光突發(fā)交換技術(OBS)

光突發(fā)交換技術(OBS)(optical burst switching)

光突發(fā)交換（obs）技術，它的特點是數(shù)據(jù)分組和控制分組獨立傳送，在時間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預留機制，以光突發(fā)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，并能夠很好的支持突發(fā)性的分組業(yè)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互聯(lián)網(wǎng)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(yè)務的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分組技術不需光電/電光轉換和電子路由器的轉發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸?？刂品纸M在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個突發(fā)的數(shù)據(jù)分組對應于一個控制分組，并且控制無組先于數(shù)據(jù)分組傳送，通過“數(shù)據(jù)報”或“虛電路”路由模式指定路由器分配空閑信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源動態(tài)分配。數(shù)據(jù)信道與控制信道的隔離簡化了突發(fā)數(shù)據(jù)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(xiàn)。同時由于控制分組和數(shù)據(jù)分組是通過控制分組中含有的可“重置”的時延信息相聯(lián)系的，傳輸過程中可以根據(jù)鏈路的實際狀況用電子處理對控制信元作調(diào)整，因此控制分組和信號分組都不需要光同步。
        光突發(fā)交換中的“突發(fā)”可以看成是由一些較小的具有相同出口邊緣節(jié)點地址和相同QoS要求的數(shù)據(jù)分組組成的超長數(shù)據(jù)分組，這些數(shù)據(jù)分組可以來自于傳統(tǒng)IP網(wǎng)中的IP包。突發(fā)是光突發(fā)交換網(wǎng)中的基本交換單元，它由控制分組(BCP, Burst Control Packet, 作用相當于分組交換中的分組頭)與突發(fā)數(shù)據(jù)BP(凈載荷)兩部分組成。突發(fā)數(shù)據(jù)和控制分組在物理信道上是分離的，每個控制分組對應于一個突發(fā)數(shù)據(jù)，這也是光突發(fā)交換的核心設計思想。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)則占用所有其它波長。
        將控制分組和突發(fā)數(shù)據(jù)分離的意義在于控制分組可以先于突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，以彌補控制分組在交換節(jié)點的處理過程中O/E/O變換及電處理造成的時延。隨后發(fā)出的突發(fā)數(shù)據(jù)在交換節(jié)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。并且，由于控制分組大小遠小于突發(fā)包大小，需要O/E/O變換和電處理的數(shù)據(jù)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(fā)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(xù)及預定車票等，旅行團隨后才出發(fā)，節(jié)約了游客們的時間也簡化了程序。
        
由于光網(wǎng)絡在光纖到戶上的瓶頸問題，目前主要用于主干網(wǎng)和城域網(wǎng)，用戶端仍是傳統(tǒng)的電IP網(wǎng)絡。光突發(fā)交換網(wǎng)絡主要由光的核心節(jié)點和電的邊緣節(jié)點組成。邊緣節(jié)點主要負責IP分組的接入、分類、組裝和調(diào)度，及反向突發(fā)數(shù)據(jù)的接收與拆幀。入口邊緣節(jié)點處數(shù)據(jù)通過線卡輸入，根據(jù)IP包的目的地址分類后進行組裝，形成突發(fā)數(shù)據(jù)，并提取相應分組頭產(chǎn)生控制分組，而突發(fā)數(shù)據(jù)緩存于突發(fā)隊列等待調(diào)度。當一個突發(fā)數(shù)據(jù)在突發(fā)發(fā)送隊列的隊列頭部時，計算突發(fā)數(shù)據(jù)與相應控制分組間的偏移時間并反饋到控制數(shù)據(jù)包產(chǎn)生器中，然后發(fā)出這個控制分組，該控制分組包括時間偏移量、突發(fā)數(shù)據(jù)長度和具體的路由等信息。當偏移時間到期時，發(fā)出該突發(fā)數(shù)據(jù)。出口邊緣節(jié)點只是簡單地將突發(fā)數(shù)據(jù)拆開，并將其中的IP數(shù)據(jù)抽出。

核心節(jié)點的功能是控制分組查找、交換、突發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)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(shù)為K+1(一個波長用于傳輸控制分組BCP，另外K個波長用于傳輸突發(fā)數(shù)據(jù))。用于傳輸BCP的波長在核心節(jié)點需要先進行O/E變換，然后進行電的路由表查找、對光的交換矩陣進行控制，最后更新BCP相應數(shù)據(jù)再進行E/O變換。其余的K個波長傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)，在核心節(jié)點處不需要O/E/O變換，整個交換傳輸在光域內(nèi)完成，保證了數(shù)據(jù)的透明性。圖中光交換矩陣前的光纖延遲線用于緩存突發(fā)數(shù)據(jù)(只能緩存有限長時間)，等待控制分組的處理，通過設置恰當?shù)钠茣r間offset time，可以使突發(fā)數(shù)據(jù)不需要在中間節(jié)點緩存，直接通過OBS網(wǎng)絡，進而可以取消光纖延遲線。另外光纖延遲線還可以用于解決競爭問題，減少沖突，實現(xiàn)WDM層的QoS(服務質(zhì)量)保證。當突發(fā)數(shù)據(jù)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(jié)點結構模型圖

OBS結合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)勢，同時避免了它們的缺點。通過控制與數(shù)據(jù)在時間和空間上的分離，控制分組提前發(fā)送，并在中間節(jié)點經(jīng)過電信息處理，從而為數(shù)據(jù)分組預留相應的資源。而數(shù)據(jù)分組隨控制分組之后傳送，在中間節(jié)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(tǒng)計復用)，效率高，交換靈活、數(shù)據(jù)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(wǎng)絡主要應用于不斷發(fā)展的大型城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，它可以支持傳統(tǒng)業(yè)務，如電話、SDH、IP、FDDI和ATM等，也可以支持未來具有較高突發(fā)性和多樣性的業(yè)務，如數(shù)據(jù)文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽、視頻點播、視頻會議等業(yè)務。