什么是光突发交换技术

三种光路交换技术
    目前光网络中的交换技术主要有三种：光路交换OCS（Optical Circuit Switching），光分组交换OPS（Optical Packet Switching），光突发交换OBS（Optical Burst Switching）.
    其中研究得最多最成熟的是光路交换OCS，网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的地端的光路（每一个链路上均需要分配一个专业波长）。交换过程共分三个阶段：①链路建立阶段是双向的带宽申请过程，需要经过请求与应答确认两个处理过程。②链路保持阶段，链路始终被通信双方占用，不允许其他通信方共享该链路。③链路拆除阶段，任意一方首先发出断开信号，另一方收到断开信号后进行确认，资源就被真正释放。
    从长远来看，全光的分组交换OPS是光交换的发展方向。OPS是一种不面向连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由、分配资源。分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点需要缓存净荷，等待带分组目的地的分组头的处理，以确定路由。相比OCS，OPS有着很高的资源利用率，和很强的适应突发数据的能力。但是也存在着两个近期内难以克服的障碍：一是光缓存器技术还不成熟；二是在OPS交换节点处，多个输入分组的精确同步难以实现。因此光分组交换难于在短时间内实现。
    1997年，由Chunming Qiao和J.S Tunnor分别提出的一种新的光交换技术——光突发交换OBS，作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术。OBS结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点，已引起了越来越多人的注意。
突发
    光突发交换中的“突发”可以看成是由一些较小的具有相同出口边缘节点地址和相同QoS要求的数据分组组成的超长数据分组，这些数据分组可以来自于传统IP网中的IP包。突发是光突发交换网中的基本交换单元，它由控制分组（BCP, Burst Control Packet, 作用相当于分组交换中的分组头）与突发数据BP（净载荷）两部分组成。突发数据和控制分组在物理信道上是分离的，每个控制分组对应于一个突发数据，这也是光突发交换的核心设计思想。例如，在WDM系统中，控制分组占用一个或几个波长，突发数据则占用所有其它波长。 
    将控制分组和突发数据分离的意义在于控制分组可以先于突发数据传输，以弥补控制分组在交换节点的处理过程中O/E/O变换及电处理造成的时延。随后发出的突发数据在交换节点进行全光交换透明传输，从而降低对光缓存器的需求，甚至降为零，避开了目前光缓存器技术不成熟的缺点。并且，由于控制分组大小远小于突发包大小，需要O/E/O变换和电处理的数据大为减小，缩短了处理时延，大大提高了交换速度。这一过程就好像一个出境旅行团，在团队出发前，一个工作人员携带团员们的有关资料，提前一天到达边境办理出入境手续及预定车票等，旅行团随后才出发，节约了游客们的时间也简化了程序。
边缘节点和核心节点
    由于光网络在光纤到户上的瓶颈问题，目前主要用于主干网和城域网，用户端仍是传统的电IP网络。光突发交换网络主要由光的核心节点和电的边缘节点组成。边缘节点主要负责IP分组的接入、分类、组装和调度，及反向突发数据的接收与拆帧。入口边缘节点处数据通过线卡输入，根据IP包的目的地址分类后进行组装，形成突发数据，并提取相应分组头产生控制分组，而突发数据缓存于突发队列等待调度。当一个突发数据在突发发送队列的队列头部时，计算突发数据与相应控制分组间的偏移时间并反馈到控制数据包产生器中，然后发出这个控制分组，该控制分组包括时间偏移量、突发数据长度和具体的路由等信息。当偏移时间到期时，发出该突发数据。出口边缘节点只是简单地将突发数据拆开，并将其中的IP数据抽出。
    
         图1 核心节点结构示意图
    核心节点的功能是控制分组查找、交换、突发数据监测（如阻塞概率、延迟等），其结构如图1。假定每根光纤支持的波长数为K＋1（一个波长用于传输控制分组BCP，另外K个波长用于传输突发数据）。用于传输BCP的波长在核心节点需要先进行O/E变换，然后进行电的路由表查找、对光的交换矩阵进行控制，最后更新BCP相应数据再进行E/O变换。其余的K个波长传输突发数据，在核心节点处不需要O/E/O变换，整个交换传输在光域内完成，保证了数据的透明性。图中光交换矩阵前的光纤延迟线用于缓存突发数据（只能缓存有限长时间），等待控制分组的处理，通过设置恰当的偏移时间offset time，可以使突发数据不需要在中间节点缓存，直接通过OBS网络，进而可以取消光纤延迟线。另外光纤延迟线还可以用于解决竞争问题，减少冲突，实现WDM层的QoS（服务质量）保证。当突发数据进入光交换矩阵时，由控制单元控制的光交换矩阵选择相应的输出波长。