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)是數據分組和控制分組獨立傳送，在時(shí)間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預留機制，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)是針對目前光信號處理技術(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)的數據分組技術(shù)?？刂品纸M技術(shù)中的控制信息要通過(guò)路由器的電子處理，而數據分組技術(shù)不需光電/電光轉換和電子路由器的轉發(fā)，直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸?？刂品纸M在WDM傳輸鏈路中的某一特定信道中傳送，每一個(gè)突發(fā)的數據分組對應于一個(gè)控制分組，并且控制無(wú)組先于數據分組傳送，通過(guò)“數據報”或“虛電路”路由模式指定路由器分配空閑信道，實(shí)現數據信道的帶寬資源動(dòng)態(tài)分配。數據信道與控制信道的隔離簡(jiǎn)化了突發(fā)數據交換的處理，且控制分組長(cháng)度非常短，因此使高速處理得以實(shí)現。同時(shí)由于控制分組和數據分組是通過(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)程中可以根據鏈路的實(shí)際狀況用電子處理對控制信元作調整，因此控制分組和信號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點(diǎn)地址和相同QoS要求的數據分組組成的超長(cháng)數據分組，這些數據分組可以來(lái)自于傳統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, 作用相當于分組交換中的分組頭)與突發(fā)數據BP(凈載荷)兩部分組成。突發(fā)數據和控制分組在物理信道上是分離的，每個(gè)控制分組對應于一個(gè)突發(fā)數據，這也是光突發(fā)交換的核心設計思想。例如，在WDM系統中，控制分組占用一個(gè)或幾個(gè)波長(cháng)，突發(fā)數據則占用所有其它波長(cháng)。
        將控制分組和突發(fā)數據分離的意義在于控制分組可以先于突發(fā)數據傳輸，以彌補控制分組在交換節點(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)數據在交換節點(diǎn)進(jìn)行全光交換透明傳輸，從而降低對光緩存器的需求，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小于突發(fā)包大小，需要O/E/O變換和電處理的數據大為減小，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，在團隊出發(fā)前，一個(gè)工作人員攜帶團員們的有關(guān)資料，提前一天到達邊境辦理出入境手續及預定車(chē)票等，旅行團隨后才出發(fā)，節約了游客們的時(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 )主要由光的核心節點(diǎn)和電的邊緣節點(diǎn)組成。邊緣節點(diǎn)主要負責IP分組的接入、分類(lèi)、組裝和調度，及反向突發(fā)數據的接收與拆幀。入口邊緣節點(diǎn)處數據通過(guò)線(xiàn)卡輸入，根據IP包的目的地址分類(lèi)后進(jìn)行組裝，形成突發(fā)數據，并提取相應分組頭產(chǎn)生控制分組，而突發(fā)數據緩存于突發(fā)隊列等待調度。當一個(gè)突發(fā)數據在突發(fā)發(fā)送隊列的隊列頭部時(shí)，計算突發(fā)數據與相應控制分組間的偏移時(shí)間并反饋到控制數據包產(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)數據長(cháng)度和具體的路由等信息。當偏移時(shí)間到期時(shí)，發(fā)出該突發(fā)數據。出口邊緣節點(diǎn)只是簡(jiǎn)單地將突發(fā)數據拆開(kāi)，并將其中的IP數據抽出。

核心節點(diǎn)的功能是控制分組查找、交換、突發(fā)數據監測(如阻塞概率、延遲等)，其結構如圖2。假定每根光纖支持的波長(cháng)數為K+1(一個(gè)波長(cháng)用于傳輸控制分組BCP，另外K個(gè)波長(cháng)用于傳輸突發(fā)數據)。用于傳輸BCP的波長(cháng)在核心節點(diǎn)需要先進(jìn)行O/E變換，然后進(jìn)行電的路由表查找、對光的交換矩陣進(jìn)行控制，最后更新BCP相應數據再進(jìn)行E/O變換。其余的K個(gè)波長(cháng)傳輸突發(fā)數據，在核心節點(diǎn)處不需要O/E/O變換，整個(gè)交換傳輸在光域內完成，保證了數據的透明性。圖中光交換矩陣前的光纖延遲線(xiàn)用于緩存突發(fā)數據(只能緩存有限長(cháng)時(shí)間)，等待控制分組的處理，通過(guò)設置恰當的偏移時(shí)間offset time，可以使突發(fā)數據不需要在中間節點(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)還可以用于解決競爭問(wèn)題，減少沖突，實(shí)現WDM層的QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證。當突發(fā)數據進(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的輸出波長(cháng)。

圖1 OBS控制分組結構圖

圖2 OBS節點(diǎn)結構模型圖

OBS結合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)勢，同時(shí)避免了它們的缺點(diǎn)。通過(guò)控制與數據在時(shí)間和空間上的分離，控制分組提前發(fā)送，并在中間節點(diǎn)經(jīng)過(guò)電信息處理，從而為數據分組預留相應的資源。而數據分組隨控制分組之后傳送，在中間節點(diǎn)通過(guò)預留好的資源直通，無(wú)需光/電/光處理。

同時(shí)它具有延時(shí)小(單向預留)，帶寬利用率(統計復用)，效率高，交換靈活、數據透明、交換容量大(電控光交換)等特點(diǎn)，可以達到Tb/s級的交換容量，甚至Pb/s量級。因此，OBS網(wǎng)絡(luò )主要應用于不斷發(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)，如數據文件傳輸、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、視頻點(diǎn)播、視頻會(huì )議等業(yè)務(wù)。