網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)和新型光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)解決方案

摘要：隨著用戶帶寬超摩爾定律增長、傳輸鏈路容量的迅猛增加，節(jié)點(diǎn)服務(wù)器系統(tǒng)能力成為制約網(wǎng)絡(luò)容量增長的主要瓶頸。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢不會坐等高性能光子器件的成熟和實(shí)用化，可以預(yù)見未來10～20年內(nèi)光子器件瓶頸將制約著新型光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能力提高。文章將網(wǎng)絡(luò)分成接入、節(jié)點(diǎn)和鏈路3個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)，提出一種全新的光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)——基于服務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，通過一個隱函數(shù)從網(wǎng)絡(luò)代價、能耗和容量等角度定性考察各服務(wù)器系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。由此提出了雙光纖鏈路與IP插空聯(lián)合的光突發(fā)交換解決方案，以緩解光子器件瓶頸的限制。

關(guān)鍵詞：光突發(fā)交換；雙光纖鏈路模型；IP插空；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)

Abstract:Withthedevelopmentofusers’broadband,transmission capacities grow rapidly. The capability of node server has been the bottleneck of network capacity. The node performance is restricted for the absence of optical buffer and optical logic devices. In this paper, a new architecture of optical networks—the server-based optical networks—is proposed. From the point of this new architecture, the network can be modeled as a network server system with three type servers—the access server, the node server, and the link server. The network performances such as cost, energy consume and network capacity can be affected by the capability of these three types of servers. Based on the server-based optical network architecture, the dual fiber link and IP calking for Optical Burst Switching (OBS) are proposed to abate the restriction of optical devices.

Keywords:OBS;dualfiberlinkmodel;IP calking; network server system

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，如IPTV、Web2.0、Youtube、Grid應(yīng)用、P2P等等，導(dǎo)致全球信息量呈級數(shù)增長，通信業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)單一的電話業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向高速IP數(shù)據(jù)和多媒體為代表的寬帶業(yè)務(wù)，對通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬和容量提出了越來越高的要求。光纖的巨大潛在帶寬和波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的成熟應(yīng)用[1-2]，使光纖通信成為支撐通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。雖然現(xiàn)在的WDM技術(shù)已經(jīng)可以很有效的利用光纖25000GHz的巨大帶寬資源，但網(wǎng)絡(luò)中的電子處理設(shè)備卻限制了網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)一步提高。伴隨著密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)的成熟和傳輸容量的快速增長，傳統(tǒng)的電子交換系統(tǒng)承受的壓力日趨增大，光交換技術(shù)的引入日顯迫切。

光交換技術(shù)(O-O-O)是指不經(jīng)過光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。針對通信網(wǎng)絡(luò)中已有的通信模式，人們對光交換提出了3種方案：光路交換[3]、光分組交換[4]、光突發(fā)交換。光路交換雖然相對簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但建立和拆除一條通道需要一定的時間，且該時間與其連接的保持時間無關(guān)。因此在不斷增長且變化無常的網(wǎng)絡(luò)流量中，光路交換自然難以滿足需求；光分組交換由于缺乏高速光邏輯器件、光緩沖存儲器等，因此還處于研究階段。針對光路交換和光分組交換的缺點(diǎn)，ChunmingQiao[5]和J.S.Turner[6]等人提出光突發(fā)交換，引起越來越多的人的注意。作為一種新的光交換技術(shù)，光突發(fā)交換設(shè)法綜合較大粒度的波長(電路)交換和較細(xì)粒度的光分組交換兩者的優(yōu)點(diǎn)，并克服了這兩種交換方式的不足，在較低的光子器件要求下，實(shí)現(xiàn)了面向IP的突發(fā)業(yè)務(wù)的快速資源分配和高資源利用率，因此能有效地支持上層協(xié)議或高層用戶的突發(fā)業(yè)務(wù)。

與光分組交換相比，光突發(fā)交換最顯著的特點(diǎn)就是將控制信息與數(shù)據(jù)凈荷相互分離，分別生成控制分組與數(shù)據(jù)突發(fā)包，對應(yīng)光分組交換中的頭與凈荷。在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中，每個控制分組對應(yīng)一個突發(fā)包，控制分組與對應(yīng)的突發(fā)包之間存在偏置時間間隔，也就是控制分組先于突發(fā)包到達(dá)路由通道上的每個節(jié)點(diǎn)，控制分組在該節(jié)點(diǎn)獲得預(yù)先處理，為對應(yīng)的突發(fā)包到達(dá)完成路由與信令功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，為對應(yīng)突發(fā)包在該節(jié)點(diǎn)成功交換做好一切準(zhǔn)備。突發(fā)包沿著其控制分組為其分配好的路由傳送，不需要任何連接確認(rèn)信息，當(dāng)兩個或多個突發(fā)包預(yù)約占用同一資源時，將產(chǎn)生突發(fā)包的競爭而導(dǎo)致突發(fā)包傳送失敗。在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中，每個突發(fā)包都是由大量的分組組成，因此一個突發(fā)包的丟失，將導(dǎo)致大量的分組丟失。如何解決光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)包的競爭問題尤為重要。當(dāng)前主要的解決方案包括采用波長變換解決波長資源的競爭，采用光纖延遲線解決時域上的競爭以及采用偏射路由來解決空間上的競爭。