（通信与信息系统专业论文）光突发交换网络边缘结点关键技术研究.pdf

摘要 摘要 光突发交换( o b s ，o p t i c a lb l l r s ts w i t c h i n g ) 是一种介于光路交换和光分组交 换之间的光交换技术。它克服了光路交换和光分组交换的缺点，与光路交换相比， o b s 具有更高的带宽利用率，可以更好的支持突发性很强的m 业务；与光分组交 换相比，o b s 降低了对光存储器件和光逻辑器件的要求，能够在现有的技术基础 上实现。因而，o b s 被认为是一种具有广阔发展前景的光交换技术 边缘结点是o b s 网络的重要组成部分，本文重点研究与o b s 网络边缘结点相 关的若干关键技术，主要研究成果如下： ( 1 ) 研究了在输入业务流为p o i s s o n 过程的条件下，当边缘结点分别采用基于 时间和长度门限组装算法时，边缘结点输出数据突发的长度分布、间隔分布和平 均输出速率，证明了在输入m 分组到达为p o i s s o n 过程，分组长度服从负指数分 布的条件下，o b s 网络边缘结点输出的数据突发过程仍可以近似看成一个p o i s o n 过程，但数据突发长度不再服从负指数分布，与所采用的组装算法有密切关系。 在此基础上，进一步研究了在不同组装算法下边缘结点的时延性能。利用得到的 分析结果，从满足核心结点交换系统设计要求和输入业务q o s 要求的角度出发， 提出了一种确定组装时间门限和长度门限下限值的方法。 ( 2 ) 针对现有组装算法在输入业务量较小时组装填充开销较大的性能缺陷， 提出了一种新的数据突发组装算法，称之为b p r a 算法。通过改变数据突发生成 时间，在不增加端到端时延的条件下利用偏置时间来延长数据突发组装时间，从 而可以有效降低空闲比特填充的数目。分析和仿真结果表明b p r a 算法可以明显 降低组装填充开销。 ( 3 ) 研究了在自相似业务输入情况下，o b s 网络边缘结点汇聚机制的三个子 过程：分解、组装和合并过程，对业务流自相似特性的影响。从理论上证明了只 有在以分组( 或数据突发) 为业务量统计单位时，基于时间门限的组装算法可以 减小输出数据突发流的h u r s t 参数。而在其他情况下，汇聚机制的分解和合并过程 不会改变业务流的h u r s t 参数，组装过程在满足组装器队列长度具有有限二阶矩的 条件下，也不会改变业务流的h l l r s t 参数。 ( 4 ) 如何减少和解决网络资源占用冲突是o b s 研究面临的一个关键问题。 本文在传统j e t 资源预留机制的基础上，将边缘结点组装和调度算法与核心结点 的资源预留机制相结合，通道引入“宏突发”和“搭载请求”的概念，提出了一 2 光突发交换网络边缘结点关键技术研究 种基于“宏突发”的持续性资源预留( p r r ) 机制。该机制将资源预留的基本单位 由数据突发变为“宏突发”，在边缘结点通过改变数据突发组装或调度方式形成“宏 突发”，在核心结点根据数据突发在宏突发中的位置利用“搭载请求”为数据突发 预留网络资源。围绕p r r 机制的研究。分别提出两种算法：基于线性预测的突发 组装算法和基于延迟调度的突发调度算法，用于在边缘结点形成“宏突发”；同时 提出一种能够实现“搭载请求”的核心结点波长分配算法，为数据突发预留网络 资源。另外，借助“虚拟服务员”的思想提出了一种分析模型，得到p r r 机制下 数据突发丢失率的表达式。 ( 5 ) 在分析光突发交换网络对t c p 性能影响的基础上，提出了两种分析模型， 分别研究了o b s 网络中t c p 长流和短流的性能。以吞吐量为主要性能指标，分析 了t c p 长流的吞吐量与往返时间r 1 r r 、数据突发丢失率、数据突发中包含的分组 数目以及组装时间的关系。分析和仿真结果表明，在接入链路带宽较大时，数据 突发所包含的分组数存在一个最佳值，使t c p 吞吐量达到最大。在t c p 短流的分 析模型中，以平均发送完成时间为主要性能指标，得到一组递推表达式，分析了 t c p 短流的平均发送完成时间与r t t 、数据突发丢失率以及组装时间的关系，并 通过仿真验证了分析正确性。 关键词：光突发交换数据突发组装算法自相似业务资源预留t c p 协议 a b s t r a c t3 a b s t r a c t o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) i sap r o m i s i n gs o l u t i o nf o rs u p p o r t i n gh i g h - s p e e d b u r s t yd a t at r a f f i co v e rw d mn e t w o r kw h i c hc o m b i n e st h eb e n e f i t so fo p t i c a lc i r c u i t s w i t c h i n ga n do p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g c o m p a r e d 、j v i t l lo 砸c a lc i r c u i ts w i t c h i n g , o b s s u p p o r t sb u r s t yt r a f f i cm o l ee f f i c i e n t l yb ym o p t i n go n e - w a yr e s e r v a t i o np r o t o c 0 1 o n t h eo t h e rh a n d ，o b sc a nb ei m p l e m e n t e de a s i l yo nt h eb a s i so ft h ec u r r e n to p t i c a l t e c h n o l o g i e sc o m p a r e dw i t ho p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g a se d g en o d e sp l a yav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h eo b sn e t w o r k s ，t h i st h e s i s d i s c u s s e ss o m ek e yt e c h n i q u e sr e g a r d i n gt h e m t h em a j o rc o n t r i b u t i o n so ft h i st h e s i s a r ea sf o l l o w s i u n d e rt h ep o i s s o ni n p u tt r a 伍ca s s u m p t i o n , t h ed i s t r i b u t i o no ft h ed a t ab u r s t l e n g t ha n dt h eb u r s ti n t e r - a r r i v a lt i m ea r es t u d i e di nc a s eo ft h a tt h et i m e - b a s e da n d t h r e s h o l d - b a s e db u r s ta s s e m b l ya l g o r i t h ma r eu s e dr e s p e c t i v e l ya te d g en o d e s w e d e m o n s t r a t et h a tw h e nt h ei pp a c k e t sa r r i v i n gt ot h ea s s e m b l e ri sap o i s s o nf l o wa n dt h e p a c k e ts i z ei se x p o n e 娟a l l yd i s t r i b u t e d ，t h ed a t ab u r s tg e n e r a t e dc a nb ea p p r o x i m a t e da s ap o i s s o nf l o wt o o ，b u tt h eb u r s tl e n g t hd i s t r i b u t i o ni sn o te x p o n e n t i a la n di th a sac l o s e r e l a t i o nt ot h ea s s e m b l ya l g o r i t h mu s e d o nt h i sb a s i so f t h a t ，f u y t h e rs t u d yf o rt h ed e l a y p e r f o r m a n c eo ft h ee d g en o d eh a sb e e na l s oc a r r i e do u t u t i l i z i n gt h eo b t a i n e da n a l y s i s r e s u l t s ，w ep r o p o s ead e c i s i o nm e c h a n i s mt od e t e r m i n et h em i n i m u mb o u n d a r yv a l u eo f t h eb u r s ta s s e m b l yp a r a m e t e rf o rs a t i s f y i n gt h es w i t c h i n gs y s t e md e s i g nr e q u i r e m e n t sa t c o r en o d e sa n dt h eq o s r e q u i r e m e n t so f i m p o r tt r a f f i c 2 i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fb u r s tp a d d i n gi no b sn e t w o r k sw i ml i g h t - l o a d w ei n t r o d u c ean o v e lb u r s ta s s e m b l ya l g o r i t h m ，b u r s tp a d d i n gr e d u c t i o na s s e m b l y a l g o r i t h m ( b p r a ) ，t om i n i m i z et h ep a d d i n go v e r h e a dw h i l em a i n t a i n i n gt h ee n d - t o - e n d d e l a yr e q u i r e m e n to fi pp a c k e t s t h ea l g o f i t h i nd e t e r m i n e st h eb u r s tg e n e r a t i n gt i m e a c c o r d i n gt ot h eb u r s tl e n g t ha n du s e st h eo 疗j e t - t i m et op r o l o n gt h ea s s e m b l yt i m e w e a l s ou t i l i z et h en u m e r i c a la n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nt os h o wt h ee f f e c t i v e n e s so ft h e a l g o r i t h m 3 w jp r e s e n ta na n a l y t i c a lm o d e lt oa n a l y z et h ei m p a c to ft h eb u r s tc o n v e r g e n c e m e c h a n i s mo nt h es e l f - s i m i l a r i t yo ft r a f f i c m e a s u r i n gt h et r a f f i cv o l u m ei nb y t e sa n d p a c k e t s b u r s t sr e s p e c t i v e l y , w ed e m o n s t r a t et h a to n l yi n c a s eo ft h et i m e d b a s e d a l g o r i t h mi su s e d ，t h es e l f - s i m i l a r i t yo f t h ea s s e m b l e db u r s tc o u n t e di nb u r s t si sr e d u c e d 4 光突发交换网络边缘结点关键技术研究 l na l lo t h e rc a s e t h es p l i u i n ga n dm e r g i n gp r o c e s so ft h ec o n v e r g e n c em e c h a n i s mw i l l n o tc h a n g et h eh u r s tp a r a m e t e ro ft h et r a f f i c t h ea s s e m b l i n gp r o c e s sw i l la l s oh a sn o i m p a c to ns e l f - s i m i l a r i t yi ft h es e c o n d - o r d e rm o m e n to ft h eq u e u el e n g t hi na s s e m b l e r b u f f e ri sf i n i t e t h es i m u l a t i o nr e s u l t sh a v es h o w nt h ec o r r e c t n e s so f t h ea n a l y s i s 4 ak e yi s s u ei no b si sh o wt or e d u c ea n dr e s o l v et h er e s o u r c ec o n t e n t i o n b a s e d o nt h ej e tp r o t o c o l ，w ep r o p o s ean o v e lr e s o u r c er e s e r v a t i o nm e c h a n i s m ，c a l l e d p e r s i s t e n c er e s o u r c er e s e r v a t i o n ( p r r ) m e c h a n i s m b yi n t r o d u c i n gt h ec o n c e p to f m a g l t o b u r s t a n d p i g g y b a c kr e q u e s t ，p r rc o m b i n e st h eb u r s ta s s e m b l y s c h e d u l i n g a l g o r i t h ma te d g en o d e sw i t ht h er e s o u r c er e s e r v a t i o ns c h e m ea tc o r en o d e sa n dc h a n g e t h eb a s i cu n i to fr e s o u r c er e s e r v a t i o nf r o md a t ab u r s tt o “m a c r o b u r s t i no r d e rt o g e n e r a t e t h em a c r o - b u r s ta t e d g en o d e ，w ep r o v i d et w oa l g o r i t h m s ，t h el i n e a r p r e d i c t i o n - b a s e da s s e m b l ya l g o r i t h ma n dt h ed e l a y - b a s e ds c h e d u l i n ga l g o r i t h r a f o rt h e c o r en o d e ，an e wr e s o u r c er e s e r v a t i o ns c h e m ei sp r o p o s e d ，w h i c hu s ed i f f e r e n tr e s o u r e 宅 r e s e r v a t i o nf o re a c hd a t ab u r s ta c c o r d i n gt oi t sp o s i t i o ni nt h em a c r o b u r s ti tb e l o n g st o w ea l s od e v e l o pas i m p l ea n a l y t i c a lm o d e lt oc a l c u l a t et h eb u r s tl o s sp r o b a b i l i t ya n d v e r i f yt h er e s u l t sb ys i m u l a t i o n b o t ht h er e s u l t so fa n a l y s i sa n ds i m u l a t i o ns h o wt h a t t h eb u r s tl o s sp e r f o r m a n c eo f o b sc a nb es i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d 5 b ya n a l y z i n gt h ei m p a c to fb u r s ta s s e m b l ya n db u r s td r o p p i n go nt h e p e r f o r m a n c eo ft c pf l o w si no b sn e t w o r k ，w ep r o p o s et w oa n a l y t i c a lm o d e l sf o rt c p l o n g l i v e df l o w sa n dt c p s h o r t l i v e dr e s p e c t i v e l y t h em o d e lf o rt c pl o n g l i v e df l o w s q u a n t i t a t i v e l yc h a r a c t e r i z e st c pt h r o u g h p u ta saf u n c t i o no ft h en u m b e ro ft c p i p p a c k e t sa s s e m b l e di no n eb u r s t ，t h eb u r s tl o s s r a t ea n dt h er o u n d - 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s i m i l a rt r a f f i c ，r e s o u r c er e s e r v a t i o n ，t c pp r o t o c o l 英文缩写词表 a c k a s o n a s t n 删 a o n b c p b p r a 英文缩写词表 a c k n o w l e d g m e n t a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k a u t o m a t i cs w i t c h i n gt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a l lo p t i c a ln e t w o r k b u r s tc o n t r o lp a c k c t b u r s tp a d d i n gr e d u c t i o na s s e m b l ya l g o r i t h m b o r a b u r s to v e r l a pr e d u c t i o na l g o r i t h m b s o n c w d m d b d r d r d w d m e d f a e 1 d m f a t f b m f b l f d l f e c f g n f r w c f t n 1 b b r o a d c a s t - a n d - s e l e c to p t i c a ln e t w o r k c o a r s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g d a t ab u r s t d e l a y e dr e s e a r v a t i o n d e f l e c t i o nr o u t i n g d e n s i t i v ew a v e l e n g t h - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g e r b i m d o p e df i b e r a m p l i f i e r e l e c t r o n i ct u n ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f i x e da s s e m b l en m e f r a c t i o n a lb r o w nm o t i o n f i x e db u r s tl e n g t h f i b e rd e l a yl i n e f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o nc o d e f r a c t i o n a lg a u s s i a nn o i s e f u l l - r a n g ew a v e l e n g t hc o n v e r t e r f i x e dt u n em i n - m a x - b u r s tl e n g t h f r w c f u l l - r a n g ew a v e l e n g t hc o n v e r t e r f t pf i l et r a n s f e rp r o t o c o l 确认信号 自动交换光网络 自动交换传送网 异步转移模式 全光网 突发控制分组 减小填充的组装算 法 突发重叠度降低算 法 广播与选择光网络 粗波分复用 数据突发 延迟预约 偏射路由 密集波分复用 掺铒光纤放大器 电时分复用 固定组装时间 分形布朗运动 固定突发长度 光纤延迟线 前向纠错编码 分形高斯噪声 全范围波长转换器 固定时间最大最小突 发长度组装算法 全范围波长转换器 文件传输协议 1 0 6 光突发交换网络边缘结点关键技术研究 g l a u cg e n e r a l i z e dl a u c v f g h ，口l s l p j e t j i t l a u c g e n e r a lm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g i n t e r n e tp r o t o c o l j u s t - e n o u g h - t i m e j u s t - i n - t i m e l a t e s ta v a i l a b l eu n u s e dc h a n n e l l a u c - v fl a u cw i t hv o i df i l l i n g l p f l m s l u t m a c m a n m i n - s v m g f o a d m o b s 0 c d m o c s o e - o o p s o t d m o x c p r r p w a l i n e a rp r e d i c t i v ef i l t e r l e a s tm e a ns q u a r e l a s tu s e dt i m e m e d i aa c c e s sc o n t r o l m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k m i n i m u ms t a r t i n gv o i d m o m e n tg e n e r a t i o nf u n c t i o n o p t i c a la d d - d r o p - m u l t i p l e x e r o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g o p i t i c a lc o d ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g o p t i c a lc 0e l e c t e r o n i ct oo p t i c a lc o n v e r s i o n o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o 硼c a lt u n ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o p t i c a lc r o s s c o n n e c t p e r s i s t e n c er e s o r e er e s e r v a t i o n p r i o r i t y - b a s e dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t p r w ap r e d e f i n e dp a t hb a s e dr w a q o sq u a l i t yo fs e r v i c e r t tr o u n dt r i pt i m e r t or e t r a n s m i s s i o nt i m e o u t r w a r o u t i n ga n dw a v e l e n g t ha s s i g n m e n t 通用l a u c j v f 调度 算法 通用多协议标签交换 互联网协议 j e t ( 足时) 信令 j i t ( 及时) 信令 最近未用信道调度算 法 带空白填充l a u c 调 度算法 线性预测滤波器 最小均方算法 最近使用时间 媒质接入控制 城域网 最小起始空白调度 算法 矩母函数 光分插复用器 光突发交换 光码分复用 光电路交换 光电光转换 光分组交换 光时分交换 光交叉连接 持续性资源预留 基于优先级的波长分 配 基于指定路径的 r w a 算法 服务质量 往返时延 重传超时 路由和波长分配 英文缩写词表 s c d t s e p a r e t ec o n t r o l ，d e l a y e dt r a n s m i s s i o n分离控制，延迟传送 s d h s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 同步数字系列 s m t p s i m p l em e s s a g e t r a n s f e rp r o t o c o l简单邮件传输协议 s o n e t s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k 同步光网 t d mt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x 时分复用 t c pt r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c a l传输控制协议 w a nw i d ea r e an e t w o r k广域网 w r o n w a v e l e n g t hr o u t i n go p t i c a ln e t w o r k s 波长路由光网络 w r o b s w a v e l e n g t hr o u t e do p t i c a lb u r s ts w i t c h e dn e t w o r k 波长路由光突发 交换网 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科 技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：刘囊l 垒 日期2 ! 辱d 日咽 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文( 与学位论文相关) 工作成果时署名单位仍然为 西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保 存论文。( 保密的论文在解密后遵守此规定) 日期2 竺垒! lbi o 日 日期墨! 垒幽f 。口 烨监4 型 名 名 签 签 人 师 本 导 第一章绪论 第一章绪论 在全球信息化浪潮的冲击下，i n t e m e t 的用户数和业务量呈爆炸性增长，视频 点播、视频会议和远程教育等各种新型宽带业务不断涌现，极大刺激了人们对网 络带宽的需求波分复用( w d m ，w a v e l e n g t h d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 技术的出现， 使得光纤传输技术可以提供超大容量的传榆带宽。但由此给交换结点带来巨大压 力，传统的电域交换方式已无法匹配超高速的链路传输，因而迫切要求发展光交 换技术。 光突发交换( o b s ，o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 是一种介于光路交换( o c s ，o p t i c a l c i r c u i ts w i t c h i n g ) 与光分组交换( o p s ，o p t i c a lp a c k e ts 、v i t c l l i | 1 啦间的光交换技 术。与光路交换相比，o b s 提高了波长带宽的利用率，可以更好的支持突发性很 强的口业务：与光分组交换相比，o b s 避免使用复杂的光存储器件和光逻辑器件， 更易于利用现有的技术实现。因此，对o b s 的研究已经成为业界关注的热点之一。 本文集中研究涉及光突发交换网络边缘结点的各项关键技术 1 1 研究背景 自上世纪9 0 年代以来，i n t e m e t 得到了迅猛的发展。一方面，上网人数逐年增 加。以我国的发展状况为例，2 0 0 6 年7 月中国互联网络信息中心( c n n i c ) 发布 的第1 8 次中国互联网络发展状况统计报告显剥i 】：截止到2 0 0 6 年6 月3 0 日， 中国的网民总人数为1 2 3 0 0 万人，与去年同期相比增加了2 0 0 0 万人，增长率为 1 9 4 ，同1 9 9 7 年l o 月第一次调查的6 2 万网民人数相比，现在的网民人数已是 当初的1 9 8 4 倍。另一方面，以m 为代表的数据业务爆炸式的增长使得数据业务 的传送需求逐渐赶上和超过了传统的语音业务和专线业务，正呈指数增长的趋势。 据统计【2 】，全球范围内的话音业务的年增长率为1 0 ，而数据业务的年增长率为 4 0 ，在中国，话音业务的年增长率为1 4 ，数据业务的年增长率则高达4 0 0 。 与此同时，高分辨率图像处理、视频点播、视频会议和远程教育等各种新型宽带 业务不断涌现，这些新业务所占用的网络带宽远远大于传统话音业务和电子邮件 业务所需要的带宽。 i n t e m e t 用户数的不断增加和各种新型业务的不断涌现极大刺激了全球通信业 务量的迅猛增长，同时也导致了人们对网络总带宽资源需求地迅速增加。如何提 高通信系统的容量成为当前和下一代网络面临的严峻挑战。只有通过不断提高网 络传输速度和交换容量，才能满足人们对网络带宽日益增长的要求。 2 光突发交换网络边缘结点关键技术研究 一、以w d m 为基础的传输技术飞速发展 自上世纪六十年代以来，信息传输技术就一直经历着革命性的变化和突飞猛 进的发展。起点就是1 9 6 0 年第一个红宝石激光器的发明1 3 】和1 9 6 6 年光纤可用于长 距离传输光信号理论的提出1 4 】。此后，随着低损耗光纤的问世，1 9 7 7 年世界上第 一个速率为4 5m b i t s 的单波长单模光纤通信系统投入商用f 5 1 。而今。1 0g b i f f s 的 商用光纤通信系统早己在全世界范围内广泛使用【6 】。光纤传输技术不仅具有接近 5 0 t b i t s 巨大的潜在带宽，同时还具有成本低、损耗低( 可达到0 2 d b k m ) ，抗电 磁干扰和功率要求低等优点，因而成为现代通信骨干网的基础传输技术。 从过去二十多年的电信发展史来看，光纤传输技术始终在按照时分复用o x ) m ， t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 方式来提高传输容量，从最初的4 5m b i t s 到今天的l o g b i t s ( 实验系统已达到4 0g b i f f s ) 。但是，由于现代通信网络对传输容量要求的 急剧提高，利用e - t d m ( 电的时分复用) 方式扩容已日益接近构造光电器件材料 的技术极限，并且传输设备的价格也很高，光纤色散的影响也日益加重 7 1 。因此研 究人员正越来越多地把兴趣从电时分复用转移到光复用。光复用有两种，即光时 分复用( o t d m ，o p t i c a lt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 和光波分复用( w o m ， w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 。在技术手段上前者采用超短光脉冲在时间上间 插的方法来提高单个波长信道的传输速率，后者是通过增加单根光纤中的光载波 数目来提高光纤的传输容量。由于o t d m 的关键技术( 高重复率超短光脉冲源、 超短光脉冲传输技术和时钟提取技术等) 比较复杂，更为重要的是实现这些技术 的器件特别昂贵，所以这项技术迟迟没有得到很大的发展和应用。 w d m 技术【 1 0 1 ，特别是密集波分复用( d w d m ，d e n s i t i v ew a v e l e n g t h - d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 技术对网络的升级扩容、发展宽带新业务、充分挖掘和利用光纤带 宽具有十分重要的意义，也是目前唯一进入大规模商用的光复用技术。2 0 世纪9 0 年代，掺铒光纤放大器( e d f a ，e r b i m d o p e df i b e r a m p l i f i e r ) 的研制成功和广泛 应用引发了又一次光通信革命，从此奠定了w d m 技术在光通信领域的主导技术 地位。应用w d m 技术，大量不同的波长信道可以在一根光纤中传输，每一路波 长承载不同的业务，使通信容量成倍或数十倍、数百倍地增长，用以满足日益增 长的信息传输的需要。 在w d m 技术研究的初期，人们将低损耗窗口1 3un l 和l 。5 5 1 tm 的波长信 道复用到一根光纤中传输，这是最简单的波分复用，或称为粗波分复用( c w d m ， c o a r s ew a v e l e n g t h - d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 。为了更充分地利用光纤的低损耗带宽， 人们提出了d w d m 技术。d w d m 技术是指在1 5 5 i tm 波段密集地放置更多个信 道在同一根光纤中传输( 这个波段正好对应e d f a 增益乎坦的放大区) ，并利用 e d f a 同时放大所有波长信道以弥补光传输损耗。d w d m 系统在光域上用波分复 用方式构成的多个波长信道传输信息，每个信道的传输速度可高达2 5 g b i t s 、 第一章绪论 1 0 g b i f f s 或更高的速率，不仅能充分利用光纤的带宽资源，增加系统的传输容量， 而且还能提高系统的经济效益。 近十几年来，w d m 技术发展迅速并得到广泛应用，图1 1 为1 9 8 8 年以来光 纤传输容量的发展进程。可以看出，在短短的十几年中，特别是在w d m 技术出 现以后，光纤传输容量增长的速率突飞猛进，已经超过了著名的“摩尔定律( m o o r e s l a w ) ”j i l l 。目前，1 6t b i t d s 的w d m 系统已经开始大量商用，n e c 和阿尔卡特 公司的w d m 系统分别创造了在1 0 0l o n 距离上实现总容量为1 0 9t b i 以( 2 7 3 x 4 0 o b i l j s ) t 1 2 1 和总容量为1 0 2t b i “s ( 2 5 6 x 4 0o b i t s ) 的世界记录【1 3 1 ，预计到2 0 0 5 年左 右，光传输链路的实用化容量有可能实现5 l ot b i t s 。 1 9 8 81 9 9 01 9 9 2 1 9 9 4 1 9 9 6 1 9 9 82 0 0 02 0 0 22 0 0 4 年 图1 | 1 光纤传输容量的发展进程 w d m 技术使光纤的传输容量得到极大的提升，因而被迅速应用到对现有光 网络的改造和构建新的光网络。 二、光交换是网络交换技术发展的必然趋势 w d m 技术的大规模使用极大地提高了点到点的传输容量，这给交换系统的发 展带来了新的挑战和机遇。目前交换结点上采用的是电子交换，随着半导体技术 发展，交换系统规模越来越大，处理速度越来越高，吉比特交换机和路由器已经 商用化。但是，电子交换和处理电路本身固有的时延、定时误差、漂移、串扰、 等缺点限制了交换速度的进步提高，这就是通常所说的“电子瓶颈”问趔1 4 】， 并且在结点入口和出口处需要迸行光，电和电，光变换，它们不仅增加了系统成本而 且限制了网络的吞吐量和灵活性。随着通信业务的迅速发展，未来的交换系统将 需要每秒处理成百上千太比特的信息