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光學工程
光突發交換技術介紹
      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
  光突發交換中的“突發”可以看成是由一些較小的具有相同出口邊緣節點地址和相同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IP網中的IP包。突發是光突發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)與突發數據BP(凈載荷)兩部分組成。突發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數據,這也是光突發交換的核心設計思想。例如,在WDM系統中,控制分組占用一個或幾個波長,突發數據則占用所有其它波長。
  將控制分組和突發數據分離的意義在于控制分組可以先于突發數據傳輸,以彌補控制分組在交換節點的處理過程中O/E/O變換及電處理造成的時延。隨后發出的突發數據在交換節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及預定車票等,旅行團隨后才出發,節約了游客們的時間也簡化了程序。
  邊緣節點和核心節點
  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,用戶端仍是傳統的電IP網絡。光突發交換網絡主要由光的核心節點和電的邊緣節點組成。邊緣節點主要負責IP分組的接入、分類、組裝和調度,及反向突發數據的接收與拆幀。入口邊緣節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,形成突發數據,并提取相應分組頭產生控制分組,而突發數據緩存于突發隊列等待調度。當一個突發數據在突發發送隊列的隊列頭部時,計算突發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,然后發出這個控制分組,該控制分組包括時間偏移量、突發數據長度和具體的路由等信息。當偏移時間到期時,發出該突發數據。出口邊緣節點只是簡單地將突發數據拆開,并將其中的IP數據抽出。
  核心節點的功能是控制分組查找、交換、突發數據監測(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數據)。用于傳輸BCP的波長在核心節點需要先進行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個波長傳輸突發數據,在核心節點處不需要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,可以使突發數據不需要在中間節點緩存,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。

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