光突發交換技術

光突發交換技術(OBS)(optical burst switching)

光突發交換（obs）技術，它的特點是數據分組和控制分組獨立傳送，在時間上和通道上都是分離的，它採用單向資源預留機制，以光突發作為最小的交換單元。obs克服了ops的缺點，對光開關和光緩存的要求降低，並能夠很好的支持突發性的分組業務，同時與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。被認為很有可能在未來網際網路中扮演關鍵角色。

該技術是針對目前光信號處理技術尚未足夠成熟而提出的，在這種技術中有兩種光分組技術：包含路由信息的控制分組技術和承載業務的數據分組技術。控制分組技術中的控制信息要通過路由器的電子處理，而數據分組技術不需光電/電光轉換和電子路由器的轉發，直接在端到端的透明傳輸通道中傳輸。控制分組在WDM傳輸鏈路中的某一特定通道中傳送，每一個突發的數據分組對應於一個控制分組，並且控制無組先於數據分組傳送，通過“數據報”或“虛電路”路由模式指定路由器分配空閑通道，實現數據通道的帶寬資源動態分配。數據通道與控制通道的隔離簡化了突發數據交換的處理，且控制分組長度非常短，因此使高速處理得以實現。同時由於控制分組和數據分組是通過控制分組中含有的可“重置”的時延信息相聯繫的，傳輸過程中可以根據鏈路的實際狀況用電子處理對控制信元作調整，因此控制分組和信號分組都不需要光同步。

光突發交換中的“突發”可以看成是由一些較小的具有相同出口邊緣節點地址和相同QoS要求的數據分組組成的超長數據分組，這些數據分組可以來自於傳統IP網中的IP包。突發是光突發交換網中的基本交換單元，它由控制分組(BCP, Burst Control Packet, 作用相當於分組交換中的分組頭)與突發數據BP(凈載荷)兩部分組成。突發數據和控制分組在物理通道上是分離的，每個控制分組對應於一個突發數據，這也是光突發交換的核心設計思想。例如，在WDM系統中，控制分組佔用一個或幾個波長，突發數據則佔用所有其它波長。

將控制分組和突發數據分離的意義在於控制分組可以先於突發數據傳輸，以彌補控制分組在交換節點的處理過程中O/E/O變換及電處理造成的時延。隨後發出的突發數據在交換節點進行全光交換透明傳輸，從而降低對光緩存器的需求，甚至降為零，避開了目前光緩存器技術不成熟的缺點。並且，由於控制分組大小遠小於突發包大小，需要O/E/O變換和電處理的數據大為減小，縮短了處理時延，大大提高了交換速度。這一過程就好像一個出境旅行團，在團隊出發前，一個工作人員攜帶團員們的有關資料，提前一天到達邊境辦理出入境手續及預定車票等，旅行團隨後才出發，節約了遊客們的時間也簡化了程序。

由於光網路在光纖到戶上的瓶頸問題，目前主要用於主幹網和城域網，用戶端仍是傳統的電IP網路。光突發交換網路主要由光的核心節點和電的邊緣節點組成。邊緣節點主要負責IP分組的接入、分類、組裝和調度，及反向突發數據的接收與拆幀。入口邊緣節點處數據通過線卡輸入，根據IP包的目的地址分類後進行組裝，形成突發數據，並提取相應分組頭產生控制分組，而突發數據緩存於突發隊列等待調度。當一個突發數據在突發發送隊列的隊列頭部時，計算突發數據與相應控制分組間的偏移時間並反饋到控制數據包產生器中，然後發出這個控制分組，該控制分組包括時間偏移量、突發數據長度和具體的路由等信息。當偏移時間到期時，發出該突發數據。出口邊緣節點只是簡單地將突發數據拆開，並將其中的IP數據抽出。

核心節點的功能是控制分組查找、交換、突發數據監測(如阻塞概率、延遲等)，其結構如圖2。假定每根光纖支持的波長數為K+1(一個波長用於傳輸控制分組BCP，另外K個波長用於傳輸突發數據)。用於傳輸BCP的波長在核心節點需要先進行O/E變換，然後進行電的路由表查找、對光的交換矩陣進行控制，最後更新BCP相應數據再進行E/O變換。其餘的K個波長傳輸突發數據，在核心節點處不需要O/E/O變換，整個交換傳輸在光域內完成，保證了數據的透明性。圖中光交換矩陣前的光纖延遲線用於緩存突發數據(只能緩存有限長時間)，等待控制分組的處理，通過設置恰當的偏移時間offset time，可以使突發數據不需要在中間節點緩存，直接通過OBS網路，進而可以取消光纖延遲線。另外光纖延遲線還可以用於解決競爭問題，減少衝突，實現WDM層的QoS(服務質量)保證。當突發數據進入光交換矩陣時，由控制單元控制的光交換矩陣選擇相應的輸出波長。

圖1 OBS控制分組結構圖

圖2 OBS節點結構模型圖

OBS結合了光電路交換和光分組交換的優勢，同時避免了它們的缺點。通過控制與數據在時間和空間上的分離，控制分組提前發送，並在中間節點經過電信息處理，從而為數據分組預留相應的資源。而數據分組隨控制分組之後傳送，在中間節點通過預留好的資源直通，無需光/電/光處理。

同時它具有延時小(單向預留)，帶寬利用率(統計復用)，效率高，交換靈活、數據透明、交換容量大(電控光交換)等特點，可以達到Tb/s級的交換容量，甚至Pb/s量級。因此，OBS網路主要應用於不斷發展的大型城域網和廣域網，它可以支持傳統業務，如電話、SDH、IP、FDDI和ATM等，也可以支持未來具有較高突發性和多樣性的業務，如數據文件傳輸、網頁瀏覽、視頻點播、視頻會議等業務。

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