1、引言 隨著全球范圍內(nèi)IP業(yè)務(wù)的迅猛增長，對傳送網(wǎng)帶寬和交換系統(tǒng)容量的需求正以前所未有的速度增加。目前，在光層利用DWDM技術(shù)。可以使一根光纖的可利用帶寬達到10Tbit/s左右，可以滿足較長時期內(nèi)對傳送網(wǎng)帶寬的要求。然而，采用通常的電路交換技術(shù)(時分、空分及波長交換)的交換速率遠低于這個數(shù)值。這樣，兩者的失配對交換技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求。 從長遠來看，OPS(OpticalPacketSwitching，光分組交換)是光交換的發(fā)展方向，但OPS存在著兩個近期內(nèi)難以克服的障礙：一是光緩存器技術(shù)還不成熟，目前實驗系統(tǒng)中采用的光纖延遲線(FDL，F(xiàn)iberDelayLine)往往比較笨重、不靈活，存儲深度有限；二是在OPS的節(jié)點處，多個輸入分組的精確同步難以實現(xiàn)。因此，在短時期內(nèi)光分組交換的商業(yè)應(yīng)用前景還不被看好。 在這種情況下，ChunmingQiao和JsTurnor等人提出了新的光交換技術(shù)－－－－OBS(OpticalBurstSwitching，光突發(fā)交換)，作為電路交換向分組交換的過渡技術(shù)。0BS使用的帶寬粒度介于電路交換和分組交換之間，比電路交換靈活、帶寬利用率高，比光分組交換更貼近實用。可以說，它結(jié)合了兩者的優(yōu)點且克服了兩者的部分缺點，是兩者之間的平衡選擇，因而逐漸引起了眾多專家、學(xué)者的重視。 2、OBS技術(shù)的原理 OBS中的“突發(fā)”是由具有相同出口邊緣路由器地址和相同QoS要求的IP包組成的超長IP包，這些IP包可以來自傳統(tǒng)IP網(wǎng)中不同的電IP路由器。突發(fā)數(shù)據(jù)是光突發(fā)交換網(wǎng)中的基本交換單位。OBS中BCP(BurstControlPacket，控制分組，相當于分組交換的分組頭)與突發(fā)數(shù)據(jù)(凈載荷)在物理信道上是分離的，每個控制分組對應(yīng)一個突發(fā)數(shù)據(jù)。例如，在WDM系統(tǒng)中，控制分組占用一個或幾個波長，突發(fā)數(shù)據(jù)則占用所有其他波長。 在OBS中，突發(fā)數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點始終在光域內(nèi)，而控制信息在每個節(jié)點都需要O/E/O的變換以及電處理。控制信道(波長)與突發(fā)數(shù)據(jù)信道(波長)的速率可以相同，也可以不同。OBS網(wǎng)由光核心路由器和電邊緣路由器組成，邊緣路由器負責將傳統(tǒng)IP網(wǎng)中的數(shù)據(jù)封裝為光突發(fā)數(shù)據(jù)以及反向拆封，核心路由器的任務(wù)是對光突發(fā)數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)與交換。數(shù)據(jù)信息在0BS網(wǎng)中不進行O/E、E/O變換。 3、OBS的關(guān)鍵技術(shù) 3.1組裝算法 邊緣路由器的組裝部分(Assembler)根據(jù)從端口通道輸入的數(shù)據(jù)包目的地址和服務(wù)等級(QoS)，把這些數(shù)據(jù)包整理到相應(yīng)的突發(fā)(Burst)緩沖堆中。突發(fā)包的組裝一般需要考慮兩個參數(shù)，一個是組裝時間，另一個是突發(fā)包的最大長度。此外，還要考慮突發(fā)包的長度是固定的還是變化的。目前有下列幾種組裝算法。 (1)固定組裝時間(FAT) 在該算法中，突發(fā)包按照固定的組裝時間進行組裝。當網(wǎng)絡(luò)流量比較大時，采用這種算法的突發(fā)包會很大。 (2)固定組裝長度(FAZ) 按照固定的突發(fā)包長度進行組裝，對未達到長度的突發(fā)包需要填充一些字節(jié)，以達到固定的組裝長度。當網(wǎng)絡(luò)流量比較小時，采用這種算法的組裝時間會很長，會增加網(wǎng)絡(luò)的時延，降低網(wǎng)絡(luò)的性能。 (3)自適應(yīng)組裝長度(AAZ) 上述以時間和最大包長控制的突發(fā)組裝算法簡單、易于實現(xiàn)，但它們沒有針對IP業(yè)務(wù)的突發(fā)流量特性進行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)置。當網(wǎng)絡(luò)負荷低時，組裝算法的包長大小與高負荷網(wǎng)絡(luò)相比有很大的變化，這會帶來額外的網(wǎng)絡(luò)時延，同時造成突發(fā)數(shù)據(jù)包的傳輸效率較低。此外，多個邊緣節(jié)點路由器在基于時間計數(shù)的組裝算法機制下極易形成突發(fā)發(fā)射同步，引發(fā)持續(xù)的資源競爭問題。 針對這些問題，出現(xiàn)了一種可以根據(jù)業(yè)務(wù)流量狀況進行自適應(yīng)調(diào)整并且利于破壞各邊緣節(jié)點突發(fā)發(fā)射同步性的智能組裝算法。這種智能組裝算法是在前面算法的基礎(chǔ)上再引入一個突發(fā)包長門限和流量計數(shù)，根據(jù)流量的統(tǒng)計結(jié)果動態(tài)調(diào)節(jié)分組的組裝。這種智能組裝算法有利于抑制在定時組裝機制下包長變化過大的不利因素，同時擾亂了不同流量特征的各節(jié)點產(chǎn)生突發(fā)時間的同步性，有助于解決OBS網(wǎng)絡(luò)中的資源競爭問題。 3.2信令協(xié)議 OBS信令協(xié)議的本質(zhì)是根據(jù)控制分組的消息為突發(fā)包經(jīng)過的中間節(jié)點預(yù)留帶寬資源。根據(jù)連接的建立和釋放是否為顯式，可將OBS的信令協(xié)議分為4類：顯式建立、釋放；估計建立、釋放；顯式建立、估計釋放；估計建立、顯式釋放。 (1)顯式建立、釋放 即連接的建立和釋放都是顯式的。信源節(jié)點在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前發(fā)送建立消息，請求建立連接；中間節(jié)點在收到建立消息后就建立連接，以接收即將到達的突發(fā)包；信源節(jié)點在突發(fā)包傳送完后發(fā)送釋放消息，要求釋放連接。 這類協(xié)議實現(xiàn)容易，但效率比較低，典型代表是JIT(JustInTime)協(xié)議。 (2)估計建立、釋放 即連接的建立和釋放都是估計的。信源節(jié)點在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前發(fā)送建立消息；中間節(jié)點根據(jù)建立消息中所包含的信息來估計建立和釋放的時間。 這類協(xié)議比較復(fù)雜，實現(xiàn)有一定的困難，但效率非常高，典型代表是JET(JustEnouthTime)協(xié)議。 (3)顯式建立、估計釋放 即連接的建立是顯式的，釋放是估計的。信源節(jié)點在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前先發(fā)送建立消息，請求建立連接；中間節(jié)點在收到建立消息后就建立連接，以接收即將到達的突發(fā)包數(shù)據(jù)；中間節(jié)點根據(jù)建立消息中所包含的突發(fā)包數(shù)據(jù)長度決定連接的釋放時間。 (4)估計建立、顯式釋放 即連接的建立是估計的，釋放是顯式的。信源節(jié)點在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前先發(fā)送建立消息；中間節(jié)點根據(jù)建立消息中包含的信息來決定連接建立的時間；突發(fā)包數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，信源節(jié)點發(fā)送釋放消息，請求釋放連接。 3.3沖突處理 在OBS網(wǎng)絡(luò)中，當多個分組同時到達同一個輸出端口時就會產(chǎn)生競爭。目前解決競爭的方法主要有光緩存、波長變換、偏射路由、組合式突發(fā)包(OCBS)/突發(fā)包分段(BS)以及其中多種技術(shù)的組合。 (1)FDL配置 應(yīng)用FDL緩存器，可以使突發(fā)包延遲到競爭結(jié)束后。與電域中的緩存器相比，F(xiàn)DL緩存器只能提供固定的延遲，而且數(shù)據(jù)離開FDL緩存器的順序是按照它們進入延遲線的順序，這樣就限制了競爭解決的靈活性。另外，光緩存還有一個主要問題就是功率損耗，為了補償功率損耗，不得不引入光信號放大或光信號再生，前者會引入噪聲，后者成本太高。總的來說，引入FDL將大大增加光交換的成本。 (2)波長變換 采用波長變換器，在發(fā)生競爭時可以將突發(fā)包在與指定輸出線不同的波長上發(fā)送出去。這種解決方案在競爭分組的延遲方面是最佳的，適合電路交換，也適合光分組/突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)，但需要快速可調(diào)諧變換器。最近研究結(jié)果表明，在分組交換光網(wǎng)絡(luò)中波長交換是一種最有潛力的可選方案之一，它能最有效地降低光分組/突發(fā)的丟包率，特別是應(yīng)用于多波長DWDM系統(tǒng)，因此快速可調(diào)波長變換器是目前研究的熱點。