工控自動化技術文摘：光纖通信光突發交換技術詳解及其優點研究進展

隨著全球範圍內IP業務的迅猛增長，對傳送網帶寬和交換係統容量的需求正以前所未有的速度增加。目前，在光層利用DWDM技術。可以使一根光纖的可利用帶寬達到10Tbit/s左右，可以滿足較長時期內對傳送網帶寬的要求。然而，采用通常的電路交換技術(時分、空分及波長交換)的交換速率遠低於這個數值。這樣，兩者的失配對交換技術的發展提出了新的要求。

從長遠來看，OPS(OpticalPacketSwitching，光分組交換)是光交換的發展方向，但OPS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，目前實驗係統中采用的光纖延遲線(FDL，FiberDelayLine)往往比較笨重、不靈活，存儲深度有限；二是在OPS的節點處，多個輸入分組的精確同步難以實現。因此，在短時期內光分組交換的商業應用前景還不被看好。

在這種情況下，ChunmingQiao和JsTurnor等人提出了新的光交換技術----OBS(OpticalBurstSwitching，光突發交換)，作為電路交換向分組交換的過渡技術。0BS使用的帶寬粒度介於電路交換和分組交換之間，比電路交換靈活、帶(dai)寬(kuan)利(li)用(yong)率(lv)高(gao)，比(bi)光(guang)分(fen)組(zu)交(jiao)換(huan)更(geng)貼(tie)近(jin)實(shi)用(yong)。可(ke)以(yi)說(shuo)，它(ta)結(jie)合(he)了(le)兩(liang)者(zhe)的(de)優(you)點(dian)且(qie)克(ke)服(fu)了(le)兩(liang)者(zhe)的(de)部(bu)分(fen)缺(que)點(dian)，是(shi)兩(liang)者(zhe)之(zhi)間(jian)的(de)平(ping)衡(heng)選(xuan)擇(ze)，因(yin)而(er)逐(zhu)漸(jian)引(yin)起(qi)了(le)眾(zhong)多(duo)專(zhuan)家(jia)、學者的重視。

OBS中的“突發”是由具有相同出口邊緣路由器地址和相同QoS要求的IP包組成的超長IP包，這些IP包可以來自傳統IP網中不同的電IP路由器。突發數據是光突發交換網中的基本交換單位。OBS中BCP(BurstControlPacket，控製分組，相當於分組交換的分組頭)與突發數據(淨載荷)在物理信道上是分離的，每個控製分組對應一個突發數據。例如，在WDM係統中，控製分組占用一個或幾個波長，突發數據則占用所有其他波長。

在OBS中，突發數據從源節點到目的節點始終在光域內，而控製信息在每個節點都需要O/E/O的變換以及電處理。控製信道(波長)與突發數據信道(波長)的速率可以相同，也可以不同。OBS網由光核心路由器和電邊緣路由器組成，邊緣路由器負責將傳統IP網中的數據封裝為光突發數據以及反向拆封，核心路由器的任務是對光突發數據進行轉發與交換。數據信息在0BS網中不進行O/E、E/O變換。

邊緣路由器的組裝部分(Assembler)根據從端口通道輸入的數據包目的地址和服務等級(QoS)，把這些數據包整理到相應的突發(Burst)緩(huan)衝(chong)堆(dui)中(zhong)。突(tu)發(fa)包(bao)的(de)組(zu)裝(zhuang)一(yi)般(ban)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)兩(liang)個(ge)參(can)數(shu)，一(yi)個(ge)是(shi)組(zu)裝(zhuang)時(shi)間(jian)，另(ling)一(yi)個(ge)是(shi)突(tu)發(fa)包(bao)的(de)最(zui)大(da)長(chang)度(du)。此(ci)外(wai)，還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)突(tu)發(fa)包(bao)的(de)長(chang)度(du)是(shi)固(gu)定(ding)的(de)還(hai)是(shi)變(bian)化(hua)的(de)。目(mu)前(qian)有(you)下(xia)列(lie)幾(ji)種(zhong)組(zu)裝(zhuang)算(suan)法(fa)。

按(an)照(zhao)固(gu)定(ding)的(de)突(tu)發(fa)包(bao)長(chang)度(du)進(jin)行(xing)組(zu)裝(zhuang)，對(dui)未(wei)達(da)到(dao)長(chang)度(du)的(de)突(tu)發(fa)包(bao)需(xu)要(yao)填(tian)充(chong)一(yi)些(xie)字(zi)節(jie)，以(yi)達(da)到(dao)固(gu)定(ding)的(de)組(zu)裝(zhuang)長(chang)度(du)。當(dang)網(wang)絡(luo)流(liu)量(liang)比(bi)較(jiao)小(xiao)時(shi)，采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)算(suan)法(fa)的(de)組(zu)裝(zhuang)時(shi)間(jian)會(hui)很(hen)長(chang)，會(hui)增(zeng)加(jia)網(wang)絡(luo)的(de)時(shi)延(yan)，降(jiang)低(di)網(wang)絡(luo)的(de)性(xing)能(neng)。

上述以時間和最大包長控製的突發組裝算法簡單、易於實現，但它們沒有針對IP業ye務wu的de突tu發fa流liu量liang特te性xing進jin行xing相xiang應ying的de優you化hua設she置zhi。當dang網wang絡luo負fu荷he低di時shi，組zu裝zhuang算suan法fa的de包bao長chang大da小xiao與yu高gao負fu荷he網wang絡luo相xiang比bi有you很hen大da的de變bian化hua，這zhe會hui帶dai來lai額e外wai的de網wang絡luo時shi延yan，同tong時shi造zao成cheng突tu發fa數shu據ju包bao的de傳chuan輸shu效xiao率lv較jiao低di。此ci外wai，多duo個ge邊bian緣yuan節jie點dian路lu由you器qi在zai基ji於yu時shi間jian計ji數shu的de組zu裝zhuang算suan法fa機ji製zhi下xia極ji易yi形xing成cheng突tu發fa發fa射she同tong步bu，引yin發fa持chi續xu的de資zi源yuan競jing爭zheng問wen題ti。

針(zhen)對(dui)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)，出(chu)現(xian)了(le)一(yi)種(zhong)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)業(ye)務(wu)流(liu)量(liang)狀(zhuang)況(kuang)進(jin)行(xing)自(zi)適(shi)應(ying)調(tiao)整(zheng)並(bing)且(qie)利(li)於(yu)破(po)壞(huai)各(ge)邊(bian)緣(yuan)節(jie)點(dian)突(tu)發(fa)發(fa)射(she)同(tong)步(bu)性(xing)的(de)智(zhi)能(neng)組(zu)裝(zhuang)算(suan)法(fa)。這(zhe)種(zhong)智(zhi)能(neng)組(zu)裝(zhuang)算(suan)法(fa)是(shi)在(zai)前(qian)麵(mian)算(suan)法(fa)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)再(zai)引(yin)入(ru)一(yi)個(ge)突(tu)發(fa)包(bao)長(chang)門(men)限(xian)和(he)流(liu)量(liang)計(ji)數(shu)，根(gen)據(ju)流(liu)量(liang)的(de)統(tong)計(ji)結(jie)果(guo)動(dong)態(tai)調(tiao)節(jie)分(fen)組(zu)的(de)組(zu)裝(zhuang)。這(zhe)種(zhong)智(zhi)能(neng)組(zu)裝(zhuang)算(suan)法(fa)有(you)利(li)於(yu)抑(yi)製(zhi)在(zai)定(ding)時(shi)組(zu)裝(zhuang)機(ji)製(zhi)下(xia)包(bao)長(chang)變(bian)化(hua)過(guo)大(da)的(de)不(bu)利(li)因(yin)素(su)，同(tong)時(shi)擾(rao)亂(luan)了(le)不(bu)同(tong)流(liu)量(liang)特(te)征(zheng)的(de)各(ge)節(jie)點(dian)產(chan)生(sheng)突(tu)發(fa)時(shi)間(jian)的(de)同(tong)步(bu)性(xing)，有(you)助(zhu)於(yu)解(jie)決(jue)OBS網絡中的資源競爭問題。

OBS信令協議的本質是根據控製分組的消息為突發包經過的中間節點預留帶寬資源。根據連接的建立和釋放是否為顯式，可將OBS的信令協議分為4類：顯式建立、釋放；估計建立、釋放；顯式建立、估計釋放；估計建立、顯式釋放。

即連接的建立和釋放都是顯式的。信源節點在發送突發包數據之前發送建立消息，請求建立連接；中間節點在收到建立消息後就建立連接，以接收即將到達的突發包；信源節點在突發包傳送完後發送釋放消息，要求釋放連接。

即連接的建立是顯式的，釋放是估計的。信源節點在發送突發包數據之前先發送建立消息，請求建立連接；中間節點在收到建立消息後就建立連接，以接收即將到達的突發包數據；中間節點根據建立消息中所包含的突發包數據長度決定連接的釋放時間。

即連接的建立是估計的，釋放是顯式的。信源節點在發送突發包數據之前先發送建立消息；中間節點根據建立消息中包含的信息來決定連接建立的時間；突發包數據發送完畢後，信源節點發送釋放消息，請求釋放連接。

應用FDL緩存器，可以使突發包延遲到競爭結束後。與電域中的緩存器相比，FDL緩存器隻能提供固定的延遲，而且數據離開FDL緩huan存cun器qi的de順shun序xu是shi按an照zhao它ta們men進jin入ru延yan遲chi線xian的de順shun序xu，這zhe樣yang就jiu限xian製zhi了le競jing爭zheng解jie決jue的de靈ling活huo性xing。另ling外wai，光guang緩huan存cun還hai有you一yi個ge主zhu要yao問wen題ti就jiu是shi功gong率lv損sun耗hao，為wei了le補bu償chang功gong率lv損sun耗hao，不bu得de不bu引yin入ru光guang信xin號hao放fang大da或huo光guang信xin號hao再zai生sheng，前qian者zhe會hui引yin入ru噪zao聲sheng，後hou者zhe成cheng本ben太tai高gao。總zong的de來lai說shuo，引yin入ruFDL將大大增加光交換的成本。

采cai用yong波bo長chang變bian換huan器qi，在zai發fa生sheng競jing爭zheng時shi可ke以yi將jiang突tu發fa包bao在zai與yu指zhi定ding輸shu出chu線xian不bu同tong的de波bo長chang上shang發fa送song出chu去qu。這zhe種zhong解jie決jue方fang案an在zai競jing爭zheng分fen組zu的de延yan遲chi方fang麵mian是shi最zui佳jia的de，適shi合he電dian路lu交jiao換huan，也ye適shi合he光guang分fen組zu/突tu發fa交jiao換huan網wang絡luo，但dan需xu要yao快kuai速su可ke調tiao諧xie變bian換huan器qi。最zui近jin研yan究jiu結jie果guo表biao明ming，在zai分fen組zu交jiao換huan光guang網wang絡luo中zhong波bo長chang交jiao換huan是shi一yi種zhong最zui有you潛qian力li的de可ke選xuan方fang案an之zhi一yi，它ta能neng最zui有you效xiao地di降jiang低di光guang分fen組zu/突發的丟包率，特別是應用於多波長DWDM係統，因此快速可調波長變換器是目前研究的熱點。