通信工程師考試光的分組交換與突發(fā)交換

　　10.5 光的分組交換與突發(fā)交換
如前所述，在基于WDM和波長選路的光網(wǎng)絡中，采用的是光路交換，其帶寬分配的最小粒度是一個波長的信道容量。與電路交換相似，光路交換在信道容量的分配方面是不靈活的；在承載具有突發(fā)性強的數(shù)據(jù)業(yè)務時，其信道的利用率是低下的。
因此，從發(fā)展的角度看，未來互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)應該采用光的分組交換。與電分組交換相似，光分組交換也是一種存儲轉發(fā)式的交換，不過存儲轉發(fā)的基本數(shù)據(jù)單元是光分組(Optical Packet),光分組由分組首部、載荷域和保護時間三部分組成。光分組交換節(jié)點在輸人端口處完成光信號的接收、同步和光分組的讀取，此時，一小部分光功率被分出并送往控制器?？刂破髯R別光分組首部，根據(jù)其地址信息為光分組選擇路由。然后將光分組送到相應的輸出端口，在那里完成光分組首部的更新和整個光分組的再生，并將光分組轉發(fā)到下一節(jié)點。在光分組交換節(jié)點中必須設有光分組的緩沖存儲器，用以解決兩個或兩個以上的分組同時或接近同時到達同一輸出端口而引起的“輸出沖突”問題》當然，緩存器可以設在輸人端口，也可以設在輸出端口。
光分組完全在光域中進行存儲轉發(fā)處理，徹底消除了電子瓶頸，因此，光分組交換被認為是未來寬帶IP骨干網(wǎng)的主要支撐技術之一。光分組交換利用異步時分復用（統(tǒng)計復用）技術帶來了帶寬分配的靈活性，給每種業(yè)務分配的帶寬與承栽該業(yè)務的分組流的統(tǒng)計特性(各分組的持續(xù)時間和分組之間的間隔時間）相匹配，因而最大限度地提高了波長信道的利用率。但是光分組交換目前還有許多技術難題有待解決，其中最突出的問題是光分組的隨機存儲器件和光邏輯處理器件。預計近期還不可能產(chǎn)生成熟的容量較大的光隨機存儲(RAM)器件。光信號只能用光纖遲延線（FiberDelayLine,FDL）實現(xiàn)有限時間的“存儲”，遲延時間受FDL長度的限制。光分組交換要在光域內(nèi)完成對光分組的處理，就需要多種光邏輯器件，以完成復雜的邏輯運算。然而，現(xiàn)有的光邏輯器件的功能還比較簡單，木能完成復雜的交換控制功能。
鑒于光路交換和光分組交換存在的上述問題，1999年喬春明博士和華盛頓大學的JonathanS.Turner提出了光突發(fā)交換的思想[31]。光突發(fā)交換(OpticalBuret Switching,OBS)是一種介于光路交換和光分組交換之間的交換方式。采用光突發(fā)交換的光網(wǎng)絡稱為光突發(fā)交換網(wǎng)絡（Optical Buret Swilching Netwoik,OBSN）,主要用作光互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡。0BSN由若干邊緣節(jié)點（EN）和核心節(jié)點（CN）通過WDM光纖鏈路連接而成，如圖10-15所示。邊緣節(jié)點的主要功能是實現(xiàn)業(yè)務的匯聚/解匯聚，而核心節(jié)點的主要任務是實現(xiàn)數(shù)據(jù)以突發(fā)為單位的轉發(fā)。節(jié)點之間的光纖鏈路包含多個波長信道，其中部分波長（一般是一個波長）用于傳輸控制信息，稱為控制波長；其余波長用于傳輸用戶業(yè)務信息，稱為數(shù)據(jù)波長。

人口邊緣節(jié)點首先要對輸人的IP分組（Packet)進行分類匯聚，即根據(jù)IP子網(wǎng)注人的IP分組的目的地址、業(yè)務類型、QoS要求等，將多個1P分組匯聚并組裝成數(shù)據(jù)突發(fā)（Data Buret,DB)。然后，邊緣節(jié)點生成與該DB對應的突發(fā)控制分組（Buret Control Packet,BCP),通過控制波長信道傳輸給與之相鄰的核心節(jié)點。核心節(jié)點接收BCP，對其進行光電轉換，在電域進行處理。BCP中包含與之對應的DB的相關信息（DB的出發(fā)時刻、DB長度、優(yōu)先級、路由信息等）。核心節(jié)點根據(jù)這些信息為隨后到達的DB預留資源（選擇人出端口、選擇承載波長和波長變換器、設置OXC的光開關等），并將BCP再生為光分組向下一跳轉發(fā)，下一核心節(jié)點照此處理，直至BCP到達出口邊緣節(jié)點。這樣，通過BCP在人口(邊緣）節(jié)點和出口（邊緣）節(jié)點之間的轉移，就為相應的DB“預留”了一條臨時的虛擬光路。這一光路的保持時間就是該DB的長度。人口節(jié)點在發(fā)出BCP后，無需-待資源預留成功的確認消息返回，經(jīng)過一段偏移時間（OffsetTim),就將相應的DB發(fā)送g預定的數(shù)據(jù)波長信道。DB無需經(jīng)過任何的光電轉換和存儲，直接在光域穿越核心節(jié)點，到達出口節(jié)點。出口節(jié)點將DB解匯聚，拆分為原來的IP分組，再送給外圍的IP子網(wǎng)。
上述資源預留方法，稱為“單向預留”（One-way Reservation)。如果人口節(jié)點在發(fā)出BCP后，需等待資源預留成功的確認消息返回才將DB發(fā)送出去，那么這種資源預留方法稱為“雙向預留”（Two-way Reservation)。在OBSN中一般采用單向預留，而不采用雙向預留協(xié)議，其根本原因是偏移時間（Offset Time)的限制。采用單向預留協(xié)議，偏移時間只要大于沿途各核心節(jié)點處理BCP的時間之和即可，一般為幾十至幾百微秒。而采用雙向預留協(xié)議，偏移時間要大于BCP分組的往返時延，可達幾毫秒至幾十毫秒。在一個俯移時間內(nèi)必然有數(shù)據(jù)分組繼續(xù)到來，要求邊緣節(jié)點組裝為新的數(shù)據(jù)突發(fā)。偏移時間越大，邊緣節(jié)點在一定時間內(nèi)需要處理的DB數(shù)就越多，因而其復雜度就越大。同理，在一定時間內(nèi)需要核心節(jié)點處理的BCP分組數(shù)也越多，復雜度必然也越大。所以，采用雙向預留協(xié)議不僅會增大數(shù)據(jù)突發(fā)的端到端傳送時延，而且將大大增加邊緣節(jié)點和核心節(jié)點的實現(xiàn)復雜度。
光突發(fā)交換克服了光路交換和光分組交換的缺點。與光路交換相比，在傳送突發(fā)性業(yè)務的條件下，OBS顯著提髙了信道帶寬的利用率。與光分組交換相比，OBS不需要使用現(xiàn)階段還不能提供的隨機光存儲器件和復雜的光邏輯器件，在電域?qū)崿F(xiàn)復雜的交換控制功能，在光域?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)突發(fā)的傳送。因此，OBS很可能成為近中期光互聯(lián)網(wǎng)的核心技術。但是，OBS采用單向預留協(xié)議必然存在由資源沖突引起的數(shù)據(jù)突發(fā)丟失問題。在某些情況下，BCP傳送至中間節(jié)點可能得不到所需的信道資源，而對應的DB在停留一段偏移時間之后必定離開源節(jié)點，從而在中途發(fā)生丟失。當前，正在研究從多方面解決數(shù)據(jù)突發(fā)丟失問題，以達到實用要求。

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