《全光通信網(wǎng)》課件第3章 光交換技術3.5-3.7

2023/5/14《全光通信網(wǎng)》λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3(a)Cross-Connect(1000by1000,msswitchingtime)λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3λ1λ2λ3(b)

Packet-Switch(64x64,withnsswitchingtime)22434311光路交換與光分組交換2023/5/14《全光通信網(wǎng)》時分光交換網(wǎng)絡

工作原理：首先，把時分復用信號送入空間開關分路，使它的每條出線上同時都只有某一個時隙的信號；然后，把這些信號分別經(jīng)過不同的光延遲線器件，使其獲得不同的時間延遲；最后，再把這些信號經(jīng)過一個空間開關復用重新復合起來，時隙互換就完成了。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》(a)TST結構；(b)STS結構兩種空分與時分結合型光交換單元1)空分與時分結合型交換系統(tǒng)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》一種波長復用的空分光交換模塊

2)波分與空分結合型交換系統(tǒng)

2023/5/14《全光通信網(wǎng)》混合型光交換——光交換層次示列第三章光交換技術3.5-3.72023/5/14《全光通信網(wǎng)》課堂主要內容一.OPS基本概念二.OPS關鍵技術三.OBS基本概念四.OBS關鍵技術五.OBS與OCS及OPS技術的比較理解理解理解2023/5/14《全光通信網(wǎng)》光分組交換（OPS）技術

（OPS:OpticalPacketSwitching)

不同類型的用戶能夠用靈活和有效的方式來動態(tài)地分享帶寬?；诓ㄩL路由的光傳送網(wǎng)盡管很具優(yōu)勢，但交換的粒度較大，不能有效地使用WDM系統(tǒng)的傳輸能力，傳送的效率較低。OPS基本概念2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OPS定義

OPS是以光分組的形式來承載業(yè)務數(shù)據(jù)，凈荷的傳輸和交換在光域中進行，而信頭處理和控制在光域或電域中完成。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》保護時隙保護時隙保護時隙路由標記載荷同步比特分組頭同步比特時隙T:1.646ｕs=128byte(分組頭為622Mbit/s)5字節(jié)14字節(jié)2字節(jié)102字節(jié)5字節(jié)分組頭180ns64.3ns26ns64.3ns載荷1311ns時間保護時隙用來補償光器件的交換時間、凈荷在節(jié)點處可能的抖動以及在網(wǎng)絡節(jié)點接口處同步單元的有限的沖突解決能力。載荷比特率在一定程度上是透明的(比特率可變)。光分組的固定時隙長度可簡化同步操作。2.5-10G透明光分組的幀格式2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OPS節(jié)點結構及工作原理光分組的預放大和同步、信頭提取、凈荷定位和緩存等光分組凈荷的輸出緩存、定位、同步、放大以及新報頭插入、沖突解決等負責光分組路由交換、上/下路、沖突解決等，決定了節(jié)點的交換速率、吞吐量、可擴展性等分析、判斷報頭信息，發(fā)出同步、交換路由的控制信號去控制輸入模塊和交換矩陣，再產(chǎn)生新報頭信息輸入到輸出模塊中2023/5/14《全光通信網(wǎng)》純空分型OPS節(jié)點輸入分組在其報頭信息被識別并給出控制信號后，由第一級空分交換選擇不同的延遲線，這樣使某些將在同一時刻到達同一輸出口的分組經(jīng)歷不同的延時，然后由第二級空分矩陣對這些分組的輸出口進行交換選擇。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》廣播-選擇型OPS節(jié)點光分組由WC轉換成不同的波長進入N×K星形耦合器中，后被廣播發(fā)送到K條光纖延遲線上，被延時的光分組再被廣播發(fā)送到各個輸出端口，由兩級光開關實現(xiàn)對輸出口的路由選擇：第一級進行路由和延時的篩選，第二級進行波長選擇。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》波長路由型OPS節(jié)點WDM分組信號一方面被報頭處理器提取報頭信息加以分析，并輸出光分組的緩存、路由等信息至控制回路；另一方面各分組的凈荷在控制回路的控制下確定其緩存要選取的延遲線，并由TWC將外部波長轉換到這條延遲線所對應的內部波長上，由第一個AWG將這些光分組分配到各自選擇的延遲線上，得到各自的延時量后，由第二個AWG從M條入線轉換到N條出線。根據(jù)各分組數(shù)據(jù)的輸入端口和所使用的波長對其進行選路，即固定路由的波長路由器的作用2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OPS網(wǎng)絡結構光分組網(wǎng)的分層參考模型近期中期遠期底層為物理層：也稱傳輸層，與光纖鏈路的物理特性直接相關。中間層為光層，即透明光分組層，由光傳輸層和光分組層組成。今后隨著光層功能的集成，光分組層與光傳輸層的功能將聚合在一起。最上層為業(yè)務層，由ATM、SDH和IP等構成。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》光透明分組的接入接口劃分成4個子層數(shù)據(jù)匯聚子層：用于數(shù)據(jù)速率的適配，將IP數(shù)據(jù)包封裝成光的分組網(wǎng)絡子層：產(chǎn)生光透明分組的路由標簽/地址，并將其插入光透明分組頭中。鏈路子層：利于簡單的FIFO的規(guī)則對鏈路子層進行復用/解復用，然后將其作為一個獨特的數(shù)據(jù)包流發(fā)送。波長匯聚子層：提供適用于在光纖中傳輸?shù)倪m當?shù)牟ㄩL編碼。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》光分組的產(chǎn)生

OPS關鍵技術必須具有碼速提升的功能，即分組壓縮，才能在連接的用戶信息（ATM信元或IP分組）中加入必須的分組頭部分和保護時間。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》方案1：同步裝置由一系列串聯(lián)的2×2光開關和FDL組成。2X2光開關2X1光耦合器輸入1/2分組長度光纖延時線1/4分組長度分組長度光纖延時線輸出分組長度分組同步2023/5/14《全光通信網(wǎng)》兩種方案都已得到現(xiàn)場測試與檢驗。信頭讀取控制器可調諧波長轉換器高色散光纖方案2：充分利用色散來控制光信號的傳輸時間分組同步

不同波長的光信號在高色散光纖中的傳輸時延不同，因此將數(shù)據(jù)包調制到恰當?shù)牟ㄩL上就能得到恰當?shù)臅r延。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

在OPS節(jié)點處，有2個以上的同一波長的數(shù)據(jù)包同時去往同一個輸出端時，就會發(fā)生對輸出端資源的競爭，從而使競爭失敗的數(shù)據(jù)包受阻，這時稱輸出端產(chǎn)生了沖突。分組的競爭與沖突2023/5/14《全光通信網(wǎng)》光緩存.......分組的競爭與沖突2023/5/14《全光通信網(wǎng)》(1)可編程的并行FDL陣列，由2個空分交換開關與一系列并行的延時不同的FDL組成，如圖(a)所示，可以動態(tài)配置，但損耗大，不易升級；

……B個K×(B+1)(B+1)×KFDL(a)常見的光緩存結構2023/5/14《全光通信網(wǎng)》(2)串聯(lián)的FDL陣列

由2×2光開關與FDL串聯(lián)而成，如圖(b)所示，在同步機制中也常采用這種結構；

2×2FDL(b)FDLFDL常見的光緩存結構2023/5/14《全光通信網(wǎng)》(3)有源或無源的光纖環(huán)路

這是反饋式的緩存結構，環(huán)路上配有偏振控制器，還可能有光放大器，光信號可以在環(huán)路中多次環(huán)回?？辗纸粨Q矩陣光放大器光纖環(huán)路常見的光緩存結構2023/5/14《全光通信網(wǎng)》光突發(fā)交換(OBS)的提出OPS存在著兩個近期內難以克服的障礙：

1.光緩存器技術還不成熟，目前實驗系統(tǒng)中采用的光纖延遲線往往比較笨重、不靈活，存儲深度有限；

2.在OPS的節(jié)點處，多個輸入分組的精確同步難以實現(xiàn)OBS基本概念2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OBS(OpticalBurstSwitching，光突發(fā)交換)2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

OBS采用單向資源預留機制，以光突發(fā)作為交換網(wǎng)中的基本交換單位，突發(fā)是多個分組的集合，包括突發(fā)數(shù)據(jù)分組（BDP：BurstDataPacket）和突發(fā)控制分組（BCP:BurstControlPacket）兩部分。OBS(OpticalBurstSwitching，光突發(fā)交換)

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。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

OBS首先在控制波長上發(fā)送控制分組(連接建立)，然后在另一個不同的波長上發(fā)送突發(fā)數(shù)據(jù)。突發(fā)數(shù)據(jù)從源節(jié)點到目的節(jié)點始終在光域內傳輸，而控制分組在每個節(jié)點都需要進行光/電/光的變換以及電處理。OBS的基本原理2023/5/14《全光通信網(wǎng)》2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OPS節(jié)點結構及工作原理光分組的預放大和同步、信頭提取、凈荷定位和緩存等光分組凈荷的輸出緩存、定位、同步、放大以及新報頭插入、沖突解決等負責光分組路由交換、上/下路、沖突解決等，決定了節(jié)點的交換速率、吞吐量、可擴展性等分析、判斷報頭信息，發(fā)出同步、交換路由的控制信號去控制輸入模塊和交換矩陣，再產(chǎn)生新報頭信息輸入到輸出模塊中2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OBS的BDP和BCP傳輸示意

2023/5/14《全光通信網(wǎng)》協(xié)議版本分組類型源節(jié)點目的節(jié)點序列號波長IDCoS偏置時間突發(fā)大小當前跳數(shù)TTLCRC幀間隔同步/幀開始BCP幀間隔OBS分組格式2023/5/14《全光通信網(wǎng)》統(tǒng)一編碼的BDP幀格式

幀間隔同步突發(fā)頭凈荷分組1凈荷分組2……凈荷分組n突發(fā)尾幀間隔2023/5/14《全光通信網(wǎng)》單獨編碼的BDP格式

幀間隔同步幀頭凈荷分組幀尾突發(fā)間隔分組1分組2。。。分組n突發(fā)間隔2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OBS的體系結構三層：核心光突發(fā)交換（核心光層）、光突發(fā)聚集層（邊緣分配光層）、接入層2023/5/14《全光通信網(wǎng)》

OBS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和控制分離

OBS基本思想是數(shù)據(jù)分組與控制分組的傳輸相分離，提前發(fā)送控制分組，為隨后的數(shù)據(jù)分組預留資源和建立傳輸通路。OBS邊緣路由器負責數(shù)據(jù)分組的匯集和分發(fā)，檢測數(shù)據(jù)分組的源/目的地址和服務等級，分類組裝成突發(fā)分組BDP，產(chǎn)生相應的控制分組BCP。OBS核心節(jié)點由交叉連接和控制機構兩部分組成，控制機構負責收發(fā)BCP消息，依照BCP內容協(xié)同交叉連接機構預留資源為隨后將至的BDP建立光突發(fā)連接通路。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OBS網(wǎng)核心路由器的結構2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OBS網(wǎng)絡的入口邊緣路由器功能結構2023/5/14《全光通信網(wǎng)》OBS關鍵技術1.光突發(fā)交換的關鍵技術有哪些？

2.典型的光突發(fā)交換網(wǎng)資源預約方式有哪幾種？

3.光突發(fā)交換的突發(fā)封裝涉及哪幾方面的問題？

4.光突發(fā)交換網(wǎng)絡中支持QoS的方案有哪些？

5.常見的解決光突發(fā)競爭的方法有哪些？2023/5/14《全光通信網(wǎng)》1.最簡單的單向協(xié)議是Tell-And-Go(TAG)方案，這時，突發(fā)緊跟在請求包后面送出，而不等待應答信號，如果在途經(jīng)的節(jié)點遭遇競爭，該突發(fā)將被丟棄。OBS的資源預約協(xié)議可以是單向也可以是雙向2.雙向預約協(xié)議可以稱為Tell-And-Wait（TAW），在此協(xié)議下，當一個源節(jié)點想發(fā)送一個突發(fā)，它首先發(fā)送一個請求，途經(jīng)所需經(jīng)過的各個節(jié)點，只有當所有的節(jié)點都能滿足這個請求時，源節(jié)點才能得到成功的應答信號；否則，該突發(fā)被拒絕接入，源節(jié)點只有在以后再發(fā)送請求。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》3.介于這二者之間的是ChunmingQiao提出的Just-Enough-Time(JET)協(xié)議，即在控制包和突發(fā)之間保留足夠的時間，使得中間節(jié)點能夠在突發(fā)抵達該節(jié)點前及時處理。對JET協(xié)議稍加改進，使不同業(yè)務的優(yōu)先級與控制包與突發(fā)之間的偏置時延量（offsettime）聯(lián)系起來，對于高優(yōu)先級業(yè)務，設置的偏置時延量較大，因為時延量越大，該突發(fā)就越有可能成功地預約所需的資源，從而丟包率也較低。2023/5/14《全光通信網(wǎng)》突發(fā)封裝是OBS網(wǎng)絡的重要技術之一目前常用的組裝算法主要有固定組裝時間FAT、固定組裝長度FAS、最大突發(fā)長度最大組裝時間MSMAT

、自適應組裝長度AASOBS的突發(fā)封裝2023/5/14《全光通信網(wǎng)》作為偏置緩沖的光纖延遲線需要合理設置，偏置量過小，則緩沖容量不足，容易造成突發(fā)丟失；偏置量過大，會造成光信道資源的浪費；所以它使用折中偏置量。偏置時間的選擇2023/5/14《全光通信網(wǎng)》（1）粒度適中：OBS的粒度介于OCS和OPS之間，它比OCS粒度細，比OPS粒度粗。它的交換粒度（即突發(fā)長度）通常為毫秒量級，實現(xiàn)交換對光開關的要求易于滿足。（2）BCP與BDP在