行业论文：光交换机分组调度及基于事件模型的无线传感器网络跨层通信协议研究

光网络因其巨大的传输容量是未来网络发展的方向之一，而光交换是光网络的核心技术。由于光存储技术还不实用，无法彻底实现全光交换。因此实用的光交换机在相当一段时间里将采用电存储光交换的光电混合结构。光交换机端口重配置时间比电交换长得多。光交换机中的光路重置需要较长的时间，分组调度必须是基于帧的在帧开始的边界上确定端口匹配，进行光路配置，再传输分组。交换机的内部传输需要F/T的加速比(speedup)，其中帧长 F= C+T，C和T分别为重配置及传输时间。为提高传输效率帧长通常较大，从而导致了光交换机中特有的分组累积效应。针对该效应，本文提出一种新的分组调度算法p-LQF。通过对业务需求矩阵分解得到置换矩阵, 选择匹配占用最大的置换矩阵建立端口匹配。在4×4端口的VOQ结构的光交换机中，分别对均匀，非均匀以及对角线的Bernoulli和ON/OFF业务进行了仿真。仿真结果显示该算法对于符合强大数定理的可接入业务能获得100%的通过率，其平均分组时延接近甚至低于主流的LQF算法，但复杂度更低。p-LQF的重复过程在于加减运算而不是i-LQF或LQF的叠代运算，因此需要更少的逻辑计算单元，更加容易实现。该算法能够提供带宽保证以及短期公平性，同时能适应分组的动态到达。本文同时证明了p-LQF对于符合强大数定理的任何可接入业务是稳定的。并且讨论了p-LQF算法对分组到调的适应性。最后说明了p-LQF对矩阵进行有限量化以降低算法复杂度时依然能保持系统稳定。无线传感器网络（WSN，wireless sensor network）规模巨大，通常包含成千上万的节点，可以长期在无人值守状态下工作，具有数据采集、处理及通信能力，成为无线网络领域一个新的重要研究方向。本文首先分析讨论了其不同于传统网络的特点，说明了当前研究中面向的前提性问题，之后介绍了当前具有代表性的无线传感器网络MAC及路由协议并指出已有研究中端到端的体系结构不适应于无线传感器网络的特点。已有的数据中心的通信协议无法满足无线传感器网络的应用需求，需要从事件中心的角度研究无线传感器网络的MAC、路由以及跨层协议。本文通过对无线传感器网络需求和特点的分析，提出一种新的无线传感器网络技术体系——事件模型，无线传感器网络事件模型包括如何描述网络中传输的事件和事件模型对网络通信中QoS(quality of service)的约束。本文提出一种基于事件模型的无线传感器网络综合MAC、分簇及应用的跨层通信协议，同时分析了事件模型的功能和在跨层协议设计中的实现机理以及基于事件模型跨层协议中各个模块如何根据事件模型的描述和QoS约束进行网络控制和数据处理。通过仿真实验结果说明该跨层协议比著名的事件驱动协议SPIN在事件信息传输收集和网络能耗方面具有更好的性能。最后对基于事件模型的跨层协议设计进行了必要的理论探讨。