光突發(fā)交換技術(shù)(OBS)

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

光突發(fā)交換（obs）技術(shù)，它的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)分組和控制分組獨(dú)立傳送，在時(shí)間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預(yù)留機(jī)制，以光突發(fā)作為最小的交換單元。obs克服了ops的缺點(diǎn)，對(duì)光開(kāi)關(guān)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(wù)，同時(shí)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(rèn)為很有可能在未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)中扮演關(guān)鍵角色 。
        該技術(shù)是針對(duì)目前光信號(hào)處理技術(shù)尚未足夠成熟而提出的，在這種技術(shù)中有兩種光分組技術(shù)：包含路由信息的控制分組技術(shù)和承載業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組技術(shù)。控制分組技術(shù)中的控制信息要通過(guò)路由器的電子處理，而數(shù)據(jù)分組技術(shù)不需光電/電光轉(zhuǎn)換和電子路由器的轉(zhuǎn)發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸。控制分組在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個(gè)突發(fā)的數(shù)據(jù)分組對(duì)應(yīng)于一個(gè)控制分組，并且控制無(wú)組先于數(shù)據(jù)分組傳送，通過(guò)“數(shù)據(jù)報(bào)”或“虛電路”路由模式指定路由器分配空閑信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源動(dòng)態(tài)分配。數(shù)據(jù)信道與控制信道的隔離簡(jiǎn)化了突發(fā)數(shù)據(jù)交換的處理，且控制分組長(zhǎng)度非常短，因此使高速處理得以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于控制分組和數(shù)據(jù)分組是通過(guò)控制分組中含有的可“重置”的時(shí)延信息相聯(lián)系的，傳輸過(guò)程中可以根據(jù)鏈路的實(shí)際狀況用電子處理對(duì)控制信元作調(diào)整，因此控制分組和信號(hào)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(diǎn)地址和相同QoS要求的數(shù)據(jù)分組組成的超長(zhǎng)數(shù)據(jù)分組，這些數(shù)據(jù)分組可以來(lái)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(dāng)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(gè)控制分組對(duì)應(yīng)于一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)，這也是光突發(fā)交換的核心設(shè)計(jì)思想。例如，在WDM系統(tǒng)中，控制分組占用一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)，突發(fā)數(shù)據(jù)則占用所有其它波長(zhǎng)。
        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(bǔ)控制分組在交換節(jié)點(diǎn)的處理過(guò)程中O/E/O變換及電處理造成的時(shí)延。隨后發(fā)出的突發(fā)數(shù)據(jù)在交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全光交換透明傳輸，從而降低對(duì)光緩存器的需求，甚至降為零，避開(kāi)了目前光緩存器技術(shù)不成熟的缺點(diǎn)。并且，由于控制分組大小遠(yuǎn)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(shí)延，大大提高了交換速度。這一過(guò)程就好像一個(gè)出境旅行團(tuán)，在團(tuán)隊(duì)出發(fā)前，一個(gè)工作人員攜帶團(tuán)員們的有關(guān)資料，提前一天到達(dá)邊境辦理出入境手續(xù)及預(yù)定車(chē)票等，旅行團(tuán)隨后才出發(fā)，節(jié)約了游客們的時(shí)間也簡(jiǎn)化了程序。
        
由于光網(wǎng)絡(luò)在光纖到戶(hù)上的瓶頸問(wèn)題，目前主要用于主干網(wǎng)和城域網(wǎng)，用戶(hù)端仍是傳統(tǒng)的電IP網(wǎng)絡(luò)。光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)主要由光的核心節(jié)點(diǎn)和電的邊緣節(jié)點(diǎn)組成。邊緣節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)IP分組的接入、分類(lèi)、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(diǎn)處數(shù)據(jù)通過(guò)線(xiàn)卡輸入，根據(jù)IP包的目的地址分類(lèi)后進(jìn)行組裝，形成突發(fā)數(shù)據(jù)，并提取相應(yīng)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(duì)列等待調(diào)度。當(dāng)一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)在突發(fā)發(fā)送隊(duì)列的隊(duì)列頭部時(shí)，計(jì)算突發(fā)數(shù)據(jù)與相應(yīng)控制分組間的偏移時(shí)間并反饋到控制數(shù)據(jù)包產(chǎn)生器中，然后發(fā)出這個(gè)控制分組，該控制分組包括時(shí)間偏移量、突發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和具體的路由等信息。當(dāng)偏移時(shí)間到期時(shí)，發(fā)出該突發(fā)數(shù)據(jù)。出口邊緣節(jié)點(diǎn)只是簡(jiǎn)單地將突發(fā)數(shù)據(jù)拆開(kāi)，并將其中的IP數(shù)據(jù)抽出。

核心節(jié)點(diǎn)的功能是控制分組查找、交換、突發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)(如阻塞概率、延遲等)，其結(jié)構(gòu)如圖2。假定每根光纖支持的波長(zhǎng)數(shù)為K+1(一個(gè)波長(zhǎng)用于傳輸控制分組BCP，另外K個(gè)波長(zhǎng)用于傳輸突發(fā)數(shù)據(jù))。用于傳輸BCP的波長(zhǎng)在核心節(jié)點(diǎn)需要先進(jìn)行O/E變換，然后進(jìn)行電的路由表查找、對(duì)光的交換矩陣進(jìn)行控制，最后更新BCP相應(yīng)數(shù)據(jù)再進(jìn)行E/O變換。其余的K個(gè)波長(zhǎng)傳輸突發(fā)數(shù)據(jù)，在核心節(jié)點(diǎn)處不需要O/E/O變換，整個(gè)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(xiàn)用于緩存突發(fā)數(shù)據(jù)(只能緩存有限長(zhǎng)時(shí)間)，等待控制分組的處理，通過(guò)設(shè)置恰當(dāng)?shù)钠茣r(shí)間offset time，可以使突發(fā)數(shù)據(jù)不需要在中間節(jié)點(diǎn)緩存，直接通過(guò)OBS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而可以取消光纖延遲線(xiàn)。另外光纖延遲線(xiàn)還可以用于解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，減少?zèng)_突，實(shí)現(xiàn)WDM層的QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證。當(dāng)突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)入光交換矩陣時(shí)，由控制單元控制的光交換矩陣選擇相應(yīng)的輸出波長(zhǎng)。

圖1 OBS控制分組結(jié)構(gòu)圖

圖2 OBS節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型圖

OBS結(jié)合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)避免了它們的缺點(diǎn)。通過(guò)控制與數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上的分離，控制分組提前發(fā)送，并在中間節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)電信息處理，從而為數(shù)據(jù)分組預(yù)留相應(yīng)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(diǎn)通過(guò)預(yù)留好的資源直通，無(wú)需光/電/光處理。

同時(shí)它具有延時(shí)小(單向預(yù)留)，帶寬利用率(統(tǒng)計(jì)復(fù)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(diǎn)，可以達(dá)到Tb/s級(jí)的交換容量，甚至Pb/s量級(jí)。因此，OBS網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)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(wù)，如電話(huà)、SDH、IP、FDDI和ATM等，也可以支持未來(lái)具有較高突發(fā)性和多樣性的業(yè)務(wù)，如數(shù)據(jù)文件傳輸、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議等業(yè)務(wù)。