光突发交换的交换控制策略和光缓存配置

光突发交换是面向下一代互联网的光交换模式.讨论了异步光突发交换系统的交换控制策略以及相应光缓存的优化配置策略.除了传统预约模式的交换策略,还研究了非预约和改进型预约模式,它们的性能评估由计算机仿真给出.结果表明:在条件相当情况下,改进型预约模式具有最低的丢包率.同时光缓存的配置对上述几类交换控制策略的性能都有很大影响,仿真结果指出:光缓存的粒度对系统性能具有重要影响,所讨论的几类交换模式都存在最佳时延粒度,研究结果对光交换矩阵的设计有指导意义.     

针对WWW业务的光缓存优化设计

研究了异步光分组网中的输出光缓存问题，与以往不同的是在处理光分组到达时间间隔时采用Weibull分布，以便更有效地描述互联网中的WWW业务流量类型．通过建立基于Weibull分布的排队模型，得到了排队模型中的丢包率的解析式，并根据数值解得出了光缓存系统的丢包率、系统实际利用率、服务窗口利用率以及平均排队时间随光纤延时线单位缓存时间变化的关系曲线．研究结果表明：在不同的业务强度和缓存深度下选取恰当的单位缓存时间，可以优化光缓存系统的性能．     

适用于光突发交换网的可编程光缓存器

提出了两种适用于光突发交换网的可编程光缓存器结构：交叉型和多端口开关型.两种结构都能满足突发包缓存的超长性和可变性的要求，且结构简单紧凑，成本低，可扩展.交叉型缓存器通过指定信号在每个子缓存模块的光纤环中的循环次数即能实现可变时间的延迟.多端口开关型缓存器通过指定信号在两个多端口开关相应端口与所接光纤延迟线组成的光纤环中的循环次数实现可变时间的延迟.仿真结果表明，两种可编程光缓存器都能对光突发包实现ns级指定时间延迟，可用于解决光突发交换网突发包的冲突问题.     

基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中功率均衡的新方法

全光缓存器能够在光域内对数据包进行存储而不需经过光电光的变换,成为全光网的重要组成部分,其性能的优劣将直接影响到网络的丢包率等。但在半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制效应并存,导致基于半导体光放大器的环路型全光缓存器中缓存后输出的数据包与未缓存数据包的输出功率间存在不均衡,使得网络误码率增加。在详细分析全光缓存器工作原理的基础上,利用半导体光放大器中交叉增益调制和交叉相位调制并存的现象,巧妙地提出了将控制脉冲反相并配合电可调衰减器的新方法。该方法简单易行,有效解决了此类全光缓存器中数据包输出功率不均衡的难题,缓存器性能得到了极大改善。此方法适用于所有基于半导体光放大器的环路型全光缓存器。     

三阶多粒度光交叉连接的优化设计研究

在采用密集波分复用技术的骨干网中,通过建立动态多粒度业务模型对由大粒度（光纤和波带）和小粒度（波长）组成的三阶多粒度光交叉连接所构成的节点的网络特性（阻塞概率和带宽阻塞比）进行了研究和仿真分析，并由此对三阶多粒度节点的结构参数和网络中的系统参数进行了优化设计.从仿真结果可以看出，所提出来的优化设计方案能够显著的减少节点结构的复杂度并改善阻塞性能，从而减小了网络中设备的规模和成本.     

基于半导体光放大器中非线性偏振旋转效应单一光缓存环全光时隙交换处理能力研究

对基于半导体光放大器(SOA)中非线性偏振旋转效应(NPR)效应的单一光缓存环多数据包的全光时隙交换(TSI)处理能力进行了理论和实验研究,在使用归纳法导出单一缓存环实现多数据包全光时隙(TSI)必要条件的基础上,针对各种全光TSI操作要求得出了相应光数据包的调度方案,在实验上,以基于SOA中NPR效应的单一光缓存环实验系统,开展了多数据包全光TSI操作的实验研究,根据上述光数据包理论调度方案进行相应系统参数设定,进行了速率为10 Gb/s的3个和4个数据包的全光TSI实验,实验结果与理论预期相符合,研究成果为减少昂贵SOA元件的用量、简化基于光缓存环全光TSI系统的结构提供了可靠依据,对推进全光TSI技术的发展具有重要意义。     

一种反馈FDL结构竞争解决丢包率的研究

对反馈FDL结构的光分组交换竞争解决方案建立了数学模型并进行了理论分析，推导出了在反馈FDL输入分组比输入光纤输入分组具有更高输出优先级时的系统丢包率公式，对系统丢包率与负载、输入光纤端口数和FDL数目的关系进行了数值计算和讨论.结果表明：由于FDL缓存分组的概率与输入分组负载的非线性关系导致了反馈FDL结构在低负载时对丢包率的改善非常明显，对高负载的改善却十分有限.随着FDL数目的增加，对系统丢包率的改善不会趋于一个极限值，这是与使用波长转换器进行竞争解决的不同之处，因此使用反馈FDL结构可以降低波长转换器的丢包率极限.     

用于全光缓存的光阈值门理论和实验研究

提出了一种基于光阈值门的全光缓存方案,采用两个非对称的SOA环形腔激光器耦合构成光阈值门,其输出光可以在两种波长上切换,可控制波长转换器实现光包路由,从而将需缓存的数据包路由到缓存端口,避免了复杂的包头处理.建立了光阈值门的理论模型,对10 Gbit/s的光阈值门的动态特性进行了数值模拟和实验研究,实验结果和理论计算结果相符合,实验也表明光阈值门两种输出状态的消光比可达30dB.     

半导体光放大器引起的光控器件中的信号损伤分析

在双环耦合全光缓存器的基础上分析了全光分组交换网络中以半导体光放大器（SOA）为相移器件的反馈型全光缓存器输出的信号损伤,包括SOA的非线性及载流子恢复时间限制引起的脉冲畸变与连续码流中的图样失真和SOA的自发辐射噪声累积引起的信噪比恶化及缓存器结构引起的“漏光”问题.理论分析及实验结果表明,在采用反相控制并注入高功率控制光的情况下,脉冲畸变与图样失真被抑制,由信噪比恶化及漏光决定的光分组的缓存圈数被限制在20—30圈.得到的结果对基于SOA的光缓存器及逻辑器件同样具有借鉴作用. 关键词： 全光分组交换 全光缓存器 信号损伤 半导体光放大器的噪声分析     

光突发交换网络试验平台

研究并实现了几种光突发交换网络的关键技术,包括高速的突发组装技术、突发调度技术及突发光发射及接收技术等,其中突发接收具有较高的灵敏度和小于80 ns的时钟数据恢复时间.在这些技术的基础上,建立了一个灵活且可扩展的光突发交换网络实验平台.在OBS网络平台上进行了TCP性能评估实验和多QoS业务传输实验。实验结果表明光突发网络中丢包率严重影响其上TCP的性能,但若丢包率小于0.1%,则TCP性能可得到一定程度的保证.光突发交换网络实验平台上的TCP传输实验还表明了OBS物理层带来的额外延时对上层TCP带宽有极大的影响.实验结果还验证了OBS网络中的QoS保证机制.     

Modeling and design of WDM optical buffers in asynchronous and variable-length optical packet switches

This paper aims to analyze the influence of wavelength conversion on the design of optical fiber delay line (FDL) buffers in a wavelength-division multiplexing (WDM) packet switch. We focus on the network scenario that variable-length packets arrive at the optical switch asynchronously. Through a detailed analysis of the behaviors of packets in the WDM FDL buffer, an approximate analytical traffic model is established. And the theoretical model is proved to be reasonable by simulations. Based on the model, it is clear that, under the same traffic load per wavelength channel, the utilization of tunable wavelength converters (TWCs) to resolve the output contention significantly reduces the number of fiber delay lines (FDLs) in optical buffers, and to achieve a given packet loss probability under a certain number of FDLs, the required number of tunable wavelengths can be predicted. The model can also estimate the optimal value of the basic time unit of the FDLs, and examine the influence of WDM on the optimal value. Finally, the impact of wavelength conversion on the optical switch size is analyzed. To the best of our knowledge, it is the first time that modeling on this problem is presented.     

有优先权的光突发交换中光缓存的性能分析

分析了配置有限数量光纤时延线(FDLs)和优先权机制的光突发交换(pOBS)网络性能,建立了pOBS的网络模型和排队模型;并以模型为基础,比较了各级别数据包的排队等延时与FDLs单位、负荷强度比例的关系;比较了有和无FDLs时,包丢失率与FDLs单位、FDLs深度、系统负荷强度以及波长数的关系.研究发现;高优先级数据包的平均延时远小于其它数据包,负荷强度越大平均延时也越大,高优先级数据包的比例越大则低优先级数据包的延时越大且丢失率越高,加入有限数量和适当深度的FDLs、减小FDLs最小单位、增加波长数都能减小数据包的平均排队延时和丢失率.     

光突发交换中支持区分业务的混合封装和改进的头部丢弃策略

介绍一种在光突发交换网中支持业务QoS,并减少分组到达乱序的突发包混合封装机制.通过将不同级别的分组组成相对独立的段,并进而封装到同一个突发包里,可减少分组到达乱序.结合改进的头部丢弃策略,可克服尾部丢弃法中存在的虚假冲突问题,能真正改善分组丢弃率.仿真结果表明,混合封装在结合改进的头部丢弃法之后,能很好地应用于具有QoS要求的光突发交换网中.     

光纤延迟线和可调谐波长转换器在光分组交换网络竞争解决结构中的性能分析

研究了光分组交换网络中的两种竞争解决方案.结合课题研究的进展,基于突发和非突发业务,对这两种竞争处理结构进行了深入分析,得出了几点重要结论,首先,在竞争处理上,对于非突发业务,光纤延迟线比可调谐波长转换器有效;而对于突发业务而言,可调谐波长转换器比光纤延迟线有效.其次,在突发业务下反馈式光纤延迟线结构（FFA）是一种较为理想的竞争解决结构,但对非突发业务而言,反馈式光纤延迟线和可调谐波长转换器结构（FFTA）在成本上和结构尺寸上比FFA要有效的多.随着平均突发长度的增加,FFTA中的可调谐波长转换器数目也要增加才能获得合理的分组丢失率。但无论是针对突发业务还是非突发业务,FFTA都是一种成本有效的竞争解决结构.     

采用OFDM信号作为标记的光分组交换方案

以光正交频分复用信号作为光标记,利用两个不同波长的光载波分别经过强度调制,产生了10 Gb/sOOK光载荷和2.5 Gb/sOFDM光标记。测得了光分组信号经光纤传输前后接收载荷的眼图和标记的星座图以及误码率曲线,结果表明:经过40 km光纤传输后,载荷与标记的功率代价分别为1dB和0.5dB。     

Priority-Based Mixed Assembly Supporting Differentiated Service for Optical Burst Switched Networks

In order to have a better support of differentiated service, we propose Priority-based mixed burst assembly, in which packets of different priorities are assembled in a burst with an assigned proportion, and the priorities are lined in an ascending order in a burst from head to tail. Simulation results show that the proposed scheme performs very well in terms of latency and packet loss probability.     

一种基于分层的量子分组传输方案及性能分析

大规模量子通信网络中,采用量子分组传输技术能有效提升发送节点的吞吐量,提高网络中链路的利用率,增强通信的抗干扰性能.然而量子分组的快速传输与路由器性能息息相关.路由器性能瓶颈将严重影响网络的可扩展性和链路的传输效率.本文提出一种量子通信网络分层结构,并根据量子密集编码和量子隐形传态理论,给出一种基于分层的量子分组信息传输方案,实现端到端的量子信息传输.该方案先将量子分组按照目的地址进行聚类,再按聚类后的地址进行传输.仿真结果表明,基于分层的量子分组信息传输方案能够有效减少量子分组信息在量子通信网络中的传输时间,并且所减少的时间与量子路由器性能与发送的量子分组数量有关.因此,本文提出的量子分组信息传输方案适用于大规模量子通信网络的构建.     

基于半导体光放大器进行光标签提取的性能分析

利用半导体光放大器增益饱和数学模型，第一次分析了基于单个半导体放大器进行光标签提取的节点性能.通过对半导体光放大器的参量分析和优化，仿真显示，对于标签速率2.5 Gb/ s 、净荷速率40 Gb/s 的光分组包，提取的标签消光比可达到13 dB.     

A novel all-optical label processing based on multiple optical orthogonal codes sequences for optical packet switching networks

This paper proposes an all-optical label processing scheme that uses the multiple optical orthogonal codes sequences (MOOCS)-based optical label for optical packet switching (OPS) (MOOCS-OPS) networks. In this scheme, each MOOCS is a permutation or combination of the multiple optical orthogonal codes (MOOC) selected from the multiple-groups optical orthogonal codes (MGOOC). Following a comparison of different optical label processing (OLP) schemes, the principles of MOOCS-OPS network are given and analyzed. Firstly, theoretical analyses are used to prove that MOOCS is able to greatly enlarge the number of available optical labels when compared to the previous single optical orthogonal code (SOOC) for OPS (SOOC-OPS) network. Then, the key units of the MOOCS-based optical label packets, including optical packet generation, optical label erasing, optical label extraction and optical label rewriting etc., are given and studied. These results are used to verify that the proposed MOOCS-OPS scheme is feasible.