(毕业论文 页数:28 字数:12750)  摘 要:弹性分组环RPR是当今城域网中一种新型的网络结构和数据传输技术。其中带宽公平算法是带宽资源高效利用的保证。本文的重点是对RPR中的带宽公平分配算法进行深入的研究。文章首先阐述了RPR公平算法的目标和RIAS公平原则,接着对几种具有代表性的RPR公平算法(Gandalf、Alladin和DVSR)进行了具体的剖析，分析了上述几种算法的运作机制并对它们的性能进行了比较。在此基础上，本文又分析了一种能满足RPR协议所要求的公平算法即DBFA算法，同时给出了这种算法的主要思想及其运作机制。最后本文给出了VC++6.0环境下的有关几种算法的验证，并提出了全文的结论。

关键词:弹性分组环；公平算法；公平速率；RIAS公平；空间复用
The Study on Fairness Algorithm of Resilient Packet Ring(RPR)
Abstract
Resilient Packet Ring(RPR) is a new network structure and data transport technology in the modern metropolitan area networks. And the RPR fair algorithm is the guarantee of effective usage of the bandwidth resources. The focus of the paper is the research which goes deep into the RPR fair algorithm. The goal of the RPR fair algorithm and the principle of RIAS fairness are expounded in the paper in the first place. Then, several representative algorithms for the RPR networks are thoroughly analyzed, including Gandalf, Alladin and DVSR. The running mechanisms of each scheme are analyzed respectively and the performance comparisons are made among them. Based on the previous investigation, one new RPR fair algorithm named DBFA which can achieve the requirement of the RPR protocol is analyzed, and the basic idea and operating mechanism of this algorithm is also given in the paper. Finally, the verification of some related algorithms in the VC++6.0 environment is presented, and the conclusion of the whole paper is given.

Key words: Resilient Packet Ring；Fairness Algorithm；Fair Rate；RIAS Fairness；Spatial Reuse

目 录
论文总页数：26页
1 引 言 1
1.1 课题背景 1
1.2 本课题研究的意义 1
1.3 本课题研究的方法 1
2 相关基础理论 1
2.1 弹性分组环之技术简介 1
2.2 弹性分组环网之基本特征 2
2.3 弹性分组环网中节点的体系结构 3
2.4 弹性分组环中的通用帧结构 4
2.5 弹性分组环协议之参考模型 4
3 弹性分组环中的公平算法 5
3.1 RPR公平算法的目标要求 5
3.2 RIAS公平原则 5
3.3现有的RPR公平算法 6
3.3.1 RPR公平算法的分类 6
3.3.2几种具有代表性的RPR公平算法 7
3.3.3几种公平算法的比较 10
4 一种新的RPR公平算法（DBFA） 11
4.1方案描述 11
4.2算法描述与分析 13
5 VC++6.0环境下验证几种算法 15
5.1 Gandalf算法的验证 15
5.2 DVSR算法的验证 16
5.3 DBFA算法的验证 17
结 论 18
参考文献 19
致 谢 20
声 明 21
附 录 22

1 引 言
1.1 课题背景
随着互联网上IP数据业务的迅猛增长，各种通信网络己完成或者正在积极地进行各种技术改革，城域网(MAN)中的技术要相对落后并阻碍了数据业务的发展，建设城域网的目的是为了优化整个互连网的数据传输，在长途骨干网与用户接入网之间消除“断层”现象。城域网将分布在城市不同地点的用户业务，如企业，机关，商住楼，宾馆，学校，智能小区等进行优化处理后再送往骨干网络，从而使网络层次变得清晰，效率也得到极大提高。因此有必要在城域网中设计出扩展性好的解决方案来适应不断膨胀的IP数据通信量和链路带宽的增长。
1.2 本课题研究的意义
弹性分组环(即RPR)，是基于城域网的新型网络结构和数据传输技术。作为一种新的光环网技术，RPR利用环网中大部分数据业务的实时性不如话音那样要求高的特点，采用双环并行工作的方式使之获得比SONET环网大一倍的可用带宽，极大的提高了环路带宽资源的利用率。但是RPR要动态地获得高的带宽利用率、空间复用和公平性，必须要设计合理的带宽分配算法。因此研究RPR公平算法对于优化城域网中的数据传输有着重要的意义。
1.3 本课题研究的方法
首先通过查阅资料理解弹性分组环的相关基础理论知识，分析几种算法的运作机制，通过分析要对各种算法的性能有一定的认识，还要对各种算法的性能作出比较，然后根据几种算法的运作机制和代码编写程序输出公平速率，最后要用VC++6.0软件创建MFC应用程序，通过制作图形界面的方式将程序所输出公平速率的变化表示出来，这样就可以直观地看出几种算法所输出公平速率的变化趋势，以便能验证出几种算法的性能优劣。
2 相关基础理论
2.1 弹性分组环之技术简介
弹性分组环是一种为了在环型的拓扑上优化数据传输的千兆IP数据包直接由光纤承载技术，它成了构建新一代城域网的有效途径。RPR技术的特点主要集中体现在以下四个方面：
(1)弹性
当RPR环中某处发生错误时，物理层将很快地检测出错误并发送信息通知MAC层。如果错误被认定是危险的，那么每个受到影响的RPR节点将会对从它发出的数据流启动一个故障恢复操作。这个操作将在故障发生后的50ms内完成警报通知和重新定向数据流。
(2)公平性
RPR把带宽预留与服务质量结合起来管理环上的带宽分配。数据流在进入环路时被分类、管制和缓存。对于高优先级的业务不需要加以公平性约束，它们对服务(带宽)的获得是有保证的。而低优先级业务和部分中优先级业务需要依据一定的公平性原则来获取服务(带宽)。RPR既要保证高优先级的业务能够得到及时的处理，又要防止低优先级业务长时间的处于阻塞状态直至饿死，因此这需要在对不同类用户以及同类用户之间协调，以达到资源的合理分配。
(3)高效性
RPR系统采用分组交换，所以与线路交换系统相比，它能更有效地使用带宽。环路上的分组数据包通过中间节点时将进行极少延时的交换，而目的节点从环上取下包并进行所需的附加处理而无须使数据包回到源节点，因而极大地提高了传输的效率。RPR同时采用两个反向传输的光环来并行地传输数据以及平衡负载。而且根据环网上负载分布的不同来进行动态地调节，并且通过空间复用机制来回收剩余带宽，这种设计可以使RPR环网的有效带宽增加好几倍。
(4)可扩展性
在RPR网络中最重要的是要构造RPR服务流。服务流中包含了一个标记，该标记实质上为RPR提供一个控制帧以便快速地处理绕环传输的负载。每个RPR节点仅需检查这个标记和1-2个报头，就可以决定帧的处理。不送往目的节点的数据帧仅经过最小的延时和抖动，便被迅速旁路处理掉。RPR支持许多早期建议的物理媒质和线路速率，除了环路的原始带宽外，RPR还采用了标识方案，这使得运营商能够具备在一个单环上管理数百万数据流的能力。
2.2 弹性分组环网之基本特征
所谓弹性分组环网络是一种基于包交换的环状网络，它是以RPR协议作为技术支撑，以光纤作为共享传输介质，并且能够在光纤上直接承载视频、数据和语音等多种业务的网络。以往的城域环网以SONET环网和Ethernet环网为代表。而两种环网都有其不足之处，SONET环网在带宽分配上满足一定的公平性要求，但带宽资源的利用率不高，Ethernet环网相比SONET环网能获得更好的带宽利用率，但公平性得不到满足。而RPR则有效地克服了这些缺点，它将Ethernet环网的简单性，经济性，灵活性与SONET环网的高效性，可靠性有机地结合起来，因此成了构建城域环网的最佳途径。