光突发交换及其关键技术
光突发交换中的突发包组装技术研究
Ｋｅ ｏ ｄｓ：ｏｐｔｃ ｂｕｒ ｔｓ ｉｃｈ ｎｇ； ｂｕｒ ｔ ｃ ｙｗ ｒ ｉａｌ ｓ ｗ ｔ ｉ ｓ ； ｏｎｔ ｏｌｐａ ｋｅｔ ｒ ｃ
０ 引 言
全 球 范 围 内数 据 业 务 的迅 猛 增到 电 路 交 换 和 分 组 交 换 的 考
—
光 突 发 交 换 中 的 突 发 包 组 装 技 术 研 究
于 金 辉 ， 范 戈
（ 海 交 通 大 学 “区域 光 纤 通 信 网 和 新 型 光 通 信 系 统 ” 家 重 点 实 验 室 ， 海 ２ ０ ３ 上 国 上 ０ ０ ０）
［ 摘
要 ］ 光 突 发 交 换 是 近 几 年 出 现 的 一 种 很 有 前 途 的 光 交 换 技 术 ， 电 路 交 换 灵 活 ， 宽 利 用 率 高 ， 比光 比 带 又
ｉ ｐｔ ｃ ｎ ｏ ｉ ａｌｂｕｒ ｔ ｓ ｉｃ ｎｇ ｓ ｗ ｔ ｈｉ
Ｙ Ｕ ｉ — ｕ ． ＦＡ Ｎ Ｊｎ ｈ ｉ Ｇｅ
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维普资讯
光 纤 与 电 缆 及 其 应 用 技 术
Ｏｐ ｉ ａ ｂ ｒ＆ Ｅｌ ｃ ｒｃ Ｃａ ｌ ｔｃ ｌＦｉ ｅ ｅ ｔｉ ｂｅ ２０ ０ ２年 第 ４期
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光交换方式与光交换网络
光交换方式与光交换网络光交换方式由于光通信传输技术的传输速率到达了Tb/s的数量级，大大提高了通信传输的质量和可靠性，但是在第一代光网络中，节点具有的电子速率的极限使得不断增长的传输速率受到限制。
此时，为了实现光信号的直接交换，摆脱光电转换所受的限制，光子技术被引入到节点的交换系统，以期实现全光网络。
因此，光交换的实现成为第二代光网络的根底。
光交换是指不经过任何光/电转换，将输入端光信号直接交换到任意的光输出端。
光交换的实现可以简单归结为如何实现交换回路和控制部件的光子化，目前由于实用的光逻辑器件还相当缺乏，光交换系统的交换路径是全光的，控制部件那么由电子电路完成，也称电控光交换。
光交换方式、器件以及网络的组建是光交换的研究重点。
和普通的电交换技术相似，光交换分为光路〔通道〕交换和光分组交换两种方式。
光路交换是通过在主叫和被叫两个终端之间建立一个光连接通道。
该通道可能是一根光纤，也可能是采用复用技术构建的存在于光复用线路中的一个信道。
这条通道在一个呼叫的通信期间将一直保持到通信完毕。
光分组交换是一种信息包的交换。
通过某种光调制方式将用户信息形成光信号序列，然后分割成一个个分组，并被附加上各自的光分组头〔描述其源地址、目的地址和分组序号等〕。
它们独立经过光分组网的节点，节点解读分组头获得路由信息然后进展选路，然后将它们发送到目的地。
以下是原理图：8 2Figure 光分组交换光路交换中一个通信业务独占一条通路或信道，而分组交换允许多个通信业务动态地、分时段共享某一通道，因此它对网络的利用比光路交换更充分和灵活。
通常实时性要求高、业务量平稳的通信会使用光路交换，突发性明显的通信使用分组交换。
光交换按照光信号信道复用方式可划分为空分光交换、时分光交换、波/频分光交换和码分光交换等。
光交换的特点：1、由于光交换不涉及到电信号，所以不会受到电子器件处理速度的制约，与高速的光纤传输速率匹配，可以实现网络的高速率。
光复用技术
1、复用技术复用技术的主要目的是扩容，传统的扩容方法采用ETDM（电时分复用）方式，但由于现代通信网对传输容量要求的急剧提高，利用TDM方式已日益接近硅和砷化镓技术的极限，并且传输设备的价格也很高，光纤色散和极化模色散的影响也日益加重。
因此人们正越来越多地把兴趣从电时分复用转移到光复用。
光复用有3种技术，即光时分复用（OTDM）、光波分复用（OWDM）以及正处于研究阶段的光码分复用（OCDMA）。
1.WDM技术及OTDM技术迄今为止，WDM技术是研究最多、发展最快、应用最为广泛的技术，经过数年的发展和应用，已趋于成熟，而且越来越成为现代通信系统中不可替代的传输技术。
目前，WDM系统的传输容量正以极快的速度向前发展，直接基于WDM传输的业务也越来越多。
WDM技术正对光通信的发展起着重要的作用，其作为现代超大容量传输规模的复用技术的优越性将体现得越来越为明显。
随着WDM系统单信道速率越来越高、复用的路数越来越多、信道之间的间隔也越来越窄，WDM 系统表现出来的色散（包括偏振模色散）、互相位调制（XPM）和4波混频（FWM）等非线性效应严重地影响了系统的性能，同时对所用光纤的性能、光放大器的带宽范围及增益平坦度、偏振模控制器的性能、分会波器的隔离度等等件的性能都提出了很高的要求。
OTDM指利用高速光开关把多路光信号复用到1路上传输，利用OTDM技术可以。
获得较高的速率带宽比，可克服EDFA增益不平坦、4波混频（FWM）非线性效应等诸多因素限制，而且可解决复用端口的竞争，增加全光网络的灵活性。
虽然，OTDM有以上的优点，但由于其关键技术（高重复率超短光脉冲源、时分复用技术、超短光脉冲传输技术、时钟提取技术和时分解复用技术）比较复杂，更为重要的是实现这些技术的器件特别昂贵，而且制作和实现均很困难，所以这项技术迟迟没有得到很大的发展和应用。
但随着系统扩容的需要、技术的不断创新、器件制造水平的不断提高以及克服单单依*WDM技术不足以解决的困难，最终OTDM 也将得到很大的发展和应用。
光突发交换技术的研究
第２ Ｚ卷 第 １ 期 １ ２０ ０ ６年 １ 月 １
甘肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
＇ｏ ． ２ Ｎｏ １ Ｃ １ ２ ．１ Ｎｏ ． ２ ０ ｖ ０ ６
光 突发 交换技术 的研 究
将Ｉ Ｐ业 务 放 在 ＷＤＭ 上进 行 传 输有 许 多可 供
选 择 的交换技 术 。一种 很好 的方 案就是 在骨干 网络 中应用 直接在 光域 的分 组／ 据包 交换技 术 ， 数 这样 会 提供灵 活和 有效 的光层 上 的带 宽 利用率 。基于光 分 组交换 的光 Ｉ Ｐ路 由器可 望解决 电子瓶 颈 问题 。 针 对 目前 的 技术 状 况 ， 从技 术 上 来说 比较 可 行
２ 光 突 发 交换 基 本 原 理
突发 （ ｕｓ） ｂ ｒｔ 的最 初 定义 是 指 话 音 的 一 次进 发
宽利 用率 的极低 。虽 然 在 过 去 的 几年 中 ， 电子传 输
和交换 设备 的速率 有 了飞 速 的 增长 ， 也 不 能跟 上 但
或者一 段数据 信息 。突发数 据就是 一 串突发 性的话 音流或 数字化 的信 息 。在 电 路交 换 中 ， 每次 呼 叫 由
交换原理和 光 突发 交换协议 ， 中包括 对 ＷＤＭ， 突发 ， ｅａ ｅ ｅｅｖ ｔ ｎ协议 。 其 光 Ｄ ｌ ｄＲ ｓｒａｉ ｙ ｏ
关键 词 ： 交换技 术 ； 波分复 用 ； 光交换协议
中 图 分 类 号 ： Ｎ ２ ． Ｔ ９ ９１
络 伸 缩 性
１ 概 述
在过 去 的几 年 中 ， 联 网 业 务量 呈 现爆 炸性 的 互
～
增长 。 驱动 了对 传输 带 宽需求 的迅 猛增长 ， 同时 产生 了通过 增加带 宽来 增加 现有 因特 网骨干传 送能力 的
光网络中三种交换
什么是光突发交换技术目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching).三种光路交换技术目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS(Optical Circuit Switching),光分组交换OPS(Optical Packet Switching),光突发交换OBS(Optical Burst Switching).其中研究得最多最成熟的是光路交换OCS,网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的地端的光路(每一个链路上均需要分配一个专业波长)。
交换过程共分三个阶段：①链路建立阶段是双向的带宽申请过程，需要经过请求与应答确认两个处理过程。
②链路保持阶段，链路始终被通信双方占用，不允许其他通信方共享该链路。
③链路拆除阶段，任意一方首先发出断开信号，另一方收到断开信号后进行确认，资源就被真正释放。
从长远来看，全光的分组交换OPS是光交换的发展方向。
OPS是一种不面向连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由。
分配资源。
分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点需要缓存净荷，等待带分组目的地的分组头的处理，以确定路由。
相比OCS,OPS有着很高的资源利用率，和很强的适应突发数据的能力。
但是也存在着两个近期内难以克服的障碍：一是光缓存器技术还不成熟；二是在OPS交换节点处，多个输入分组的精确同步难以实现。
因此光分组交换难于在短时间内实现。
1997年，由ChunmingQiao和J.S Tunnor分别提出的一种新的光交换技术——光突发交换OBS,作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术。
OBS结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点，已引起了越来越多人的注.什么叫突发？光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小的具有相同出口边缘节点地址和相同QoS 要求的数据分组组成的超长数据分组，这些数据分组可以来自于传统IP网中的IP包。
光交换技术
五、光交换技术的未来发展展望
1. 市场和用户是决定光网络去向何方的重要因素。目前光的电路交换技术已发展 的较为成熟，进入实用化阶段。光分组交换作为更加高速、高效、高度灵活的交换技 术，其能够支持各种业务数据格式——计算机通信数据、话音、图表、视频数据和高 保真音频数据的交换。自十九世纪七十年代以来，分组交换网经历了从X.25网、帧中 继网、信元中继网、④ISDN到⑤ATM网的不断演进，以至今天的OPS网成为被广泛关注 和研究的热点。超大带宽的OPS技术易于实现10Gb/s速率以上的操作，且对数据格式与 速率完全透明，更能适应当今快速变化的网络环境，能为运营商和用户带来更大的收 益。在更加实用化的光缓存器件和光逻辑器件产生以前，对二者要求不是很高的OBS以 及OMPLS技术作为OPS的过渡性解决方案，将会成为市场的主流。
（2） 光波分交换技术
指光信号在网络节点中不经 过光 / 电转换，直接将所携带的 信息从一个波长转移到另一个波 长上。 （4） 光码分交换技术 光码分复用（OCDMA）是一种 扩频通信技术，不同户的信号用 互成正交的不同码序列填充，接 受时只要用与发送方相同的法序 列进行相关接受，即可恢复原用 户信息。光码分交换的原理就是 将某个正交码上的光信号交换到 另一个正交码上，实现不同码子 之间的交换。
（4）波长变换器
全光波长转换器是波分复用光网络及全光交换网络中 的关键部件。 波长转换器有多种结构和机制，目前研究 较为成熟的是以半导体光放大器 (SOA) 为基础的波长转换 器 ,包括交叉增益饱和调制型 (XGM SOA)、交叉相位调制 型 (XPM SOA)以及四波混频型波长转换器 (FWM SOA)等。
完结
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光突发交换网络核心结点关键技术研究
光突发交换网络核心结点关键技术研究光突发交换网络核心结点关键技术研究摘要：随着通信技术的快速发展，光纤作为传输介质已经成为了现代通信领域的主流选择。
光突发交换网络作为一种新型光纤交换技术，具备高容量、低时延和低能耗等优点，广泛应用于数据中心、互联网和移动通信等领域。
本文将重点探讨光突发交换网络核心结点关键技术研究的最新进展，包括光缓存技术、调度算法和拓扑结构等方面。
一、引言随着互联网数据量的爆炸式增长，传统的电子交换技术已经无法满足需求，光纤作为其替代技术逐渐崭露头角。
光突发交换网络作为光纤交换技术的新兴领域，正日益引起学术界和产业界的关注。
光突发交换网络核心结点作为整个网络的关键组成部分，其性能对整个网络的稳定和高效运行至关重要。
二、光缓存技术光突发交换网络核心结点中的光缓存技术是实现高性能传输的关键因素。
光缓存技术主要包括输入缓冲、输出缓冲和光缓存器。
其中，输入缓冲用于接收光突发的数据包，输出缓冲用于存储即将发送的数据包，光缓存器则负责将光信号转换为电信号进行处理。
光缓存器的设计和制造对于实现高速、高容量的光突发交换至关重要。
三、调度算法在光突发交换网络核心结点中，调度算法的设计对于光突发的处理和交换起到了至关重要的作用。
调度算法主要包括输入调度和输出调度两个方面。
输入调度主要负责将不同输入端口的光突发数据进行排队和调度，输出调度则负责将已经处理完毕的数据进行发送。
有效的调度算法可以避免数据包的丢失和冲突，提高整个系统的吞吐量和传输效率。
四、拓扑结构光突发交换网络核心结点的拓扑结构设计对于整个网络的性能也起到了重要的影响。
常用的拓扑结构包括环形结构、树形结构和网状结构等。
环形结构具有低延迟、低能耗的特点，但是容易产生冲突和数据包丢失。
树形结构具有简单和高效的特点，但是中心节点容易成为单点故障。
网状结构则是目前常用的一种设计，能够提供较高的可靠性和容错能力。
五、实验结果与讨论通过模拟实验和性能测试，可以验证光突发交换网络核心结点关键技术的可行性和有效性。
光突发交换技术关键问题研究
Ｓｃ ｅｎ ａｎｄ ｉ ｃｅ Ｔｅｃｈ ｎｏｌ ｏｇｙ ｎ ｌ ｎｏｖａ ｏｎ ｔｉ Ｈｅｒ ｄ ａｌ
光 突 发 交换 技 术 关键 问题 研 究
胡 梅 芬 （ 南民族 大学计 算机 科学 学院 湖北 武 汉 中
４３ ０７ ） ０ ４
摘 要 ： 突 发 交换 （ Ｂ ） 光 ０ ｓ 网络 被 认 为 是 下 一 代 光 纤 通 信 网络 的 典 型 代 表 。 文 阐 述 了 光 突 发 交换 网络 体 系 结 构 和 基 本 原 理 ， 点 研 究 了 本 重 光 突 发 交 换 网络 的 恰 量 时 间（Ｅ ）ＪＫ和 竞 争 解 决 方 案 ， 后 对 光 突 发 交换 技 术 的 发 展 做 出 了探 讨 。 Ｊ Ｔ ｔｉ ｆ ￣ 最 关键 词 ： 光突发交换 竞争 中 图分 类 号 ： Ｐ Ｔ３ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ４ ０ ８ ２ １ ） ２ｂ一０ ５ －０ １ ７ － ９ Ｘ（ ０ １０ （） ０ ３ ２
一
１Ｏ Ｓ Ｂ 的体 系结构 和基本原理
ＯＢＳ 网 络结 构 如 图 ｌ 的 所示 。
０Ｂ ｓ网络 由处 于 网络 边 缘 的 边缘 路 由 器 、 于 网络 中心 的 核 心 路 由 器以 及 Ｗ ＤＭ 位 链 路 等 组 成 １入 口边 缘 路 由 器按 照数 据 。 包 的 目的 地 址 和 服 务 等 级 Ｃｏ （ ａ ｓ ｏ Ｓ Ｃｌ ｓ ｆ Ｓ ｒ ｉｅ 等信 息对 数 据 包 进行 分 类 ， ｅ ｖｃ ） 缓存 和 封装 ， 合 成突 发 数据 包 Ｂ Ｐ Ｂ ｒｔ Ｄ ｔ 组 Ｄ （ｕｓ ａａ Ｐ ｃ ｅ ） 并 产 生 突 发 控 制 包 ＢＣＰ Ｂｕ ｓ ａ ｋ ｔ， （ ｒｔ Ｃｏ ｔｏ Ｐ ｃ ｅ ）然后 发送 给与之 最邻 近 的 ｎ ｒ ｌ ａ ｋ ｔ， 核 心 路 由器 。 心 路 由器 根 据 ＢＣＰ的 路 由 核 信 息 ， 到达 的ＢＤＰ进行 交 换 。 对 同时 边 缘 路 由 器 提 供 各 种 网 络 接 口 ， 之 可 以 完 成 各 使 种 协 议 类 型 的 网 络 互 联 ， 网络 的 出 口处 ， 在 边 缘 路 由器 将 突 发 数 据 包拆 卸 ， 送 到 其 发 他 子 网 或 终 端 用 户 。 突发 交 换 技 术 的 原 光 理如 图２ 示 。 所 如 图所 示 ， 根 光 纤 上 的 ＷＤＭ信 道 被 一 分 成 两 组 ， 中 一组 用于 传 输 突 发 控 制 包 ， 其 称 为 控 制 信 道 ； 一 组 则 用 于 传 输 突 发 数 另 据包， 为数据信道 。 称 这种 突发 数据 包 和 突 发 控 制 包 分 离 传输 的 特 点 有 利 于核 心路 由 器 在 突 发数 据 包 到达 之前 就 根 据 突 发控 制 包 中的 信 息 预 留 好 宽 带 。
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光突发交换及其关键技术
作者：孙丽琴王雄庞洪丰
来源：《数字技术与应用》2011年第12期
摘要：在几种光交换技术中，光突发交换技术能够满足不断增长的业务需求，是一种更为灵活有效的光网络解决方案。
本文首先介绍了几种光交换网络，然后重点分析了光突发交换网络的基本原理、关键技术等。
关键词：光突发交换技术竞争解决汇聚算法信道调度算法 QoS
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0069-01
1、几种不同的光交换网络
随着信息爆炸式增长，通信业务从传统的语音、数据业务向视频、多媒体等宽带实时业务发展，对通信容量也提出越来越高的要求。
光纤拥有大约30THz的巨大潜在的宽带容量，是未来骨干网络中最重要的传输媒介，为增长的信息容量提供了解决方案。
波分复用技术可以解决高速传输的问题，但是节点间的信息交换是在电域中进行。
这一电子瓶颈制约高带宽和高速信息传输的发展，光交换网络在这一背景下应运而生。
光交换技术可分为光电路交换，光分组交换，光突发交换，光标签分组交换。
1.1 光电路交换
基于波长交换粒度的光电路交换（OCS）就可以实现光交换，即构建波长路由光网络。
基于波长路由的全光网络已有了成熟的发展，现在正在逐步得到规模化的应用。
1.2 分组交换光网络
光分组交换技术（OPS）试图直接在光层上实现精细粒度的数据交换，带宽利用率高，适合于传输类似IP的突发数据。
因此，光分组交换是一种发展前景很好的先进技术。
OPS具有高速、大吞吐量、低时延、业务和比特率透明等突出优点，但是某些关键的技术问题还是没有得到解决。
例如，长时延和高速缓存器、高速光交换矩阵、光时钟提取与恢复等，这使得实现全光分组交换还有很多困难。
1.3 光突发交换网络
如上文所述，OCS不适用于有突发性的IP数据业务，OPS又有很多技术难题有待解决。
考虑到这两种交换技术的局限性，人们提出一种新的交换技术—光突发交换技术（OBS）。
OBS结合了OCS和OPS的优点，避免了它们的缺点，具有很好的发展前景。
2、OBS的体系结构和基本原理
考虑到光电路交换不灵活、带宽利用率低和光分组交换技术难度大、难于实现的现状，1999年乔春明等人提出了OBS网络，以满足突发性、多样性业务日益增长的需求。
图1是一个OBS网络的基本结构。
如图所示，来自传统IP网络的数据包在入口边缘节点按照业务的目的地址和服务等级等信息进行排队。
入口节点对数据包进行分类、缓存和封装，组成突发包，并产生相应的突发控制包，然后发送到核心节点。
核心节点根据突发控制包（BCP）中的路由信息，对到达的突发数据包（BDP）进行交换。
在网络的出口，出口边缘节点将BDP拆卸，再发送到其他子网或者终端用户。
2.1 OBS实现原理
BDP是一种粒度大小介于波长和分组之间的交换单元，其在OBS网络中的交换传输完全在光域中完成，不需要进行光/电/光的转换。
在OBS网络中，BCP在独立于数据通道的控制信道进行传输，每个BDP对应于一个BCP，源节点需要设置BCP与相应的BDP发出时间的间隔，通过恰当的时间间隔，可以保证一定的服务质量并且不需要光存储和执行光同步。
BCP中的控制信息在核心节点处经过电域处理，突发数据包不需要经过光/电、电/光转换和电路由器转发，实现端到端的透明传输。
2.2 OBS网络的关键技术
2.2.1 竞争解决机制
OBS网络采用单向预留协议，在发送突发包之前，并不预先建立连接，在BDP经过的节点中，有可能无法预留信道资源，这个时候可能会导致BDP的丢失。
因此，OBS网络中的突发竞争解决技术也是OBS网络中需要解决的关键问题之一。
目前提出的竞争解决方案有以下几种：核心节点设置光缓存、波长变换、偏射路由和分段丢弃。
目前实用的光缓存器采用光纤延迟线（FDL）的方式来实现。
光信号一旦进入FDL，不可能中途将信号取出，所以采用这种缓存技术有很大的局限性。
如果使用波长转换器，让其中一个BDP直通，另一个BDP交换到同一出口的不同波长上，这样可以减少突发丢失，但是波长转换器价格昂贵。
偏射路由竞争解决机制是在竞争发生时，将其中一份突发数据包路由到另一个可选输出端口，从而减少BDP的丢失。
如果采用分段技术，其中一个突发包的部分分组会被丢弃，这样会降低分组丢失概率。
总之，单独利用上述几种竞争解决机制的效果不明显，有人提出了将几种解决方案结合的解决方法，可以很好地解决OBS网络中数据包的竞争问题。
2.2.2 边缘汇聚机制和数据信道调度机制
目前，入口边缘节点对接入业务进行整合，将IP分组有效汇聚成OBS中的BDP的算法有固定汇聚时间算法、固定汇聚长度算法、以及自适应汇聚长度算法等。
OBS网络核心节点中数据信道的调度是设计OBS网络时需要考虑的关键问题。
目前提出的数据信道调度算法有最迟可用未占用信道调度算法、可插空最迟可用未占用信道调度算法以及按需突发重新调度算法等。
2.2.3 OBS网络中的QoS解决方案
OBS网络中服务质量（QoS）问题也是目前的研究热点。
随着实时业务的不断增长，不同的应用对网络的需求也有所不同。
网络延时和分组丢失都直接影响用户终端的服务质量。
例如，实时语音传输有严格的延时要求，但是可以容忍少量的分组丢失；而FTP应用不能容忍数据丢失，但对延时没有要求。
目前提出的QoS解决方案有基于偏置时间的QoS方案和基于比例优先级的QoS方案。
这两种方法实现比较简单，但是仍然不够完善。
因此如何完善OBS 网络中的QoS控制机制，是目前研究人员面临的问题。
3、结语
OBS能够实现面向IP的突发业务的快速资源分配和高资源利用率，因此能有效地支持上层协议或高层用户的突发业务，满足突发性、多样性业务需求。
但是OBS中的突发丢失、服务质量保证等问题也是其要面临的挑战。
解决好了这些问题，OBS技术有望成为下一代IP骨干网的核心技术。