通信工程师考试光的分组交换与突发交换

　　10.5 光的分组交换与突发交换
如前所述，在基于WDM和波长选路的光网络中，采用的是光路交换，其带宽分配的最小粒度是一个波长的信道容量。与电路交换相似，光路交换在信道容量的分配方面是不灵活的；在承载具有突发性强的数据业务时，其信道的利用率是低下的。
因此，从发展的角度看，未来互联网的骨干网应该采用光的分组交换。与电分组交换相似，光分组交换也是一种存储转发式的交换，不过存储转发的基本数据单元是光分组(Optical Packet),光分组由分组首部、载荷域和保护时间三部分组成。光分组交换节点在输人端口处完成光信号的接收、同步和光分组的读取，此时，一小部分光功率被分出并送往控制器。控制器识别光分组首部，根据其地址信息为光分组选择路由。然后将光分组送到相应的输出端口，在那里完成光分组首部的更新和整个光分组的再生，并将光分组转发到下一节点。在光分组交换节点中必须设有光分组的缓冲存储器，用以解决两个或两个以上的分组同时或接近同时到达同一输出端口而引起的“输出冲突”问题》当然，缓存器可以设在输人端口，也可以设在输出端口。
光分组完全在光域中进行存储转发处理，彻底消除了电子瓶颈，因此，光分组交换被认为是未来宽带IP骨干网的主要支撑技术之一。光分组交换利用异步时分复用（统计复用）技术带来了带宽分配的灵活性，给每种业务分配的带宽与承栽该业务的分组流的统计特性(各分组的持续时间和分组之间的间隔时间）相匹配，因而最大限度地提高了波长信道的利用率。但是光分组交换目前还有许多技术难题有待解决，其中最突出的问题是光分组的随机存储器件和光逻辑处理器件。预计近期还不可能产生成熟的容量较大的光随机存储(RAM)器件。光信号只能用光纤迟延线（FiberDelayLine,FDL）实现有限时间的“存储”，迟延时间受FDL长度的限制。光分组交换要在光域内完成对光分组的处理，就需要多种光逻辑器件，以完成复杂的逻辑运算。然而，现有的光逻辑器件的功能还比较简单，木能完成复杂的交换控制功能。
鉴于光路交换和光分组交换存在的上述问题，1999年乔春明博士和华盛顿大学的JonathanS.Turner提出了光突发交换的思想[31]。光突发交换(OpticalBuret Switching,OBS)是一种介于光路交换和光分组交换之间的交换方式。采用光突发交换的光网络称为光突发交换网络（Optical Buret Swilching Netwoik,OBSN）,主要用作光互联网的骨干网络。0BSN由若干边缘节点（EN）和核心节点（CN）通过WDM光纤链路连接而成，如图10-15所示。边缘节点的主要功能是实现业务的汇聚/解汇聚，而核心节点的主要任务是实现数据以突发为单位的转发。节点之间的光纤链路包含多个波长信道，其中部分波长（一般是一个波长）用于传输控制信息，称为控制波长；其余波长用于传输用户业务信息，称为数据波长。

人口边缘节点首先要对输人的IP分组（Packet)进行分类汇聚，即根据IP子网注人的IP分组的目的地址、业务类型、QoS要求等，将多个1P分组汇聚并组装成数据突发（Data Buret,DB)。然后，边缘节点生成与该DB对应的突发控制分组（Buret Control Packet,BCP),通过控制波长信道传输给与之相邻的核心节点。核心节点接收BCP，对其进行光电转换，在电域进行处理。BCP中包含与之对应的DB的相关信息（DB的出发时刻、DB长度、优先级、路由信息等）。核心节点根据这些信息为随后到达的DB预留资源（选择人出端口、选择承载波长和波长变换器、设置OXC的光开关等），并将BCP再生为光分组向下一跳转发，下一核心节点照此处理，直至BCP到达出口边缘节点。这样，通过BCP在人口(边缘）节点和出口（边缘）节点之间的转移，就为相应的DB“预留”了一条临时的虚拟光路。这一光路的保持时间就是该DB的长度。人口节点在发出BCP后，无需-待资源预留成功的确认消息返回，经过一段偏移时间（OffsetTim),就将相应的DB发送g预定的数据波长信道。DB无需经过任何的光电转换和存储，直接在光域穿越核心节点，到达出口节点。出口节点将DB解汇聚，拆分为原来的IP分组，再送给外围的IP子网。
上述资源预留方法，称为“单向预留”（One-way Reservation)。如果人口节点在发出BCP后，需等待资源预留成功的确认消息返回才将DB发送出去，那么这种资源预留方法称为“双向预留”（Two-way Reservation)。在OBSN中一般采用单向预留，而不采用双向预留协议，其根本原因是偏移时间（Offset Time)的限制。采用单向预留协议，偏移时间只要大于沿途各核心节点处理BCP的时间之和即可，一般为几十至几百微秒。而采用双向预留协议，偏移时间要大于BCP分组的往返时延，可达几毫秒至几十毫秒。在一个俯移时间内必然有数据分组继续到来，要求边缘节点组装为新的数据突发。偏移时间越大，边缘节点在一定时间内需要处理的DB数就越多，因而其复杂度就越大。同理，在一定时间内需要核心节点处理的BCP分组数也越多，复杂度必然也越大。所以，采用双向预留协议不仅会增大数据突发的端到端传送时延，而且将大大增加边缘节点和核心节点的实现复杂度。
光突发交换克服了光路交换和光分组交换的缺点。与光路交换相比，在传送突发性业务的条件下，OBS显着提髙了信道带宽的利用率。与光分组交换相比，OBS不需要使用现阶段还不能提供的随机光存储器件和复杂的光逻辑器件，在电域实现复杂的交换控制功能，在光域实现数据突发的传送。因此，OBS很可能成为近中期光互联网的核心技术。但是，OBS采用单向预留协议必然存在由资源冲突引起的数据突发丢失问题。在某些情况下，BCP传送至中间节点可能得不到所需的信道资源，而对应的DB在停留一段偏移时间之后必定离开源节点，从而在中途发生丢失。当前，正在研究从多方面解决数据突发丢失问题，以达到实用要求。

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