1、引言 隨著(zhù)全球范圍內IP業(yè)務(wù)的迅猛增長(cháng)，對傳送網(wǎng)帶寬和交換系統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)?？梢允挂桓饫w的可利用帶寬達到10Tbit/s左右，可以滿(mǎn)足較長(cháng)時(shí)期內對傳送網(wǎng)帶寬的要求。然而，采用通常的電路交換技術(shù)(時(shí)分、空分及波長(cháng)交換)的交換速率遠低于這個(gè)數值。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(cháng)遠來(lái)看，OPS(OpticalPacketSwitching，光分組交換)是光交換的發(fā)展方向，但OPS存在著(zhù)兩個(gè)近期內難以克服的障礙：一是光緩存器技術(shù)還不成熟，目前實(shí)驗系統中采用的光纖延遲線(xiàn)(FDL，FiberDelayLine)往往比較笨重、不靈活，存儲深度有限；二是在OPS的節點(diǎn)處，多個(gè)輸入分組的精確同步難以實(shí)現。因此，在短時(shí)期內光分組交換的商業(yè)應用前景還不被看好。 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(guò)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(shí)用?？梢哉f(shuō)，它結合了兩者的優(yōu)點(diǎn)且克服了兩者的部分缺點(diǎn)，是兩者之間的平衡選擇，因而逐漸引起了眾多專(zhuān)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(cháng)IP包，這些IP包可以來(lái)自傳統IP網(wǎng)中不同的電IP路由器。突發(fā)數據是光突發(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)數據(凈載荷)在物理信道上是分離的，每個(gè)控制分組對應一個(gè)突發(fā)數據。例如，在WDM系統中，控制分組占用一個(gè)或幾個(gè)波長(cháng)，突發(fā)數據則占用所有其他波長(cháng)。 在OBS中，突發(fā)數據從源節點(diǎn)到目的節點(diǎn)始終在光域內，而控制信息在每個(gè)節點(diǎn)都需要O/E/O的變換以及電處理?？刂菩诺?波長(cháng))與突發(fā)數據信道(波長(cháng))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IP網(wǎng)中的數據封裝為光突發(fā)數據以及反向拆封，核心路由器的任務(wù)是對光突發(fā)數據進(jìn)行轉發(fā)與交換。數據信息在0BS網(wǎng)中不進(jìn)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)根據從端口通道輸入的數據包目的地址和服務(wù)等級(QoS)，把這些數據包整理到相應的突發(fā)(Burst)緩沖堆中。突發(fā)包的組裝一般需要考慮兩個(gè)參數，一個(gè)是組裝時(shí)間，另一個(gè)是突發(fā)包的最大長(cháng)度。此外，還要考慮突發(fā)包的長(cháng)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(shí)間(FAT) 在該算法中，突發(fā)包按照固定的組裝時(shí)間進(jìn)行組裝。當網(wǎng)絡(luò )流量比較大時(shí)，采用這種算法的突發(fā)包會(huì )很大。 (2)固定組裝長(cháng)度(FAZ) 按照固定的突發(fā)包長(cháng)度進(jìn)行組裝，對未達到長(cháng)度的突發(fā)包需要填充一些字節，以達到固定的組裝長(cháng)度。當網(wǎng)絡(luò )流量比較小時(shí)，采用這種算法的組裝時(shí)間會(huì )很長(cháng)，會(huì )增加網(wǎng)絡(luò )的時(shí)延，降低網(wǎng)絡(luò )的性能。 (3)自適應組裝長(cháng)度(AAZ) 上述以時(shí)間和最大包長(cháng)控制的突發(fā)組裝算法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現，但它們沒(méi)有針對IP業(yè)務(wù)的突發(fā)流量特性進(jìn)行相應的優(yōu)化設置。當網(wǎng)絡(luò )負荷低時(shí)，組裝算法的包長(cháng)大小與高負荷網(wǎng)絡(luò )相比有很大的變化，這會(huì )帶來(lái)額外的網(wǎng)絡(luò )時(shí)延，同時(shí)造成突發(fā)數據包的傳輸效率較低。此外，多個(gè)邊緣節點(diǎn)路由器在基于時(shí)間計數的組裝算法機制下極易形成突發(fā)發(fā)射同步，引發(fā)持續的資源競爭問(wèn)題。 針對這些問(wèn)題，出現了一種可以根據業(yè)務(wù)流量狀況進(jìn)行自適應調整并且利于破壞各邊緣節點(diǎn)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上再引入一個(gè)突發(fā)包長(cháng)門(mén)限和流量計數，根據流量的統計結果動(dòng)態(tài)調節分組的組裝。這種智能組裝算法有利于抑制在定時(shí)組裝機制下包長(cháng)變化過(guò)大的不利因素，同時(shí)擾亂了不同流量特征的各節點(diǎn)產(chǎn)生突發(fā)時(shí)間的同步性，有助于解決OBS網(wǎng)絡(luò )中的資源競爭問(wèn)題。 3.2信令協(xié)議 OBS信令協(xié)議的本質(zhì)是根據控制分組的消息為突發(fā)包經(jīng)過(guò)的中間節點(diǎn)預留帶寬資源。根據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(lèi)：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。信源節點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數據之前發(fā)送建立消息，請求建立連接；中間節點(diǎn)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；信源節點(diǎn)在突發(fā)包傳送完后發(fā)送釋放消息，要求釋放連接。 這類(lèi)協(xié)議實(shí)現容易，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。信源節點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數據之前發(fā)送建立消息；中間節點(diǎn)根據建立消息中所包含的信息來(lái)估計建立和釋放的時(shí)間。 這類(lèi)協(xié)議比較復雜，實(shí)現有一定的困難，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。信源節點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數據之前先發(fā)送建立消息，請求建立連接；中間節點(diǎn)在收到建立消息后就建立連接，以接收即將到達的突發(fā)包數據；中間節點(diǎn)根據建立消息中所包含的突發(fā)包數據長(cháng)度決定連接的釋放時(shí)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。信源節點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數據之前先發(fā)送建立消息；中間節點(diǎn)根據建立消息中包含的信息來(lái)決定連接建立的時(shí)間；突發(fā)包數據發(fā)送完畢后，信源節點(diǎn)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(gè)分組同時(shí)到達同一個(gè)輸出端口時(shí)就會(huì )產(chǎn)生競爭。目前解決競爭的方法主要有光緩存、波長(cháng)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 應用FDL緩存器，可以使突發(fā)包延遲到競爭結束后。與電域中的緩存器相比，FDL緩存器只能提供固定的延遲，而且數據離開(kāi)FDL緩存器的順序是按照它們進(jìn)入延遲線(xiàn)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(gè)主要問(wèn)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(huì )引入噪聲，后者成本太高?？偟膩?lái)說(shuō)，引入FDL將大大增加光交換的成本。 (2)波長(cháng)變換 采用波長(cháng)變換器，在發(fā)生競爭時(shí)可以將突發(fā)包在與指定輸出線(xiàn)不同的波長(cháng)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 )，但需要快速可調諧變換器。最近研究結果表明，在分組交換光網(wǎng)絡(luò )中波長(cháng)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，特別是應用于多波長(cháng)DWDM系統，因此快速可調波長(cháng)變換器是目前研究的熱點(diǎn)。
