基于業(yè)務(wù)特征的空間光通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)度方法①

趙 毅，李文屏，白鶴峰

(1.中國(guó)空間技術(shù)研究院 西安分院，西安 710000；2.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094)

0 引言

隨著天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大工程的立項(xiàng)，作為天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)組成之一的空間光通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，未來(lái)將成為我國(guó)空間基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分[1-3]。與地面光通信網(wǎng)絡(luò)不同，空間光通信網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)分布較為稀疏、信號(hào)傳輸時(shí)延較長(zhǎng)、光鏈路信對(duì)較息速率相低、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變換、連接容易中斷、星上處理資源有限等特點(diǎn)，空間光通信網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式、交換體制和業(yè)務(wù)調(diào)度方法不能照搬地面光通信網(wǎng)絡(luò)，需要根據(jù)空間光通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)有針對(duì)性地進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

目前，國(guó)內(nèi)外地面光通信網(wǎng)主要采用密集波分復(fù)用(DWDM)和超密集波分復(fù)用(UDWDM)技術(shù)，為各類(lèi)業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)格式透明的高速傳輸通道，在光交叉節(jié)點(diǎn)處采用光波長(zhǎng)交換技術(shù)，利用電域高速路由器實(shí)現(xiàn)各類(lèi)業(yè)務(wù)的適配[3]。地面光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)是更大的通信容量和更密集的波分復(fù)用，而不太注重光通信鏈路的統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度。

在空間光通信網(wǎng)中，首先，受激光功率和光天線等因素的制約，無(wú)法實(shí)現(xiàn)密度程度較高的波分復(fù)用；其次，由于衛(wèi)星光鏈路數(shù)量有限，多種業(yè)務(wù)需要在同一個(gè)星間鏈路上傳輸，空間光通信網(wǎng)絡(luò)更加強(qiáng)調(diào)光通信鏈路的統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度，而在地面光通信網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的光波長(zhǎng)交換技術(shù)在光鏈路統(tǒng)計(jì)復(fù)用方面存在短板；最后，在地面光通信網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)傳輸組網(wǎng)靈活性的關(guān)鍵在于電域高速路由交換技術(shù)，受限于元器件的選用和處理資源的制約，在星上很難實(shí)現(xiàn)高性能路由交換機(jī)[4]。綜上所述，空間光通信網(wǎng)絡(luò)雖然采用了和地面光通信網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似的激光通信技術(shù)，但二者在應(yīng)用場(chǎng)景、組網(wǎng)規(guī)模、業(yè)務(wù)需求、約束條件等方面存在諸多不同，地面光通信網(wǎng)交換技術(shù)不能直接應(yīng)用到空間光通信網(wǎng)絡(luò)中。

空間光通信網(wǎng)絡(luò)定位于下一代天基寬帶信息傳輸網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)星間星地超高速率業(yè)務(wù)傳輸，典型的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模包含數(shù)十個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和地面信關(guān)站節(jié)點(diǎn)，單個(gè)衛(wèi)星的信息吞吐量達(dá)到100Gb/s量級(jí)，支持?jǐn)?shù)百個(gè)波束，支持不同速率不同QoS要求的通信、測(cè)控、遙感等業(yè)務(wù)。由于單顆衛(wèi)星配備的激光鏈路數(shù)量有限，且激光鏈路所能夠提供的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單個(gè)業(yè)務(wù)的傳輸需求，因此如何實(shí)現(xiàn)星間星地激光鏈路的靈活高效統(tǒng)計(jì)復(fù)用成為下一代天基寬帶信息傳輸網(wǎng)的研究重點(diǎn)。本文針對(duì)空間光通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，在分析對(duì)比了目前主流光交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了能夠高效應(yīng)用OFS和OBS優(yōu)點(diǎn)的混合交換體制業(yè)務(wù)調(diào)度方法，根據(jù)業(yè)務(wù)類(lèi)型和業(yè)務(wù)帶寬充分發(fā)揮兩種不同交換體制的優(yōu)勢(shì)，提升整個(gè)空間光通信網(wǎng)絡(luò)的光鏈路利用率和通信業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度。

1 空間光通信網(wǎng)絡(luò)

1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

空間光通信網(wǎng)絡(luò)主要由空間段、地面段和用戶(hù)段三部分構(gòu)成，空間段包括位于各種軌道的航天器，其中高軌衛(wèi)星構(gòu)成環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的天基骨干網(wǎng)，中低軌衛(wèi)星構(gòu)成天基接入網(wǎng)，通過(guò)星間激光鏈路連接到天基骨干網(wǎng)；地面段由衛(wèi)星信關(guān)站、衛(wèi)星運(yùn)行控制中心和地面網(wǎng)絡(luò)管理中心等構(gòu)成；用戶(hù)段由地面終端和衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)等構(gòu)成。地面段和用戶(hù)段通過(guò)激光鏈路連接到衛(wèi)星。

圖1 空間光通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topological structure of space optical network

星間激光鏈路采用多波長(zhǎng)通信體制，其中包含一個(gè)控制/業(yè)務(wù)混合波長(zhǎng)和若干個(gè)純業(yè)務(wù)波長(zhǎng)，其中混合波長(zhǎng)采用光-電-光處理方式，作為光域交換單元的控制信道和低速業(yè)務(wù)信道；純業(yè)務(wù)波長(zhǎng)采用全光交換處理方式，作為光域交換單元的業(yè)務(wù)信道，光域交換業(yè)務(wù)可以承載在激光鏈路的任意業(yè)務(wù)波長(zhǎng)上。

空間段由多顆衛(wèi)星通過(guò)星間激光鏈路構(gòu)成一個(gè)環(huán)形拓?fù)?，每條激光鏈路包含一個(gè)控制/業(yè)務(wù)混合波長(zhǎng)和若干個(gè)純業(yè)務(wù)波長(zhǎng)，空間段和地面段之間也采用了相同形式的激光鏈路?；旌喜ㄩL(zhǎng)在每個(gè)光交換節(jié)點(diǎn)都要進(jìn)行光-電-光變換處理，而純業(yè)務(wù)波長(zhǎng)在光交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行透?jìng)?，因此在設(shè)計(jì)光交換體制時(shí)需要著重考慮星上處理能力和星間鏈路傳輸時(shí)延的影響。

圖2 空間段連接示意圖Fig.2 Connection schematic diagram of space segment

1.2 業(yè)務(wù)類(lèi)型

根據(jù)空間光通信網(wǎng)絡(luò)的功能定位，網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)主要包括：高速信息獲取類(lèi)業(yè)務(wù)、寬帶通信類(lèi)業(yè)務(wù)和測(cè)控類(lèi)業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)特點(diǎn)分析總結(jié)如下：

(1)高速信息獲取類(lèi)業(yè)務(wù)

高速信息獲取類(lèi)業(yè)務(wù)主要為遙感、測(cè)繪類(lèi)數(shù)據(jù)，此類(lèi)業(yè)務(wù)具有傳輸速率高(Gb/s數(shù)量級(jí))，持續(xù)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，傳輸路徑相對(duì)固定的特點(diǎn)，空間光交換需為其提供一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)高速固定路徑的傳輸服務(wù)保證。

(2)寬帶通信類(lèi)業(yè)務(wù)

寬帶通信類(lèi)業(yè)務(wù)主要為數(shù)字信道化半透明業(yè)務(wù)和IP分組業(yè)務(wù)，信道化業(yè)務(wù)跨星傳輸費(fèi)效比很低，此類(lèi)業(yè)務(wù)通常不進(jìn)行跨星傳輸。IP分組業(yè)務(wù)包括視頻、語(yǔ)音、文件、短消息、控制信令等。按ITU分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)可映射為6類(lèi)：實(shí)時(shí)對(duì)抖動(dòng)敏感高質(zhì)量互動(dòng)類(lèi)業(yè)務(wù)；實(shí)時(shí)對(duì)抖動(dòng)敏感互動(dòng)類(lèi)業(yè)務(wù)；事務(wù)數(shù)據(jù)、高度互動(dòng)(信令)類(lèi)業(yè)務(wù)；事務(wù)數(shù)據(jù)、互動(dòng)類(lèi)業(yè)務(wù)；低丟失率業(yè)務(wù)和盡力而為類(lèi)業(yè)務(wù)?？臻g光交換需對(duì)各種寬帶通信業(yè)務(wù)進(jìn)行分類(lèi)映射，并按照優(yōu)先級(jí)提供區(qū)分服務(wù)保證。

(3)測(cè)控類(lèi)業(yè)務(wù)

測(cè)控類(lèi)業(yè)務(wù)主要為跨星傳輸?shù)男l(wèi)星測(cè)控類(lèi)數(shù)據(jù)，此類(lèi)業(yè)務(wù)具有傳輸速率低、可靠性要求高，對(duì)丟包率、誤包率和時(shí)延敏感等特性?？臻g光交換需保證測(cè)控類(lèi)業(yè)務(wù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)及可靠性。

根據(jù)高速信息獲取類(lèi)業(yè)務(wù)、寬帶通信類(lèi)業(yè)務(wù)和測(cè)控類(lèi)業(yè)務(wù)的不同特點(diǎn)，從持續(xù)時(shí)間、通信速率、QoS保障要求和路由復(fù)雜程度四個(gè)維度進(jìn)行分類(lèi)，結(jié)果如表1所示。

表1 三類(lèi)主要業(yè)務(wù)類(lèi)型分析Table 1 Analysis of three main traffic types

持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)的業(yè)務(wù)對(duì)光通信鏈路建立時(shí)間的要求就越低；QoS保障要求越高的業(yè)務(wù)對(duì)光鏈路的穩(wěn)定性要求就越高；路由復(fù)雜程度越低的業(yè)務(wù)就越容易進(jìn)行匯聚和端到端傳輸鏈路的建立。不同的光交換體制滿(mǎn)足不同類(lèi)型業(yè)務(wù)需求的能力也不同，很難采用一種光交換體制滿(mǎn)足所有業(yè)務(wù)的需求，因此需要具體問(wèn)題具體分析，針對(duì)具體業(yè)務(wù)選擇適合的光交換體制。

2 光交換技術(shù)

2.1 主流光交換

目前主流的光交換體制主要有光線路交換(OCS)、光流交換(OFS)、光分組交換(OPS)、光突發(fā)交換(OBS)等[8]。

光線路交換(OCS)是以一個(gè)波長(zhǎng)通道上的業(yè)務(wù)流量作為最小交換單元。在OCS中每個(gè)連接請(qǐng)求都會(huì)通過(guò)端到端的光通道進(jìn)行通信，光通道的建立采用了雙向預(yù)留方式，源節(jié)點(diǎn)發(fā)出建立連接請(qǐng)求的數(shù)據(jù)分組，只有源節(jié)點(diǎn)在接收到來(lái)自目的節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信息后才開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，光交換粒度為一個(gè)波長(zhǎng)，適合高速率、高帶寬的業(yè)務(wù)傳輸，并且要求業(yè)務(wù)的生存時(shí)間相對(duì)于光通道的建立時(shí)間足夠長(zhǎng)。

光流交換(OFS)是以從源端到目的端的流作為最小交換單元，流是指從源端到目的端單向傳輸?shù)挠行蚍纸M。以IP分組為例，其中的源IP地址、目的IP地址、源端口號(hào)、目的端口號(hào)、TOS域等均可以作為流的標(biāo)識(shí)。在OFS中，為每個(gè)流的傳輸建立特定的光傳輸通道，傳輸通道的建立依賴(lài)于雙向的資源預(yù)留機(jī)制。OFS的交換粒度為一個(gè)流，光鏈路的統(tǒng)計(jì)復(fù)用水平和實(shí)際鏈路利用率高于OCS，特別適合于高帶寬、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而又對(duì)交換靈活性有一定要求的業(yè)務(wù)。

光分組交換(OPS)采用“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”式交換方式，類(lèi)似于電域分組交換。在光鏈路資源使用上，OPS可以采用單向預(yù)約或不預(yù)約方式，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)層面上的細(xì)粒度信息交換，達(dá)到與電域分組交換相同水平的帶寬資源的統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度，具有較高的帶寬利用率。OPS以光分組作為最小的交換單元，在任何業(yè)務(wù)類(lèi)型下均能夠達(dá)到較高的光鏈路利用率和統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度，相比于其他交換體制，OPS特別適合于持續(xù)時(shí)間較短的業(yè)務(wù)。

光突發(fā)交換(OBS)結(jié)合了OCS和OPS的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)又克服了相應(yīng)不足：相對(duì)于OCS，克服其統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度較低的缺點(diǎn)；相對(duì)于OPS，克服了光交換控制開(kāi)銷(xiāo)較大可實(shí)現(xiàn)程度較低的缺點(diǎn)。OBS在光鏈路資源使用上采用單向預(yù)留機(jī)制，數(shù)據(jù)包和控制包獨(dú)立傳輸，以光突發(fā)包作為最小的交換單元。OBS具有中等的交換粒度和較低的控制開(kāi)銷(xiāo)，支持帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用，具有較高的帶寬利用率；采用控制信道和數(shù)據(jù)信道分離傳輸方式，避免了光交換節(jié)點(diǎn)的緩存處理，能夠有效地降低處理時(shí)間和端到端時(shí)延。

2.2 技術(shù)比較

上述幾種光交換體制的主要區(qū)別在于光交換的粒度不同。OCS的交換粒度為波長(zhǎng)，OFS的交換粒度是一個(gè)流，OBS的交換粒度是一個(gè)突發(fā)，OPS的交換粒度為一個(gè)光分組。交換粒度越小，光鏈路統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度越高，光鏈路資源利用率越高，光交換的控制就越復(fù)雜。

圖3 主流光交換技術(shù)比較Fig.3 Comparison of main optical switching technologies

OCS主要缺點(diǎn)在于激光鏈路的統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度較低，對(duì)用戶(hù)數(shù)量較少，且傳輸業(yè)務(wù)速率較高的場(chǎng)景適應(yīng)性較好，但面對(duì)低速、多用戶(hù)等通信業(yè)務(wù)時(shí)承載效率較低。由于下一代天基寬帶信息傳輸網(wǎng)不僅定位于實(shí)現(xiàn)高速數(shù)傳，也定位于實(shí)現(xiàn)廣域通信，為了更好地支持多用戶(hù)的通信業(yè)務(wù)，僅僅依靠OCS交換體制是不夠的。由于目前OPS技術(shù)尚未大規(guī)模應(yīng)用，面向星上使用的光緩存器件也尚未成熟，因此在空間光通信網(wǎng)絡(luò)中也不適合采用OPS交換體制。從面向空間光通信網(wǎng)絡(luò)需求出發(fā)，考慮到技術(shù)成熟度等工程實(shí)現(xiàn)因素，空間光通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用OFS和無(wú)光緩存的OBS交換體制。

3 光交換體制及業(yè)務(wù)調(diào)度方法

3.1 OFS交換體制

OFS交換體制類(lèi)似于電路交換，采用雙向資源預(yù)留策略，主要分為建鏈、通信、拆鏈三個(gè)步驟。OFS的數(shù)據(jù)平面和控制平面是分離的，來(lái)自混合業(yè)務(wù)波長(zhǎng)的分組經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換后進(jìn)行電域處理，主要完成光傳輸鏈路的建立控制，純業(yè)務(wù)波長(zhǎng)則直接在端到端的光通道中進(jìn)行透明傳輸和交換。在業(yè)務(wù)通信開(kāi)始之前，需要完成建鏈過(guò)程；在業(yè)務(wù)通信結(jié)束之后，需要完成拆鏈過(guò)程；在業(yè)務(wù)通信過(guò)程中，源端獨(dú)占一個(gè)完整的光信道(某個(gè)波長(zhǎng))進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。

圖4 OFS交換體制鏈路建立流程Fig.4 Link establishment flow of OFS

假設(shè)相鄰衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)間的光信號(hào)傳輸時(shí)延為T(mén)r，控制分組經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)電域處理所用時(shí)間為T(mén)p，通信業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間為T(mén)D，整個(gè)空間光通信網(wǎng)絡(luò)最大跳數(shù)為2N，在環(huán)狀拓?fù)湎碌钠骄鴶?shù)為N，則通信業(yè)務(wù)持續(xù)時(shí)間占整個(gè)通信過(guò)程的比例為

(1)

若該通信業(yè)務(wù)的速率為SD，光鏈路傳輸帶寬為ST，則在通信業(yè)務(wù)持續(xù)過(guò)程中光鏈路的信道利用率為

(2)

δ與ξ的乘積為OFS交換體制下的光鏈路利用率

(3)

3.2 OBS交換體制

OBS交換體制引入了業(yè)務(wù)匯聚策略，將不同類(lèi)型的業(yè)務(wù)匯聚成相互獨(dú)立的突發(fā)進(jìn)行傳輸，單個(gè)突發(fā)的傳輸持續(xù)時(shí)間較短，提高了光通信鏈路的資源利用率；由于單個(gè)突發(fā)傳輸時(shí)間較短，更適合采用單向資源申請(qǐng)策略，降低業(yè)務(wù)傳輸?shù)却龝r(shí)間的同時(shí)也降低QoS保障能力，但可以采用支持QoS和區(qū)分服務(wù)的調(diào)度策略進(jìn)行一定程度上的彌補(bǔ)。

OBS的業(yè)務(wù)通信分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是發(fā)送資源預(yù)約分組BCP(Burst Control Packet)進(jìn)行單向資源預(yù)約，第二個(gè)階段是發(fā)送匯聚后的突發(fā)業(yè)務(wù)BDP(Burst Data Packet)。由于采用了單向資源預(yù)約機(jī)制，第二個(gè)階段的開(kāi)始時(shí)刻只需要考慮光交換節(jié)點(diǎn)對(duì)BCP的處理延遲，無(wú)需等待第一個(gè)階段的應(yīng)答，因此OBS交換體制傳輸延遲較低，但由于在沒(méi)有確認(rèn)光鏈路資源得到保證的前提下就進(jìn)行第二階段的傳輸，傳輸?shù)腂DP會(huì)存在一定的碰撞沖突概率，造成對(duì)通信業(yè)務(wù)QoS保障能力的降低。

圖5 OBS交換體制通信流程Fig.5 Communication flow of OBS

對(duì)于某一個(gè)輸出端口而言，能夠成功完成光突發(fā)交換的條件是對(duì)應(yīng)的BDP在開(kāi)始傳輸時(shí)刻T0到傳輸之前的時(shí)刻T0-T區(qū)間內(nèi)，沒(méi)有其他BDP到來(lái)。

圖6 OBS交換體制成功交換條件Fig.6 Successful switching condition of OBS

pj=e-μj

(4)

輸出端口j的業(yè)務(wù)吞吐率為

Sj=μjpj=μje-μj

(5)

(6)

3.3 業(yè)務(wù)調(diào)度方法

從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、多用戶(hù)組網(wǎng)和多粒度業(yè)務(wù)傳輸需求等方面考慮，空間光通信網(wǎng)絡(luò)的交換體制需要圍繞OBS、OFS及相關(guān)衍生體制進(jìn)行構(gòu)建，面對(duì)多樣化的空間光通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)，很難單獨(dú)采用一種交換體制覆蓋全部的業(yè)務(wù)需求，因此根據(jù)不同的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，如何選擇適合的光交換體制成為關(guān)鍵。

通過(guò)上述分析，采用OFS和OBS相結(jié)合的混合交換體制的業(yè)務(wù)調(diào)度方法如下：

對(duì)于單一業(yè)務(wù)的情況，若業(yè)務(wù)帶寬較大，則選擇OFS交換體制；若業(yè)務(wù)帶寬較小，則優(yōu)先選擇OBS交換體制。

對(duì)于同時(shí)存在多個(gè)業(yè)務(wù)的情況，且總業(yè)務(wù)帶寬較小，則選擇OBS交換體制；若總業(yè)務(wù)帶寬較大，則采用OFS交換體制支持其中一個(gè)業(yè)務(wù)。

4 仿真分析

4.1 性能仿真

對(duì)于OFS交換體制，由式(3)給出光鏈路利用率與通信業(yè)務(wù)的速率成正比，在業(yè)務(wù)速率一定的前提下，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，光鏈路的利用率越高，在空間光通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)形拓?fù)錀l件下，NTp可達(dá)0.5s左右，常見(jiàn)通信業(yè)務(wù)的通信速率一般不超過(guò)2Gbps，持續(xù)時(shí)間從數(shù)秒到數(shù)十分鐘，可以仿真出OFS交換體制下的光鏈路資源利用率一般不超過(guò)20%。此外，在OFS交換體制下，同一條光鏈路只能支持一種通信業(yè)務(wù)，在該通信業(yè)務(wù)結(jié)束之前，不能為其他通信業(yè)務(wù)提供服務(wù)。

圖7 BDP成功傳輸概率、吞吐率與業(yè)務(wù)到達(dá)率的關(guān)系Fig.7 Relationship among BDP successful transmission probability, throughput and traffic arrival rate

業(yè)務(wù)對(duì)空間光通信網(wǎng)絡(luò)的需求主要體現(xiàn)在端到端傳輸延遲和業(yè)務(wù)帶寬兩方面，對(duì)于OFS交換體制，端到端傳輸延遲包括雙向資源預(yù)約時(shí)延和業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延，與業(yè)務(wù)帶寬無(wú)關(guān)，是恒定值NTr+2N(Tp+Tr)，光鏈路利用率主要由業(yè)務(wù)帶寬和持續(xù)時(shí)間決定。

對(duì)于OBS交換體制，端到端的傳輸延遲由式(6)給出，BDP的成功傳輸延遲與端到端的成功傳輸概率成反比，降低成功傳輸延遲需要減小系統(tǒng)業(yè)務(wù)到達(dá)率以獲取較高的成功交換概率；OBS交換體制的業(yè)務(wù)吞吐量隨著系統(tǒng)業(yè)務(wù)到達(dá)率增加而單調(diào)遞增；當(dāng)通信業(yè)務(wù)到達(dá)率不為0時(shí)，OBS交換始終存在一定的失敗概率。

4.2 仿真結(jié)果分析

OFS交換體制具有鏈路建立時(shí)間長(zhǎng)、資源復(fù)用程度低、光鏈路資源利用率較低、QoS保障能力高等特點(diǎn)，OBS交換體制具有鏈路建立時(shí)間短、資源復(fù)用程度高、QoS保障能力有限等特點(diǎn)。根據(jù)上述仿真結(jié)果，可采用OBS交換體制業(yè)務(wù)吞吐率的最大值0.368作為業(yè)務(wù)調(diào)度方法的判決門(mén)限。對(duì)于單一業(yè)務(wù)的情況，若業(yè)務(wù)帶寬超過(guò)光鏈路通信帶寬的36.8%，則選擇OFS交換體制；若業(yè)務(wù)帶寬不超過(guò)光鏈路通信帶寬的36.8%，則優(yōu)先選擇OBS交換體制。對(duì)于同時(shí)存在多個(gè)業(yè)務(wù)的情況，且總業(yè)務(wù)帶寬不超過(guò)光鏈路通信帶寬的36.8%，則選擇OBS交換體制；若總帶寬超過(guò)光鏈路通信帶寬的36.8%，則采用OFS交換體制支持其中一個(gè)業(yè)務(wù)。相較于實(shí)際的光通信網(wǎng)絡(luò)，不同衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)中光交換單元的端口數(shù)量和波長(zhǎng)數(shù)量可能不同，且光突發(fā)業(yè)務(wù)的持續(xù)時(shí)間也不盡相同，在這種情況下需要根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置和業(yè)務(wù)分布特征，利用本文的分析方法，借助于網(wǎng)絡(luò)仿真和數(shù)值分析得出更為精確的OFS和OBS業(yè)務(wù)調(diào)度的判決準(zhǔn)則。

圖8 OBS交換體制與OFS交換體制的傳輸時(shí)延對(duì)比Fig.8 Transmission delay comparison of OBS and OFS

5 結(jié)束語(yǔ)

空間光通信網(wǎng)絡(luò)是未來(lái)空間信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，相比于地面成熟應(yīng)用的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，空間光通信網(wǎng)更強(qiáng)調(diào)光鏈路利用率和通信業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)復(fù)用程度，更適合采用OFS和OBS相結(jié)合的混合交換體制。本文在對(duì)這兩種交換體制的性能進(jìn)行分析和對(duì)比的基礎(chǔ)上，提出了一種基于業(yè)務(wù)特征的空間光通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)度方法，該方法采用OFS和OBS相結(jié)合的混合交換體制，根據(jù)通信業(yè)務(wù)的不同特點(diǎn)和帶寬大小靈活選擇交換方式，仿真結(jié)果表明采用混合交換體制能夠避免OBS交換體制中大帶寬業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延較高的問(wèn)題以及OFS交換體制中小帶寬業(yè)務(wù)傳輸時(shí)延較高的問(wèn)題，提升光鏈路利用率和空間光通信網(wǎng)絡(luò)的效益。