《光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第7章

第7章光交換及智能光網(wǎng)絡(luò)7.1光交換技術(shù)概述

7.2空分光交換7.3時(shí)分光交換

7.4波分光交換

7.5結(jié)合型光交換7.6光分組交換技術(shù)7.7光突發(fā)交換技術(shù)

7.8光標(biāo)簽交換技術(shù)

7.9ASON智能光網(wǎng)絡(luò)多年以前,人們就提出了構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想。全光網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)完全建立在光域上的，信息采集、處理、放大、存儲(chǔ)、傳輸、交換和恢復(fù)全過(guò)程光學(xué)化的理想光子網(wǎng)絡(luò)。盡管現(xiàn)在全光網(wǎng)絡(luò)的概念依然存在,但是人們心目中的全光網(wǎng)絡(luò)已不是原來(lái)理想化的那個(gè)狹義的全光網(wǎng)絡(luò)了,而是被廣義化了的全光網(wǎng)絡(luò)。目前,全光網(wǎng)絡(luò)是指在網(wǎng)絡(luò)中光信息流的傳輸和交換過(guò)程是以光的形式存在和完成的,而電子技術(shù)在其中仍然發(fā)揮著極其重要的作用,例如用電子電路實(shí)現(xiàn)控制等的網(wǎng)絡(luò)。廣義化的全光網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一個(gè)由光學(xué)技術(shù)與電子學(xué)技術(shù)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)。必須指出的是,在廣義化的全光網(wǎng)絡(luò)中,光學(xué)技術(shù)是主體,電子學(xué)技術(shù)只是輔助,這是有別于傳統(tǒng)的由O/E和E/O變換所構(gòu)成的光電結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的。全光網(wǎng)絡(luò)具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)提供巨大的帶寬。

(2)與無(wú)線或銅線比,處理速度高且誤碼率低。

(3)采用光路交換的全光網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議透明性,即對(duì)信號(hào)形式無(wú)限制，允許采用不同的速率和協(xié)議,有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性。

(4)全光網(wǎng)絡(luò)中采用了較多無(wú)源光器件,省去了龐大的光—電—光轉(zhuǎn)換的工作量及設(shè)備,提高了網(wǎng)絡(luò)整體的交換速度,降低了成本并有利于提高其可靠性。 全光網(wǎng)絡(luò)主要由核心網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)三層組成,三者的基本結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有星型網(wǎng)、總線網(wǎng)和樹(shù)型網(wǎng)三種基本類(lèi)型。全光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)主要包括光交換光路由(全光交換)、光交叉連接、全光中繼、光分插復(fù)用和光波分復(fù)用等技術(shù)。本章介紹的重點(diǎn)是光交換技術(shù)問(wèn)題。

7.1.1光交換的必要性

光交換技術(shù)是全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一,它的出現(xiàn)較好地解決了高速光通信網(wǎng)絡(luò)受限于電子交換技術(shù)速率不高的問(wèn)題,這是因?yàn)槟壳吧逃霉馔ㄐ畔到y(tǒng)的速率已經(jīng)高達(dá)幾十吉兆比特每秒(采用WDM技術(shù)),實(shí)驗(yàn)室的速率已突破太比特每秒大關(guān)。7.1光交換技術(shù)概述但是電子交換機(jī)的端口速率一般僅為幾兆比特每秒至幾十兆比特每秒，為了充分利用光通信系統(tǒng)巨大帶寬資源,人們只好將許多端口的低速信號(hào)復(fù)用起來(lái),這就要求在網(wǎng)絡(luò)的眾多節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行頻繁的復(fù)用/解復(fù)用、光/電和電/光轉(zhuǎn)換,增加了設(shè)備的成本和復(fù)雜性,另外,如此低的端口速率也無(wú)法滿足寬帶業(yè)務(wù)的需求。采用ATM技術(shù)可以緩解這一矛盾,它可以提供155Mb/s的端口速率(或更高),但電子線路的極限速率只有20Gb/s左右,僅采用電子系統(tǒng)進(jìn)行交換不可能突破這一極限速率所形成的“瓶頸”。舉例來(lái)講,在一個(gè)有150個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,若每個(gè)節(jié)點(diǎn)有40萬(wàn)條接入線,而每條接入線的信息量達(dá)622Mb/s,則節(jié)點(diǎn)中交換網(wǎng)絡(luò)的容量必須達(dá)到24818Tb/s,即使負(fù)載信息量?jī)H為40%,交換網(wǎng)絡(luò)的容量也必須達(dá)到99.52Tb/s。這么大的業(yè)務(wù)量,靠電子交換機(jī)顯然是不能勝任的,只能利用光交換節(jié)點(diǎn)來(lái)解決。7.1.2光交換的定義與特點(diǎn)

光交換技術(shù)是指不經(jīng)過(guò)任何光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端的技術(shù)。光交換系統(tǒng)主要由輸入模塊(接口)、光交換模塊(矩陣)、輸出模塊(接口)和控制模塊(單元)四部分組成，如圖7-1所示。

圖7-1光交換系統(tǒng)組成由于目前光邏輯器件的功能還較簡(jiǎn)單，不能完成控制部分復(fù)雜的邏輯處理功能，因此國(guó)際上現(xiàn)有的光交換的控制單元還要由電信號(hào)來(lái)完成，即所謂的電控光交換，在控制單元的輸入端進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，而在輸出端完成電/光轉(zhuǎn)換。隨著光器件技術(shù)的發(fā)展，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢(shì)將是光控光交換。7.1.3光交換技術(shù)的分類(lèi)

圖7-2(a)所示屬于“電控光交換”，圖7-2(b)所示才可稱為真正的光交換，即控制信號(hào)和被控制信號(hào)都是光信號(hào)，是將來(lái)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，這需要等待直到光隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、邏輯和控制等技術(shù)變得成熟為止。而目前所面臨的困難是純光器件不是消耗功率太大，就是同電子器件相比其速度太慢，或者兩者都有。圖7-2光交換的方案

1.光的復(fù)用方式分類(lèi)

在光交換網(wǎng)絡(luò)中，來(lái)自用戶或支路的信號(hào)通常會(huì)在交換或傳輸時(shí)進(jìn)行復(fù)用或去復(fù)用轉(zhuǎn)換，同電信號(hào)的復(fù)用或去復(fù)用技術(shù)相似，光的復(fù)用可以是空間域、時(shí)間域和波長(zhǎng)(頻率)域的復(fù)用，也可以是它們的綜合復(fù)用。

1)空分復(fù)用(SDM)

空分復(fù)用(SDM)是指在光網(wǎng)絡(luò)中每條信道都用自己的物理通道，在大多數(shù)的通信情況下，這樣用顯得過(guò)于浪費(fèi)。如果線路是由網(wǎng)絡(luò)用戶之間共享的話，那么就可更好地利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源。所以空分復(fù)用通常與其他復(fù)用方式結(jié)合起來(lái)，使每條線路中有更多的通道，可以有多條信道在同時(shí)使用。

2)時(shí)分復(fù)用(TDM)

時(shí)分復(fù)用(TDM)是把鏈路上的傳輸按時(shí)間分成許多幀(一般125μs/每幀)，每幀里又依次分成許多時(shí)隙,一個(gè)傳輸通道由每幀內(nèi)的一個(gè)時(shí)隙所組成。

TDM有一個(gè)缺點(diǎn)，即它們都各自以固定份額組成通道。 當(dāng)容量不夠時(shí)，這些分配好的資源無(wú)法再擴(kuò)容，而當(dāng)容量富裕時(shí)又有些浪費(fèi)。每個(gè)通道的帶寬和容量通常決定于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，例如，歐洲電話網(wǎng)是建立在以下帶寬的數(shù)字通道結(jié)構(gòu)上的：64kb/s、2kb/s、8Mb/s、32Mb/s和140Mb/s(PDH的速率等級(jí)E0~E4)及155Mb/s、622Mb/s和2.5Gb/s(SDH的速率等級(jí)STM-1、STM-4和STM-16)。

3)波分復(fù)用(WDM)

波分復(fù)用(WDM)是將一條鏈路上的光學(xué)頻帶分成固定的、不重疊的許多譜帶。每條這樣的譜帶內(nèi)都有一個(gè)波長(zhǎng)，可以用特殊的、與其他通道的設(shè)置無(wú)關(guān)的碼速和傳輸技術(shù)傳輸信號(hào)，這被認(rèn)為是“碼速率和碼元格式透明”。

2.光交換的分類(lèi)

與電子交換一樣，光交換技術(shù)可以分為光路交換(OCS,OpticalCircuitSwitching)方式和光分組交換方式(OPS,OpticalPacketSwitching)兩大類(lèi),如圖7-3所示。

圖7-3光交換技術(shù)的分類(lèi)光路交換方式又可分為三種交換形式，即空分、時(shí)分和波分/頻分光交換形式，以及這些交換形式的組合形式。其中空分交換按光矩陣開(kāi)關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類(lèi)，一類(lèi)是采用波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一類(lèi)是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空間光交換。在光分組交換方式中，光交換技術(shù)分為光分組交換(OPS，OpticalPacketSwitching)、光突發(fā)交換(OBS，OpticalBurstSwitching)和光標(biāo)簽分組交換(OMPLS,OpticalMulti-ProtocolLabelSwitching)。

1)光路交換

光路換類(lèi)似于電路交換技術(shù)，采用OXC、OADM等光器件設(shè)置光通路，中間節(jié)點(diǎn)不需要使用光緩存。目前對(duì)OCS的研究已經(jīng)較為成熟，根據(jù)交換對(duì)象的不同，OCS又可以分為時(shí)分光交換方式的光路交換和光波分交換技術(shù)等。

(1)時(shí)分光交換方式的光路交換。時(shí)分光交換方式的原理與電子學(xué)中時(shí)分交換的原理基本相同,只不過(guò)它是在光域里實(shí)現(xiàn)時(shí)隙互換而完成交換的,因此,它能夠和時(shí)分多路復(fù)用的光傳輸系統(tǒng)匹配。時(shí)分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時(shí)隙交換器,通過(guò)光讀/寫(xiě)門(mén)對(duì)光存儲(chǔ)器的受控有序讀/寫(xiě)操作完成交換動(dòng)作。由于時(shí)分光交換可按時(shí)分復(fù)用各個(gè)光器件,因此能夠減少硬件設(shè)備,構(gòu)成大容量的光交換機(jī)。因?yàn)闀r(shí)分光交換系統(tǒng)能很好地與光傳輸系統(tǒng)配合構(gòu)成全光網(wǎng),所以時(shí)分光交換技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)進(jìn)展很快,其交換速率幾乎每年提高1倍,目前已研制出幾種時(shí)分光交換系統(tǒng)。例如，1985年日本NEC成功地實(shí)現(xiàn)了256Mb/s(4路64Mb/s)彩色圖像編碼信號(hào)的光時(shí)分交換系統(tǒng),它采用1×4鈮酸鋰定向耦合器矩陣開(kāi)關(guān)作選通器,雙穩(wěn)態(tài)激光二極管作存儲(chǔ)器(開(kāi)關(guān)速度1Gb/s),兩者組成單級(jí)交換模塊。而在20世紀(jì)90年代初又推出了512Mb/s試驗(yàn)系統(tǒng)。 時(shí)分交換可以按比特交換,也可以按字交換,每個(gè)字由若干比特組成。在時(shí)分光交換系統(tǒng)中,各信道的數(shù)據(jù)速率相互有關(guān),且與網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)速度有關(guān)，特別是按比特交換時(shí),開(kāi)關(guān)速率等于數(shù)據(jù)速率。因?yàn)闀r(shí)分交換的系統(tǒng)必須知道各信道的比特率,所以需要有光控制電路的高速存儲(chǔ)器、光比特同步器和復(fù)接/分接器。發(fā)展光時(shí)分交換的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)高速光邏輯器件。

(2)波分光交換技術(shù)。波分光交換技術(shù)是指光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不經(jīng)過(guò)光/電轉(zhuǎn)換而直接將所攜帶的信息從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)波長(zhǎng)上。 在光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中,可采用光信號(hào)時(shí)隙互換的方法實(shí)現(xiàn)交換，而在光波分復(fù)用系統(tǒng)中,則可采用光波長(zhǎng)互換(或光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)交換。光波長(zhǎng)互換的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)從光波分復(fù)用信號(hào)中檢出所需的光信號(hào)波長(zhǎng),并將它調(diào)制到另一光波長(zhǎng)上去進(jìn)行傳輸。在波分光交換系統(tǒng)中,精確的波長(zhǎng)互換技術(shù)是關(guān)鍵。波分光交換方式能充分利用光路的寬帶特性,獲得電子線路所不能實(shí)現(xiàn)的波分型交換網(wǎng)。可調(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)變換器是實(shí)現(xiàn)波分光交換的基本元件,前者的作用是從輸入的多路波分復(fù)用光信號(hào)中選出所需波長(zhǎng)的光信號(hào);后者則將可變波長(zhǎng)濾波器選出的光信號(hào)變換為所需要的波長(zhǎng)后輸出。用分布反饋型和分布布喇格反射型的半導(dǎo)體激光器可以實(shí)現(xiàn)這兩類(lèi)元件的功能。

目前,所用的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方式主要還是有源的方式,圖7-4所示是一種波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置的原理圖。考慮到光學(xué)晶體在特定條件下能夠改變光波頻率的現(xiàn)象，也許不久的將來(lái),一種無(wú)源的光波長(zhǎng)變換實(shí)用化裝置就會(huì)誕生,它能夠在光域內(nèi)實(shí)現(xiàn)寬頻帶的光波長(zhǎng)變換。如果這一設(shè)想能夠成為現(xiàn)實(shí),那么將會(huì)給波長(zhǎng)光交換帶來(lái)廣闊的應(yīng)用空間。

圖7-4光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換裝置原理圖

(3)空分光交換技術(shù)?？辗止饨粨Q技術(shù)(SpaceOpticalSwitch)根據(jù)需要在兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間建立物理通道，這個(gè)通道可以是光波導(dǎo),也可以是自由空間的波束，信息交換通過(guò)改變傳輸路徑來(lái)完成。

空分光交換的基本原理是將光交換節(jié)點(diǎn)組成可控的門(mén)陣列開(kāi)關(guān),通過(guò)控制交換節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)使輸入端的任一信道與輸出端的任一信道連接或斷開(kāi),完成光信號(hào)的交換。簡(jiǎn)言之,空分光交換是使按空間順序排列的各路信息進(jìn)入空分交換陣列后,交換陣列節(jié)點(diǎn)根據(jù)信令對(duì)信號(hào)的空間位置進(jìn)行重新排列,然后輸出,從而完成交換?？辗止饨粨Q的交換過(guò)程是在光波導(dǎo)中完成的,有時(shí)也稱為光波導(dǎo)交換?？辗止饨粨Q的交換節(jié)點(diǎn)可由機(jī)械、電、光、聲、磁、熱等方式進(jìn)行控制,就目前情況而言,機(jī)械式控制光節(jié)點(diǎn)技術(shù)是比較成熟和可靠的空分光交換節(jié)點(diǎn)技術(shù)。圖7-5是一個(gè)由4個(gè)1×2光交換器件組成的2×2光交換節(jié)點(diǎn)原理圖。

圖7-52×2光交換節(jié)點(diǎn)原理圖

(4)光ATM交換方式。

光ATM交換是以ATM信元為交換對(duì)象的技術(shù),它引入了分組交換的概念,即每個(gè)交換周期處理的不是單個(gè)比特的信號(hào),而是一組信息。光ATM交換技術(shù)已用在時(shí)分交換系統(tǒng)中,是最有希望成為吞吐量達(dá)太比特每秒量級(jí)的光交換系統(tǒng)。

目前,光ATM交換系統(tǒng)主要運(yùn)用了光寬帶的特性,它有兩種結(jié)構(gòu):一是采用廣播選擇方式的超短脈沖星型網(wǎng)絡(luò);二是采用光矩陣開(kāi)關(guān)的超立方體網(wǎng)絡(luò)。采用廣播和選擇方式的超短光脈沖星型網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的光ATM交換系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本較低等特點(diǎn),它有多個(gè)輸入和受輸出緩存器控制的輸出通道,并由調(diào)制器、信元編碼器、星型耦合器、信元選擇器、信元緩存器以及信元檢測(cè)器等部分組成。

由光矩陣開(kāi)關(guān)組成的超立方體網(wǎng)絡(luò)是ATM信元光交換系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)。所謂超立方體網(wǎng)絡(luò),實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)多處理機(jī)系統(tǒng),這種結(jié)構(gòu)在信元交換中有許多優(yōu)點(diǎn),例如,采用了模塊化的結(jié)構(gòu),具有可擴(kuò)展性，路由算法簡(jiǎn)單且有高可靠的路由選擇性等。采用超立方體網(wǎng)絡(luò)的光ATM交換機(jī),其端子數(shù)可以取得很大,它的目標(biāo)容量指向10Tb/s。光ATM核心技術(shù)是光路的自選路由,每個(gè)信元有目標(biāo)地址信息,交換控制系統(tǒng)能自動(dòng)地識(shí)別出這個(gè)目標(biāo)地址并通過(guò)對(duì)路徑的分析將其輸送到相應(yīng)的路徑上去。采用空間光調(diào)制器的光自選路由,可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)控制,防止光信息元在輸出端口沖突。

(5)碼分光交換。碼分光交換是指對(duì)進(jìn)行了直接光編碼和光解碼的碼分復(fù)用光信號(hào)在光域內(nèi)進(jìn)行交換的方法。所謂碼分復(fù)用,就是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)；而碼分光交換是由具有光編/解碼功能的光交換器將輸入的某一種編碼的光信號(hào)變成另一種編碼的光信號(hào)進(jìn)行輸出,由此來(lái)達(dá)到其交換的目的。隨著光碼分復(fù)用(OCDMA)技術(shù)的發(fā)展,碼分光交換技術(shù)必將得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。

(6)自由空間光交換方式。自由空間光交換可以看做是一種空分光交換,它是通過(guò)在空間無(wú)干涉地控制光的路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于自由空間光交換方式的構(gòu)成比較簡(jiǎn)單,有時(shí)只需移動(dòng)棱鏡或透鏡即可實(shí)現(xiàn)該交換,因此它是較早出現(xiàn)的光交換技術(shù)。它與空分光交換的不同在于:在自由空間光交換網(wǎng)絡(luò)中,光是通過(guò)在自由空間或均勻材料中傳播而到達(dá)目標(biāo)的;而空分光交換中光的傳播是完全在波導(dǎo)進(jìn)行的。與空分光交換相比,因?yàn)樽杂煽臻g光交換利用的是光束互連,適合做三維高密度組合,即使光束相互交叉,也不會(huì)相互影響,所以比較容易構(gòu)成大規(guī)模的交換系統(tǒng)。 典型的自由空間光交換是由二維光偏振控制的交換陣列或開(kāi)關(guān)門(mén)器件組成的。另外,使用全息光交換技術(shù)可以構(gòu)成大規(guī)模的自由空間光交換系統(tǒng),且無(wú)需多級(jí)連接。最近,基于Si2IC技術(shù)的微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的引入,使得微機(jī)械光開(kāi)關(guān)技術(shù)迅速地走向?qū)嵱没?為自由空間光交換技術(shù)的可靠實(shí)現(xiàn)又提供了新的技術(shù)基礎(chǔ)。

(7)復(fù)合型光交換方式。由于各種光交換技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不同的適應(yīng)性,因此將幾種光交換技術(shù)合適地復(fù)合起來(lái)進(jìn)行應(yīng)用,能夠更好地發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。復(fù)合型光交換系統(tǒng)主要有:①空分時(shí)分光交換系統(tǒng);②波分空分光交換系統(tǒng);③頻分時(shí)分光交換系統(tǒng);④時(shí)分波分空分光交換系統(tǒng)等。例如,將時(shí)分和波分技術(shù)合起來(lái)可以得到一種極有應(yīng)用前途的大容量復(fù)合型光交換模塊,其復(fù)用度是時(shí)分多路復(fù)用度與波分復(fù)用度的乘積。如果它們的復(fù)用度分別為8,那么可實(shí)現(xiàn)64路的時(shí)分2波分復(fù)合型交換,將此種交換模塊用于4級(jí)鏈路連接的網(wǎng)絡(luò),可以構(gòu)成最大終端數(shù)為4096的大容量交換網(wǎng)絡(luò)。

2)光分組交換

未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)要求支持多粒度的業(yè)務(wù)，其中小粒度的業(yè)務(wù)是運(yùn)營(yíng)商的主要業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)的多樣性使得用戶對(duì)帶寬有不同的需求，OCS在光子層面的最小交換單元是整條波長(zhǎng)通道上數(shù)吉比特每秒的流量，很難按照用戶的需求靈活地進(jìn)行帶寬的動(dòng)態(tài)分配和資源的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，所以光分組交換應(yīng)運(yùn)而生。

光分組交換系統(tǒng)根據(jù)對(duì)控制包頭處理及交換粒度的不同，又可分為光分組交換(OPS)技術(shù)、光突發(fā)交換(OBS)技術(shù)和光標(biāo)鑒分組交換(OMPLS)技術(shù)等。

(1)光分組交換(OPS)技術(shù)。它以光分組作為最小的交換顆粒，數(shù)據(jù)包的格式為固定長(zhǎng)度的光分組頭、凈荷和保護(hù)時(shí)間三部分。在交換系統(tǒng)的輸入接口完成光分組讀取和同步功能，同時(shí)用光纖分束器將一小部分光功率分出并送入控制單元，用于完成如光分組頭識(shí)別、恢復(fù)和凈荷定位等功能。光交換矩陣為經(jīng)過(guò)同步的光分組選擇路由，并解決輸出端口的競(jìng)爭(zhēng)。最后輸出接口通過(guò)輸出同步和再生模塊來(lái)降低光分組的相位抖動(dòng)，同時(shí)完成光分組頭的重寫(xiě)和光分組的再生。

(2)光突發(fā)交換(OBS)技術(shù)。它的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)分組和控制分組獨(dú)立傳送，在時(shí)間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預(yù)留機(jī)制，以光突發(fā)作為最小的交換單元。OBS克服了OPS的缺點(diǎn)，對(duì)光開(kāi)關(guān)和光緩存的要求降低了，并能夠很好的支持突發(fā)性的分組業(yè)務(wù)。與OCS相比，它又大大提高了資源分配的靈活性和資源的利用率，被認(rèn)為是很有可能在未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)中扮演關(guān)鍵的角色。

(3)光標(biāo)簽分組交換(OMPLS)技術(shù)，也稱為GMPLS或多協(xié)議波長(zhǎng)交換(MPλS)。它是MPLS技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。MPLS是多層交換技術(shù)的最新進(jìn)展，將MPLS控制平面貼到光的波長(zhǎng)路由交換設(shè)備的頂部,就具有MPLS能力的光節(jié)點(diǎn)。由MPLS控制平面運(yùn)行標(biāo)簽分發(fā)機(jī)制，向下游各節(jié)點(diǎn)發(fā)送標(biāo)簽，標(biāo)簽對(duì)應(yīng)相應(yīng)的波長(zhǎng)；再由各節(jié)點(diǎn)的控制平面進(jìn)行光開(kāi)關(guān)的倒換控制，建立光通道。2001年5月NTT開(kāi)發(fā)出了世界首臺(tái)全光交換MPLS路由器，結(jié)合WDM技術(shù)和MPLS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全光狀態(tài)下的IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。

空分光交換(SpaceOpticalSwitch)的基本原理和交換過(guò)程在前面已作過(guò)介紹,最基本的空分光交換網(wǎng)絡(luò)是2×2光交換模塊?？辗止饨粨Q模塊有以下幾種：

(1)鈮酸鉀晶體定向耦合器。7.2空分光交換

(2)由4個(gè)1×2光交換器件組成的2×2光交換模塊見(jiàn)圖7-6(a)，該1×2光交換器件可以由鈮酸鋰方向耦合器擔(dān)當(dāng)，只要少用一個(gè)輸入端即可。

(3)由4個(gè)1×1開(kāi)關(guān)器件和4個(gè)無(wú)源分路/合路器組成的2×2光交換模塊見(jiàn)圖7-6(b)，其中1×1開(kāi)關(guān)器件可以是半導(dǎo)體激光放大器、摻鉺光纖放大器、空分光調(diào)制器，也可以是SEED器件、光門(mén)電路等。

以上所有器件均具有納秒(ns)量級(jí)的交換速度。在圖7-6(a)所示的光交換模塊中，輸入信號(hào)只能在1個(gè)輸出端出現(xiàn)，而圖7-6(b)所示的輸入信號(hào)可以在兩個(gè)輸出端都出現(xiàn)。用1×1、2×2等光開(kāi)關(guān)為基本單元，并按不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接可組成不同形式的交換網(wǎng)絡(luò)，如縱橫交換網(wǎng)絡(luò)、三級(jí)串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的CLOSE網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)組成網(wǎng)絡(luò)的器件不同，對(duì)交換網(wǎng)絡(luò)的控制也不同，它們可以是電信號(hào)、光信號(hào)等。

空分光交換直接利用光的寬帶特性，對(duì)開(kāi)關(guān)速度要求不高，所用的光電器件少，交換網(wǎng)絡(luò)易于實(shí)現(xiàn)，適合中小容量交換機(jī)。圖7-6基本的2×2空分光交換模塊

時(shí)分光交換方式的原理與交換過(guò)程在前面已作過(guò)介紹，時(shí)分光交換是采用光技術(shù)來(lái)完成時(shí)隙互換的，但是，它不是使用存儲(chǔ)器，而是使用光延遲器件。

TSI(TimeSlotInterchanger),圖中的空間光開(kāi)關(guān)在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)保持一種狀態(tài)，并在時(shí)隙間的保護(hù)帶中完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)假定時(shí)分復(fù)用的光信號(hào)每幀有T個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度相等，代表一個(gè)信道。7.3時(shí)分光交換圖7-7所示為兩種時(shí)隙交換器在圖7-7(a)中，用一個(gè)1×T空間光開(kāi)關(guān)把T個(gè)時(shí)隙時(shí)分復(fù)用，每個(gè)時(shí)隙輸入到一個(gè)2×2光開(kāi)關(guān)。若其需要延遲，則將光開(kāi)關(guān)置成交叉狀態(tài)，使信號(hào)進(jìn)入光纖環(huán)中光纖環(huán)的長(zhǎng)度為1，然后將光開(kāi)關(guān)置成平行狀態(tài)，使信號(hào)在環(huán)中循環(huán)。如果它需要延遲幾個(gè)時(shí)隙,那么就讓光信號(hào)在環(huán)中循環(huán)幾圈，再將光開(kāi)關(guān)置成交叉狀態(tài)使信號(hào)輸出。T個(gè)時(shí)隙分別經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难舆t后重新復(fù)用成一幀光信號(hào)輸出。這種方案需要一個(gè)1×T光開(kāi)關(guān)和T個(gè)2×2光開(kāi)關(guān)，光開(kāi)關(guān)數(shù)與T成正比。圖7-7(a)所示時(shí)隙交換器是反饋結(jié)構(gòu)，即光信號(hào)從光開(kāi)關(guān)的一端經(jīng)延遲又反饋到它的一個(gè)入端。它有一個(gè)缺點(diǎn)，就是不同延遲的時(shí)隙經(jīng)歷的損耗不同，延遲越長(zhǎng)，損耗越大，而且光信號(hào)多次經(jīng)過(guò)光開(kāi)關(guān)還會(huì)增加其串?dāng)_。

圖7-7(b)所示時(shí)隙交換器采用了前饋結(jié)構(gòu)，不同的延遲使用不同長(zhǎng)度的單位延遲線。圖中沒(méi)有2×2光開(kāi)關(guān)，控制比較簡(jiǎn)單，損耗和串?dāng)_都比較小。但是在滿足保持幀的完整性要求時(shí)，它需要2T－1條不同長(zhǎng)度的光纖延遲線，而反饋結(jié)構(gòu)只需要T條長(zhǎng)度為1的光纖延遲線。時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò)如圖7-8所示，它的工作原理是這樣的：首先，把時(shí)分復(fù)用信號(hào)送入空間開(kāi)關(guān)分路，使它的每條出線上同時(shí)都只有某一個(gè)時(shí)隙的信號(hào)；然后，把這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延遲線器件，使其獲得不同的時(shí)間延遲；最后，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)空間開(kāi)關(guān)復(fù)用重新復(fù)合起來(lái)，時(shí)隙互換就完成了。圖7-7時(shí)隙交換器

圖7-8時(shí)分光交換網(wǎng)絡(luò)

波分光交換方式的原理和交換過(guò)程在前面已作了介紹，波分復(fù)用系統(tǒng)是采用波長(zhǎng)互換的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)交換功能的，其中波長(zhǎng)開(kāi)關(guān)是完成波長(zhǎng)交換的關(guān)鍵部件，可調(diào)波長(zhǎng)濾波器和變換器是構(gòu)成波分光交換的基本元件。

7.4波分光交換 波長(zhǎng)互換的實(shí)現(xiàn)是從波分復(fù)用信號(hào)中檢出所需波長(zhǎng)的信號(hào)，并把它調(diào)制到另一波長(zhǎng)上去，如圖7-9所示。檢出信號(hào)的任務(wù)可以由具有波長(zhǎng)選擇功能的法布里-珀羅(F-P)濾波器或相干檢測(cè)器來(lái)完成，信號(hào)載波頻率的變換則是由可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器來(lái)完成的。為了使交換系統(tǒng)能夠根據(jù)具體要求在不同的時(shí)刻實(shí)現(xiàn)不同的連接，控制信號(hào)應(yīng)對(duì)F-P濾波器進(jìn)行控制，使之在不同的時(shí)刻選出不同波長(zhǎng)的信號(hào)。時(shí)分和波分交換都具有一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)，即它們都是從某種多路復(fù)用信號(hào)開(kāi)始，先進(jìn)行分路，再進(jìn)行交換處理，最后進(jìn)行合路，輸出的還是一個(gè)多路復(fù)用信號(hào)。

另一種交換結(jié)構(gòu)與上面介紹的正好相反，如圖7-10所示,它是從各個(gè)單路的原始信號(hào)開(kāi)始，先用某種方法，如時(shí)分復(fù)用或波分復(fù)用把它們復(fù)合在一起，構(gòu)成一個(gè)多路復(fù)用信號(hào)，再由各個(gè)輸出線上的處理部件從這個(gè)多路復(fù)用信號(hào)中選出各個(gè)單路信號(hào)，從而完成交換處理。圖7-9波長(zhǎng)互換光交換

圖7-10波長(zhǎng)選擇光交換原理圖7-10所示為波長(zhǎng)選擇光交換原理圖，該結(jié)構(gòu)可以看成是一個(gè)N×N陣列型波長(zhǎng)交換系統(tǒng)，N路原始信號(hào)在輸入端分別去調(diào)制N個(gè)可變波長(zhǎng)激光器，產(chǎn)生出N個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)，經(jīng)星型耦合器后形成一個(gè)波分復(fù)用信號(hào)，在輸出端可以采用光濾波器或相干檢測(cè)器檢出所需波長(zhǎng)的信號(hào)。該結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)選擇方式有：①發(fā)送波長(zhǎng)可調(diào)，接收波長(zhǎng)固定；②發(fā)送波長(zhǎng)固定，接收波長(zhǎng)可調(diào)；③發(fā)送和接收波長(zhǎng)均按約定可調(diào)；④發(fā)送和接收波長(zhǎng)在每一節(jié)點(diǎn)均為固定，由中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)配。

雖然使用半導(dǎo)體激光器可實(shí)現(xiàn)光頻轉(zhuǎn)換，使用調(diào)諧濾波器可以選擇信道，但是在實(shí)際系統(tǒng)中利用它們實(shí)現(xiàn)交換的信道數(shù)目有限。將幾種光交換技術(shù)相結(jié)合，可以擴(kuò)大交換網(wǎng)絡(luò)的容量。7.5結(jié)合型光交換

1.空分與時(shí)分結(jié)合型交換系統(tǒng)

圖7-11給出兩種空分與時(shí)分相結(jié)合的光交換單元,圖中時(shí)分光交換模塊可由N個(gè)時(shí)隙交換器構(gòu)成,LiNbO3光開(kāi)關(guān)、InP光開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體光放大器門(mén)型光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速率都可達(dá)到納秒級(jí)，由它們構(gòu)成空分光交換模塊S。

圖7-11兩種空分與時(shí)分結(jié)合型光交換單元

2.波分與空分結(jié)合型交換系統(tǒng)

使用波分復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)的一種方法是把多級(jí)波分交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，這種方法每次均需要把WDM信號(hào)分路后進(jìn)行交換，然后將交換后的信號(hào)合路，這使得系統(tǒng)很復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難，成本也高。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，解決的方法之一是利用空分交換技術(shù)，把輸入信號(hào)波分解復(fù)用，再對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)分別應(yīng)用一個(gè)空分光交換模塊，完成空間交換后再把不同波長(zhǎng)的信號(hào)波分復(fù)用起來(lái)，完成波分與空分光交換功能，如圖7-12所示。

圖7-12一種波長(zhǎng)復(fù)用的空分光交換模塊

3.FDM與TDM結(jié)合型交換系統(tǒng)

在FDM交換系統(tǒng)中，加入光存儲(chǔ)器完成時(shí)隙交換，就可以實(shí)現(xiàn)FDM與TDM結(jié)合型交換，如圖7-13所示。

圖7-13FDM與TDM結(jié)合型交換系統(tǒng)原理圖其工作原理是這樣的：首先，用電時(shí)分復(fù)用的方法將N路信號(hào)復(fù)用在一起，然后去調(diào)制L個(gè)光載波中的一個(gè)光載波，這L路光載波經(jīng)頻分復(fù)用后就構(gòu)成FDM與TDM結(jié)合的復(fù)用信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)FDM與TDM結(jié)合型交換，應(yīng)首先用波分解復(fù)用器對(duì)L路FDM信號(hào)解復(fù)用，得到L路時(shí)分復(fù)用信號(hào)，然后再對(duì)每一路TDM信號(hào)進(jìn)行時(shí)隙交換。TDM交換是由1×N分路器、N個(gè)光存儲(chǔ)器、N個(gè)低速頻率轉(zhuǎn)換器和1個(gè)N×1光合路器組成。時(shí)隙交換后的L路光信號(hào)再經(jīng)合路器復(fù)合后送入光纖傳輸，從而完成了FDM與TDM結(jié)合型交換。由此可見(jiàn)，這種1級(jí)結(jié)構(gòu)需要N×L個(gè)光存儲(chǔ)器和N×L個(gè)低速頻率轉(zhuǎn)換器。

7.6.1光分組交換的概念

隨著光傳送技術(shù)的不斷發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)傳送的波長(zhǎng)會(huì)越來(lái)越多。為了實(shí)現(xiàn)帶寬適配，邊緣節(jié)點(diǎn)往往需要進(jìn)行大量的復(fù)用和解復(fù)用操作，把高速光信號(hào)變換成可處理的低速電信號(hào)，不僅增加了設(shè)備的復(fù)雜性和成本，而且使邊緣節(jié)點(diǎn)成為新的電子瓶頸。為了徹底解決電子瓶頸問(wèn)題，一種能夠直接在光域復(fù)用、交換和傳送IP包的光分組交換技術(shù)(OPS)應(yīng)運(yùn)而生。7.6光分組交換技術(shù) 由于OPS可以較好地支持IP業(yè)務(wù)，因此它被認(rèn)為是光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。雖然光分組可長(zhǎng)可短，但是交換設(shè)備必須具備處理最小分組的能力，對(duì)交換節(jié)點(diǎn)處理能力的要求非常高。目前常采用的是光/電混合的辦法實(shí)現(xiàn)光分組交換，即數(shù)據(jù)在光域進(jìn)行交換，而控制信號(hào)在交換節(jié)點(diǎn)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后再進(jìn)行處理。

光路交換在信道容量的分配方面缺乏靈活性，從發(fā)展的角度看，未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)應(yīng)該采用光的分組交換。光分組完全在光域中進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)處理，被認(rèn)為是未來(lái)寬帶IP骨干網(wǎng)的主要支撐技術(shù)之一。7.6.2通用的光分組格式

與電分組交換相似，光分組交換也是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式的交換，不過(guò)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的基本數(shù)據(jù)單元是光分組(OpticalPacket)。光分組由分組首部報(bào)頭、載荷域和保護(hù)時(shí)間三部分組成。

通用的光分組格式如圖7-14所示。從圖中可以看出,光分組格式是如何放在交換時(shí)隙中的。

圖7-14在同步OPS網(wǎng)中的分組格式圖7-14中所示的保護(hù)帶用來(lái)對(duì)付定時(shí)的不確定性；凈負(fù)荷是用戶數(shù)據(jù)，占有分組長(zhǎng)度的大部分；報(bào)頭長(zhǎng)短是一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題，這是因?yàn)樗环矫嬉?wù)于所需的那么多控制功能，另一方面它是一種開(kāi)銷(xiāo)，不能夠太長(zhǎng)。

在光分組交換節(jié)點(diǎn)中必須設(shè)有光分組的緩沖存儲(chǔ)器，用以解決兩個(gè)或兩個(gè)以上的分組同時(shí)或接近同時(shí)到達(dá)同一輸出端口而引起的“輸出沖突”問(wèn)題。

目前光分組交換還有許多技術(shù)難題有待解決，其中最突出的問(wèn)題是光分組的隨機(jī)存儲(chǔ)器件和光邏輯處理器件的技術(shù)問(wèn)題。7.6.3OPS節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

光分組(OPN)網(wǎng)是在光域上實(shí)現(xiàn)分組交換技術(shù)的智能光網(wǎng)絡(luò)，大致可分為三層，其中底層是物理層，與光纖鏈路的物理特性直接相關(guān)；頂層是業(yè)務(wù)層，由異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)、同步數(shù)字體系(SDH)和IP構(gòu)成；中間層是光層，提供、配置并重構(gòu)通路與端到端的光分組通道，完成光傳輸和分組交換。相應(yīng)地，OPN的基本功能可總結(jié)為波長(zhǎng)交換、光分組路由、流量控制、沖突排除、同步、信頭識(shí)別與處理、級(jí)聯(lián)能力等，這些功能由OPS節(jié)點(diǎn)來(lái)完成，在此意義上OPS節(jié)點(diǎn)是OPN的核心。下面介紹該節(jié)點(diǎn)的功能模型。 在光分組交換網(wǎng)絡(luò)中，OPS節(jié)點(diǎn)繼承了現(xiàn)有WDM光網(wǎng)絡(luò)中光交叉連接設(shè)備(OXC)的基本結(jié)構(gòu)，如合波與分波環(huán)節(jié)、波長(zhǎng)變換、波分交換矩陣、上/下路環(huán)節(jié)和光監(jiān)控模塊等。此外OPS節(jié)點(diǎn)還具有一些特有的功能實(shí)體來(lái)實(shí)現(xiàn)同步、信頭處理和競(jìng)爭(zhēng)排除等特殊功能。在OPS網(wǎng)絡(luò)的研究中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以采用不同的交換體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但它們一般都由四部分組成，即輸入接口(InputInterface)、交換控制(SwitchControl)單元、光交換矩陣(SwitchingMatrix)和輸出接口(OutputInterface),此外還有復(fù)用/解復(fù)用器等，如圖7-15所示，下面我們簡(jiǎn)要介紹一下每個(gè)模塊的結(jié)構(gòu)和功能。圖7-15光分組交換的功能模型

1.輸入接口

根據(jù)實(shí)際需要，輸入接口可能需要完成的功能有:

(1)對(duì)輸入的數(shù)據(jù)信號(hào)整形、定時(shí)和再生，借以形成完善質(zhì)量的信號(hào)以便進(jìn)行后續(xù)的處理和交換。

(2)檢測(cè)信號(hào)的漂移和抖動(dòng)。

(3)使每一分組的開(kāi)頭和末尾、報(bào)頭和有效負(fù)載都安排適當(dāng)。

(4)使分組獲取同步并與交換的時(shí)隙對(duì)準(zhǔn)。

(5)將報(bào)頭分出，并傳送給控制器，由它進(jìn)行處理。

(6)將外部WDM傳輸波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部交換所需使用的波長(zhǎng)。

其中的(3)和(5)，即報(bào)頭的提取是輸入接口的基本功能。

2.交換控制單元

交換控制單元主要完成光分組的報(bào)頭識(shí)別、恢復(fù)、處理和凈荷定位等功能，為光分組選擇路由，并根據(jù)需要產(chǎn)生控制輸入、輸出單元和控制矩陣(有時(shí)候也包括沖突處理單元)的各種控制信號(hào)。根據(jù)光分組頭識(shí)別方式的不同，可將光分組交換分為兩大類(lèi):一類(lèi)為光域識(shí)別光分組頭方式；另一類(lèi)為光分組頭先經(jīng)光/電變換，然后在電域?qū)崿F(xiàn)。目前尚不存在實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜功能的光邏輯器件，光域識(shí)別分組報(bào)頭的技術(shù)還不成熟。

3.光交換矩陣

光交換矩陣一般由大規(guī)模光開(kāi)關(guān)矩陣構(gòu)成，完成光分組的交換功能。在OPS系統(tǒng)中，不可避免地會(huì)在開(kāi)關(guān)矩陣的輸出端口產(chǎn)生端口競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，即不同的光分組信號(hào)在同一時(shí)刻需要從同一輸出端口輸出，因此需要沖突處理單元。 目前實(shí)現(xiàn)沖突處理的主要方法有四種:

(1)光緩存方案。光緩存可以由光纖延時(shí)線(FDL)產(chǎn)生分組時(shí)隙間隔整數(shù)倍的固定時(shí)延，該方案可行性高，是目前實(shí)現(xiàn)光緩存的主要方案，但是僅適用于同步分組交換網(wǎng)絡(luò)，而光分組的同步本身就是一個(gè)很大的技術(shù)難題。此外，還可以用“慢光”實(shí)行光信號(hào)的延遲存儲(chǔ)。慢光方案又可以分為兩大類(lèi)，一種是利用材料本身的一些特性，1999年Nature報(bào)道了利用光學(xué)的方法在超冷原子蒸汽中將光速減慢到17m/s，此后還利用如電磁致透明、相干粒子振蕩、譜燒孔效應(yīng)等實(shí)現(xiàn)慢光。另一種是利用受激拉曼散射、受激布里淵散射、拉曼輔助的參量放大過(guò)程等效應(yīng)在光纖、光子晶體和半導(dǎo)體光放大器中實(shí)現(xiàn)。這種慢光方案實(shí)際上是一個(gè)全通濾波器，利用非線性效應(yīng)中的大的群時(shí)延實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的光信號(hào)時(shí)延。但目前各種慢光方案可以實(shí)現(xiàn)的時(shí)延的值均不大，且很多方案系統(tǒng)插損過(guò)大或者對(duì)輸入信號(hào)的參數(shù)(如波長(zhǎng)和功率等)有特定的要求，尚很難實(shí)用。

(2)光存儲(chǔ)方案。一種光存儲(chǔ)方案是光RAM方案，即尋找光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的器件:利用雙環(huán)SOA構(gòu)建光觸發(fā)器，利用半導(dǎo)體環(huán)形激光器的振蕩模式實(shí)現(xiàn)光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)，以及利用垂直腔發(fā)射表面激光器(VCSEL)的偏振雙穩(wěn)態(tài)等。但是,目前這幾種方案都尚處在原理驗(yàn)證階段，在存儲(chǔ)速度、讀寫(xiě)控制及大規(guī)模集成等方面都不同程度地存在問(wèn)題，對(duì)其談實(shí)用性尚為時(shí)過(guò)早。另一種變通的方案是光子RAM方案。采用串/并轉(zhuǎn)換技術(shù)將高速率的線路信號(hào)變成低速率的并行信號(hào)，這樣信號(hào)就可以采用現(xiàn)有的電RAM進(jìn)行隨機(jī)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。但該方案在高速率的串/并和并/串轉(zhuǎn)換上也還存在較大的技術(shù)難題。

(3)波長(zhǎng)變換方案。波長(zhǎng)變換方案是動(dòng)態(tài)的將發(fā)生沖突的分組轉(zhuǎn)換到指定輸出端口的空閑波長(zhǎng)上。這種解決方案在競(jìng)爭(zhēng)分組的延遲方面是最佳的，是一種很有潛力的可選方案之一，它能最有效地降低光分組丟包率。但是，這個(gè)方案事實(shí)上并沒(méi)有完全消除沖突，而是降低了沖突發(fā)生的概率，此外，該方案的實(shí)用化也在很大程度上依賴于快速波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù)的進(jìn)一步實(shí)用化。

(4)偏射路由方案。當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)生時(shí)分組不能交換到正確的輸出端口，便將它路由到另一個(gè)空閑輸出端口，有可能通過(guò)另一條路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。在鏈路資源比較充足的情況下，偏射路由有較好的性能，但這種方法同樣不能完全避免沖突，并且在出口節(jié)點(diǎn)的重新排序以及公平性方面都存在一些潛在的問(wèn)題，而且在負(fù)荷較重的情況下其性能可能惡化，因此只適合網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕的網(wǎng)絡(luò)。

4.輸出接口

在輸出接口可能需要實(shí)現(xiàn)的功能有:

(1)對(duì)輸出信號(hào)整形、定時(shí)和再生，以克服由交換矩陣引起的串?dāng)_和損傷，恢復(fù)信號(hào)的質(zhì)量。

(2)給信息有效負(fù)載加上新的報(bào)頭。

(3)分組的描繪和再同步。

(4)按需要將內(nèi)部波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為外部可使用的波長(zhǎng)。

(5)信號(hào)在交換矩陣內(nèi)的路程不同、插損不同，使得信號(hào)的功率也不同，需要均衡輸出功率。

其中，(2)是輸出接口的最基本功能。綜上所述，OPS設(shè)計(jì)的思想是源于電的分組交換原理，而在電的分組交換網(wǎng)絡(luò)中，所采用的存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)的交換模式的基礎(chǔ)是存儲(chǔ)器件和組合邏輯器件，而OPS最大的兩個(gè)技術(shù)障礙恰恰在于光邏輯和光存儲(chǔ)。7.6.4OPS關(guān)鍵技術(shù)

圖7-15所示的OPS的結(jié)構(gòu)中,除了WDM復(fù)用器/解復(fù)用器之外，均存在尚待解決的技術(shù)問(wèn)題,包括光分組時(shí)鐘提取技術(shù)，光信號(hào)再生技術(shù)、光分組同步技術(shù)、報(bào)頭提取技術(shù)、標(biāo)簽復(fù)用技術(shù)、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)、光邏輯技術(shù)、光存儲(chǔ)技術(shù)、快速波長(zhǎng)調(diào)諧技術(shù)、高速光信號(hào)串/并和并/串轉(zhuǎn)換技術(shù)、大規(guī)模光開(kāi)關(guān)矩陣技術(shù)等。限于篇幅，在本節(jié)中將介紹幾種主要的關(guān)鍵技術(shù)。

1.光分組時(shí)鐘提取技術(shù)

光分組時(shí)鐘提取技術(shù)是OPS中諸多關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)。光信號(hào)再生、光分組同步、光存儲(chǔ)、高速光信號(hào)串/并和并/串轉(zhuǎn)換都離不開(kāi)光分組時(shí)鐘提取，在很多高速報(bào)頭處理和光邏輯方案中也需要應(yīng)用到光分組時(shí)鐘提取技術(shù)。常用的光分組時(shí)鐘提取方案根據(jù)其提取的機(jī)制不同可分為電時(shí)鐘提取、光電混合時(shí)鐘提取和全光時(shí)鐘提取三大類(lèi)。

2.標(biāo)簽復(fù)用和分離技術(shù)

如在7.6.3節(jié)中所述，在OPS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)輸入接口處報(bào)頭的分離是其最主要的功能，而如何實(shí)現(xiàn)報(bào)頭與數(shù)據(jù)分組的分離又與報(bào)頭的復(fù)用技術(shù)息息相關(guān)。傳統(tǒng)情況下，一般是在分組的開(kāi)始加入一定比特的報(bào)頭信號(hào)，但近年來(lái)，為了簡(jiǎn)化報(bào)頭的處理而普遍采用光標(biāo)簽交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽與數(shù)據(jù)信號(hào)的復(fù)用技術(shù)也變得多樣起來(lái)。復(fù)用技術(shù)主要有時(shí)分復(fù)用(TDM)、副載波復(fù)用(SCM)、碼分多址(OCDM)、波分復(fù)用(WDM)和正交復(fù)用等。

3.報(bào)頭處理技術(shù)

光分組交換網(wǎng)絡(luò)的報(bào)頭處理主要有電域和光域兩種方式。

1)電域報(bào)頭處理技術(shù)

電域處理基本上是基于FPGA實(shí)現(xiàn)的，由于商用FPGA的處理速度已經(jīng)可達(dá)1.5GHz，實(shí)驗(yàn)室采用SIGeHBTBICMOS技術(shù)已經(jīng)有20GHz的FPGA產(chǎn)品。電域報(bào)頭處理的優(yōu)點(diǎn)是基于成熟的電域信號(hào)處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各種較為復(fù)雜的邏輯運(yùn)算和協(xié)議。但是總的來(lái)說(shuō)，電域報(bào)頭處理的速度相對(duì)于當(dāng)前光纖中信號(hào)傳輸?shù)乃俾识赃€是較低的，因此，一般通過(guò)低速報(bào)頭或者串/并轉(zhuǎn)換的方式使得報(bào)頭信號(hào)的速率和FPGA的處理速率匹配。對(duì)基于電域報(bào)頭處理分組交換的報(bào)導(dǎo)很多，但是，由于電域FPGA技術(shù)的相對(duì)成熟性，因此這些研究的重點(diǎn)并非在報(bào)頭的處理上。

2)光域報(bào)頭處理技術(shù)

光域?qū)崿F(xiàn)報(bào)頭處理在大部分情況下需要用到光邏輯器件，又可以分為光組合邏輯和光時(shí)序邏輯兩種。

目前已經(jīng)報(bào)道了許多全光組合邏輯的實(shí)現(xiàn)方案，采用的核心器件包括SOA(SemiconductorOpticalAmplifier)、非線性波導(dǎo)器件、非線性光纖、微環(huán)形諧振腔(MicroRingResonator)等。其中，SOA具有①器件工藝成熟，商用產(chǎn)品豐富;②體積小(至2量級(jí))，能夠?qū)崿F(xiàn)光子集成;③非線性系數(shù)高，需要的切換光功率低(小于100fJ);④存在多種非線性效應(yīng)(包括交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻和非線性偏振旋轉(zhuǎn)等)，便于實(shí)現(xiàn)多種光邏輯操作;⑤研究時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣泛。由于SOA具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此在光邏輯領(lǐng)域得到了廣泛的研究。

典型的基于SOA的全光邏輯實(shí)現(xiàn)方案及工作原理包括:

·方案1:基于SOA-FWM的全光邏輯方案，該方案的輸入信號(hào)為偏振調(diào)制的信號(hào)(“0”碼與“1”碼偏振態(tài)正交)，通過(guò)將閑頻光作為輸出信號(hào)，可以方便的實(shí)現(xiàn)兩路偏振調(diào)制信號(hào)的多種簡(jiǎn)單邏輯運(yùn)算。

·方案2：通過(guò)綜合利用單個(gè)SOA中的多種非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的可重構(gòu)的全光邏輯方案，通過(guò)調(diào)節(jié)外加輸入探測(cè)光的波長(zhǎng)和輸出端帶通濾波器的中心波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)的“與”、“非”和“或非”、“異或”等邏輯操作。

·方案3：選擇單一的SOA的XPM效應(yīng)，通過(guò)SOA級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)多種邏輯操作，雖然實(shí)現(xiàn)同一功能需要的SOA數(shù)目多于上述的幾種方案，但是每級(jí)SOA邏輯門(mén)的結(jié)構(gòu)一致，簡(jiǎn)化了復(fù)雜邏輯功能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)工作。

·方案4：通過(guò)級(jí)聯(lián)SOA實(shí)現(xiàn)了全光半加器組合邏輯。

·方案5：對(duì)利用SOA-MZL實(shí)現(xiàn)全光“異或”邏輯進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，指出這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的工作速率可以超過(guò)100Gb/s。

許多研究人員也將各種光邏輯方案用于分組的報(bào)頭處理，如采用了SOA-MZL實(shí)現(xiàn)了8比特的報(bào)頭處理，利用F-P激光器鎖定實(shí)現(xiàn)全光報(bào)頭處理等,但是就總體而言，各種光邏輯方案還存在各自的問(wèn)題。在組合邏輯方案方面，基于非線性光纖和PPLN的方案所用器件體積較大，集成性較差；基于SOA的方案受限于SOA較大的噪聲系數(shù)，多級(jí)SOA級(jí)聯(lián)后信號(hào)的信噪比惡化嚴(yán)重，級(jí)聯(lián)性也存在問(wèn)題；基于半導(dǎo)體環(huán)形諧振腔的方案目前其工藝的成熟度還不高，器件的插損較大。而在光時(shí)序邏輯方面，目前各種光觸發(fā)器的工作速率大都在納秒量級(jí)，尚不能體現(xiàn)出光域信號(hào)處理的速度優(yōu)勢(shì)?？偠灾?，目前光邏輯的研究尚停留在半加器和單個(gè)光觸發(fā)器的水平，完全無(wú)法勝任較復(fù)雜的報(bào)頭處理。

4.可集成光開(kāi)關(guān)矩陣

光開(kāi)關(guān)是光網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件之一,人們對(duì)光開(kāi)關(guān)與光開(kāi)關(guān)矩陣的研究已經(jīng)有二三十年的歷史。隨著人們對(duì)器件材料、器件工作原理、加工工藝等多方面認(rèn)識(shí)和研究的不斷進(jìn)展，光開(kāi)關(guān)與光開(kāi)關(guān)列陣的類(lèi)型也呈現(xiàn)出多元化發(fā)展趨勢(shì)。從器件材料的角度上說(shuō)，目前所應(yīng)用的材料包括妮酸鏗(LiNbO3)、111-v族化合物導(dǎo)體材料、玻璃、有機(jī)聚合物、硅基硅波導(dǎo)、硅基二氧化硅材料和硅基鍺硅等多種材料。依據(jù)不同的光開(kāi)關(guān)原理，光開(kāi)關(guān)可分為:機(jī)械光開(kāi)關(guān)、MEMS光開(kāi)關(guān)、噴墨氣泡光開(kāi)關(guān)、熱光效應(yīng)光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、磁光光開(kāi)關(guān)、全息光開(kāi)關(guān)、聲光開(kāi)關(guān)、液體光柵光開(kāi)關(guān)、SOA光開(kāi)關(guān)和光控光開(kāi)關(guān)等。

具有不同原理和技術(shù)的光開(kāi)關(guān)具有不同的特性，適用于不同的場(chǎng)合，如機(jī)械光開(kāi)關(guān)具有極高的消光比和極低的串?dāng)_，光控光開(kāi)關(guān)和LiNbO3光開(kāi)關(guān)則具有極快的開(kāi)關(guān)速度等。但是作為構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模光交換矩陣的光開(kāi)關(guān)必須具有可集成性，目前可以集成光開(kāi)關(guān)矩陣的主要技術(shù)有:MEMS(Micro-ElectroMechanical-System)光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、SOA光開(kāi)關(guān)和CrossPoint光開(kāi)關(guān)等。7.6.5光分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

光分組交換(OPS)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖7-16所示，其中邊緣節(jié)點(diǎn)交換機(jī)主要進(jìn)行映射、適配、匯聚和解釋電交換層的業(yè)務(wù)，處理連接信令，分配或回收交換資源等工作；業(yè)務(wù)側(cè)提供UNI接口，同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)的NNI接口；網(wǎng)絡(luò)內(nèi)由光分組核心交換機(jī)組成，核心交換機(jī)僅僅提供NNI接口，不支持業(yè)務(wù)的上/下交換。全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)透明的傳送和交換，信號(hào)以最小的損傷高效地傳遞至邊緣節(jié)點(diǎn)，為了減少技術(shù)難度，網(wǎng)絡(luò)可由若干子網(wǎng)組成，子網(wǎng)之間采用非透明連接。

下面將介紹OPS網(wǎng)的分類(lèi)、分層模型和通用的光分組格式等。圖7-16OPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.光分組交換網(wǎng)分類(lèi)

按照進(jìn)入交換結(jié)構(gòu)前是否需要光分組時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，可將光分組交換(OPS)網(wǎng)絡(luò)分為兩類(lèi)：同步網(wǎng)絡(luò)和異步網(wǎng)絡(luò)。這兩種分組交換網(wǎng)均需要比特級(jí)同步和快速時(shí)鐘恢復(fù)。

(1)同步網(wǎng)絡(luò)。同步網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)于固定長(zhǎng)度的光分組，包含一個(gè)固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分組頭、保護(hù)時(shí)間和凈荷。同步網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的光緩存由光纖環(huán)路和光纖延遲線實(shí)現(xiàn)，能產(chǎn)生光分組時(shí)隙間隔整數(shù)倍的固定時(shí)延。任何到達(dá)輸入交換端口的光分組都具有固定長(zhǎng)度，在經(jīng)過(guò)本地時(shí)鐘相位對(duì)準(zhǔn)后才可進(jìn)入核心交換單元。

(2)異步網(wǎng)絡(luò)。異步網(wǎng)絡(luò)光分組無(wú)須長(zhǎng)度相同，光交換不需要時(shí)間同步，可以在任何節(jié)點(diǎn)完成逐分組的轉(zhuǎn)發(fā)，這種光分組的不可預(yù)測(cè)和不規(guī)則機(jī)制增加了網(wǎng)絡(luò)的阻塞率。然而，異步網(wǎng)絡(luò)具有同步網(wǎng)絡(luò)所不具備的低成本、低復(fù)雜度、高健壯性和高靈活性，通過(guò)合理設(shè)計(jì)光交換的結(jié)構(gòu)和協(xié)議，也可達(dá)到良好的交換性能。

2.光分組交換的三層結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)一般意義的分層方法，我們可將光分組交換的參考模型分為三層，如圖7-17所示。圖7-17光分組交換網(wǎng)絡(luò)分層參考模型

1)IP層

IP層是透明光分組(OTP)的應(yīng)用層，涉及管理與控制的有關(guān)內(nèi)容。IP層對(duì)應(yīng)于最廣泛的接入網(wǎng)和核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)IP、ATM、SDH和PDH等多種業(yè)務(wù)進(jìn)行封裝，并映射進(jìn)OPS層。IP層處理的可以是固定長(zhǎng)度的光分組，也可以是可變長(zhǎng)度的光分組。IP層簡(jiǎn)化了底層(物理層和OPS層)的復(fù)雜性，為高層多業(yè)務(wù)接入提供統(tǒng)一的接口。IP層中的用戶可能是目前一些標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的用戶(入ATM或IP)，也可能是某些局域網(wǎng)的用戶，甚至可能是一些端級(jí)的用戶，如工作站與視頻服務(wù)器等。

2)透明光分組網(wǎng)絡(luò)層(OTP)

OTP層接受來(lái)自IP層的光分組，對(duì)比特率和底層傳輸方式是透明的，提高了WDM光網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率和靈活性。OTP層完成光分組交換路由、不同鏈路分組業(yè)務(wù)的復(fù)用和保證底層成功實(shí)現(xiàn)端到端的光通路傳輸，同時(shí)OTP層還提供IP層到WDM的業(yè)務(wù)適配功能(如流量集中等)，支持未來(lái)面向連接和無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)的大容量和靈活性的要求。

OTP層可分為三個(gè)子層：數(shù)據(jù)匯聚子層、網(wǎng)絡(luò)子層和鏈接子層。

(1)數(shù)據(jù)匯聚子層(DCSL,DataConvergenceSubLayer)。數(shù)據(jù)匯聚子層位于OTP層的最上層，它負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)速率的適配，并通過(guò)拆裝、打包等方式將不同形式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成OTP層分組的固定格式。DCSL子層支持網(wǎng)絡(luò)子層與其鄰接的高層之間的信息映射，從而增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)子層提供的業(yè)務(wù)范圍，使其更適應(yīng)鄰接高層的需要。

(2)網(wǎng)絡(luò)子層(NSL,NetworkSubLayer)。網(wǎng)絡(luò)子層執(zhí)行光路由信息的若干功能，負(fù)責(zé)產(chǎn)生路由標(biāo)簽，并將其映射到分組的地址信息中，另外，它還執(zhí)行信頭更換、光緒安路與交換，以及分組排序等方面的工作。

(3)鏈接子層(LSL,LinkSubLayer)。鏈接子層按照光分組的格式產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，并將數(shù)據(jù)流傳送到光鏈路上，因此鏈接子層必須提供復(fù)用功能與解復(fù)用功能。

3)物理層

物理層通過(guò)WDM和OXC完成廣域內(nèi)的透明路由和信息傳輸。物理層能夠利用各種光信道復(fù)用(如SDH、TDM和WDM)方式，配合光交換中路由選擇和擁塞控制技術(shù)，完成光分組信息的傳送。目前，物理層多采用WDM方式，為OTP層提供建立在穩(wěn)定的波長(zhǎng)信道級(jí)聯(lián)基礎(chǔ)上的透明光通路，單波長(zhǎng)速率已達(dá)到10Gb/s或更高。

3.光網(wǎng)絡(luò)分層模型的發(fā)展

從網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議模型的角度上看，OPS網(wǎng)絡(luò)在不斷演化的網(wǎng)絡(luò)分層模型的位置如圖7-18所示。

圖7-18不斷演化的網(wǎng)絡(luò)分層模型在圖7-18中，由左至右分別為不斷演化的光網(wǎng)絡(luò)的分層模型，可見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)分層模型的發(fā)展趨勢(shì)是扁平化的，其中近期光網(wǎng)絡(luò)模型中還沒(méi)有OPS技術(shù)的出現(xiàn)，而在圖7-18所示中期光網(wǎng)絡(luò)模型中才開(kāi)始有OPS技術(shù)的引入，其第二層由光傳輸層和光分組層組成，光傳輸層提供、配置并重構(gòu)基于WDM/DWDM的波長(zhǎng)通路，其功能主要是由OXC和OADM設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的;光分組層作為光傳輸層的客戶層，提供并配置端到端的光分組通道，保證信息在光網(wǎng)絡(luò)中的完整性。在遠(yuǎn)期光網(wǎng)絡(luò)模型中，其整個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是光分組層與光傳輸層的融合，從而簡(jiǎn)化了光網(wǎng)絡(luò)分層模型，這也就是我們提到的IPoverOPS的概念。7.6.6基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送的體系架構(gòu)

基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)的基本含義:由于電信業(yè)務(wù)的IP化發(fā)展趨勢(shì)光傳送網(wǎng)將會(huì)派生出眾多的細(xì)分接口和類(lèi)型，因此，“全業(yè)務(wù)”是指該體系架構(gòu)可以提供多種類(lèi)型的業(yè)務(wù)接口以適配、處理、轉(zhuǎn)發(fā)和交換各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)可以分為電路業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)。目前的光傳送網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)電路交換功能，較好地解決了電路業(yè)務(wù)的承載問(wèn)題，為了更好地傳送分組類(lèi)型的業(yè)務(wù)，需要在光傳送網(wǎng)中引入分組傳送機(jī)制來(lái)完成分組交換功能，從而構(gòu)建基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)。該體系架構(gòu)能夠滿足各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的傳送需求，融合了數(shù)據(jù)、電路和光層傳送功能，支持?jǐn)?shù)據(jù)/TDM/波長(zhǎng)等不同技術(shù)信號(hào)的交換，同時(shí)，引入分布式的GMPLS控制平面能夠在不同平面間進(jìn)行統(tǒng)一的業(yè)務(wù)調(diào)度?；诜纸M傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送的體系架構(gòu)如圖7-19所示。由圖7-19可知，基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)的最大特點(diǎn)是在電層引入了基于分組的T-MPLS交換技術(shù)和基于交叉連接方式的ODU交換技術(shù)，并同時(shí)兼容現(xiàn)有的基于TDM的SDH交換技術(shù)，而在光層則引入了基于波長(zhǎng)入的交換技術(shù)。這些交換技術(shù)分別針對(duì)不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)實(shí)施不同的交換功能。目前,網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類(lèi)型主要分為CBR(固定比特率業(yè)務(wù))和VBR(可變比特率業(yè)務(wù))兩種,其中CBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)類(lèi)似于TDM業(yè)務(wù)或者偽線業(yè)務(wù)，VBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。對(duì)于不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要采取不同的業(yè)務(wù)適配方式、協(xié)議封裝方法以及業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)交換方法。圖7-19基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送的體系架構(gòu)這些業(yè)務(wù)處理又可以分為電層面的業(yè)務(wù)處理和光層面的業(yè)務(wù)處理，在電層面主要是基于固定速率的大顆粒業(yè)務(wù)在ODU的交換和基于可變速率的細(xì)顆粒分組業(yè)務(wù)在T-MPLS的交換，而在光層面則是基于波長(zhǎng)入的交換。

對(duì)于CBR類(lèi)型業(yè)務(wù)的處理可以分兩種情況:

(1)對(duì)于速率小于2.5Gb/s的CBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，可以先通過(guò)SDH層面進(jìn)行業(yè)務(wù)適配、處理和交換，再通過(guò)ODU層面進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，這樣可以保持現(xiàn)有SDH業(yè)務(wù)的延續(xù)性。

(2)對(duì)于速率不小于2.5Gb/s的CBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，可以直接通過(guò)ODU層面進(jìn)行業(yè)務(wù)適配、處理和交換。對(duì)于VBR類(lèi)型的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以通過(guò)T-MPLS層面進(jìn)行業(yè)務(wù)適配、處理和交換。

在上述體系架構(gòu)中的各種交換技術(shù)可以分別通過(guò)基于T-MPLS的分組傳送設(shè)備、OTN設(shè)備、SDH/MSTP設(shè)備、ROADM以及OXC等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備一般都包括業(yè)務(wù)適配、業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)交換三個(gè)部分的功能，其中，業(yè)務(wù)適配方式要求具有多樣性和靈活性的特征，以適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的多樣性;業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)交換是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心部分，主要完成電路交換和分組交換的功能。從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在光傳送網(wǎng)中的物理位置來(lái)看，全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以分為城域接入層/匯聚層節(jié)點(diǎn)、城域核心層節(jié)點(diǎn)以及骨干層節(jié)點(diǎn)。圖7-19中所示不同的虛線框分別描述了這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的典型實(shí)現(xiàn)方案。

(1)對(duì)于城域接入層/匯聚層節(jié)點(diǎn)，主要處理速率小于2.5Gb/s的CBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)和VBR類(lèi)型的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是SDH設(shè)備、基于SDH的MSTP設(shè)備以及小容量T-MPLS分組傳送設(shè)備等。

(2)對(duì)于城域核心層節(jié)點(diǎn)，可以處理速率小于和不小于2.5Gb/s的CBR類(lèi)型的業(yè)務(wù)以及VBR類(lèi)型的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是SDH設(shè)備、基于SDH的MSTP設(shè)備、基于SDH的ASON設(shè)備、中等容量T-MPLS分組傳送設(shè)備以及中等容量基于OTN的交叉設(shè)備(ODUk交叉)和可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)備ROADM等。

(3)對(duì)于骨干層節(jié)點(diǎn)，主要實(shí)現(xiàn)光域內(nèi)的波分交叉，即實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)的大顆粒業(yè)務(wù)和子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的任意“調(diào)度”，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以是WDM設(shè)備、大容量基于OTN的交叉設(shè)備(OCh交叉)以及基于OXC的交叉設(shè)備等。全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其應(yīng)用如表7-1所示。表7-1全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其應(yīng)用

綜上所述，為了滿足電信業(yè)務(wù)IP化的發(fā)展要求，同時(shí)保證現(xiàn)有光傳送網(wǎng)設(shè)備的投資，需要構(gòu)建基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送的體系架構(gòu)，基于該體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)光傳送網(wǎng)向分組化方向平滑演進(jìn)。在演進(jìn)的過(guò)程中，分組傳送網(wǎng)設(shè)備的引入是實(shí)現(xiàn)光傳送網(wǎng)向分組化方向演進(jìn)的關(guān)鍵，從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，分組傳送網(wǎng)設(shè)備主要應(yīng)用于城域光傳送網(wǎng)的核心層和接入層/匯聚層，逐步取代SDH設(shè)備和基于SDH的MSTP設(shè)備、SDH設(shè)備以及基于SDH的MSTP設(shè)備,最終將退位到光傳送網(wǎng)的邊緣。

基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案如圖7-20所示。從網(wǎng)絡(luò)垂直分層的角度看，該體系架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案是在客戶層和光傳送網(wǎng)層之間增加了分組傳送網(wǎng)層(PTN)，于是基于該體系架構(gòu)的光傳送網(wǎng)可以分為面向客戶的分組傳送網(wǎng)層(PTN層)、基于VC(虛容器)或者ODU(光信道數(shù)據(jù)單元)的電交換層(VC/ODU層)以及位于底層的光交換/交叉層(OCh(光信道)層)三個(gè)層面。其中，OCh層和VC/ODU層定義為第1層，PTN層定義為第1.5層。圖7-20基于分組傳送的全業(yè)務(wù)交換傳送體系架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案

(1)PTN層。PTN層主要實(shí)現(xiàn)分組交換功能，負(fù)責(zé)對(duì)業(yè)務(wù)的適配和等級(jí)劃分等，同時(shí)可與客戶的數(shù)據(jù)層面(如IP/MPLS等)進(jìn)行信令和協(xié)議的互通，該層的設(shè)備主要是T-MPLS分組傳送設(shè)備。

(2)VC/ODU層。VC/ODU層主要實(shí)現(xiàn)基于VC或者ODU的交叉連接功能，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)精細(xì)顆粒業(yè)務(wù)的配置和調(diào)度，在保證業(yè)務(wù)靈活性的同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的再生，以滿足長(zhǎng)距離傳輸?shù)男枰?，該層的設(shè)備可以是SDH設(shè)備、基于SDH的MSTP設(shè)備、基于SDH/OTN的ASON設(shè)備或者中等容量基于OTN的交叉設(shè)備(ODUk交叉)等。

(3)OCh層。OCh層主要實(shí)現(xiàn)光波長(zhǎng)交換功能，直接對(duì)大顆粒業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，提高網(wǎng)絡(luò)的效率和吞吐量，該層的設(shè)備可以是WDM設(shè)備、大容量基于OTN的交叉設(shè)備(OCh交叉)、可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)備ROADM或者基于OXC的交叉設(shè)備等。

上述不同的傳送層面并無(wú)嚴(yán)格的組合，一切以業(yè)務(wù)特性為選擇基礎(chǔ)。該體系架構(gòu)既可以處理端到端的IP/MPLS業(yè)務(wù)，也可以同時(shí)處理傳統(tǒng)的CBR業(yè)務(wù)和波長(zhǎng)業(yè)務(wù)。對(duì)于IP/MPLS業(yè)務(wù)，首先經(jīng)過(guò)PTN層的業(yè)務(wù)處理，然后分別經(jīng)過(guò)VC/ODU層和OCh層的業(yè)務(wù)處理，或者直接進(jìn)行OCh層的業(yè)務(wù)處理，其具體實(shí)現(xiàn)方式是IP/MPLSoverT-MPLSPacketoverVC/ODUoverOCh,或者不經(jīng)過(guò)VC/ODU層，T-MPLS分組直接映射到OCh，即IP/MPLSoverT-MPLSPacketoverOCh。對(duì)于CBR業(yè)務(wù)，不需要經(jīng)過(guò)PTN層的業(yè)務(wù)處理，直接經(jīng)過(guò)VC/ODU層和OCh層的業(yè)務(wù)處理，其具體實(shí)現(xiàn)方式是CBRServiceoverVC/ODUoverOCh。對(duì)于波長(zhǎng)業(yè)務(wù)，其直接在OCh層進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，具體實(shí)現(xiàn)方式是LambdaServiceoverOCh。

7.7.1光突發(fā)交換的概念

雖然波長(zhǎng)交換技術(shù)相對(duì)比較成熟，但難以適應(yīng)具有高突發(fā)性的IP業(yè)務(wù)。由于受到光器件性能的局限，實(shí)現(xiàn)完全的OPS網(wǎng)絡(luò)比較困難，因此有人提出了光突發(fā)交換技術(shù)(OBS，OpticalBurstSwitching)。7.7光突發(fā)交換技術(shù)OBS的主要思想是將IP分組組裝成一個(gè)大的突發(fā)包，并在電域上為這個(gè)突發(fā)包建立交換通路。一般情況下，單個(gè)光IP分組通過(guò)交換矩陣對(duì)光開(kāi)關(guān)的時(shí)間要求為納秒級(jí)，而OBS使突發(fā)包通過(guò)光開(kāi)關(guān)的時(shí)間要求下降為毫秒級(jí)，使得現(xiàn)在的光器件可以滿足這一要求。

OBS網(wǎng)絡(luò)一般由電邊緣節(jié)點(diǎn)與光核心節(jié)點(diǎn)組成。其中邊緣節(jié)點(diǎn)依據(jù)IP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的目的地址和QoS特性，將IP分組組裝成突發(fā)數(shù)據(jù)包，并提前發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制分組BCP(BurstControlPackets)為數(shù)據(jù)突發(fā)包預(yù)約資源；核心節(jié)點(diǎn)(如圖7-21所示)首先解復(fù)用出控制信道，在對(duì)接收的BCP進(jìn)行光/電變換之后，提取其中的資源預(yù)約信息，由交換控制單元SCU(SwitchingControlUnit)根據(jù)一定的資源調(diào)度算法為隨后到達(dá)的突發(fā)數(shù)據(jù)包分配一條合適的出口波長(zhǎng)信道，并在指定的時(shí)間配置好光矩陣而完成交換。

可以看出，OBS的一個(gè)主要特點(diǎn)是在分離的信道上傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)包和控制分組，每一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)于一個(gè)BCP，并且BCP先于突發(fā)數(shù)據(jù)包傳送。

OBS的數(shù)據(jù)與控制分組分離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)有利于核心節(jié)點(diǎn)在突發(fā)包到達(dá)之前預(yù)留資源，確保突發(fā)包可以直接通過(guò)核心節(jié)點(diǎn)，無(wú)需進(jìn)行光緩存及光/電/光的轉(zhuǎn)換。圖7-21OBS核心節(jié)點(diǎn)功能結(jié)構(gòu)OBS的另一特點(diǎn)就是其鏈路建立是單向的，不需要收/發(fā)端的交互，因而相對(duì)于波長(zhǎng)路由來(lái)說(shuō)，OBS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)間更短，從而具有更好的時(shí)延特性。

OBS的核心思想是信息的基本傳送單位由分組(Packet)變?yōu)閿?shù)據(jù)突發(fā)(CDB,DateBurst);每個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)對(duì)應(yīng)一個(gè)控制分組(BHP,BurstcontrolPacket)，將數(shù)據(jù)突發(fā)和控制分組在傳送時(shí)間和傳送信道上分離，控制分組提前于數(shù)據(jù)突發(fā)發(fā)送，為數(shù)據(jù)突發(fā)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源;網(wǎng)絡(luò)資源分配一般采用“單向預(yù)留(OneWayReservation)”方式。光突發(fā)交換的基本原理可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，如圖7-22所示。

(1)以數(shù)據(jù)突發(fā)為基本傳送單位。OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)按照一定的組裝算法將多個(gè)輸入的IP分組組裝成一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)，然后將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，從而增大了網(wǎng)絡(luò)的傳輸和交換顆粒。這一方面保持了OPS網(wǎng)絡(luò)的靈活性和高帶寬利用率(OBS仍然采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用)，另一方面又可以緩解核心節(jié)點(diǎn)處理速度上的瓶頸問(wèn)題，包括消息處理速度和光開(kāi)關(guān)速度。實(shí)際上，IP分組的交換要求光開(kāi)關(guān)的速度為納秒級(jí)，而數(shù)據(jù)突發(fā)的交換只要求光開(kāi)關(guān)的速度為微秒級(jí)。圖7-22光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(2)控制分組和數(shù)據(jù)突發(fā)在傳送時(shí)間和信道上完全分離。如圖7-23所示，在傳送時(shí)間上，控制分組提前數(shù)據(jù)突發(fā)一段時(shí)間發(fā)送，這段時(shí)間稱為偏置時(shí)間(offsettime)。為避免數(shù)據(jù)突發(fā)在傳送過(guò)程中“超過(guò)”控制分組，要求偏置時(shí)間要大于控制分組在所經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間之和。在傳送信道上，OBS采用帶外信令方式，控制分組和數(shù)據(jù)突發(fā)利用不同的波長(zhǎng)信道進(jìn)行傳送。為避免使用復(fù)雜的光邏輯器件，控制分組在中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換后在電域進(jìn)行處理，為數(shù)據(jù)突發(fā)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，而隨后到達(dá)的數(shù)據(jù)突發(fā)以“切通(cutthrough)”方式直接通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)，不需要使用光/電轉(zhuǎn)換和光存儲(chǔ)設(shè)備。

圖7-23光突發(fā)交換基本原理圖

圖7-24光突發(fā)交換控制分組格式示例(3)網(wǎng)絡(luò)資源一般采用“單向預(yù)留”方式。為提高信道的利用率，降低數(shù)據(jù)的端到端時(shí)延，數(shù)據(jù)突發(fā)在發(fā)送時(shí)只需等待一個(gè)偏置時(shí)間，不用等待資源預(yù)留成功確認(rèn)就可以發(fā)送。

OBS克服了光路交換和光分組交換的缺點(diǎn)，與光路交換相比，OBS具有更高的帶寬利用率，可以更好地支持突發(fā)性很強(qiáng)的IP業(yè)務(wù);與光分組交換相比，OBS降低了對(duì)光存儲(chǔ)器件和光邏輯器件的要求，能夠在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。因而，OBS被認(rèn)為是一種具有廣闊發(fā)展前景的光交換技術(shù)。7.7.2光突發(fā)交換的關(guān)鍵技術(shù)

OBS關(guān)鍵技術(shù)包括邊緣節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法、OBS資源預(yù)留協(xié)議、數(shù)據(jù)突發(fā)競(jìng)爭(zhēng)解決策略、路由與波長(zhǎng)分配算法和OBS網(wǎng)絡(luò)QoS支持技術(shù)等。下面對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展情況做一個(gè)簡(jiǎn)單的回顧。

1)數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法

為了提高傳輸交換的效率，降低物理實(shí)現(xiàn)的難度，OBS網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)要對(duì)輸入的業(yè)務(wù)進(jìn)行適配，將輸入的IP分組按照一定的組裝算法組裝成數(shù)據(jù)突發(fā)。

常用的數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法有兩類(lèi)，即基于長(zhǎng)度門(mén)限的組裝算法和基于時(shí)間門(mén)限的組裝算法。

(1)基于長(zhǎng)度門(mén)限的組裝算法。在基于長(zhǎng)度門(mén)限的組裝算法中，每當(dāng)組裝器緩存隊(duì)列長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定門(mén)限值時(shí)，就組裝生成一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)。

(2)基于時(shí)間門(mén)限的組裝算法。在基于時(shí)間門(mén)限的組裝算法中，每當(dāng)?shù)谝粋€(gè)到達(dá)組裝器的IP分組的等待時(shí)間達(dá)到設(shè)定的時(shí)間門(mén)限時(shí)，就組裝生成一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)。

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法時(shí)，為了使數(shù)據(jù)突發(fā)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)突發(fā)組裝時(shí)間都能滿足一定的要求，通常時(shí)間門(mén)限和長(zhǎng)度門(mén)限都必須考慮。一種混合的組裝算法是“基于混合門(mén)限的數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法”，即在組裝過(guò)程中采用時(shí)間/長(zhǎng)度混合門(mén)限，若組裝時(shí)間達(dá)到時(shí)間門(mén)限或隊(duì)列中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度達(dá)到長(zhǎng)度門(mén)限都將產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)，而當(dāng)所生成數(shù)據(jù)突發(fā)的長(zhǎng)度小于最小數(shù)據(jù)突發(fā)長(zhǎng)度時(shí)，以填充方式將其補(bǔ)齊。

合理設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法可以有效地改善輸出數(shù)據(jù)突發(fā)業(yè)務(wù)流的特性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、數(shù)據(jù)突發(fā)阻塞率和帶寬利用率等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)性能有著重要的影響，因此數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法一直受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。與之相關(guān)的算法較多，有自適應(yīng)組裝算法，其優(yōu)點(diǎn)是克服了固定門(mén)限組裝算法無(wú)法適應(yīng)輸入業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)變化的缺陷，獲得較好的網(wǎng)絡(luò)性能。為了減小IP分組的組裝時(shí)延，有人提出了一種流量預(yù)測(cè)的組裝算法，通過(guò)線性預(yù)測(cè)的方法預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)突發(fā)長(zhǎng)度，在數(shù)據(jù)突發(fā)組裝完成之前就發(fā)送控制分組為其預(yù)留資源，將組裝時(shí)間和偏置時(shí)間部分重疊，可以在很大程度上降低IP分組的時(shí)延。還有人提出了一種復(fù)合組裝算法，通過(guò)將多種QoS等級(jí)的IP分組按照一定的順序組裝到一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)中，可以提供更多等級(jí)的QoS保證。

2)資源預(yù)留協(xié)議

在OBS網(wǎng)絡(luò)中，提前發(fā)送的控制分組為后續(xù)到達(dá)的數(shù)據(jù)突發(fā)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源，根據(jù)資源預(yù)留的過(guò)程可以分為“一步資源預(yù)留”和“兩步資源預(yù)留”。一步資源預(yù)留是指在控制分組發(fā)送以后，與之相應(yīng)的數(shù)據(jù)突發(fā)不需要等待資源預(yù)留成功與否的確認(rèn)消息，只需等待一個(gè)偏置時(shí)間，就可在數(shù)據(jù)通道進(jìn)行發(fā)送，而兩步資源預(yù)留需要在收到資源預(yù)留成功的確認(rèn)以后再發(fā)送數(shù)據(jù)突發(fā)。由于一步資源預(yù)留方式具有低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、高鏈路利用率和適合傳送突發(fā)性業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)有關(guān)OBS的研究都采用一步資源預(yù)留機(jī)制。一步資源預(yù)留機(jī)制有多種的實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)資源預(yù)留、資源釋放的時(shí)間和方式將其分為四類(lèi):

①顯式預(yù)留，顯式釋放;

②顯式預(yù)留，估計(jì)釋放;

③估計(jì)預(yù)留，顯式釋放;

④估計(jì)預(yù)留，估計(jì)釋放。

所謂顯式預(yù)留是指核心節(jié)點(diǎn)在收到控制分組后立即進(jìn)行資源預(yù)留；估計(jì)預(yù)留是指核心節(jié)點(diǎn)根據(jù)控制分組中攜帶的數(shù)據(jù)突發(fā)到達(dá)信息的偏置時(shí)間進(jìn)行預(yù)留;同理，顯式釋放是指核心節(jié)點(diǎn)在收到要求釋放資源的控制分組后釋放資源；而估計(jì)釋放是根據(jù)控制分組中攜帶的數(shù)據(jù)突發(fā)長(zhǎng)度信息進(jìn)行釋放。從資源預(yù)留所需的控制分組數(shù)量、保持節(jié)點(diǎn)資源使用狀態(tài)的調(diào)度器的復(fù)雜程度和帶寬利用率等方面來(lái)看，上述幾種方式在性能上是有所區(qū)別的，其中的②和④兩種方式使用最為廣泛，典型代表為JIT方式和JET方式。

近年來(lái)，由光緩存技術(shù)和波長(zhǎng)變換技術(shù)的局限性而引起的高數(shù)據(jù)突發(fā)丟失率使研究者們開(kāi)始關(guān)注兩步資源預(yù)留機(jī)制，有學(xué)者提出基于集中控制結(jié)構(gòu)的兩步資源預(yù)留機(jī)制，稱為WR-OBS，并對(duì)其進(jìn)行了性能分析。還有學(xué)者在這種資源預(yù)留機(jī)制的體系結(jié)構(gòu)下，提出了WR-OBS網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)突發(fā)組裝算法和QoS支持技術(shù)。

3)數(shù)據(jù)突發(fā)競(jìng)爭(zhēng)解決策略

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上數(shù)據(jù)突發(fā)請(qǐng)求使用同一光纖的同一波長(zhǎng)的時(shí)間段相互重迭時(shí)，就產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)。由于OBS網(wǎng)絡(luò)主要采用一步資源預(yù)留機(jī)制，因此缺乏端到端的帶寬保證，并且核心節(jié)點(diǎn)不配置光緩存，使得競(jìng)爭(zhēng)解決(contentionresolution)問(wèn)題成為OBS中比較突出的問(wèn)題，也是被最廣泛研究的問(wèn)題之一。目前，提出的解決方案主要包括以下幾種:

(1)在時(shí)間域利用光緩存技術(shù)。解決競(jìng)爭(zhēng)的最直接方式就是緩存發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的數(shù)據(jù)突發(fā)。由于目前還沒(méi)有可實(shí)用化的光隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，一般都采用光纖延遲線FDL配合其他光器件，如光開(kāi)關(guān)、光耦合器和光放大器等來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)突發(fā)的“動(dòng)態(tài)緩存”。受FDL的長(zhǎng)度限制，其緩存時(shí)間也是有限的，一般等于最小單位延遲長(zhǎng)度的整倍數(shù)。

(2)在空間域采用偏射路由。偏射路由的基本思想是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，由源?jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)存在多條可選路徑，當(dāng)無(wú)輸出端口競(jìng)爭(zhēng)沖突時(shí)，節(jié)點(diǎn)控制單元優(yōu)先為數(shù)據(jù)突發(fā)選擇最優(yōu)路由;當(dāng)有輸出端口競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，其只為優(yōu)先級(jí)最高的光突發(fā)選擇最優(yōu)路徑，其他數(shù)據(jù)突發(fā)將按照優(yōu)先級(jí)，從節(jié)點(diǎn)的其他空閑鏈路輸出并依次尋求通往目的節(jié)點(diǎn)的次優(yōu)路徑。偏射路由方案實(shí)質(zhì)上是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)突發(fā)的緩存器，以增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷、延遲及存在潛在的數(shù)據(jù)突發(fā)亂序等為代價(jià)來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件復(fù)雜度。因此，僅在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較低時(shí)，偏射路由方案才能夠獲得理想的網(wǎng)絡(luò)性能。

(3)在波長(zhǎng)域利用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)。WDM技術(shù)可以使一根光纖上同時(shí)利用多個(gè)波長(zhǎng)傳輸信息，因此除了時(shí)間域和空間域，在WDM網(wǎng)絡(luò)中又增加了一維解決數(shù)據(jù)突發(fā)競(jìng)爭(zhēng)的空間，即波長(zhǎng)域。當(dāng)輸出端發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，利用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器將受阻的數(shù)據(jù)突發(fā)轉(zhuǎn)換到其他空閑波長(zhǎng)上再送出，進(jìn)而解決資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換方案靈活性高且時(shí)延較小，能保持?jǐn)?shù)據(jù)突發(fā)原有的最優(yōu)路徑，利于提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但它增加了系統(tǒng)在控制和集成上的復(fù)雜性，另外，目前全光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器還處于試驗(yàn)階段，其成本仍有待降低而可靠性有待提高，全光的全范圍波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的難度更大。

除了上述幾種方案，有人還提出了一種“分段丟棄”策略，其基本思想是將一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)分成若干個(gè)“段”，當(dāng)兩個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，不是丟棄整個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)，而僅僅丟棄一個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)中相互重疊的那些段。分段丟棄最初是為了降低分組丟失率而提出的，后來(lái)引發(fā)了一系列的討論，如基于分段的區(qū)分調(diào)度、支持QoS的混合組裝等問(wèn)題。

為了得到較佳的競(jìng)爭(zhēng)解決方案，常常是將以上幾種方法中的某幾種結(jié)合使用，以提高沖突解決的效率。

4)路由與波長(zhǎng)分配算法

在OBS網(wǎng)絡(luò)中，由于數(shù)據(jù)突發(fā)的長(zhǎng)度通常是幾十或者幾百KB，占用波長(zhǎng)的時(shí)間通常為十幾或者幾十微秒，交換節(jié)點(diǎn)無(wú)法實(shí)時(shí)收集到全網(wǎng)所有光纖的波長(zhǎng)占用狀態(tài)，因而一般采用基于指定路徑的RWA算法(PRWA,Predefined-pathbasedRWA)，PRWA將路由和波長(zhǎng)分配分解成兩個(gè)獨(dú)立的子問(wèn)題分別進(jìn)行求解，先在預(yù)先定義好的路徑集合中按照光路連接請(qǐng)求選擇路由，再在該路由上逐跳進(jìn)行波長(zhǎng)分配。

大多數(shù)有關(guān)OBS網(wǎng)絡(luò)的研究，在選擇路由時(shí)通常選用源、宿節(jié)點(diǎn)對(duì)間的最短路徑作為數(shù)據(jù)突發(fā)的路由，但在非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)流量分布不均勻