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1、引言
隨著全球范圍內(nèi)IP業(yè)務(wù)的迅猛增長，對傳送網(wǎng)帶寬和交換系統(tǒng)容量的需求正以前所未有的速度增加。目前，在光層利用DWDM技術(shù)�？梢允挂桓饫w的可利用帶寬達(dá)到10Tbit/s左右，可以滿足較長時(shí)期內(nèi)對傳送網(wǎng)帶寬的要求。然而，采用通常的電路交換技術(shù)(時(shí)分、空分及波長交換)的交換速率遠(yuǎn)低于這個(gè)數(shù)值。這樣，兩者的失配對交換技術(shù)的發(fā)展提出了新的要求。
從長遠(yuǎn)來看，OPS(OpticalPacketSwitching，光分組交換)是光交換的發(fā)展方向，但OPS存在著兩個(gè)近期內(nèi)難以克服的障礙：一是光緩存器技術(shù)還不成熟，目前實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的光纖延遲線(FDL，F(xiàn)iberDelayLine)往往比較笨重、不靈活，存儲(chǔ)深度有限；二是在OPS的節(jié)點(diǎn)處，多個(gè)輸入分組的精確同步難以實(shí)現(xiàn)。因此，在短時(shí)期內(nèi)光分組交換的商業(yè)應(yīng)用前景還不被看好。
在這種情況下，ChunmingQiao和JsTurnor等人提出了新的光交換技術(shù)----OBS(OpticalBurstSwitching，光突發(fā)交換)，作為電路交換向分組交換的過渡技術(shù)。0BS使用的帶寬粒度介于電路交換和分組交換之間，比電路交換靈活、帶寬利用率高，比光分組交換更貼近實(shí)用�？梢哉f，它結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)且克服了兩者的部分缺點(diǎn)，是兩者之間的平衡選擇，因而逐漸引起了眾多專家、學(xué)者的重視。
2、OBS技術(shù)的原理
OBS中的“突發(fā)”是由具有相同出口邊緣路由器地址和相同QoS要求的IP包組成的超長IP包，這些IP包可以來自傳統(tǒng)IP網(wǎng)中不同的電IP路由器。突發(fā)數(shù)據(jù)是光突發(fā)交換網(wǎng)中的基本交換單位。OBS中BCP(BurstControlPacket，控制分組，相當(dāng)于分組交換的分組頭)與突發(fā)數(shù)據(jù)(凈載荷)在物理信道上是分離的，每個(gè)控制分組對應(yīng)一個(gè)突發(fā)數(shù)據(jù)。例如，在WDM系統(tǒng)中，控制分組占用一個(gè)或幾個(gè)波長，突發(fā)數(shù)據(jù)則占用所有其他波長。
在OBS中，突發(fā)數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)始終在光域內(nèi)，而控制信息在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要O/E/O的變換以及電處理�？刂菩诺�(波長)與突發(fā)數(shù)據(jù)信道(波長)的速率可以相同，也可以不同。OBS網(wǎng)由光核心路由器和電邊緣路由器組成，邊緣路由器負(fù)責(zé)將傳統(tǒng)IP網(wǎng)中的數(shù)據(jù)封裝為光突發(fā)數(shù)據(jù)以及反向拆封，核心路由器的任務(wù)是對光突發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)與交換。數(shù)據(jù)信息在0BS網(wǎng)中不進(jìn)行O/E、E/O變換。
3、OBS的關(guān)鍵技術(shù)
3.1組裝算法
邊緣路由器的組裝部分(Assembler)根據(jù)從端口通道輸入的數(shù)據(jù)包目的地址和服務(wù)等級(QoS)，把這些數(shù)據(jù)包整理到相應(yīng)的突發(fā)(Burst)緩沖堆中。突發(fā)包的組裝一般需要考慮兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是組裝時(shí)間，另一個(gè)是突發(fā)包的最大長度。此外，還要考慮突發(fā)包的長度是固定的還是變化的。目前有下列幾種組裝算法。
(1)固定組裝時(shí)間(FAT)
在該算法中，突發(fā)包按照固定的組裝時(shí)間進(jìn)行組裝。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量比較大時(shí)，采用這種算法的突發(fā)包會(huì)很大。
(2)固定組裝長度(FAZ)
按照固定的突發(fā)包長度進(jìn)行組裝，對未達(dá)到長度的突發(fā)包需要填充一些字節(jié)，以達(dá)到固定的組裝長度。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量比較小時(shí)，采用這種算法的組裝時(shí)間會(huì)很長，會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，降低網(wǎng)絡(luò)的性能。
(3)自適應(yīng)組裝長度(AAZ)
上述以時(shí)間和最大包長控制的突發(fā)組裝算法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，但它們沒有針對IP業(yè)務(wù)的突發(fā)流量特性進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)置。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷低時(shí)，組裝算法的包長大小與高負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)相比有很大的變化，這會(huì)帶來額外的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，同時(shí)造成突發(fā)數(shù)據(jù)包的傳輸效率較低。此外，多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)路由器在基于時(shí)間計(jì)數(shù)的組裝算法機(jī)制下極易形成突發(fā)發(fā)射同步，引發(fā)持續(xù)的資源競爭問題。
針對這些問題，出現(xiàn)了一種可以根據(jù)業(yè)務(wù)流量狀況進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整并且利于破壞各邊緣節(jié)點(diǎn)突發(fā)發(fā)射同步性的智能組裝算法。這種智能組裝算法是在前面算法的基礎(chǔ)上再引入一個(gè)突發(fā)包長門限和流量計(jì)數(shù)，根據(jù)流量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)分組的組裝。這種智能組裝算法有利于抑制在定時(shí)組裝機(jī)制下包長變化過大的不利因素，同時(shí)擾亂了不同流量特征的各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生突發(fā)時(shí)間的同步性，有助于解決OBS網(wǎng)絡(luò)中的資源競爭問題。
3.2信令協(xié)議
OBS信令協(xié)議的本質(zhì)是根據(jù)控制分組的消息為突發(fā)包經(jīng)過的中間節(jié)點(diǎn)預(yù)留帶寬資源。根據(jù)連接的建立和釋放是否為顯式，可將OBS的信令協(xié)議分為4類：顯式建立、釋放；估計(jì)建立、釋放；顯式建立、估計(jì)釋放；估計(jì)建立、顯式釋放。
(1)顯式建立、釋放
即連接的建立和釋放都是顯式的。信源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前發(fā)送建立消息，請求建立連接；中間節(jié)點(diǎn)在收到建立消息后就建立連接，以接收即將到達(dá)的突發(fā)包；信源節(jié)點(diǎn)在突發(fā)包傳送完后發(fā)送釋放消息，要求釋放連接。
這類協(xié)議實(shí)現(xiàn)容易，但效率比較低，典型代表是JIT(JustInTime)協(xié)議。
(2)估計(jì)建立、釋放
即連接的建立和釋放都是估計(jì)的。信源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前發(fā)送建立消息；中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)建立消息中所包含的信息來估計(jì)建立和釋放的時(shí)間。
這類協(xié)議比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)有一定的困難，但效率非常高，典型代表是JET(JustEnouthTime)協(xié)議。
(3)顯式建立、估計(jì)釋放
即連接的建立是顯式的，釋放是估計(jì)的。信源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前先發(fā)送建立消息，請求建立連接；中間節(jié)點(diǎn)在收到建立消息后就建立連接，以接收即將到達(dá)的突發(fā)包數(shù)據(jù)；中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)建立消息中所包含的突發(fā)包數(shù)據(jù)長度決定連接的釋放時(shí)間。
(4)估計(jì)建立、顯式釋放
即連接的建立是估計(jì)的，釋放是顯式的。信源節(jié)點(diǎn)在發(fā)送突發(fā)包數(shù)據(jù)之前先發(fā)送建立消息；中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)建立消息中包含的信息來決定連接建立的時(shí)間；突發(fā)包數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，信源節(jié)點(diǎn)發(fā)送釋放消息，請求釋放連接。
3.3沖突處理
在OBS網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)多個(gè)分組同時(shí)到達(dá)同一個(gè)輸出端口時(shí)就會(huì)產(chǎn)生競爭。目前解決競爭的方法主要有光緩存、波長變換、偏射路由、組合式突發(fā)包(OCBS)/突發(fā)包分段(BS)以及其中多種技術(shù)的組合。
(1)FDL配置
應(yīng)用FDL緩存器，可以使突發(fā)包延遲到競爭結(jié)束后。與電域中的緩存器相比，F(xiàn)DL緩存器只能提供固定的延遲，而且數(shù)據(jù)離開FDL緩存器的順序是按照它們進(jìn)入延遲線的順序，這樣就限制了競爭解決的靈活性。另外，光緩存還有一個(gè)主要問題就是功率損耗，為了補(bǔ)償功率損耗，不得不引入光信號放大或光信號再生，前者會(huì)引入噪聲，后者成本太高�？偟膩碚f，引入FDL將大大增加光交換的成本。
(2)波長變換
采用波長變換器，在發(fā)生競爭時(shí)可以將突發(fā)包在與指定輸出線不同的波長上發(fā)送出去。這種解決方案在競爭分組的延遲方面是最佳的，適合電路交換，也適合光分組/突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)，但需要快速可調(diào)諧變換器。最近研究結(jié)果表明，在分組交換光網(wǎng)絡(luò)中波長交換是一種最有潛力的可選方案之一，它能最有效地降低光分組/突發(fā)的丟包率，特別是應(yīng)用于多波長DWDM系統(tǒng)，因此快速可調(diào)波長變換器是目前研究的熱點(diǎn)。
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