密集波分復用(DWDM)技術(shù)為通信網(wǎng)絡提供了巨大的傳輸容量，逐步成為主流傳輸技術(shù)。伴隨著DWDM技術(shù)的成熟和傳輸容量的快速增長，傳統(tǒng)的電子交換系統(tǒng)承受的壓力日趨增大，光交換技術(shù)的引入日顯迫切。

與光信號的3種分割復用方式相對應，光交換也分為空分、時分和波分3種，分別完成空分信道、時分信道和波分信道的交換。

從支持的業(yè)務類型來看，光交換又可分為電路交換(波長路由)和分組交換兩種方式。早在20世紀90年代初中期，人們就開始研究光子交換技術(shù)，ATM光交換、分組光交換成為熱門研究課題。人們期望通過光交換突破電子速率的限制，提高交換單元的吞吐量。但這些光交換需要高速光開關(guān)來實現(xiàn)，加上光邏輯器件還很不成熟，不能完成復雜的邏輯處理功能，所以只能實施電控光交換，即在電域上識別信頭，由電信號來控制光開關(guān)的動作。由于電控光交換沒有擺脫電子“瓶頸”的限制，從而限制了它的發(fā)展和應用。至今，高速光開關(guān)和光邏輯器件在技術(shù)上依然沒有重大的突破。

基于波分交換或波長路由的全光網(wǎng)在過去的數(shù)年中有了長足的發(fā)展，正在逐步得到規(guī)模應用。全光網(wǎng)是指為客戶層信號提供光域處理的傳送網(wǎng)絡，包括光域的傳送、復用、選路、監(jiān)視和生存功能等。完成交換功能的主要是光交叉連接器(OXC)和光分插復用器(OADM)。在經(jīng)過數(shù)年的研究、實驗后，全光網(wǎng)絡現(xiàn)正向智能化的方向發(fā)展，自動交換光網(wǎng)絡(ASON)就是其向智能化發(fā)展的主流方向。

嚴格地講，波分光交換與波長路由不同。波分交換網(wǎng)絡必須具備波長變換器，而波長路由網(wǎng)絡是利用波長的不同來實現(xiàn)選路。波長路由網(wǎng)絡屬于電路交換方式，采用雙向資源預留方式設置光通路，中間節(jié)點不需要光緩存，可提供有保證的服務。但電路交換是粗粒度的，以波長或波長組為交換的粒度，帶寬利用率較低，不能實現(xiàn)統(tǒng)計復用，不適于像IP這樣的突發(fā)業(yè)務。

光突發(fā)交換(OBS)由Qiao Chunming等人提出[1]。其設法綜合較大粒度的波長(電路)交換和較細粒度的光分組交換兩者的優(yōu)點，并克服了這兩種交換方式的不足，在較低的光子器件要求下，實現(xiàn)了面向IP的突發(fā)業(yè)務的快速資源分配和高資源利用率，因此能有效地支持上層協(xié)議或高層用戶的突發(fā)業(yè)務。

1 OBS的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和節(jié)點結(jié)構(gòu)

在OBS網(wǎng)絡中，有兩種光分組數(shù)據(jù)流：包含路由信息的突發(fā)控制分組(BCP)和承載業(yè)務的突發(fā)數(shù)據(jù)分組(BDP)。控制分組在波分復用(WDM)傳輸鏈路上的某一特定信道中傳送，在OBS網(wǎng)絡中要經(jīng)過網(wǎng)絡節(jié)點的電子處理；而數(shù)據(jù)分組在另一個不同的波長信道上傳送，在OBS網(wǎng)絡中不需經(jīng)過光電/電光轉(zhuǎn)換和中間節(jié)點的電子轉(zhuǎn)發(fā)，保持端到端的透明傳輸和交換。控制分組先于數(shù)據(jù)分組在特定DWDM(密集波分復用)信道中傳送，預約網(wǎng)絡資源。核心交換節(jié)點根據(jù)控制分組中的信息和網(wǎng)絡當前的狀況為相應的數(shù)據(jù)分組預留資源，建立全光通路。數(shù)據(jù)分組經(jīng)過一段延遲后，在不需要確認的情況下直接在預先設置的全光通道中透明傳輸。這種單向預留方案減小了建立通道的延遲等待時間，提高了帶寬利用率。

這種將數(shù)據(jù)信道與控制信道分離的方法簡化了突發(fā)數(shù)據(jù)交換的處理，且控制分組長度非常短，因此使高速處理得以實現(xiàn)。數(shù)據(jù)分組和控制分組的隔離、適合的交換顆粒度、較低的控制開銷及非時隙交換方式降低了對光子器件的要求和中間交換節(jié)點的復雜度。在OBS網(wǎng)絡中，中間節(jié)點可以不使用緩存，也不存在網(wǎng)絡內(nèi)的時隙同步問題等。

給出一種OBS網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和節(jié)點結(jié)構(gòu)示例。OBS網(wǎng)絡可以基于WDM光網(wǎng)絡，實現(xiàn)不同鏈路、不同波長信道間突發(fā)數(shù)據(jù)分組的交換。在OBS網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)分組和控制分組在不同的波長信道上、相差一個偏置時間傳輸。考慮交換節(jié)點光開關(guān)的動作時間，數(shù)據(jù)分組前后必須留有保護時間。

OBS網(wǎng)絡主要由邊緣節(jié)點、核心節(jié)點和DWDM鏈路構(gòu)成。入口邊緣節(jié)點按照數(shù)據(jù)包的目地地址和服務等級(CoS)等信息，對數(shù)據(jù)包進行分類、緩存和封裝，組合成突發(fā)數(shù)據(jù)分組，并產(chǎn)生控制分組，然后發(fā)送給與之最鄰近的OBS核心節(jié)點。核心節(jié)點根據(jù)控制分組的路由信息，對到達的突發(fā)數(shù)據(jù)包進行交換。出口邊緣節(jié)點將BDP拆卸，發(fā)送到其他子網(wǎng)或終端用戶

OBS的主要優(yōu)點為：具有中等交換粒度。突發(fā)分組的長度可以從幾個分組到一個短的會話，只使用一個控制分組，從而使每個數(shù)據(jù)單元具有較低的控制開銷。 從不同源端到不同宿端的突發(fā)分組可以利用統(tǒng)計復用的方式，有效地利用鏈路上相同波長的帶寬，帶寬使用效率較高。BHP和BDP的分離，有效降低了中間交換節(jié)點的復雜度和對光器件的要求。中間節(jié)點可以不需要光緩存，同步要求低。 帶寬單向預留，等待時延短。

2 OBS的MAC層和封裝技術(shù)

為了完成突發(fā)數(shù)據(jù)分組的生成，邊緣節(jié)點的層次結(jié)構(gòu)中需要有媒體接入控制(MAC)層。圖3給出基于WDM的MAC功能及突發(fā)數(shù)據(jù)分組的形成過程。從圖3可以看出，在輸入邊緣節(jié)點處的MAC層需要完成以下功能：把輸入的分組封裝成突發(fā)分組，突發(fā)分組的長度可以相等，也可以不等。將突發(fā)分組送入排隊隊列，當突發(fā)包位于隊首時，設置一個合適的偏置時間，并且發(fā)送一個包含有路由信息、突發(fā)包長度和偏置時間等信息的控制分組。將數(shù)據(jù)包成幀，經(jīng)過一個合適的偏置時間后，發(fā)送入光層。

在出口邊緣節(jié)點，OBS MAC層的功能只是簡單地將突發(fā)數(shù)據(jù)拆裝，抽取出IP數(shù)據(jù)包。OBS MAC層所產(chǎn)生的時延包括突發(fā)數(shù)據(jù)包封裝時延、排隊時延以及突發(fā)數(shù)據(jù)包與控制包之間的偏置時間。

突發(fā)封裝是OBS網(wǎng)絡中一個重要課題，常見的突發(fā)封裝技術(shù)一種基于定時器，另一種基于閾值。在基于定時器的突發(fā)封裝法中，突發(fā)數(shù)據(jù)以固定間隔產(chǎn)生，被周期性送入光網(wǎng)絡中，突發(fā)的長度是可變的；在基于閾值的突發(fā)封裝法中，突發(fā)的長度通常是固定的。

給出一種突發(fā)數(shù)據(jù)的成幀格式示例。其中PT為載荷類型，PL為載荷長度，NOP為IP數(shù)據(jù)包數(shù)目，偏移指示數(shù)據(jù)填充首字節(jié)的位址和收端同步信息。

3 OBS的協(xié)議

為了使OBS網(wǎng)絡能高效地協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)分組和控制分組之間的工作，研究人員開發(fā)了大量的帶寬接入控制協(xié)議。為了避免控制信令的全光提取，OBS采用帶外信令方式，主要代表是通知－發(fā)送(TAG)協(xié)議和預留固定時段(RFD)協(xié)議。

TAG協(xié)議在源端先發(fā)送控制分組來預留帶寬，當傳送完突發(fā)數(shù)據(jù)流后再發(fā)送用于釋放連接的分組來拆除連接。RFD協(xié)議與TAG類似，但源端發(fā)出的控制信號中含有突發(fā)長度信息，用于向中間節(jié)點預定鏈路保持時間，數(shù)據(jù)分組要等待一個偏置時間后才可發(fā)送，從而使資源利用率提高，基于該方法的一個杰出代表是恰好足夠時間(JET)協(xié)議。

執(zhí)行JET協(xié)議時，源端節(jié)點在發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)分組前，首先在控制通道上向宿端節(jié)點發(fā)送一個控制分組，該控制分組在中間節(jié)點上進行處理，為將要發(fā)送的數(shù)據(jù)分組建立一條全光的通道。JET使用延時預留(DR)方式預約帶寬，它的控制開銷信號中含有突發(fā)數(shù)據(jù)的長度信息和偏置時間信息，信源發(fā)出控制開銷信號后，等待一個偏置時間T后再發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)，T的大小足以補償控制開銷在各個中間節(jié)點所經(jīng)歷的處理時間，即T ≥ n×δ，其中n是中間節(jié)點數(shù)目，δ是一個節(jié)點處平均的開銷處理時間，從而可以使所有中間節(jié)點不再需要光纖延遲線(FDL)。為了減少網(wǎng)絡端到端的等待時延，應該盡量設置較小的偏置時間，但是過小的偏置時間不易解決多點通信中的信道竟爭問題，會造成數(shù)據(jù)丟失或擁塞。若控制分組不能在某一中間節(jié)點預留帶寬，將不得不丟棄突發(fā)數(shù)據(jù)分組。拒絕的確認信息發(fā)送回源端，稍后源端將再次發(fā)送控制分組和突發(fā)分組。丟棄突發(fā)分組將浪費部分通道帶寬，增加數(shù)據(jù)分組的傳輸時延。因此，OBS網(wǎng)絡中一個重要的設計問題是如何解決資源競爭和提供區(qū)分服務。

在使用JET協(xié)議的OBS網(wǎng)絡中，通過調(diào)節(jié)偏置時間T可以確定服務的優(yōu)先級。因為增加偏置時間不僅有利于迂回路由，而且使對應的控制分組可以更成功地預留帶寬。有兩種優(yōu)先級方案是與突發(fā)封裝聯(lián)系在一起的，第1種方案是將OBS的優(yōu)先級與IP包的優(yōu)先級對應封裝，對高優(yōu)先級的突發(fā)數(shù)據(jù)分組設置較長的偏置時間；第2種方案是所謂的混合封裝方法，即在一個突發(fā)數(shù)據(jù)分組中可以封裝多個不同優(yōu)先級的IP包，但是次序是高優(yōu)先級的包在前，低優(yōu)先級的包在后。當有競爭發(fā)生時，突發(fā)包低優(yōu)先級的尾部可以被丟棄，而高優(yōu)先級的突發(fā)包部分則被通過。

4 OBS和自動交換光網(wǎng)絡

綜觀國內(nèi)外光網(wǎng)絡研究和發(fā)展動向可以看出，基于波分復用技術(shù)的ASON成為下一代光網(wǎng)絡的主流方向。ASON采用擴展的通用多協(xié)議標簽交換(GMPLS)協(xié)議實現(xiàn)多粒度的交換和多層次的路由，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的動態(tài)調(diào)配和連接的自動建立，將成為傳送網(wǎng)發(fā)展演變的主要方向。

下一代光網(wǎng)絡是一個融合的網(wǎng)絡，OBS能否融入ASON，OBS協(xié)議能否與GMPLS[2]結(jié)合，使OBS成為ASON中支持光域分組交換的技術(shù)，已成為人們關(guān)注的問題，也關(guān)系到OBS的應用前景。通過上面的分析，不難看出OBS和基于GMPLS的網(wǎng)絡有很多相似的地方：

兩者都是由邊緣節(jié)點、核心節(jié)點和WDM鏈路組成，OBS網(wǎng)絡在邊緣節(jié)點將輸入分組封裝成突發(fā)數(shù)據(jù)分組，并產(chǎn)生控制分組；GMPLS網(wǎng)絡在邊緣節(jié)點將輸入分組劃分成等同轉(zhuǎn)發(fā)類(FEC)，并分配標記。

(2)兩者都采用帶外信令傳輸方式，載荷數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡中都可實現(xiàn)透明傳送和交換。

(3)GMPLS網(wǎng)絡可以用標簽交換技術(shù)在入口-出口路由器之間建立半永久的數(shù)據(jù)通道；OBS網(wǎng)絡可以通過控制分組在入口-出口邊緣節(jié)點間為載荷建立透明的數(shù)據(jù)通道。

(4)GMPLS采用嵌套標記交換路徑(LSP)概念，支持波長信道級、波長組級和光纖級、SDH級等多粒度交換。有理由考慮通過協(xié)議擴展和節(jié)點結(jié)構(gòu)的改善，也支持光突發(fā)分組的交換。

由于光突發(fā)交換與GMPLS技術(shù)對未來網(wǎng)絡組網(wǎng)技術(shù)的深遠影響，可以將MPLS的標簽交換思想引入到光突發(fā)交換中，從而產(chǎn)生標簽光突發(fā)交換(LOBS)，如圖6所示。LOBS將控制信道和數(shù)據(jù)交換信道進行分離，標簽信息在控制包中，控制包應與GMPLS的控制平面成為一體。盡管這一解決方案尚有很多關(guān)鍵技術(shù)需要深入研究，但方案的解決將會對光網(wǎng)絡的未來發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

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