什么是光突發(fā)交換技術(shù)

　　導(dǎo)讀--目前光網(wǎng)絡(luò)中的交換技術(shù)主要有三種：光路交換OCS(Optical Circuit Switching)，光分組交換OPS(Optical Packet Switching)，光突發(fā)交換OBS(Optical Burst Switching). 

　　三種光路交換技術(shù) 

　　 

　　目前光網(wǎng)絡(luò)中的交換技術(shù)主要有三種：光路交換OCS(Optical Circuit Switching)，光分組交換OPS(Optical Packet Switching)，光突發(fā)交換OBS(Optical Burst Switching). 

　　 

　　其中研究得最多最成熟的是光路交換OCS，網(wǎng)絡(luò)需要為每一個(gè)連接請(qǐng)求建立從源端到目的地端的光路(每一個(gè)鏈路上均需要分配一個(gè)專(zhuān)業(yè)波長(zhǎng))。交換過(guò)程共分三個(gè)階段：①鏈路建立階段是雙向的帶寬申請(qǐng)過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)請(qǐng)求與應(yīng)答確認(rèn)兩個(gè)處理過(guò)程。②鏈路保持階段，鏈路始終被通信雙方占用，不允許其他通信方共享該鏈路。③鏈路拆除階段，任意一方首先發(fā)出斷開(kāi)信號(hào)，另一方收到斷開(kāi)信號(hào)后進(jìn)行確認(rèn)，資源就被真正釋放。

　　 

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，全光的分組交換OPS是光交換的發(fā)展方向。OPS是一種不面向連接的交換方式，采用單向預(yù)約機(jī)制，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立路由、分配資源。分組凈荷緊跟分組頭在相同光路中傳輸，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要緩存凈荷，等待帶分組目的地的分組頭的處理，以確定路由。相比OCS，OPS有著很高的資源利用率，和很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。但是也存在著兩個(gè)近期內(nèi)難以克服的障礙：一是光緩存器技術(shù)還不成熟；二是在OPS交換節(jié)點(diǎn)處，多個(gè)輸入分組的精確同步難以實(shí)現(xiàn)。因此光分組交換難于在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

　　 

　　1997年，由Chunming Qiao和J.S Tunnor分別提出的一種新的光交換技術(shù)——光突發(fā)交換OBS，作為由電路交換到分組交換技術(shù)的過(guò)渡技術(shù)。OBS結(jié)合了電路交換和分組交換兩者的優(yōu)點(diǎn)且克服了兩者的部分缺點(diǎn)，已引起了越來(lái)越多人的注意。

　　 

　　突發(fā) 

　　 

　　光突發(fā)交換中的“突發(fā)”可以看成是由一些較小的具有相同出口邊緣節(jié)點(diǎn)地址和相同QoS要求的數(shù)據(jù)分組組成的超長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組，這些數(shù)據(jù)分組可以來(lái)自于傳統(tǒng)IP網(wǎng)中的IP包。突發(fā)是光突發(fā)交換網(wǎng)中的基本交換單元，它由控制分組(BCP, Burst Control Packet, 作用相當(dāng)于分組交換中的分組頭)與突發(fā)數(shù)據(jù)BP(凈載荷)兩部分組成。突發(fā)數(shù)據(jù)和控制分組在物理信道上是分離的，每個(gè)控制分組對(duì)應(yīng)于一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)，這也是光突發(fā)交換的核心設(shè)計(jì)思想。例如，在WDM系統(tǒng)中，控制分組占用一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)，突發(fā)數(shù)據(jù)則占用所有其它波長(zhǎng)。 

　　 

　　將控制分組和突發(fā)數(shù)據(jù)分離的意義在于控制分組可以先于突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，以彌補(bǔ)控制分組在交換節(jié)點(diǎn)的處理過(guò)程中O/E/O變換及電處理造成的時(shí)延。隨后發(fā)出的突發(fā)數(shù)據(jù)在交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全光交換透明傳輸，從而降低對(duì)光緩存器的需求，甚至降為零，避開(kāi)了目前光緩存器技術(shù)不成熟的缺點(diǎn)。并且，由于控制分組大小遠(yuǎn)小于突發(fā)包大小，需要O/E/O變換和電處理的數(shù)據(jù)大為減小，縮短了處理時(shí)延，大大提高了交換速度。這一過(guò)程就好像一個(gè)出境旅行團(tuán)，在團(tuán)隊(duì)出發(fā)前，一個(gè)工作人員攜帶團(tuán)員們的有關(guān)資料，提前一天到達(dá)邊境辦理出入境手續(xù)及預(yù)定車(chē)票等，旅行團(tuán)隨后才出發(fā)，節(jié)約了游客們的時(shí)間也簡(jiǎn)化了程序。

　　 

　　邊緣節(jié)點(diǎn)和核心節(jié)點(diǎn) 

　　 

　　由于光網(wǎng)絡(luò)在光纖到戶(hù)上的瓶頸問(wèn)題，目前主要用于主干網(wǎng)和城域網(wǎng)，用戶(hù)端仍是傳統(tǒng)的電IP網(wǎng)絡(luò)。光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)主要由光的核心節(jié)點(diǎn)和電的邊緣節(jié)點(diǎn)組成。邊緣節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)IP分組的接入、分類(lèi)、組裝和調(diào)度，及反向突發(fā)數(shù)據(jù)的接收與拆幀。入口邊緣節(jié)點(diǎn)處數(shù)據(jù)通過(guò)線卡輸入，根據(jù)IP包的目的地址分類(lèi)后進(jìn)行組裝，形成突發(fā)數(shù)據(jù)，并提取相應(yīng)分組頭產(chǎn)生控制分組，而突發(fā)數(shù)據(jù)緩存于突發(fā)隊(duì)列等待調(diào)度。當(dāng)一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)在突發(fā)發(fā)送隊(duì)列的隊(duì)列頭部時(shí)，計(jì)算突發(fā)數(shù)據(jù)與相應(yīng)控制分組間的偏移時(shí)間并反饋到控制數(shù)據(jù)包產(chǎn)生器中，然后發(fā)出這個(gè)控制分組，該控制分組包括時(shí)間偏移量、突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和具體的路由等信息。當(dāng)偏移時(shí)間到期時(shí)，發(fā)出該突發(fā)數(shù)據(jù)。出口邊緣節(jié)點(diǎn)只是簡(jiǎn)單地將突發(fā)數(shù)據(jù)拆開(kāi)，并將其中的IP數(shù)據(jù)抽出。

　　  
 

　　圖1 核心節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖 




　　核心節(jié)點(diǎn)的功能是控制分組查找、交換、突發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)(如阻塞概率、延遲等)，其結(jié)構(gòu)如圖1。假定每根光纖支持的波長(zhǎng)數(shù)為K+1(一個(gè)波長(zhǎng)用于傳輸控制分組BCP，另外K個(gè)波長(zhǎng)用于傳輸突發(fā)數(shù)據(jù))。用于傳輸BCP的波長(zhǎng)在核心節(jié)點(diǎn)需要先進(jìn)行O/E變換，然后進(jìn)行電的路由表查找、對(duì)光的交換矩陣進(jìn)行控制，最后更新BCP相應(yīng)數(shù)據(jù)再進(jìn)行E/O變換。其余的K個(gè)波長(zhǎng)傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)，在核心節(jié)點(diǎn)處不需要O/E/O變換，整個(gè)交換傳輸在光域內(nèi)完成，保證了數(shù)據(jù)的透明性。圖中光交換矩陣前的光纖延遲線用于緩存突發(fā)數(shù)據(jù)(只能緩存有限長(zhǎng)時(shí)間)，等待控制分組的處理，通過(guò)設(shè)置恰當(dāng)?shù)钠茣r(shí)間offset time，可以使突發(fā)數(shù)據(jù)不需要在中間節(jié)點(diǎn)緩存，直接通過(guò)OBS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而可以取消光纖延遲線。另外光纖延遲線還可以用于解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，減少?zèng)_突，實(shí)現(xiàn)WDM層的QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證。當(dāng)突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)入光交換矩陣時(shí)，由控制單元控制的光交換矩陣選擇相應(yīng)的輸出波長(zhǎng)。