光分组交换节点技术
光分组交换技术的研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｐ ｉ ａ ａ ｋ ｔｓ ｔ ｈ ｎ ＯＰＳ） ｓ ａ ｃ ｎ ｏ ｔｃ ｌｐ ｃ ｅ ｗｉｃ ｉ ｇ（
ＺＨＥＮＧ － ｈ ｎｇ， Ｆｕ ｓ ｅ ＺＨＡＮＧ ｉ ｓ ｎｇ Ｊ ｎ－ ｏ
（ ａｈ ｎ ｎｖ ｒ ｉ ｆＳ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ，Ｗ ｕ ａ ３ ０ ４，Ｃｈｎ ） Ｈｕ ｚ ｏ ｇ Ｕ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｙ ｃ ｎ ｌｇ ｈ ｎ４ ０ ７ ｉａ Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ｈ ｎ ｒ ｄｕｃ ｉ ｎ ｏ ＰＳ ｈ ｓ ｉ ｐ ｏｖ ｄ ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ｗ ｉ ｈ ａ ｌ ｘ ｂｉｉｙ ｏｆ ｓｒ ｃ Ｔ ｅｉｔｏ ｔｏ ｆＯ ａ ｍ ｒ ｅ ｈｅｕｓ ａ ｅｏｆｂ ｎｄ ｄｔ ｎｄ ｆｅ ｉ ｌｔ
１ ２ 光 网络 分 割和 交换节 点 结构 ． 在光 分组 网络 中 ， 边缘 节 点交 换 机进 行 映射 、 适 配 、 聚 、 释 电交 换层 业务 ， 理 连接 信令 请 求 、 汇 鳃 处 分 配 和 回收交 换 资源 等 ， 务 侧 提 供 ＵＮＩ 口， 时 业 接 同 提供 网络侧 的 ＮＮＩ 口． 接 网络 内 由光分 组 核 心交 换
成 为 实 现 光 分 组 交 换 的 基 本 技 术 ， 多 波 长 方 案 并 不 是 光 分 组 交 换 的 唯 一 模 式 ， 时 分 分 组 而 光
交换 、 光标 签 交换 、 分及 混合 分 组交换 、 波 多协议 标签 交换 、 突发 分 组 交换 等 交换 方式 的 出 光
现 必 将 对 未 来 的 通 信 网产 生 重 要 的 影 响 ． 关键 词 ： 分 组 ； 换 方式 ； 突发 分组 交换 ； 标 签 交换 ； 光 交 光 光 多协 议 波 长 标 签 交换 中图分 类 号 ： ＴＮ９ ９ １ ２．１ 文献标 识 码 ： Ａ
光交换技术
现代光纤通信技术
现代光纤通信技术
光交换技术
ห้องสมุดไป่ตู้光交换：对送来的光信号直接进行交换，无需光/电/光变换
实现全光通信的关键技术
光的“电路”交换（OCS:Optical Circuit Switching） ▪ 空分光交换 ▪ 时分光交换 ▪ 波分/频分光交换 ▪ 码分光交换
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
8×8 光开关矩阵
光
光
用 户
耦 合 器
耦 合 器
监控电路
用 户
用 户
呼叫处理中心
时分光交换
▪ 时分光交换（Time Division Optical Switching）是以时分复用
为基础，用时隙互换原理来实现交换功能。
▪ 时隙互换是指把N路时分复用信号中各个时隙的信号互换位置。 ▪ 时分光交换中最核心的工作是将时分复用信号顺序地存入存储器并
复合光交换：采用两种或多种交换方式
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
控制光选通元件的通断，实现空间任意两点（点到点、一点到多点、 多点到一点）的直接光通道连接。
▪ 实现的方法是通过空间光路的转换加以实现， ▪ 关键器件：光开关及相应的光开关阵列矩阵。
将经过时隙互换操作后形成的另一时隙阵列顺序地取出。
▪ 关键器件：光开关和光存储器
... ...
1
时隙
1
2 复 12 N 分 2
接 器 N
帧
接
器
N
时分复用原理
1
电力通信网中光网络交换技术的应用
Ｃ ａｅＩｎｇ ￣ Ｐ ｕ瞄回团 圈 圜墨 ｈ ｗｅ ｏｉ１ ｒ ｃ 嵋 蝴譬 图砌■ ｉＮ （ ｅ１ ｏ ｔ ■‘誓■ ‘髓Ｉ■ ｎ ＇ｈｌ １ — ｓ ＇ ｏｓ￣ ｄ ● ｉ
电力通 信 网中光 网络交 换 技术 电局 ， 东 深圳 ５ ８ ０ ） 深 广 １０ ０ 摘 要 ： 些年 ， 近 光分 组 交换 （ Ｐ ） 术 以其 高速 、 明 和 交换粒 度 适 中等 特 点被 普遍 认 为是 一 种 能解 决 ” Ｏ Ｓ技 透 电子瓶 颈 ” 问题 、 实现 Ｉ Ｐ网 络 与光 传送 网络 无缝 连接 的理 想解 决 方案 ． 文将探 讨 光 分组 交换技 术在 下一代 电力 光纤 通信 网络 中的应 用 ．本 、
关 键 词 ： 力 通 信 ； 分 组 交 换 电 光
件和 靠 性爱求 ， 设 计电 通信 嘲的交换 节 争解 决方法 ， 此 性能有待于进一步提高 。 Ｕ Ｉ 光分组交换 以微秒 艟级的比分组 为交换 点时需 考虑不 的交换优先级 。刈于实 Ｈ 、 【 ３ ＷＢ ＷＣ交换结卡 ．Ｆ Ｆ ２ 勾 元 ， 分组 ｝数据 载荷 （ａｈ ｄ和携 带路 山 光 ｝ ｛ ｐｙ ， ） ａ 务 应设 定最高 的交换 优先级 ， 准实时、 对 务则 为 了提高交换节点 的性 能 ，等人提 …一使 制信 息的分组 又（ｅｄｒ 部分组成 。 ｈａｅ） 两 存光分组 设定较 低一级 的交换 优先级 ， 而对 于非实 时业 刚反 馈式 缓 存 币 反 馈 式 可 渊 波 长 变 换 器 Ｉ １ 交换 网络 中 ，每个此分绀通 常要穿过 多交换节 务 ， 其交换优先级 为正常即可 。 ｆ Ｉ ． 米解 决光分 组冲突 的光 分组交换节点结 ｗｑ 点才能到达 ¨的地 。 当数据分组 交换 时 ， 果 １ ３适用 于电力通信 网的 Ｏ Ｓ Ｉ Ｐ 点结构 Ｊ 构， Ｆ Ｆ 即 ＷＢ ＷＣ交换 结构。Ｆ Ｆ ＷＢ ＷＣ交换结构 同一 时刻 ，有两个或两 个以 上的光分组要 以同 巾上 二 而的分析可知 ， 分组 交换是一 种构 罔 ２所示 ， 每根输／ 出光纤 上包含有 ｗ 个 波 长从 同 一 出端 口离开比交换 节点 ，就 ＿ 建下 一 输 ＾ 代也力比纤通 信 的理想 技术 ， 且 【 不 同的波 长信道。 每根输入 光纤上 ， ｝ ｛ 当承载在 产牛竞争 、 于电力通信网 中存在 多种不 同实时性需求 的、 各 个波长信道 ｜ ｌ 的光分组到达 时 ，它们 首先经 ） Ｘ， 把 解决 ｊ分组竞争 的方法通 常 种 ，即光 务 ，冈此 设计光分 组交换 节点结 构时需要 考 过波 分解 复朋 器Ｏ ＭＵ ） 各个 光分 组分 开 。 匕 ＷＢ ＷＣ配置有 Ｍ根反馈式 的 Ｆ Ｉ Ｒ个反 Ｄ 和 缓存 、 长变换和偏射路 …。 波 光缓存是解决光分 虑不 同的交换优 ；级 。考虑 到反 馈式光缓存 能 Ｆ Ｆ Ｉ 己 面将介绍 四种 馈 的 Ｔ ＷＣ作 为竞争解决方 法 。每根 Ｆ Ｌ Ｄ 可 组竞争 的最 常用 的方法。 光分纰交换 巾 ， ｒ 够较容 易地实现 优先级交换 ， Ｆ Ｈ 还没有 呵川 的光 随机接入存 器 ，光缓存 迪川 丁电 力光纤通 信 －的基 于反馈 光缓存 的 以看成是… 个 ＷＤ 前 蹦 Ｊ Ｍ缓 存 ， 即存 每个时隙 ， 每根 Ｆ） 内能 同时容纳 ｗ 个 不同 的波 长，这 ｗ 个 Ｉ Ｉ 通 常 南光 纤延 时 线 （ ＬＦｈｒＤ ｌ ｉ０ Ｆ ：ｉｅ ｅ ｙＬｎ 构 光分组交 换 点结构 Ｄ ａ ３１ ＭＯ 交换结恂 ．Ｓ Ｐ 波长与输 入／ Ｈ 比纤 内的波长是 …样的 。Ｆ Ｉ 车 Ｉ 俞 Ｄ 成 。 据光 缓存 所处位 置的不 同， 以把光缓存 可 分 为输入式 、 输出式 、 反馈式 和共享式 等 叫种桀 Ｓ ＭＯＰ交换结构使 ＿ 一组反馈式 的 ¨ ） 来 仍按简 的方式排列 ， ｝ ｛ 』 Ｉ ＿ 长度从 Ｔ到 Ｍ ｒ Ｆ Ｌ ｒ 为 Ｄ ｆ 本类 型。 其中 ， 反馈 比缓存是所朽 的输 端 口 缓存发 生竞争的比分组 如 陶 １ 所示 的粒度） 。 反馈式可 波 长变换 器具 有两种功能 ： 共 享一 组从 输 “ 端 口反 馈 州输 入端 口的 ｌ缓 ｛ 光 种功能足把 发生 冲突的比分组 所对应 的光 波 存， 它能够较容 易地 实脱优 级交换 长变换列 日的输“ 端 口的空闲光波长上进行输 ； ２电 力通信 网 ¨ ；另一种功 能足把发生 冲突的光分组所对廊 ｉ ２１电力通信 Ｉ ． 卅的 状 的光波 Ｋ变换到反馈 式 ＷＤ Ｍ光缓 中的空 闲 电力通信网 线传输 的主要方 式一光纤 通 ｉ ： 波长进行缓仃 。 ＷＢ 、 Ｆ ｝ ＷＣ交换结 构可 以实现优 Ｌ————． 童 — 旦——— ＿＿ Ⅲ ． ｌ 信技术 ， 具有 巨大 的传输带宽 、 的误码 半和 橄低 先级交换 ， Ｓ （ 交换 结构相 比， 与 Ｍ） Ｐ 增加 ｒ波长 良好的保密性。 随着配 电网 息化 、１ ｒ动化 度 变换的竞争解 决方法 ， 配昔 的反馈式 Ｔ 所 ＷＣ和 的小断提岛 ，电力光纤 通信 『 承载传统 的、 圳 Ｊ 反馈式 Ｆ ［被所彳 的输 入波 Ｋ信道所共享 ， Ｄ 丁 其 竞 解 决 资 源 能 被 充 分 统 计 利 用 。 此 ， 务 础上 ，发展 到承载客Ｊ 务ｒ 心 、营销 系 服 Ｉ Ｆ Ｆ ＷＢ ＷＣ的性能 远远 于 Ｓ Ｐ， ＭＯ 其引人 的缓 统 、 理信息 系统 （ １ ） 地 Ｇ Ｓ 等多干 数据 业务 。新 、 叶 Ｉ Ｉ 仔时延也大夫小 于 Ｓ ＭＯＰ． ． 务的需求不仅使 电力通信 Ｌ 所承载 的业 务量 ｝ Ｊ 以惊人 的速度增 长 ，也刈‘ 电力通信 网络的 现 ‘ ３ Ｆ Ｆ 交换结构 ． Ｏ Ｂ ＷＣ ３ 架构提 出新 的挑战 。为了增 夫电 力通信 网的传 Ｆ Ｆ ＷＢ ＷＣ交换结卡 具有较好 的性能 ， 其 勾 但 所配 置的 口凋波长 变换器成本 高 ， 际设计 巾 ｒ 实 输带宽 ， 通信 『 已普遍 使用基 丁 Ｓ Ｈ的光 电 舣 】 Ｄ 纤通信系统 ， 并且采州 ｌ／Ｔ ／Ｄ Ａ Ｄ ＰＡ Ｍ Ｓ Ｈ Ｖ Ｍ或 Ｉ／ ｆ ） 有 Ｉ要 存性能与成本 之间进行权衡 Ｏ Ｂ ＷＣ Ｊ １ ｆ ＦＦ Ｓ ＨＷＤ 的网络架十 ， 这种 网络架构 中 Ｉ Ｉ ／ Ｍ ） ｛ Ｊ Ｐ 交换结干 如罔 ３ 示 勾 所 分组要经 过 川 、 Ｓ Ｈ的多层 封装 ，最后 才能 Ｍ、 Ｄ 承载于 ＷＤ 例络 的光波 Ｋ上 。 Ｍ 这种 网络架 构停 两个 主嘤 问题 ： 首丸 ， 刚 络 的光层 仅为各 个电层设 箭提供 静念高容量 的 带宽服 务连接 ， 数据 的交换 同样在 电域 完成 ， 兀 法 克服 “ 电子 瓶颔 ” ｌ ｘ 通信 络 性能 的影 响 ； ｆ 其 次， 多层 的网络架 构不太适 合分组化 的新业 务 ， 层层封装将 带来过多 的头部 销 ， 费了带宽 浪 资源 闪此 ， 简化 络架十 、 高带宽 资源利川 句提 率足下 一代电 力通信 建设 的必然 趋势 。 现 ＷＣ 个分路 器 、 Ｕｌ 一 Ｉ Ｉ 一个 定波 长变换器 有 的刚络融合方 案巾 ，光分 交换技 术 以其 灵 活、 交换速 度快 、 换粒度 迅 中等特 点 ， 认为 交 被 （ ＷＣ 、 Ｓ Ａ光 开关和一个无源耦 合器组 Ｆ ）－ 个 Ｏ － 如果输 出端 几空 闲， 分 光 是 实现 电层 Ｉ 圳 Ｐ『 络 ＷＤ ） 网络 无缝 联接 Ｍ 匕 在 Ｓ Ｏ Ｍ Ｉ交换结 构的输出端与输 入端之 问 成。当 比分组 到达时 ： Ｏ 如 的理 想技术 ，非常适 合Ｊ 于构建 Ｆ 十 Ｊ 一代 电力光 酉 皆了 一组 ｌ Ｂ Ｆ １ 勾 的反馈式光 缓存 ， 组通过 Ｓ Ａ光 开关血接 进入 分 交换矩 阵 ； 亡 ｝ Ｄ 成 １ 卡 光分 组 冲突发 卜，；以使 川 Ｆ １ ｒ ＷＣ来 解决 冲 纤通信 网。 这 Ｂ根 Ｆ Ｉ的 长度按 简并 方式排 列 ，即这 纰 Ｄ ！ ｌ 】 【 ２ ． ２电 通信 的、 务分析 Ｊ Ｉ Ｆ） ， 一根 Ｆ Ｉ 的缓仔 深 度为 １ 第 Ｂ根 突 ，｝把 比分纠的承载波 长变换 到 日的输 出端 Ｉ Ｌ巾 Ｄ ） ， Ｂ ＷＣ交 随着 电力系统信息化 、『 化程度 的小 断 Ｆ Ｉ的缓 存 深 度 为 Ｂ （ 为 Ｆ Ｌ的 度 ） ｒ上 定 的空 闲波长进行输 。 ＯＦ Ｆ Ｉ 动 Ｄ Ｄ Ｉ ＿ ） Ｄ 。 ］ Ｂ根 Ｆ） 组 成反馈 Ｆ Ｌ 缓存 。 Ｉ Ｉ Ｄ 光 提高 ， 电力通信 【新、 务小断产 生 ， ｆ Ｉ １ 根据 各种 Ｓ Ｏ Ｍ Ｐ交换结恂 通过 ｉ实 时 务优先从输 出端 换结 构 中 ， Ｄ 同样 ｆ 以看成是… 个 ＷＤ 叮 一 Ｍ缓 存。各 业 秀刈通信实 时性的 要求 ，可以把电 通 信Ｉ 口输ｊ ， 让非实时业务继续 在 Ｆ） 中循环 ， Ｊ 叫 ｝而 ３ Ｉ Ｉ 从 每根 Ｆ Ｉ Ｄ 仍 Ｏ Ｂ ＷＣ交 中的业 务大致 分为实时 、 务 、准实时 、 务和非 而实现优先级 交换 。陔交换 结构 的另一 优点是 根 Ｆ Ｉ 按简并的方式进行排列 。 Ｆ Ｆ Ｉ Ｉ ｋ Ｄ 被 ｛ Ｊ 大 １ 与 ＷＢ ＷＣ 实时业 务三种 ，各种业 务的详 分类如 �
光分组交换节点结构及性能研究
中图分 类号 ： Ｎｇ ５ ０ Ｔ １．４
文献 标识 码 ： Ａ
相连。
０ 引 言
在新接人 Ｉ Ｐ业务的驱动下 ， 通信网容量迅猛发 展 ， 必导致 每一 根光纤 中波长数 的爆 炸式 增长 ， 势 这 是传统的电交换不能解决的问题 。面对当今这一挑 战， 传输 网试 图 提供 一 种 可重 置 光 层 （ｅｏ ｆ ｕａ ｒｃｎ ｉ ｒ— ｇ ｔ ｎｏ ｔ ａ ｌｙ ｒ ， ｉ ｐｉ ｌ ａ ｅ ） 它有 助 于 解 决 电交 换 网络 潜 在 ｏ ｃ 的容 量 瓶 颈 ， 能 通 过 波 分 密 集 复 用 （ ｅ ｓ— ａ ｅ 并 ｄ ｎ ｅｗ ｖ — ｌｎ ｔ—ｉｉｉ — ｌ ｐｅ ｉｇ ＷＤ ｅ ｇ ｈｄｖｓ ｎ ｍｕｔ ｌｘｎ ，Ｄ ｏ ｉ Ｍ） 系统 的 使 用 使 巨 大带宽 在有 效管理 下得 到利 用 。 最 近对 波分 复用 的应用 主要集 中于对 单个 波长 信道的静态使用。为了实现信号直接在光域里进行 交换， ＷＤ 信 道更快地动态 分配， 对 Ｍ 以此来 提高 传 输 网的性 能 ， 界对 这 方 面 已做 了许 多 的研 究 工 业 作 。为了达到这一 目的 ， 个 主要可选 的策略 已提 ２ 出： 光分组 交换 ｎ ］ 光突发 交换 【６。本文 中 ， 们 和 ３］ － 我 主要进行 光分 组交换 的研 究 。在 一个几 乎 全光交 换 的结 构 中 使 用 波 导 光 栅 阵 列 （ｒａｅ ｖｇ ｉｅ ａｒｙｄ ｗａｅｕｄ ｇ ａｉｇ ＡＷＧ） 为分组 交换 机 的器件 ， 组包在 光 ｒｔ ， ｎ 作 分 纤延 迟线 里进行 缓存 。先 前很 多文 献 已对光 分组 在 交换 机输 入缓存 或共 享 （ 循 环） 存 的节点 结构 和 再 缓 业务性能进行研究报道［］ 在此， ７， 我们融合输入缓 存和共享缓存对交换机的整个结构进行详细介绍和 性 能分析 。
ptn节点的层次结构
ptn节点的层次结构PTN（Packet Transport Network）节点是光网传输网络中的关键组成部分，它通过分组交换技术实现光信号的高速传输和路由。
在PTN 节点的层次结构中，可以分为核心层、汇聚层和接入层三个层次。
首先是核心层，它是整个PTN网络的最高层次，主要负责大规模的光信号传输和全网路由。
核心层节点拥有强大的传输能力和处理能力，能够承载大量的光通道和光信号，保证了网络的高速稳定运行。
同时，核心层节点还具备强大的容错能力，能够实现数据的冗余备份和自动切换，保证了网络的可靠性和鲁棒性。
接下来是汇聚层，它连接核心层和接入层，起到信息交换和协调的作用。
汇聚层节点通常部署在城域网或者地区网的节点上，负责将来自各个接入层的光信号进行集中汇聚和再分发，以实现跨地域的通信连接。
汇聚层节点具备较高的传输能力和较低的时延，能够实现高质量的光传输，确保了网络的可靠性和性能。
最后是接入层，它是PTN网络的最底层，直接与用户或者设备相连，负责将用户或者设备发送的光信号进行收发和转发。
接入层节点通常部署在用户侧或者设备侧的节点上，具备较小的传输能力和较高的接口密度，能够满足各种接入需求。
接入层节点还可以提供各种接口类型，如传输接口、业务接口等，以适应不同用户和设备的需求。
总而言之，PTN节点的层次结构体现了光网传输网络的组织架构和功能分工。
核心层保障了全网的高速传输和路由，汇聚层实现了不同地域的光信号集中和分发，接入层为用户和设备提供了高质量的接入服务。
这种层次结构使得PTN网络能够灵活、高效地满足各种传输需求，并具备较强的可扩展性。
未来，随着通信技术的不断发展和网络规模的不断扩大，PTN节点的层次结构将不断优化和完善，为人们的日常生活和工作提供更加便捷和可靠的通信服务。
《现代交换技术》第03章分组交换技术
3.7.2 我国公用分组数据交换网提供 的业务功能
基本业务功能
交换型虚电路(SVC) 永久型虚电路(PVC)
用户任选业务功能
主要有闭和用户群、反向计费、网络用户识别、 呼叫转移、虚拟专用网、广播服务、帧中继等 业务。
3.7.3 进入公用分组数据交换网的用 户终端种类及入网方式
3.5.2 光分组交换网络的分类
时隙网络
分组长度是固定的，并在时隙中传输。时隙的长 度应大于分组的时限，以便在分组的前后设置保 护间隔。
非时隙网络
分组的大小是可变的，而且在交换之前，不需要 排列，异步的，自由地交换每一个分组。
3.5.3 光分组交换技术的特点
大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特 点，支持未来不同类型数据
3.2 分组交换技术的基本概念
分组交换的概念类似于邮寄信件。 人们把写好的信放入信封，就如同划分分组；
在信封上写上地址，就如同在分组头里放入路 由信息；
投入邮筒，就如同交换机进行交换，再发往目 的地；
接到信件后打开阅读，就仿佛拆包后取出信息 一样。
3.2.1 分组交换技术
分组交换技术是将用户传送的数据划分成一 定的长度，每个部分叫做一个分组。
第三章 分组交换技术
分组(Packet)交换亦称包交换，是为 了适应计算机通信的需要而发展起来 的，是数据通信的重要手段之一。
3.1 数据通信网的交换方式
数据通信网的交换方式经历了电路交换、报 文交换和分组交换的发展过程
电路交换
是一种实时交换，在整个通信过程中自始至终 使用该条线路进行信息传输，其它计算机不能共 享链路。
能提供端到端的光通道或者无连接的传输 带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的
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。
光分组交换节点技术
输网之间独立的域 ， 并且与两层很好 地结合。 随着近几年光子器件技术的 不断发展和数据业务的爆炸式增长 ， 光分组交换的研究呈渐热之势。
组交换节点组成网络时 ， 各节点每／ ｆ 输入端 口上的分组到达的时间是 机的， 而交换矩阵只能在一些特定 时间上进行重新配置， 因此网络设 者需要考虑各个分组进入交换矩醋 前是否进行重新排队。 如果分组进 交换矩阵前需要重新排队， 这样的
关键词 ：
信的潜能没有被全部开发出来， 因为 网络节点所使用的电域分组交换形
成了一个数据流的“ 瓶颈” 因此只有 ， 使用光分组交换来提供高的交换速
度， 才能充分有效地利用光纤带宽。 光分组交换网络的发展有十几 年的历史 ， 世界上很多国家已作了这
方面的研究： 如欧洲的Ａ Ｍ ｓＡ Ｍ Ｔ ０ （Ｔ
Ｓ ｉｃ ｊ ｇ ｈ ｔ ｃ ｕ ｅ： ｗ ｔ ｈ ｎ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｒ ｒ
Ｏｐ ｉ ａ ｓ ｏ ａ ｅ ｔｃ ｌ ｔ ｇ ｒ
Ｎ ｔｏ ） ｅ ｒ 项目以及 日本Ｎ Ｔ ｗｋ Ｔ 光网络实 验室项目等。 光分组交换技术的主要优点是 ：
不仅可以减少网络的层次， 而且可以 简化网络管理软件 ， 节省有关传输的 开销 ； 可以提供有效的业务聚合和更
Ｄ ｍ ｎ Ｘ ｎ ｈ ｅｉ ｇ／ ｕＡ ｓ ｉ
文章编号 ：
１ ０ — ８ ８ ｆ ０ ２） ５ ４ Ｏ ０ ９ ６ ６ ２ ０ Ｏ —１ 一 ５
郑磊 ｆ 吴德明 ／ 徐安士
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详 细 讨 论 了 全 光 分 组 交 换 节 点 设 计 和 实 现 中 的 关 键 问题 ： 换 结 构 的 设 计 、 存 交 光 储 的实现 以及 分组拥 塞 问题的 解决 方案 。
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光分组交换节点技术摘要：文章首先介绍了光分组交换网络的分类和光分组交换节点的基本结构，接着详细讨论了全光分组交换节点设计和实现中的关键问题：交换结构的设计、光存储的实现以及分组拥塞问题的解决方案。
关键词：光分组交换；交换结构；光存储器；拥塞ABSTRACT:The classification of optical packet switching networks and the architecture of optical packet switching nodes are briefly introduced, and then some key problems related to the design and implementation of all-optical packet switching nodes, such as the design of switching architecture, implementation of optical storage and packet congestion, are discussed in detail.KEY WORDS:Optical packet switching; Switching architecture; Optical storage; Congestion时至今日，光纤通信技术已经取得了长足的进步，但是光纤通信的潜能没有被全部开发出来，因为网络节点所使用的电域分组交换形成了一个数据流的“瓶颈”，因此只有使用光分组交换来提供高的交换速度，才能充分有效地利用光纤带宽。
光分组交换网络的发展有十几年的历史，世界上很多国家已作了这方面的研究：如欧洲的ATMOS(ATM Optical Switching)项目和KEOPS(Keys to Optical Packet Switching)项目，美国的POND(Packet-switched Optical Networking Demonstration)项目和CORD项目，英国WASPNET(Wavelength Switch Optical Packet Network)项目以及日本NTT光网络实验室项目等。
光分组交换技术的主要优点是：不仅可以减少网络的层次，而且可以简化网络管理软件，节省有关传输的开销；可以提供有效的业务聚合和更好的服务粒度，提高了光传输网的利用率；可以提供一个在服务层与光传输网之间独立的域，并且与两层很好地结合。
随着近几年光子器件技术的不断发展和数据业务的爆炸式增长，光分组交换的研究呈渐热之势。
1 全光分组交换网络分类全光分组交换网络可以分成两大类：同步网和异步网。
当多个光分组交换节点组成网络时，各节点每个输入端口上的分组到达的时间是随机的，而交换矩阵只能在一些特定的时间上进行重新配置，因此网络设计者需要考虑各个分组进入交换矩阵前是否进行重新排队。
如果分组进入交换矩阵前需要重新排队，这样的节点组成的网络是同步的；相反则是异步网络。
在同步光分组交换网中，每个分组数据的大小相同，分组数据和分组头一起被放在一个固定长度的时隙中。
由于没有光域的可随机读取的存储器，为了解决分组交换时产生的拥塞问题，采用光纤延迟线来实现光分组的存储器。
分组在光纤环或光纤延迟线中所滞留的时间是分组所占据时间的整倍数，因此就要求各个分组长度一致，并且在输入端参照本地时钟进行同步。
在异步光分组交换网中，每个分组不要求长度一致，在节点输入端口也不需要进行同步处理，分组的交换过程在时间上是随机的。
由于分组到达的不可预测性和不规律性，分组交换时发生的拥塞概率比同步网中的大。
但是这种交换节点结构简单，而且网络建造费用低，和同步网相比具有更大的灵活性。
2 光分组交换节点的基本结构虽然光分组交换节点的设计实现方案多种多样，但其主要结构大体相同。
光分组交换节点的结构主要包括三大部分[1](如图1所示)。
(1)输入接口输入接口的主要功能是对同一时刻到来的分组进行同步(在同步光分组交换网中)和提取分组路由信息。
其中，光部分有一个补偿色散的无源段(如色散补偿光纤)和一个标准光纤延迟线；电部分包括分组头提取电路和载荷位置确定(本地时钟的提取、分组延时的确定、光开关门的触发选择等)，分组头提取电路解决竞争情况和安排交换段的分组路由。
(2)交换矩阵交换矩阵是交换节点的核心部分，电路部分控制路由处理，解决竞争；全光交换矩阵给出分组路由，使用光纤延迟线和虚分组解决竞争。
(3)输出接口为满足系统的需要，包括系统的可级联，需要再生净载荷，这由输出接口完成。
它包括一个光再生系统和重写分组头和再生光信号用的时钟电子电路。
光再生系统包括快速功率均衡、去除抖动的再定时、波长转换和分组头重写。
整个接口必须保证信号质量足够高，以使其能够通过几个光交换节点和ＷＤＭ传输链路。
波长的选择和转换以及光开关门主要依靠半导体光放大器(SOA)技术。
3 实现交换节点的关键技术3.1 交换结构目前光分组交换中的各种交换结构都是在光域上实现分组的存储和交换，在电域上完成路由选择和存储控制等功能。
交换结构大体可分为三类：基于波长路由的交换结构、广播和选择型交换结构，以及空分交换结构[2]。
(1)基于波长路由的交换结构a.输出缓冲的波长路由交换结构1992年Gabriagues和Jacob提出了一种波长路由交换结构[3，4]，如图2所示。
这种结构使用波长编码来完成分组的路由和缓存。
它由3个功能模块组成：分组编码模块(分组波长分配)、1个缓存模块和1个分组解复用模块。
分组编码模块由N个可调谐波长变换器(TWC)组成，每个TWC根据各分组所要输出的端口给分组分配相应的波长。
例如，当分组要在第i个端口输出时，就给它分配波长λi。
缓存模块由N×K个半导体光放大器(SOA)开关门阵列和K个长度范围为0～(K-1)T的光纤延迟线组成，T为单个分组所占时长，通过控制SOA开关门，可以使分配了波长后的分组以先进先出(FIFO)的方式经过某一相应的光纤延迟线，到达指定的输出端口。
解复用器模块由一个K×N的星型耦合器和N个带通滤波器组成，也可以用一个K×N的AWG(Arrayed Waveguide Grating)来实现。
带通滤波器的作用是使特定的波长和特定的输出端口对应起来。
这种结构的不足是当交换的规模和缓存增加时，结构中所需要的SOA和缓存单元随N、K成比例地增长。
另外，分组经过交换矩阵时的光功率损耗与NK2成比例(当NK)。
另外一种波长路由交换结构是Frontiernet光分组交换结构[5]，如图3所示。
这种结构的核心就是一个AWGM(Arrayed Waveguide Grating Multiplexer)。
AWGM起着固定路由的波长路由器的作用，同一个输入端口的不同波长对应着不同的输出端口，AWGM根据各分组数据的输入端口和所使用的波长对其进行选路。
分组依次经过TWC、AWGM和级联环形缓存(其实现方式在后面的光存储中讨论)，最后到达输出端口。
TWC根据每个分组的输入和输出端口给它分配一个波长，AWGM根据这个波长将分组输出到相应的输出端口。
b.输入缓冲的波长路由交换结构在上面两种交换结构中，分组的缓存被安排在分组交换之后，这样做的好处是可以获得较好的时延特性。
但是这种交换结构比较复杂，而且功率损耗比较大。
为此，人们提出了在输入端进行分组缓存的波长路由结构[6]，如图4所示。
这种交换结构由两个模块组成：分组排队模块和分组路由模块。
和Frontiernet光分组交换结构中一样，分组交换由AWGM和TWC一起完成。
分组的拥塞是通过输入端对分组进行排队来解决。
分组排队模块由N个TWC和波长路由分组缓存组成，其中波长路由分组缓存用一对AWGM和一套延时范围为0～(K-1)T的不同长度的光纤延迟线实现。
这种结构中，由于AWGM的波长路由特性，从第i个输入端口输入的分组经过某一时延后从分组排队模块的第i个端口输出。
如果多个分组产生拥塞，可以在分组排队模块给各分组安排不同的时延。
这样，即使同时有N个分组要在交换结构的同一个输出端输出的时候也不会发生分组冲突。
因此，该交换结构有较低的分组丢失率。
(2)广播和选择型交换结构广播和选择型交换结构是最常见的一种交换结构，它在许多项目中被广泛使用。
这种结构不需要像波长路由交换结构那样使用过多的可调器件，它的另一个优势是它具有广播功能。
交换时，从各个输入端来的信息合成一路信号，然后被耦合到每个输出端，每个输出端口从合路信号中滤出到达该端口的信号。
各路信号复合的时候可以使用波分复用的方法也可以使用时分复用的方法。
一个典型的例子就是KEOPS 项目中使用的KEOPS结构[7]，如图5所示。
对从不同端口来的N个分组首先进行波长变换，经过1个波长复用器合成1路，然后用1个星型耦合器将复用信号广播给K个光纤延迟线。
经过光纤延迟线后，每个分组都获得了所有可能的延时(即0～(K-1)T)。
每根延迟线输出的分组又被一个星型耦合器广播给所有输出端口，在每个输出端口上都有一套光开关门进行分组选择。
首先，前面1个光开关门在某一时刻开启，让含有要在该端口输出分组的复用信号经过，接着第2个光开关门开启，通过波长选择在该端口输出的分组。
与波长路由交换结构相比较，这种结构不需要可调器件，但是它也存在光功率损耗太大的问题(对于N×N规模的交换结构，光功率的损耗与NK2成正比)。
(3)基于空分开关的交换结构光开关在光纤通信系统中是一个不可或缺的器件，从前面讨论可以看出，无论在波长路由结构还是在广播选择型交换结构中，它都是不可缺少的。
这里讨论的是基于空分开关的交换结构――Staggering结构[8]，如图6所示。
这种结构使用空分开关阵列来完成分组路由和缓存。
该结构由两个无阻塞的空分开关阵列以及相连的时延不同的光纤延迟线组成。
前面的1个空分光开关阵列使得每个分组可以选择进入不同的延迟线，从而使分组在第2个空分开关阵列的输出端发生碰撞的概率大大减小。
第2个空分开关完成分组的路由。
3.2 光存储从前面的讨论可以看出，光存储器在分组交换结构中起着重要的作用。
原则上讲，电域的可随机读取存储器(RAM)可以用在光分组交换中，早期的光分组交换系统就是这么设计的。
但是电RAM的读取速度有限，这影响了光分组交换的速度和容量。
而且采用这种方案的交换结构将不可避免地用到光电(O/E)和电光(E/O)变换，从而增加了系统的复杂度。
开发全光的RAM工作已经有很长的时间，但是迄今为止还处于研究阶段，目前的分组交换结构中利用光纤延时线和各种光器件的组合来实现全光的存储器。
采用这种方法的设计结构已经有很多种，它们可以分成两类：传输型和循环型[2]。