光突發(fā)交換技術介紹

目前光網絡中的交換技術主要有三種：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
　　目前光網絡中的交換技術主要有三種：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，網絡需要為每一個連接請求建立從源端到目的地端的光路(每一個鏈路上均需要分配一個專業(yè)波長)。交換過程共分三個階段：①鏈路建立階段是雙向的帶寬申請過程，需要經過請求與應答確認兩個處理過程。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)出斷開信號，另一方收到斷開信號后進行確認，資源就被真正釋放。
　　從長遠來看，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，采用單向預約機制，在進行數據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，網絡節(jié)點需要緩存凈荷，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，和很強的適應突發(fā)數據的能力。但是也存在著兩個近期內難以克服的障礙：一是光緩存器技術還不成熟；二是在OPS交換節(jié)點處，多個輸入分組的精確同步難以實現。因此光分組交換難于在短時間內實現。
　　1997年，由Chunming Qiao和J.S Tunnor分別提出的一種新的光交換技術——光突發(fā)交換OBS，作為由電路交換到分組交換技術的過渡技術。OBS結合了電路交換和分組交換兩者的優(yōu)點且克服了兩者的部分缺點，已引起了越來越多人的注意。
　　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)點地址和相同QoS要求的數據分組組成的超長數據分組，這些數據分組可以來自于傳統(tǒng)IP網中的IP包。突發(fā)是光突發(fā)交換網中的基本交換單元，它由控制分組(BCP, Burst Control Packet, 作用相當于分組交換中的分組頭)與突發(fā)數據BP(凈載荷)兩部分組成。突發(fā)數據和控制分組在物理信道上是分離的，每個控制分組對應于一個突發(fā)數據，這也是光突發(fā)交換的核心設計思想。例如，在WDM系統(tǒng)中，控制分組占用一個或幾個波長，突發(fā)數據則占用所有其它波長。
　　將控制分組和突發(fā)數據分離的意義在于控制分組可以先于突發(fā)數據傳輸，以彌補控制分組在交換節(jié)點的處理過程中O/E/O變換及電處理造成的時延。隨后發(fā)出的突發(fā)數據在交換節(jié)點進行全光交換透明傳輸，從而降低對光緩存器的需求，甚至降為零，避開了目前光緩存器技術不成熟的缺點。并且，由于控制分組大小遠小于突發(fā)包大小，需要O/E/O變換和電處理的數據大為減小，縮短了處理時延，大大提高了交換速度。這一過程就好像一個出境旅行團，在團隊出發(fā)前，一個工作人員攜帶團員們的有關資料，提前一天到達邊境辦理出入境手續(xù)及預定車票等，旅行團隨后才出發(fā)，節(jié)約了游客們的時間也簡化了程序。
　　邊緣節(jié)點和核心節(jié)點
　　由于光網絡在光纖到戶上的瓶頸問題，目前主要用于主干網和城域網，用戶端仍是傳統(tǒng)的電IP網絡。光突發(fā)交換網絡主要由光的核心節(jié)點和電的邊緣節(jié)點組成。邊緣節(jié)點主要負責IP分組的接入、分類、組裝和調度，及反向突發(fā)數據的接收與拆幀。入口邊緣節(jié)點處數據通過線卡輸入，根據IP包的目的地址分類后進行組裝，形成突發(fā)數據，并提取相應分組頭產生控制分組，而突發(fā)數據緩存于突發(fā)隊列等待調度。當一個突發(fā)數據在突發(fā)發(fā)送隊列的隊列頭部時，計算突發(fā)數據與相應控制分組間的偏移時間并反饋到控制數據包產生器中，然后發(fā)出這個控制分組，該控制分組包括時間偏移量、突發(fā)數據長度和具體的路由等信息。當偏移時間到期時，發(fā)出該突發(fā)數據。出口邊緣節(jié)點只是簡單地將突發(fā)數據拆開，并將其中的IP數據抽出。
　　核心節(jié)點的功能是控制分組查找、交換、突發(fā)數據監(jiān)測(如阻塞概率、延遲等)，其結構如圖1。假定每根光纖支持的波長數為K+1(一個波長用于傳輸控制分組BCP，另外K個波長用于傳輸突發(fā)數據)。用于傳輸BCP的波長在核心節(jié)點需要先進行O/E變換，然后進行電的路由表查找、對光的交換矩陣進行控制，最后更新BCP相應數據再進行E/O變換。其余的K個波長傳輸突發(fā)數據，在核心節(jié)點處不需要O/E/O變換，整個交換傳輸在光域內完成，保證了數據的透明性。圖中光交換矩陣前的光纖延遲線用于緩存突發(fā)數據(只能緩存有限長時間)，等待控制分組的處理，通過設置恰當的偏移時間offset time，可以使突發(fā)數據不需要在中間節(jié)點緩存，直接通過OBS網絡，進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爭問題，減少沖突，實現WDM層的QoS(服務質量)保證。當突發(fā)數據進入光交換矩陣時，由控制單元控制的光交換矩陣選擇相應的輸出波長。