光突发交换（OBS）技术分析

密集波分复用(DWDM)技术为通信网络提供了巨大的传输容量，逐步成为主流传输技术。伴随着DWDM技术的成熟和传输容量的快速增长，传统的电子交换系统承受的压力日趋增大，光交换技术的引入日显迫切。

　　与光信号的3种分割复用方式相对应，光交换也分为空分、时分和波分3种，分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。

　　从支持的业务类型来看，光交换又可分为电路交换(波长路由)和分组交换两种方式。早在20世纪90年代初中期，人们就开始研究光子交换技术，ATM光交换、分组光交换成为热门研究课题。人们期望通过光交换突破电子速率的限制，提高交换单元的吞吐量。但这些光交换需要高速光开关来实现，加上光逻辑器件还很不成熟，不能完成复杂的逻辑处理功能，所以只能实施电控光交换，即在电域上识别信头，由电信号来控制光开关的动作。由于电控光交换没有摆脱电子“瓶颈”的限制，从而限制了它的发展和应用。至今，高速光开关和光逻辑器件在技术上依然没有重大的突破。

　　基于波分交换或波长路由的全光网在过去的数年中有了长足的发展，正在逐步得到规模应用。全光网是指为客户层信号提供光域处理的传送网络，包括光域的传送、复用、选路、监视和生存功能等。完成交换功能的主要是光交叉连接器(OXC)和光分插复用器(OADM)。在经过数年的研究、实验后，全光网络现正向智能化的方向发展，自动交换光网络(ASON)就是其向智能化发展的主流方向。

　　严格地讲，波分光交换与波长路由不同。波分交换网络必须具备波长变换器，而波长路由网络是利用波长的不同来实现选路。波长路由网络属于电路交换方式，采用双向资源预留方式设置光通路，中间节点不需要光缓存，可提供有保证的服务。但电路交换是粗粒度的，以波长或波长组为交换的粒度，带宽利用率较低，不能实现统计复用，不适于像IP这样的突发业务。

　　光突发交换(OBS)由QiaoChunming等人提出[1]。其设法综合较大粒度的波长(电路)交换和较细粒度的光分组交换两者的优点，并克服了这两种交换方式的不足，在较低的光子器件要求下，实现了面向IP的突发业务的快速资源分配和高资源利用率，因此能有效地支持上层协议或高层用户的突发业务。

　　1　OBS的网络结构和节点结构

　　在OBS网络中，有两种光分组数据流：包含路由信息的突发控制分组(BCP)和承载业务的突发数据分组(BDP)。控制分组在波分复用(WDM)传输链路上的某一特定信道中传送，在OBS网络中要经过网络节点的电子处理;而数据分组在另一个不同的波长信道上传送，在OBS网络中不需经过光电/电光转换和中间节点的电子转发，保持端到端的透明传输和交换。控制分组先于数据分组在特定DWDM(密集波分复用)信道中传送，预约网络资源。核心交换节点根据控制分组中的信息和网络当前的状况为相应的数据分组预留资源，建立全光通路。数据分组经过一段延迟后，在不需要确认的情况下直接在预先设置的全光通道中透明传输。这种单向预留方案减小了建立通道的延迟等待时间，提高了带宽利用率。

　　这种将数据信道与控制信道分离的方法简化了突发数据交换的处理，且控制分组长度非常短，因此使高速处理得以实现。数据分组和控制分组的隔离、适合的交换颗粒度、较低的控制开销及非时隙交换方式降低了对光子器件的要求和中间交换节点的复杂度。在OBS网络中，中间节点可以不使用缓存，也不存在网络内的时隙同步问题等。

　　给出一种OBS网络结构和节点结构示例。OBS网络可以基于WDM光网络，实现不同链路、不同波长信道间突发数据分组的交换。在OBS网络中数据分组和控制分组在不同的波长信道上、相差一个偏置时间传输。考虑交换节点光开关的动作时间，数据分组前后必须留有保护时间。

　　OBS网络主要由边缘节点、核心节点和DWDM链路构成。入口边缘节点按照数据包的目地地址和服务等级(CoS)等信息，对数据包进行分类、缓存和封装，组合成突发数据分组，并产生控制分组，然后发送给与之最邻近的OBS核心节点。核心节点根据控制分组的路由信息，对到达的突发数据包进行交换。出口边缘节点将BDP拆卸，发送到其他子网或终端用户

　　OBS的主要优点为：具有中等交换粒度。突发分组的长度可以从几个分组到一个短的会话，只使用一个控制分组，从而使每个数据单元具有较低的控制开销。从不同源端到不同宿端的突发分组可以利用统计复用的方式，有效地利用链路上相同波长的带宽，带宽使用效率较高。BHP和BDP的分离，有效降低了中间交换节点的复杂度和对光器件的要求。中间节点可以不需要光缓存，同步要求低。带宽单向预留，等待时延短。

　　2　OBS的MAC层和封装技术

　　为了完成突发数据分组的生成，边缘节点的层次结构中需要有媒体接入控制(MAC)层。图3给出基于WDM的MAC功能及突发数据分组的形成过程。从图3可以看出，在输入边缘节点处的MAC层需要完成以下功能：把输入的分组封装成突发分组，突发分组的长度可以相等，也可以不等。将突发分组送入排队队列，当突发包位于队首时，设置一个合适的偏置时间，并且发送一个包含有路由信息、突发包长度和偏置时间等信息的控制分组。将数据包成帧，经过一个合适的偏置时间后，发送入光层。

　　在出口边缘节点，OBSMAC层的功能只是简单地将突发数据拆装，抽取出IP数据包。OBSMAC层所产生的时延包括突发数据包封装时延、排队时延以及突发数据包与控制包之间的偏置时间。

　　突发封装是OBS网络中一个重要课题，常见的突发封装技术一种基于定时器，另一种基于阈值。在基于定时器的突发封装法中，突发数据以固定间隔产生，被周期性送入光网络中，突发的长度是可变的;在基于阈值的突发封装法中，突发的长度通常是固定的。

　　给出一种突发数据的成帧格式示例。其中PT为载荷类型，PL为载荷长度，NOP为IP数据包数目，偏移指示数据填充首字节的位址和收端同步信息。