1、光光 突突 发发 交交 换换 OBS(Optical Burst Switching)3.6 光突发交换（光突发交换（OBS）技术）技术 目前比较成熟的光路交换目前比较成熟的光路交换(OCS)虽然相对简单、易于实现，虽然相对简单、易于实现，但建立和拆除一条通道需要一定的时间，且该时间与其连接但建立和拆除一条通道需要一定的时间，且该时间与其连接的保持时间无关。因此在不断增长且变化无常的因特网流量的保持时间无关。因此在不断增长且变化无常的因特网流量中，中，OCS 自然难服水土；而光分组交换自然难服水土；而光分组交换(OPS)的光逻辑处的光逻辑处理技术不成熟，没有可用的光随机存储器也阻碍了它的商用理
2、技术不成熟，没有可用的光随机存储器也阻碍了它的商用进程。针对目前进程。针对目前OCS 和和OPS 存在的一些问题，人们提出了存在的一些问题，人们提出了一种新的光交换技术一种新的光交换技术光突发交换光突发交换(OBS)技术，它兼有技术，它兼有OCS 和和OPS 的优点，又避免了二者的不足，得到国内外学的优点，又避免了二者的不足，得到国内外学者们的广泛研究。者们的广泛研究。 从长远来看，从长远来看，OPS(Optical Packet Switching)是光交换的发展方向，但是光交换的发展方向，但OPS存在着存在着两个近期内难以克服的障碍：两个近期内难以克服的障碍：1. 光缓存器技术还不成熟，目
3、前实验系统中采用的光缓存器技术还不成熟，目前实验系统中采用的光纤延迟线光纤延迟线(FDL，Fiber Delay Line)往往比较笨重、往往比较笨重、不灵活，存储深度有限；不灵活，存储深度有限；2. 在在OPS的节点处，多个输入分组的精确同步难以的节点处，多个输入分组的精确同步难以实现。实现。由于在一些关键性的光器件由于在一些关键性的光器件（高速光开关、（高速光开关、光缓存器、光逻辑器件等）取得重大突破之前，光光缓存器、光逻辑器件等）取得重大突破之前，光分组交换技术尚难以从实验室走向实用。分组交换技术尚难以从实验室走向实用。因此，在因此，在短时期内光分组交换的商业应用前景还不被看好。短时期内
4、光分组交换的商业应用前景还不被看好。 在这种情况下，在这种情况下，Chunming QiaoChunming Qiao和和J s TurnorJ s Turnor等等人提出了新的光交换技术人提出了新的光交换技术-OBS(Optical Burst SwitchingOBS(Optical Burst Switching，光突发交换，光突发交换) )，作为电路交换向分组交换的过渡技术。作为电路交换向分组交换的过渡技术。0BS0BS使用使用的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电的带宽粒度介于电路交换和分组交换之间，比电路交换灵活、带宽利用率高，比光分组交换更贴路交换灵活、带宽利用率高，比光分组
5、交换更贴近实用。可以说，它结合了两者的优点且克服了近实用。可以说，它结合了两者的优点且克服了两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而两者的部分缺点，是两者之间的平衡选择，因而逐渐引起了众多专家、学者的重视。被认为很有逐渐引起了众多专家、学者的重视。被认为很有可能在未来光互联网中扮演关键角色。可能在未来光互联网中扮演关键角色。3.6.1 光突发交换的概念光突发交换的概念 突发交换在突发交换在20世纪世纪80年代初就已提出，在当时的年代初就已提出，在当时的电子突发交换网中，突发交换基本上是一种快速电子突发交换网中，突发交换基本上是一种快速分组交换技术的推广，在这种网络中包长可变且分组交换技术的推
6、广，在这种网络中包长可变且可为任意长度，并采用分散式共享缓存交换结构。可为任意长度，并采用分散式共享缓存交换结构。 1、基本原理、基本原理 光突发交换技术光突发交换技术OBS，采用单向资源预留机制，采用单向资源预留机制，以光突发作为交换网中的基本交换单位，突发是以光突发作为交换网中的基本交换单位，突发是多个分组的集合，它包括突发数据分组（多个分组的集合，它包括突发数据分组（BDP：Burst Data Packet）和突发控制分组（）和突发控制分组（BCP: Burst Control Packet）两部分。）两部分。 OBS的BCP与BDP信道 BCP和和BDP在物理信道上是分离的，每个在物
7、理信道上是分离的，每个BCP对对应一个应一个BDP。BCP长度较之于长度较之于BDP要短得多，在要短得多，在节点内节点内BCP经过经过O/E/O的变换和电处理，而的变换和电处理，而BDP从源节点到目的节点始终在光域内传输。从源节点到目的节点始终在光域内传输。OBS节节点有两种：核心节点与边缘节点。核心路由器的点有两种：核心节点与边缘节点。核心路由器的任务是完成突发数据的转发与交换；边缘路由器任务是完成突发数据的转发与交换；边缘路由器负责重组数据，将接入网中的用户分组数据封装负责重组数据，将接入网中的用户分组数据封装成突发数据，或进行反向的拆封工作。成突发数据，或进行反向的拆封工作。光突发交换原
8、理图光突发交换原理图在在OBS中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）分组，然后在另一中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）分组，然后在另一个不同的波长上发送突发数据。个不同的波长上发送突发数据。光突发交换原理光突发交换原理 在在OBS中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）中，首先在控制波长上发送控制（连接建立）分组，然后在另一个不同的波长上发送突发数据。分组，然后在另一个不同的波长上发送突发数据。这种将控制分组数据信道与控制信道隔离的方法简这种将控制分组数据信道与控制信道隔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，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
9、实现更容易。因此使高速处理实现更容易。 突发数据从源节点到目的节点始终在光域内传输，突发数据从源节点到目的节点始终在光域内传输，而控制分组在每个节点都需要进行光电光的变而控制分组在每个节点都需要进行光电光的变换以及电处理。控制信道（波长）与突发数据信道换以及电处理。控制信道（波长）与突发数据信道（波长）的速率可以相同，也可以不同。（波长）的速率可以相同，也可以不同。 OBS优点控制分组长度非常短，因此使高速处理得以实现。控制分组长度非常短，因此使高速处理得以实现。突发交换与分组交换和电路交换技术相比较，有以下突发交换与分组交换和电路交换技术相比较，有以下优点：优点： （1）粒度适中）粒度适中：
10、OBS的粒度介于的粒度介于OCS和和OPS之间，之间，它比它比OCS粒度细，比粒度细，比OPS粒度粗。由于基于波长通道粒度粗。由于基于波长通道的线路交换颗粒度较大，不利于保证不同业务不同的的线路交换颗粒度较大，不利于保证不同业务不同的QoS，而光分组交换颗粒度较小，但要求光开关的时，而光分组交换颗粒度较小，但要求光开关的时间达到纳秒级，甚至更短，技术上难以实现。间达到纳秒级，甚至更短，技术上难以实现。OBS可可以看做光电路交换和光分组交换之问的一个折中，它以看做光电路交换和光分组交换之问的一个折中，它将粒度较小的将粒度较小的IP包组装成为一个大的突发组后再送到包组装成为一个大的突发组后再送到网
11、络中传送，它的交换粒度（即突发长度）通常为毫网络中传送，它的交换粒度（即突发长度）通常为毫秒量级，实现交换对光开关的要求易于满足。秒量级，实现交换对光开关的要求易于满足。 （2）BCP与与BDP在信道上分离在信道上分离：OBS的的BCP与与BDP分离传送与处理，降低了中间交换节点的复杂度及对分离传送与处理，降低了中间交换节点的复杂度及对光器件的要求，且便于光器件的要求，且便于OBS的实用；的实用； （3）对光器件的要求降低）对光器件的要求降低 OBS之所以比OPS更易于实现，不仅在于其交换的颗粒度更大，而且在于光突发交换网对于分组同步的要求大大降低，在交换节点上并非一定要使用光缓存，免去了分组
12、交换中逐一处理分组头的麻烦，因此大大降低了对光开关和光缓存等光器件的要求，技术上易于实现。 （4）单向预留）单向预留：BDP的发送不需要等待应答信号，这 与光路交换相比大大减少等待时延； （5）透明传输）透明传输：BCP（通过配置、交换）为BDP在每个中间节点建立全光路径，即BDP是完全透明的，不经过任何光电电光转换，避免了电子瓶颈； （6）统计复用）统计复用：BDP从不同源节点到不同目的节点的传输采用统计复用方式，从而有效利用链路相同波长的带宽，具有较高的带宽利用率。3.6.2 光突发交换分组格式光突发交换分组格式 协议版本分组类型源节点目的节点序列号波长IDCoS偏置时间突发大小当前跳数T
13、TLCRC帧间隔同步/帧开始BCP帧间隔“分组类型”说明在BCP信道中传输的是 BCP分组还是路由消息分组或网管消息分组；“源节点”和“目的节点”分别说明 OBS节点的源、目的地址；“序列号”表示源一目的节点对发送BDP的计数，该计数被OBS目的节点用于分析端到端的流量统计及性能等；波长“ ID”指示BCP对应的BDP所用的波长号；“ CoS(Class of Service)”为服务类别，表示BDP的优先级；“偏置时间”指 BCP第一个比特与BDP的第一个比特之间的时间差。一般基本偏置时间额外偏置时间，它为BDP信道中每比特传输时间的整数倍；“突发大小”指突发分组持续时间，它与的单位一致；当
14、前跳数和TTL（Time to Live）分别表示 BCP 已经跳过几次和剩余跳数，且前者作为资源预留的一个权值；“ CRC”（Cyclic Redundancy Check）表示 BCP的循环冗余检验，当 CRC出错时，丢弃相应的分组，以减少来自BCP比特误码的更大差错。 统一编码的统一编码的BDP帧格式帧格式 帧间隔同步突发头 净荷分组1净荷分组2净荷分组n突发尾帧间隔单独编码的单独编码的BDP格式格式 帧间隔同步帧头净荷分组帧尾突发间隔分组1分组2。分组n突发间隔3.6.3 光突发交换的关键技术光突发交换的关键技术 1 . OBS 的资源预约协议的资源预约协议 光突发交换的技术难点是寻找
15、合适的带宽接入控制协议，即控制分组与光突发交换的技术难点是寻找合适的带宽接入控制协议，即控制分组与突发数据流之间的协调问题，也就是带宽释放何时被触发（即拆除连接突发数据流之间的协调问题，也就是带宽释放何时被触发（即拆除连接的时机）的问题。的时机）的问题。 OBSOBS与光分组信元交换技术的主要不同是与光分组信元交换技术的主要不同是OBSOBS中交换的突发分组的中交换的突发分组的长度从一个到几个分组或到一个短的会话，而都只使用一个控制分组，长度从一个到几个分组或到一个短的会话，而都只使用一个控制分组，这样，每个数据单元具有较低的控制开销。此外，这样，每个数据单元具有较低的控制开销。此外，OBSO
16、BS使用带外信令，使用带外信令，更重要的是控制分组和突发数据的关系要比在分组信元交换中要松散更重要的是控制分组和突发数据的关系要比在分组信元交换中要松散一些。实际上，在源端和后面的中间节点因引人一些。实际上，在源端和后面的中间节点因引人“恰量时间恰量时间，JETJET协协议中的偏置时间而把控制分组和突发数据分开。在源端设定偏置时间大议中的偏置时间而把控制分组和突发数据分开。在源端设定偏置时间大于控制分组沿光通道的总的处理时间，这样、在中间的节点就不需要对于控制分组沿光通道的总的处理时间，这样、在中间的节点就不需要对突发数据进行缓存，而是正好等待控制分组得到处理。另外，突发数据进行缓存，而是正好
17、等待控制分组得到处理。另外，OBSOBS在源在源端也可以选择不使用偏置时间，但是要求突发数据在中间节点经历一个端也可以选择不使用偏置时间，但是要求突发数据在中间节点经历一个固定的时延，该时延不能小于在中间节点处理控制分组的最佳时间。这固定的时延，该时延不能小于在中间节点处理控制分组的最佳时间。这样的样的OBSOBS协议可称为是基于协议可称为是基于Tell-And-Go(TAG)Tell-And-Go(TAG)的。的。在在OBS网络中，网络中，资源预约可以是单向也可以是双向的资源预约可以是单向也可以是双向的。1.1.最简单的最简单的单向协议单向协议是是Tell-And-Go(TAG)方案方案，这
18、时，突发紧跟在请，这时，突发紧跟在请求包后面送出，而不等待应答信号，如果在途经的节点遭遇竞争，该求包后面送出，而不等待应答信号，如果在途经的节点遭遇竞争，该突发将被丢弃。突发将被丢弃。2.2.双向预约协议双向预约协议可以称为可以称为Tell-And-Wait（TAW），在此协议下，当），在此协议下，当一个源节点想发送一个突发，它首先发送一个请求，途经所需经过的一个源节点想发送一个突发，它首先发送一个请求，途经所需经过的各个节点，只有当所有的节点都能满足这个请求时，源节点才能得到各个节点，只有当所有的节点都能满足这个请求时，源节点才能得到成功的应答信号；否则，该突发被拒绝接入，源节点只有在以后再
19、发成功的应答信号；否则，该突发被拒绝接入，源节点只有在以后再发送请求。送请求。3.3.介于这二者之间的是介于这二者之间的是Chunming Qiao提出的提出的Just-Enough-Time(JET)协议协议，即在控制包和突发之间保留足够的时间，使得中间节点能够在，即在控制包和突发之间保留足够的时间，使得中间节点能够在突发抵达该节点前及时处理。对突发抵达该节点前及时处理。对JET协议稍加改进，使不同业务的优协议稍加改进，使不同业务的优先级与控制包与突发之间的偏置时延量（先级与控制包与突发之间的偏置时延量（offset time）联系起来，对）联系起来，对于高优先级业务，设置的偏置时延量较大，
20、因为时延量越大，该突发于高优先级业务，设置的偏置时延量较大，因为时延量越大，该突发就越有可能成功地预约所需的资源，从而丢包率也较低。就越有可能成功地预约所需的资源，从而丢包率也较低。 JET (Just Enough Time)协议协议 在光突发交换方式下，因为没有光域存储器，在光突发交换方式下，因为没有光域存储器，所以系统应有偏置时间。为了减少网络端到端的等所以系统应有偏置时间。为了减少网络端到端的等待时延，应该设置较小的偏置时间；然而，过小的待时延，应该设置较小的偏置时间；然而，过小的偏置时间不易解决多点通信中的信道竞争使用问题，偏置时间不易解决多点通信中的信道竞争使用问题，从而会造成数据
21、丢失或阻塞。所以偏置时间不宜太从而会造成数据丢失或阻塞。所以偏置时间不宜太大，也不能太小。大，也不能太小。 JET协议就是为了实现这个目协议就是为了实现这个目的而开发的。的而开发的。在执行在执行JET协议时，源端节点在发送突发分组之前，首先在信令信道上协议时，源端节点在发送突发分组之前，首先在信令信道上（即是专用波长）向宿端节点发送一个控制分组，该控制分组在后面的每（即是专用波长）向宿端节点发送一个控制分组，该控制分组在后面的每个节点上进行处理，为将要发送的突发分组建立一条全光的数据通道。根个节点上进行处理，为将要发送的突发分组建立一条全光的数据通道。根据控制分组中携带的信息，每个节点选择出口
22、链路上适合的波长，预留一据控制分组中携带的信息，每个节点选择出口链路上适合的波长，预留一定的带宽，并进行光的交换，同时源端的突发分组在电域上等待一个偏置定的带宽，并进行光的交换，同时源端的突发分组在电域上等待一个偏置时间时间T后，突发分组将在选择的波长上以光信号传送。后，突发分组将在选择的波长上以光信号传送。 是每一个节点处平均的开销处理时间是每一个节点处平均的开销处理时间 2 、OBS的突发封装的突发封装 突发封装是OBS网络的重要技术之一 目前常用的组装算法主要有固定组装时间FAT、固定组装长度FAS、最大突发长度最大组装时间MSMAT 、自适应组装长度AAS。3、 QoS支持 QoS 支
23、持也是OBS 网络的一个重要课题，也是下一代Internet的重要特征，多种QoS 需求的应用，都促使着互联网支持QoS 。 为了在OBS 网络中支持QoS，已经提出了几种方案。其中一种就是JET 协议中通过调节偏置时延来确定优先级。 两种方案是与突发封装联系在一起的：第一种方法是将OBS突发的优先级与IP包的优先级对应封装，并在OBS 交换节点中当有竞争发生时对高优先级的突发予以优先通过；第二种方案是所谓的混合封装方法，在一个突发中可以封装多个不同优先级的IP 包，但是次序是高优先级的包在前，低优先级的包在后，当有竞争发生时，突发的尾部可以被丢弃，而高优先级的突发头部则被保留。4、冲突处理、
24、冲突处理 两个或多个BDP 要求从某节点同一端口、同一波长、同时发送时出现了竞争。 常见解决竞争的技术有：光缓存（FAL配置）、偏转路由、波长转换和突发数据分割等。 5 、波长分配波长分配 在OBS中，波长及带宽的资源是制约网络性能的一个重要问题。在OBS交换层的中间节点，通常为某个BDP预留资源（分配带宽） 若该预留失败，这个BDP就被丢失或通过偏折路主到其他节点，因此带宽分配是否合适直接影响网络的性能和效率。6 、偏置时间的选择、偏置时间的选择 由于控制分组和数据分组通过控制分组中含有的可配置的偏置时间相联系，其大小设置与突发的统计概率有关，而因特网中的业务量特性又明显地具有突发性的特点，
25、统计概率更难预测，因而需要考虑可能出现的因存在输出分组竞争而引起的突发丢失概率问题，其中作为偏置缓冲的光纤延迟线需要合理设置，偏置量过小，则缓冲容量不足，容易造成突发丢失；偏置量过大，会造成光信道资源的浪费；所以它使用折中偏置量。 3.6.4 OBS的体系结构的体系结构 OBS体系结构包含3层：核心光突发交换层（核心光层）、光突发聚集层（边缘分配光层）、接人层。核心光层由全光核心路由器（CR：Centre Router）构成，完成光分组数据的传送、路由和OBS网络管理，核心网络的核心OBS节点对突发数据无需任何处理，进行透明交换。边缘分配光层由光电的边缘路由器（ER: Edge Router
26、）构成，负责来自或发送接人层业务数据的分发服务，它们之间由WDM链路相连；在边缘节点收集来自接入网的流量，并会聚成较大的数据单元（即突发包）。通过控制信令预留资源，并配置交换矩阵。控制分组与突发数据完全分离，通过不同波长传输。 OBS网核心路由器的结构网核心路由器的结构 OBS网络的入口边缘路由器功能结构 OBS既综合了OCS和OPS的优点，又避免了它们的缺点，是一种很有前途的光交换技术 3.6.5 OBS与与OCS和和OPS技术的比较技术的比较3.7 M P LS技术技术 多协议标签交换（MPLS）是集合IP路由器与ATM交换机的优点产生的技术，具体来说，它同时提供了第三层的路主控制和第二层
27、的交换转发能力，为解决IP网络发展中的诸多问题提供了有效的解决方案。 MPLS涉及到的关键技术涉及到的关键技术 标签分发 流的合并 组播 显式路由 资源预留 环回检测与防止 控制驱动和数据驱动光标记交换的技术原理 光标记交换技术是IP寻址、控制技术与光交叉连接、波长交换等技术的结合，是通过提取、更换光包头标记、来实现用户光信息的路由选择或交换。即在IP数据包上再加入光标记包头构成光包，通过标准信令和标记分配协议转发和控制光包，通过各种路由协议建立和保持路由表；当光包到达节点时，通过识别、分析其包头标记信息，查询路由表，确定其交换路由、并通过交换路由器将光包传送到需要到达的输出端口。 光标记交换
28、的网络结构光标记交换的网络结构 3.7.2 多协议波长交换（多协议波长交换（MPS）技术）技术 MPS把MPLS标签交换的基本概念应用到了光域，采用光波长作为交换的标签，将第三层路由转发与第一层（光层）的光交换进行了无缝融合，利用波长来寻找路由，并标识所建立的光通路，为上层业务提供快速的波长交换通道。 MPS的关键技术 光标签的定义与分配算法 源发现与通道选择 通道管理与流量工程 故障探测、定位与自愈思考与练习题思考与练习题 1、什么是光交换技术？目前常用的光交换技术有哪些？ 2、名词解释：空分光交换、时分光交换、波分光交换。 3、简要说明光突发交换系统的体系结构。 4、画图说明OPS中光分组的格式。 5、简要说明OPS的关键技术及几种主要的节点结构。 6、简述光突发交换的工作原理及分组格式。 7、试比较OCS、OBS和OPS三种光交换技术。 8、典型的OBS网资源预约方式主要有哪些？
