随着通信量的增加和现代社会对通信依赖性的增强,人们对骨干网络的带宽和服务质量(Quality of Service,QoS)提出了更高的要求,促使专家学者们加快了对全光网络的研究。目前提出的实现方案主要有光电路交换(Optical CircuitSwitching,OCS)、光分组交换(Optical Packet Switching,OPS)和光突发交换(Optical Burst Switching,OBS)三种方式。OBS汲取了OCS和OPS的优点,同时避免了它们的不足,被认为是现有条件下实现下一代全光互联网最有竞争力的交换和传输技术。光突发交换技术能承载上层不同种类的应用,如何满足这些应用的服务质量要求以及如何实施对OBS网络本身的故障管理,是目前以及今后一段时间针对OBS研究的重点,这也是本文研究的主要内容。本文重点研究了影响光突发交换网络服务质量的核心节点数据信道调度算法、核心网络的竞争解析机制以及光突发交换网络的故障监测机制等重要问题。经典的OBS数据信道调度算法LAUC复杂度低,但数据突发(Data Burst,DB)的丢失率比较高;而LAUC-VF算法充分利用了DB之间的空闲(void),因此,DB的丢失率虽小,但时间复杂度高。本文第二章在对现有OBS网络数据信道调度算法研究的基础上,融合LAUC及LAUC-VF两个算法的优点又克服了它们的缺点,提出了基于数据突发长度(Data Burst Length-Based,DBLB)及基于空闲间隔(Void-Based,VB)两种调度算法。它们的基本思想是根据在一定时间窗口T内已调度成功的DB或者根据信道的空闲情况设定一个阈值,如果新到达的DB的长度大于阈值,采用LAUC算法来调度;否则采用LAUC-VF算法来调度。仿真结果表明,这两种算法可以在实现较低运行时间的同时实现较小的DB的丢失率。第三章首先对基于偏射路由的OBS网络竞争解析机制进行了研究,发现偏射路由机制可能会导致偏射路由上正常(非偏射)突发的丢失率上升,针对这个缺点提出了无优先等级区分的基于竞争控制的条件偏射路由算法和有优先等级区分的基于竞争控制的条件偏射路由算法。这两种算法根据定义的偏射条件检测函数,有条件的偏射或丢弃竞争突发,或限制偏射的高等级突发抢占正常突发预留资源的能力来保证正常突发的QoS。仿真结果表明我们所提出的算法可以很好地控制偏射突发对偏射路由上正常流量的影响并有效的提高整个网络的突发丢失性能。偏射路由是从本地节点层面来解决OBS核心网络竞争问题,第四章则是从网络层面来解决这个问题。OBS核心网络中目前研究采用的路由机制多是最短路径优先的路由选择机制,这种路由机制本身的缺陷会使网络有较大的阻塞概率,不能实时反映网络流量的变化,同时对不同的网络拓扑的适应性较差。本章提出了一种OBS网络中能实现负载平衡的路由机制,对一个请求选择一条可以使网络中各链路使用波长数的统计方差最小的路由。仿真结果表明,该方法在阻塞概率方面要优于最短路径路由机制;而在传输延迟性能方面接近于最短路径路由机制,同时对于不同的网络拓扑以及节点流量的变化都具有一定的适应性。第五章在第四章的基础上研究了考虑抗毁性能的OBS网络中负载平衡的路由方法。该方法旨在保证网络具有抗毁能力的同时尽量减少全网光域所使用的总波长数,降低网络成本和控制复杂度;选择路由时尽量保证全网负载平衡。文中以全网使用的波长数最少为优化目标,建立新的整数线性规划模型对多光纤网状OBS网络进行了抗毁设计,使用的保护策略包括共享通路保护和共享链路保护。文章用NSFNET网作为范例给出了波长总数和光纤总数的优化结果,并研究了不同保护策略对目标函数值的影响。仿真结果表明,该算法可有效地减少了全网总体所需的波长数,降低了网络成本。第六章在研究OBS的网络结构和信令协议特点的基础上,提出了一种用于光突发交换网络的故障监测机制,该机制针对传统光网络监测方法在光突发交换网络环境下必然产生过多误告警的缺陷,充分利用突发控制分组所包含的数据信道占用信息,控制监测点的告警允许时间,并使用告警过滤模块,有效过滤DB之间的长时间空隙导致的误告警,使故障监测点为故障定位模块提供更为可靠的告警信息,从而达到快速故障检测和故障定位的目的。仿真和分析表明该机制能有效减少误告警数目,而几乎不产生漏告警,特别是在需要的故障检测时间越短时,过滤掉的误告警数目越多。第七章在充分研究OBS网络特性和光性能监测技术基础上,提出了探测突发的概念,并提出了利用探测突发监视OBS网络性能和故障的监测机制,该机制在OBS节点向数据信道周期性地或以某种特定方式发送探测突发,并在每个下一跳节点监测探测突发的误码情况,分析其误码特点,依此来评估每两个节点间的数据信道状态,判断被监测网络是否有故障发生。该机制能在很短时间内定位突然中断或恶化的故障信道,还可对所监视网络的老化等软故障进行有效的预警和评估,具有很高的实用价值和可操作性。同时,针对光突发交换网状网中采用逐跳探测的故障监测方法监测成本过高的缺陷,提出了基于探测圈覆盖的故障监测机制。该机制利用启发式深度优先搜索(HDFS)、最短路径欧拉匹配(SPEM)和启发式生成树圈覆盖(HST)三种典型的圈发现算法来搜索网状网的圈覆盖,然后为每个圈安放一个故障探测模块,构成基于圈覆盖的监测机制。计算和统计结果表明,该机制能有效监测OBS网络故障的同时相对于逐跳探测机制能节约大量监测成本。