光突发交换技术

光突发交换技术

摘要光突发换是近几年出现的一种光交换技术，它交换的单元粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换灵活，带宽利用率高，又比光分组交换易于实现；全面介绍了这种交换技术，并对它与电路交换和光分组交换性能进行了比较。另外，还对光突发交换的关键技术进行了讨论，结合下一代互联网的技术趋势，对光突发交换的前景进行了评价。

关键字光突发交换突发包关键技术

正文

1引言

光交换技术在全光通信网中占有非常重要的地位。具有传输透明性（包括业务类型、传输速率以及传输格式等）和高度生存性的全光网络，是当前WDM 光网络所追求的重要目标。从系统角度来看，光交换技术与光监控技术、光放大技术和光处理技术等其它光网络技术一样，都是WDM 光网络的关键支撑技术。但是在这几种关键支撑技术当中，光交换技术是其核心技术，因为在WDM 光网络向全光网络的演进过程中，需要由光交换技术在光域完成网络的优化、路由、保护和自愈功能，以实现网络的高速率和协议透明性，提高网络的重构灵活性和生存性。因此在某种程度上，光交换技术决定了全光通信的发展。

提出的光交换技术主要有三种：光波长路由交换或光路交换OCS (Optical Circuit Switching)、光分组交换OPS (Optical Packet Switching)和光突发交换OBS (Optical Burst Switching)。

针对电路交换和分组交换的缺点，近年来，国外有人提出了新的光交换技术———光突发交换（OBS—Optical Burst Switching）。光突发交换中，使用的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换灵活，带宽利用率高，又比光分组交换更贴近实用。可以说，它结合了两者的优点且克服了两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而逐渐引起了众多学者的重视。

2 OBS原理与特点

突发交换（BS）的概念第一次出现在20 世纪80年代初期，主要用来传递话音业务。OBS 与BS 的原理相同，但为了更好地利用业已成熟的电子技术和先进的光子技术，它使

用分离的波长来传送突发包和它们的控制头。突发包是OBS 网络中传送的基本数据块，是一些具有相同目的地址和特性（如OOS 要求）的分组的集合。每个突发包拥有一个控制头，用来在交换节点处预订带宽。控制头还包含有必要的路由信息，交换节点利用这些信息路由相应的突发包。控制头以分组的形式发送，称为控制分组，控制分组应该先于突发包发送，两者之间的时序关系由OBS 所采用的协议确定。

对于采用DWDM 技术的每个链接，其中的一个或多个波长用来传送控制头，称为控制信道。其他的波长用来传送突发包，相应地称为数据信道。

OBS 与电路交换、OPS 相比，主要的不同点如下：

(1) 突发包与电路交换和OPS 中的交换单元（它们分别是呼叫和分组）相比具有中等的粒度；

(2) OBS 中，对一个突发包，以单向处理的方式预留带宽，也就是可以在不知道是否成功获得带宽的情况下发送突发包。而在电路交换中，对一个呼叫，带宽的预定是以双向处理的方式进行的。换而言之，数据只有在连接建立起来之后才能发送；

(3) OBS 中，突发包可以直接通过中间节点而无需缓存。与之相比，在OPS 中，分组在每一个中间节点都要被存储并转发。

3 OBS网络及节点结构

OBS网络的基本结构如图1所示，OBS网络由处于网络边缘的边缘节点(EN, Edge Node )、位于网络中心的核心节点(CN, Core Node)以及WDM链路组成。边缘节点提供突发包(Burst)的组装和拆分功能，并且提供了各种网络接口(如: Gigabit-Ethernet, Packet over SONET (POS), IP/ATM等)，使之可以和其它协议类型的网络互联，实现在输入端将各种祯结构能够通过组装算法组装为突发数据包，并且在输出端将突发数据包解封装为各种数据信号。核心节点主要由光交换矩阵(Optical Switching Matrix)和交换控制单元(Switch Control Unit)组成,核心节点主要完成突发控制分组的处理以及根据控制分组的到的信息为数据预留相应的信道资源。

图 1

OBS网络采用分离的波长来传输数据和它们的控制信息。网络中传输的基本数据块是将一些具有相同目的地址和特性(如QOS要求)的分组经边缘节点聚合组装后形成的突发包。突发包长度可以是固定的，也可以是变化的。每个突发包配有一个控制头，控制头中含有该突发包的相关信息，用于在其所经过的网络节点预留带宽。控制头以分组的形式发送，称为突发控制分组(BCP Burst Control Packet )，将传送BCP的信道成为控制信道。控制分组先于突发包发送，两者之间的时序关系由OBS采用的信令协议确定(偏置时间offset-time)。在BCP分组发出后间隔偏置时间offset-time开始发送突发数据分组（BDP Burst Data Packet）,同样将传输BDP的信道成为数据信道，一般情况下，控制信道和数据信道分离，使用不同的信道传输各自的数据。

核心节点的主要功能是主要完成突发控制分组BCP的处理，以及根据控制分组的信息根据信道调度算法为数据BDP预留相应的信道资源，还包括了协议的处理等功能。一个N ×M 光核心路由器的通用结构如图2所示，它由输入FDL、光交换矩阵、交换控制单元(SCU)，路由信号处理器组成。数据信道连接至光交换矩阵，控制信道接至交换控制单元(SCU)。如果核心路由器中使用了光纤延迟线来延迟数据突发的到达，这就使SCU 有充分的时间处理BCP。数据突发在光核心路由器中仍为光信号。FDL 缓存( FDL Buffer )用来解

决输出DCG 上的数据突发竞争冲突。

图2

概括来讲，OBS网络核心路由器大致包括四个主要组成部分：光交叉模块，交换控制模块，以及协议处理模块，线路接口模块。其中交换控制模块功能包括对信令处理、转发表的查找、资源的预约及冲突判决和处理等。（实现上的option：集中与分布）协议处理模块主要实现高层协议的处理，包括转发表的维护与更新等。光交叉模块主要由空分交叉矩阵、FDL 和TWC 组成，在交换控制模块提供的配置信息控制下，这些部件协调工作，共同为数据提供透明的通道。线路接口模块包括MUX/DEMUX、EDFA 等与光传输相关的器件。研究较热的核心路由器技术有以下几方面：集中式与分布式的控制处理、光交叉矩阵的实现、光纤延时线FDL的实现、波长变换器TWC的实现。

4 OBS 的关键技术

OBS 的关键技术有突发包的生成、OBS 协议和交换输出信道的调度等。

4. 1 光突发包的生成

在OBS 网络中，突发包的生成是在输入边缘节点完成的。以IP 分组为例，在输入边缘节点处，多个具有相同的目的地址和一些其它与业务相关特性（如OOS）的IP 分组封装成一个突发包。突发包的长度可以是固定的，也可以是变化的。节点为每个突发包配备了一个控制分组。

为了完成上述的突发包生成，边缘节点的层次结构中，需要加入一MAC 层。对于采用IP Over DWDM传送技术的网络，MAC 层位于IP 层和WDM 层之间，如图3所示。

从图 3 可以看出，在输入边缘节点处的MAC 层需要完成以下功能：

(1)把分组（对IP 业务而言）组装成突发包；

(2)当突发包位于队首时决定偏置时间的值，并且发送一个包含有路由信息、突发包长

度和偏置时间等信息的控制分组；

(3)经过偏置时间后，把突发包送入光层；

(4)在输出边缘节点处，MAC 层只需完成从突发包中提取出分组的工作即可。

图 3

4.2 OBS 协议及偏置时间

OBS 的本质是利用控制分组来预留突发包所要经过的交换节点处的带宽，所以必须要保证突发包和控制分组之间合理的时序关系。根据偏置时间的长短，

OBS 协议有两类：TAG（tell-and-gO）和TAW（tell-and-wait）。采用TAG 协议的OBS 中，信源发送控制分组后马上发送突发包，因此在交换节点处，需要光缓存来存储突发包以等待其控制分组信息的处理。而在采用TAW 协议的OBS 中，信源发送控制分组后，还要等待一个偏置时间，才能发送突发包。在这种情况下，交换节点处不需要用以弥补控制分组处理延时的光缓存器。由于光缓存器实现起来较难，因此TAW 类协议比TAG 类协议更加适合于OBS。TAW 类协议中比较典型的一种是JET（just-enOugh-time）协议。

此外，JET 协议还能通过偏置时间的长短来为业务提供不同的OOS 支持。比如，为了让某一类业务以高的优先级预留带宽，可以增大其原来的偏置时间。也就是说，OOS 要求高的业务，相应的偏置时间长，反之亦然。

结语

下一代互联网采用IP over DWDM 技术的趋势越来越明显，对相应的交换技术的需求也越来越迫切。OBS 作为一个合理的选择正逐渐引起了国内外学者的重视。目前，OBS 的研究尚处于实验室研究阶段，国际上没有实际的OBS 网络。在我国，还没有研究机构和人

员做这方面的研究工作。同时，OBS 还有一些问题尚未解决，在诸如究竟OBS 网络如何支持IP 等业务、突发数据的封装、来自不同信源数据的竞争、JET 协议的具体实施、OBS 与MPLS 的结合等问题上还需要进一步的研究。

参考文献：

于金辉，范戈 - 《光通信技术》，2002, 26(5)

顾畹仪 - 《中兴通讯技术》，2003, 9(z1)

李景聪，殷洪玺，吴德明，徐安士，王勇《光通信研究》，2001, (5)