章 卫星光网络组网关键技术
    2.1 引言
    2.2 SDN技术
        2.2.1 SDN技术基础
        2.2.2 SDN技术在卫星网络中的应用
    2.3 MPLS技术
        2.3.1 MPLS技术基础
        2.3.2 MPLS技术在卫星网络中的应用
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 天地一体化网络仿真平台研究
    3.1 引言
    3.2 仿真平台架构
        3.2.1 平台模块组成
        3.2.2 平台内部交互
        3.2.3 平台管控架构
    3.3 功能设计
        3.3.1 网络物理架构
        3.3.2 网络拓扑构建
        3.3.3 网络路由计算
    3.4 仿真和分析
        3.4.1 星座性能分析
        3.4.2 拓扑仿真分析
        3.4.3 网络性能仿真
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 基于星间激光链路的组网协议研究
    4.1 引言
    4.2 组网协议架构
        4.2.1 平面架构
        4.2.2 模块架构
    4.3 管理平面设计
        4.3.1 管理中心
        4.3.2 网管代理
    4.4 控制平面设计
        4.4.1 连接控制模块
        4.4.2 路由模块
        4.4.3 信令模块
        4.4.4 链路模块
    4.5 传送平面设计
        4.5.1 传送平面代理
        4.5.2 硬件模块
    4.6 仿真和测试
        4.6.1 软件仿真
        4.6.2 硬件测试
    4.7 本章小结
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
附录1: 缩略语表
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

(5)针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 片上光网络实现基础
        1.2.2 片上光网络可靠性研究
        1.2.3 光编码技术与光编码器
    1.3 研究意义与主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第二章 片上光互连器件与关键基础理论
    2.1 引言
    2.2 片上光互连基本器件
        2.2.1 激光器
        2.2.2 耦合器
        2.2.3 光波导
        2.2.4 微环谐振器
        2.2.5 滤波器与调制器
        2.2.6 光电探测器
        2.2.7 光器件数值仿真方法
        2.2.8 光器件优化理论
    2.3 光波分复用理论基础
    2.4 非线性四波混频效应
    2.5 本章小结
第三章 基于串扰特性的片上光互连网络通信可靠性分析与优化
    3.1 引言
    3.2 光器件级串扰特性的分析与优化
        3.2.1 物理结构模型
        3.2.2 功率分析模型
        3.2.3 传输特性分析
    3.3 光路由器级串扰特性的分析与优化
        3.3.1 串扰特性分析模型
        3.3.2 光路由器结构优化
        3.3.3 光路由器性能分析
    3.4 光网络级串扰特性分析与理论建模
        3.4.1 片上光Mesh与Torus网络
        3.4.2 交换机制与路由协议
        3.4.3 串扰特性分析与建模
    3.5 片上光互连网络性能仿真与分析
    3.6 本章小结
第四章 片上光互连网络可靠性编码的研究与设计
    4.1 引言
    4.2 片上光群计数编码器的设计与实现
        4.2.1 理论基础
        4.2.2 设计实现
        4.2.3 功能验证
    4.3 片上光群计数编码器的性能分析与比较
        4.3.1 检错效率
        4.3.2 能耗分析
        4.3.3 面积开销
    4.4 本章小结
第五章 基于光编码技术的片上光互连网络通信可靠性分析与优化
    5.1 引言
    5.2 片上可靠性光通信系统设计与优化
        5.2.1 片上可靠性光通信系统设计
        5.2.2 检错重传机制
        5.2.3 重传机制优化
    5.3 仿真分析与性能评估
        5.3.1 数值仿真分析
        5.3.2 通信可靠性评估
        5.3.3 检错能力评估
        5.3.4 功耗分析与评估
        5.3.5 时延开销评估
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读博士期间已发表的论文及专利
攻读博士期间参加的科研项目

(6)“IP+光”协同架构下的资源优化研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 IP网络与光传送网络
        1.2.1 IP网络
        1.2.2 光传送网络
    1.3 “IP+光”协同架构下的资源优化关键问题
        1.3.1 “IP+光”协同架构下IP交换和光交换的适应性问题
        1.3.2 “IP+光”协同架构下弹性光层中的路由与频谱资源优化问题
        1.3.3 基于网络虚拟化的多层网络资源优化问题
    1.4 国内外研究现状
    1.5 论文工作的主要研究内容和创新点
    1.6 论文的结构安排
    参考文献
第二章 “IP+光”协同架构下IP交换和光交换的适应性分析
    2.1 光与IP协同网络架构的演进
        2.1.1 光与IP协同发展的趋势
        2.1.2 “IP+光”协同组网架构
    2.2 IP交换和光交换基于硬件成本的适应性分析
        2.2.1 CLOS交换网络
        2.2.2 适应性问题描述及模型
        2.2.3 基于硬件成本和光端口成本的带宽阈值适应性算法
    2.3 成本阈值问题仿真结果分析
        2.3.1 仿真参数设置
        2.3.2 基于硬件成本的BDT值仿真结果分析
        2.3.3 基于光端口成本的BDT值和转发时延仿真结果分析
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 “IP+光”协同架构下弹性光层中的路由与频谱资源分配研究
    3.1 遗传算法
        3.1.1 遗传算法概念
        3.1.2 遗传算法在弹性光网络的路由与频谱分配问题中的应用
    3.2 弹性光网络中的能耗最小化问题
        3.2.1 能耗模型及问题描述
        3.2.2 能耗最小化的MILP模型
        3.2.3 基于遗传因子的能耗最小化算法
    3.3 能耗问题仿真结果分析
        3.3.1 仿真条件
        3.3.2 算法性能比较
    3.4 弹性光网络中的频谱资源利用率问题
        3.4.1 问题描述及频谱连通度模型
        3.4.2 基于频谱连通度的频谱分配算法
    3.5 频谱资源利用率问题仿真结果分析
        3.5.1 仿真参数设置
        3.5.2 仿真结果分析
    3.6 本章小结
    参考文献
第四章 基于网络虚拟化的多层网络资源联合调度算法
    4.1 “IP+光”网络中基于网络虚拟化的资源分配问题
        4.1.1 虚拟网络中的资源分配问题概述
        4.1.2 IP+光网络中的虚拟网络资源分配问题
    4.2 “IP+光”协同网络中基于网络虚拟化的资源调度算法
        4.2.1 “IP+光”协同网络中的虚拟网络资源分配问题描述
        4.2.2 基于网络虚拟化的多层网络资源调度算法
    4.3 仿真结果及数据分析
        4.3.1 仿真参数设置
        4.3.2 仿真结果及数据分析
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 论文总结与展望
    5.1 本论文研究工作总结
    5.2 未来研究工作展望
缩略词
致谢
攻读博士学位期间论文发表及专利申请目录
    第一作者发表和录用论文
    国家发明专利申请(第一学生完成人)

(7)面向5G应用的认知数据中心互连网络架构设计与关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 光网络技术
    1.3 DCIN所面临的挑战
    1.4 DCIN研究现状分析
    1.5 本论文主要研究内容和组织结构
2 认知数据中心互连光网络
    2.1 构建新型DCIN所需技术
    2.2 光网络技术演进分析
    2.3 面向5G应用的DCIN架构设计
    2.4 CDCIN业务处理逻辑过程
    2.5 本章小结
3 基于SDM光传输组网的DCIN建模与网络性能分析
    3.1 SDM光传输背景
    3.2 CDCIN网络模型及问题分析
    3.3 SDM传输数学模型构建
    3.4 关键网络性能推导
    3.5 数值仿真分析
    3.6 本章小结
4 认知平面中基于深度学习的自适应路由
    4.1 路由协议简介
    4.2 ASON路由协议及问题分析
    4.3 CDCIN认知平面中路由算法设计思路
    4.4 基于深度学习的自适应路由算法实现
    4.5 仿真和结果分析
    4.6 本章小结
5 认知平面基于深度学习的传输时延优化
    5.1 网络切片背景简介
    5.2 5G承载网切片技术
    5.3 CDCIN中基于网络层的动态网络切片设计与实现
    5.4 基于多个DNN组合的动态网络切片算法实现
    5.5 仿真与结果分析
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文内容及创新点总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士期间发表论文目录
附录2 缩略词汇表

(8)片上光互连高阶交换芯片设计研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 互连网络在高性能计算机中的重要地位
        1.1.2 高阶交换芯片设计所面临的技术挑战
        1.1.3 应对高阶交换芯片设计的新技术
    1.2 课题研究目标和意义
    1.3 本文研究内容与创新点
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 本文创新点
    1.4 本文组织结构
第二章 交换芯片与硅光技术相关研究
    2.1 交换芯片设计研究现状
        2.1.1 基于Crossbar的交换芯片设计
        2.1.2 基于瓦片的YARC结构设计
    2.2 硅光网络关键技术研究现状
        2.2.1 硅光器件
        2.2.2 基于硅光技术的高阶交换芯片设计研究现状
    2.3 片上光互连网络模拟
    2.4 主要研究团队汇总
        2.4.1 国外研究团队
        2.4.2 国内研究团队
第三章 基于3D集成的高性能高阶光电互连交换结构
    3.1 引言
    3.2 相关工作
    3.3 高性能3D集成光电高阶交换结构设计
        3.3.1 Graphein结构与光交换层
        3.3.2 数据交换策略设计
        3.3.3 交换网络的物理设计与光导布局
    3.4 Graphein结构的吞吐率分析
        3.4.1 基于加速比的吞吐率分析模型
        3.4.2 Graphein结构吞吐率分析
    3.5 实验结果分析
        3.5.1 实验环境设置
        3.5.2 延迟分析
        3.5.3 吞吐率分析
        3.5.4 公平性分析
        3.5.5 性能隔离分析
        3.5.6 功耗分析
    3.6 总结
第四章 支持QoS的光高阶交换网络中的分级仲裁算法
    4.1 引言
    4.2 相关研究
    4.3 基于QoS支持的分级仲裁结构
        4.3.1 QoS设计规则
        4.3.2 支持QoS的仲裁结构
    4.4 资源预留的仲裁策略
    4.5 硬件设计与布局
        4.5.1 快速光仲裁通道设计
        4.5.2 互连接口与两级仲裁器微结构
    4.6 实验评估与对比
        4.6.1 实验环境
        4.6.2 QoS分析
        4.6.3 性能分析
        4.6.4 真实流量分析
        4.6.5 功耗分析
    4.7 总结
第五章 基于高密度存储器的可扩展高阶光交换芯片设计
    5.1 引言
    5.2 相关研究
    5.3 基于高密度存储器的高阶交换网络设计
        5.3.1 高阶交换网络的层次化设计思路
        5.3.2 以高密度存储器为中心的光交换网络设计
        5.3.3 基于存储器模块化和多裸片互连的交换结构扩展
        5.3.4 面向片间互连的裸片结构设计
    5.4 存储器控制逻辑和片间互连输入输出代理的实现
        5.4.1 存储器控制逻辑实现
        5.4.2 片间互连输入输出代理结构实现
        5.4.3 数据交换过程
    5.5 性能评价
        5.5.1 延迟和吞吐率分析
        5.5.2 硬件开销
        5.5.3 功耗分析
    5.6 总结
第六章 光高阶交换网络的功耗与SNR分析与评价
    6.1 引言
    6.2 相关工作
    6.3 面向Graphein结构的温敏功耗、制造偏离和信噪比分析模型
        6.3.1 硅光网络可靠性与静态功耗的相互影响
        6.3.2 温敏调制功耗分析模型
        6.3.3 制造偏离分析模型
        6.3.4 信噪比分析模型
    6.4 面向低功耗高信噪比的额外通道与冗余微环设计
        6.4.1 额外通道设计
        6.4.2 冗余微环设计
    6.5 实验与评价
        6.5.1 系统设置
        6.5.2 温敏调制功耗
        6.5.3 制造偏离校正功耗
        6.5.4 信噪比分析
    6.6 总结
第七章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 课题研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(9)高性能多核处理器的低功耗片上网络研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 传统片上通信架构遭遇挑战
        1.1.2 片上网络出现
        1.1.3 低功耗片上网络的研究
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 片上网络
        1.2.2 低功耗片上网络
    1.3 课题研究的目标和意义
    1.4 论文研究内容及创新点
    1.5 论文的组织结构
第二章 基于蝶型结构的层次式低功耗片上光网络设计
    2.1 引言
    2.2 相关研究背景
    2.3 基于蝶型结构的层次式片上光网络
        2.3.1 簇间的蝶型结构网络
        2.3.2 HBPNo C网络的拓扑结构
        2.3.3 HBPNo C网络的通信协议
    2.4 实验结果与分析
        2.4.1 光学损耗分析
        2.4.2 功耗分析
        2.4.3 网络吞吐量和延迟分析
    2.5 本章小节
第三章 软件定义的低功耗片上光网络设计
    3.1 引言
    3.2 片上光网络中的能量效率问题
    3.3 软件定义片上光网络
        3.3.1 软件定义网络
        3.3.2 软件定义片上光网络的整体架构
        3.3.3 软件定义片上光网络的通信协议
        3.3.4 基于蝶型光网络的软件定义片上光网络
    3.4 集中控制器的微结构
        3.4.1 静态模块划分
        3.4.2 动态数据流角度
    3.5 实验结果与分析
        3.5.1 能量效率的比较
        3.5.2 端到端延迟的比较
    3.6 本章小结
第四章 片上网络最差积压上界的分析
    4.1 引言
    4.2 研究现状及背景
        4.2.1 研究现状
        4.2.2 背景知识介绍
    4.3 系统模型和问题描述
        4.3.1 系统模型
        4.3.2 问题分析
        4.3.3 问题描述
    4.4 基于有向竞争图的积压上界推导方法
        4.4.1 推导最差积压上界的分析模型
        4.4.2 到达曲线和服务曲线的分析模型
        4.4.3 基于有向竞争图的积压上界分析
    4.5 案例分析
        4.5.1 网状片上网络中的聚合通信
        4.5.2 计算最差积压上界的数学公式
    4.6 实验结果
        4.6.1 实验环境
        4.6.2 示例性问题的实验结果
        4.6.3 聚合通信实例的实验结果
        4.6.4 8×8 网状网络的实验结果
        4.6.5 Di GB方法的执行时间
    4.7 本章小结
第五章 电压频率岛感知的低功耗片上网络设计
    5.1 引言
    5.2 背景
        5.2.1 电源门控技术
        5.2.2 电压 / 频率缩放技术
        5.2.3 路由器功耗模型
        5.2.4 网络演算的基础知识
    5.3 系统模型及问题描述
        5.3.1 片上网络体系结构
        5.3.2 研究动机
        5.3.3 问题描述
    5.4 最差延迟上界及最差积压上界的分析
        5.4.1 路由器服务曲线的分析模型
        5.4.2 数据流的最差延迟上界
        5.4.3 路由器的最差积压上界
    5.5 电压 / 频率岛感知的PNC方法
    5.6 实验结果与分析
        5.6.1 实验平台
        5.6.2 最差延迟对比
        5.6.3 功耗比较
    5.7 结论
第六章 总结与展望
    6.1 课题研究总结
    6.2 课题研究展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果

(10)光突发交换网络的多业务支持(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 光网络发展
    1.2 光交换技术
        1.2.1 光电路交换(OCS)和光分组交换(OPS)
        1.2.2 光突发交换(OBS)
    1.3 业务驱动的OBS网络
    1.4 论文主要工作
    参考文献
第二章 OBS网络中的业务可靠传输
    2.1 OBS网络可靠性分析
    2.2 OBS网络自适应偏置时间机制
        2.2.1 突发组帧对传输特性的影响
        2.2.2 基于偏置时间的QoS机制
        2.2.3 自适应偏置时间算法
    2.3 LOBS网络1+1保护
        2.3.1 LOBS网络的生存性
        2.3.2 LOBS实验平台
        2.3.3 LOBS网络1+1保护机制
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 OBS网络中多播业务的透明支持
    3.1 OBS网络透明化
    3.2 OBS网络多播
        3.2.1 光网络多播实现
        3.2.2 控制平面与数据平面的多播支持
        3.2.3 OBS突发放大
    3.3 OBS多播和突发放大的集成透明支持
        3.3.1 节点结构设计
        3.3.2 实验验证
        3.3.3 支持多播的路由和波长分配算法
        3.3.4 多播算法性能分析
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 LOBS-HC网络及动态业务支持
    4.1 LOBS-HC网络
    4.2 LOBS-HC中波长分配算法
        4.2.1 单源优化算法SSO
        4.2.2 多源优化算法MSO
        4.2.3 LOBS-HC与IP/WDM网络的比较
    4.3 动态业务下的HC分组
        4.3.1 WDM网络中的业务梳理
        4.3.2 增量HC分组算法
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 总结和展望
    5.1 总结
    5.2 展望
    参考文献
英文缩写词索引
致谢
攻读博士学位期间论文发表和专利申请情况

四、未来光网络中的交换路由器(论文参考文献)

  • [1]面向IP+光协同网络的跨层资源灵活调度研究[D]. 屈永瑶. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [2]IP-over-EON中差错检测和服务恢复技术的研究[D]. 刘思祺. 中国科学技术大学, 2021(09)
  • [3]基于Dijkstra算法自适应路由的片上光网络研究[D]. 郑岩莉. 西南大学, 2021(01)
  • [4]卫星光网络组网技术研究[D]. 张宇. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [5]针对片上光互连网络通信可靠性的研究与优化[D]. 宋婷婷. 西南大学, 2021(01)
  • [6]“IP+光”协同架构下的资源优化研究[D]. 谭艳霞. 北京邮电大学, 2019(08)
  • [7]面向5G应用的认知数据中心互连网络架构设计与关键技术研究[D]. 江涛. 华中科技大学, 2019(03)
  • [8]片上光互连高阶交换芯片设计研究[D]. 翦杰. 国防科技大学, 2017(02)
  • [9]高性能多核处理器的低功耗片上网络研究[D]. 王俊辉. 国防科学技术大学, 2015(02)
  • [10]光突发交换网络的多业务支持[D]. 曹孝元. 北京邮电大学, 2012(01)

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未来光网络中的交换路由器
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