（电磁场与微波技术专业论文）光突发交换网络中业务承载技术的研究.pdf

兰：奎：= ：= ! = 兰= 耋 ：三：= 摘要 光突发交换( o b s ：o p t i c a l b u r s ts w i t c h i n g ) 由于充分结合了光的高速传输交换技术和电的 灵活处理技术，被认为是未来i p d w d m 全光网络的可行性方案，成为了学术界和产业界的形f 究热点。但是，o b s 网络距离真正的实用化，还有许多关键技术需要解决尤其是如何灵活有 效地支持上层i p 业务。另外，现有o b s 研究多集中于协议算法等理论研究，而试验网络的研 究只是刚刚起步。 为此，本论文首先在国内外现有研究的基础之上，对o b s 网络承载上层业务中涉及到的 突发组装、全网的资源调度和端到端q o s 策略等若干技术进行了研究，并提出了几种可行的解 决方案。然后，本论文介绍了国内首次实现的o b s 试验网络，并讨论了该试验网络中的关键 技术以及最新的实验结果。具体可以总结如下： 1 ) 针对当前组装算法集中于如何抑止业务的突发性以改善o b s 网络性能，而忽视了如何 有效地接入和承载上层业务的问题，通过网络仿真分析了突发组装对上层t c p 传输的影响， 即延时损伤和报文段关联增益。提出了一种将包长预测和组装时间动态调整相结合的自适应组 装算法。通过两络仿真表明，该算法可以在尽可缝短的时延内梅尽可能多的t c p 报文段组装 到同一个突发包内，从而减小延时损伤和增大报文段关联增益，有效地改善了o b s 网络上的 t c p 传输特性。 2 ) 针对现有资源调度算法不能同时考虑算法复杂度、资源利用率和q o s 支持的问题，提 出了一种基于窗口的资源调度算法( w s ：w i n d o w b a s e d s c h e d u l i n g ) 。该算法利用边缘路由器上 丰富的皂缓存，将突发包缓存一个调度窗口的肘趣，再对调度密日内的所有突发包进行 l ：量调 度，调度过程中同时引入b o r b , 策略( b u r s to v e r l a pr e d u c t i o n a l g o r i t h m ) 、优先级抢占策略和 最大流量策略，其中，b o r a 策略可以有效地减少全网的冲突竞争概率，优先级抢占策略可以 增强网络的q o s 性能。最大流量策略则可以尽可能地提高业务接八能力和网络带宽利用率。通 过网络仿真表明，w s 算法在突发包阻塞率、链路利用率和q o s 性能方面都要优于现有的 l a u c v f ( l a t e s t a v a i l a b l eu n u s e dc h a n n e lw j t hv o i df i l l i n g ) 和b o r a 算法，而带来的网络对 延开销很有限，并且该时延开销也在现有业务的允许范围以内。另外，通过网络仿宾，对如何 为w s 算法选取合适的参数，即窗口尺寸和最大允许时延，也做了定性的分析。 3 ) 针对现有q o s 策略多是本地q o s 策略，而仅有的两种端到端q o s 策略又不够完善的 问题。提出了一种基于延迟调度( d s ：d e l a ys c h e d u l i n g ) 的端到端q o s 策略，该策略以一定的 信令开销为代价，具有实现难度低、调度处理过程简单和端到端q o s 性能较离的特点。通过数 值分析和网络仿真对各种q o s 策略在一个多跳环型o b s 网络中的网络性能进行了比较分析， 结果表明d s 策略的端到端链路利用率仅次于h p i ( h o p b y h o pp r i o r i t yi n c r e a s i n g ) 策略，却要 优于其它的q o s 策略。因此，本论文提出的d s 策略在硬件实现和网络性能两方面都具有显著 优势。 ：芝= ：= = = 兰= 主：三兰： 4 ) 报道了国内首次实现的o b s 试验网络，介绍了该试验网络的网络结构及设计方案，尤 其是其中的边缘路由器的结构，并重点讨论了边缘路由器中突发组装、资源调度和系统控制等 关键模块的实现，这三个模块分别为o b s 网络的突发组装算法、资源调度算法和路由，信令协 议提供研究平台。最后，报道了一些相关的实验结果。其中，关于各个模块的实验分别验证了 试验网络中光开关、突发组装、资源调度和光突发接收等功能；网络性能测试实验重点评估 了试验网络的时延特性；多q o s 业务的承载实验测试了试验网络支持上层多q o s 业务的性能。 另外，对业务承载实验结果的讨论也有助于未来的网络上层应用研究。 关键宇：光网络光突发交换突发组装t c p 传输资源调度算法端到端o o s光 突发交换试验网络边缘路由器 ：= = ：三：銮兰： a b s t r a c t o p t i c a l b u r s ts w i t c h i n g ( o b s ) h a sa t t r a c t e dc o n s i d e r a b l er e s e a r c ha t t e n t i o nf r o mb o t ha c a d e m i c a n di n d u s t r i a lf i e l d sb e c a u s ei t p e r f e c t l y c o m b i n e s h i i 曲一s p e e do p t i c a lt r a n s m i s s i o n s w i t c h i n g t e c h n o l o g ya n df l e x i b l ee l e c t r o n i cp r o c e s s i n gm e c h a n i s m ，a l t h o u 曲o b si sap r o m i s i n g s o l u t i o nf o r f u t u r ei p d w d m a l l - o p t i c a ln e t w o r k ，al o to fk e yi s s u e s ，e s p e c i a l l yh o w t oe f f i c i e n t l yc a r r yu p l a y e r a p p l i c a t i o n so v e ro b sn e t w o r k s ，a r es t i l l u n d e rs t u d i e d m o r e o v e r , m o s to fc u r r e n tr e s e a r c h e sf o c u s o nt h e o r e t i c a lt o p i c ss u c ha sn e t w o r kp r o t o c o l sa n da l g o r i t h m si no b s ，w h i l ef e we x p e r i m e n t a l a c t i v i t i e sa r e r e p o r t e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，s o m ek e yi s s u e so nc a r r y i n gu p l a y e ra p p l i c a t i o n s ，s u c ha sb u r s ta s s e m b l y , r e s o u r c es c h e d u l i n ga n de n d - t o - e n dq o s ，a r ei n v e s t i g a t e d ，a n ds o m ef e a s i b l es o l u t i o n sa r ep r o p o s e d t h e nat e s t b e df o ro b sn e t w o r ki sd e m o n s t r a t e df o rt h ef i r s tt i m ei nc h i n a ，a n ds o m ek e y t e c h n o l o g i e si nt h i st e s t b e da r ed i s c u s s e d f i n a l l ys o m el a t e s te x p e r i m e n t a lr c s u r sa r ep r e s e n t e d f o l l o w i n g a r ed e t a i l s 1 ) a n o v e la s s e m b l ya l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no ft w oe f f e c t so fb u r s t a s s e m b l yo nt c pt r a n s m i s s i o n ( n a m e l yd e l a yp e n a l t ya n dc o r r e l a t i o ng a i n ) ，t oi m p r o v ea c c e s s i n g c a p a b i l i t yo f e d g e r o u t e rt oe f f i c i e n t l yc a 埘u p - l a y e ra p p l i c a t i o n so v e ro b s n e t w o r k s t h i sa s s e m b l y a l g o r i t h mp e r f e c t l yc o m b i n e sl i n e a re s t i m a t i o no f b u r s ti e n g t ha n dd y n a m i cr e g u l a t i o no fa s s e m b l y p e r i o d ，a n ds i m u l a t i o nr e s u a ss h o wi t c a r lr e d u c ed e l a yp e n a l t ya n de n h a n c ec o 仃e l m i o ng a i n ，a n d t h u si m p r o v et c pt r a n s m i s s i o no v e ro b s 2 ) a w i n d o w - b a s e ds c h e d u l i n g ( w s ) a l g o r i t h mw i t hf e a t u r e so fs i m p l i c i t y , h i g hb a n d w i d t h e f f i c i e n c ya n dq o so a p a b i l i t y i s p r o p o s e d b a s e do ne l e c t r i cb u f f e r sa te d g em u t e r , aw i n d o wi s i n 打o d u c ei nw s a l g o r i t h m ，a n da l lb u r s t sa r r i v i n gi nt h ew i n d o w w i l lb es c h e d u l e dt o g e t h e rb a s e do i l b o r a ( b u r s to v e r l a p r e d u c t i o n a l g o r i t h m ) ，q o sp r e e m p t i o n a n dm a x i m u m t h r o u g h p u t m e c h a n i s m sw h i c hp r o a c t i v e t yr e d u c e sc o n t e n t i o ni nt h en e t w o r k , e n h a n c e sq o sp e r f o r m a n c e ， i m p r o v e sa c c e s s i n gc a p a b i l i t y a n dt h u si n c r e a s e sb a n d w i d t he f f i c i e n c yr e s p e c t i v e l y s i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tw s a l g o r i t h m ，a tc o s to fl i m i t e da n da l l o w a b l ed e l a yp e n a l t y , c a na c h i e v el o w e r b l o c k i n gp r o b a b i l i t y , h i g h e rl i n ku s a g ea n de n h a n c e dq o s t h a nl a u c - v ff l a t e s ta v a i l a b l eu n u s e d c h a n n e lw i t hv o i df i l l i n g ) a n db o r aa l g o r i t h m f u r t h e r m o r e ，s o m ei n s t r u c t i o n so ns e l e c t i n g o p t i m a lp a r a m e t e r s ，s u c ha sw i n d o w s i z ea n dm a x i m u ma l l o w a b l ed e l a y , f o rw s a l g o r i t h ma r ea l s o p r e s e n t e dt h r o u g h s i m u l a t i o n 3 ) an o v e ld e l a ys c h e d u l i n g ( d s ) a l g o r i t h m i s p r o p o s e d t oe n h a n c ee n d - t o e n d q o s p e r f o r m a n c ei no b sn e t w o r k s c o m p a r e d w i t hp r e v i o u sq o sa l g o r i t h m s ，d sa l g o r i t h mf e a t u r e sl o w i m p l e m e n t a t i o nd i f f i c u l t y , s i m p l es c h e d u l i n gp r o c e s s a n dh i g he n d t o e n dq o s p e r f o r m a n c e a tc o s to f 试 ：= ：芝：= ：竺= 主：= ： s o m es i g n a l i n go v e r l o a d s b o t ha n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t sb a s e do nam u l t i - h o pr i n go b s n e t w o r ks h o wt 1 1 a td ss c h e m ea c h i e v e sae n d - t o e n dl i n ku s a g eo n l yl o w e rt h a nh p is c h e m ew h i l e h i g h e rt h a no t h e rq o s s c h e m e s ，i nc o n c l u s i o n ，t h ep r o p o s e dd ss c h e m ed o e sp e r f e c tj o b so nb o t h h i g hn e t w o r kp e r f o r m a n c e a n ds i m p l ei m p l e m e n t a t i o nd i f f i c u l t y 4 ) a r e b e df o ro b sn e t w o r ki sd e m o n s t r a t e df o rt h ef i r s tt i m ei nc h i n a ，a n di t sn e t w o r k a r c h i t e c t u r ea n de s p e c i a l l ye d g er o u t e ra r c h i t e c t u r ea r cd i s c u s s e d ，w i t he m p h a s i so nb u r s ta s s e m b l e r , r e s o u r c es c h e d u l e ra n ds y s t e mc o n t r o l m a n a g e m e n tm o d u l ew h i c hp r o v i d ear e s e a r c hp l a t f o r mf o r a s s e m b l ya l g o r i t h m ，s c h e d u l i n ga l g o r i t h ma n dm u t i n g & i g n a l i n gp r o t o c o l sr e s p e c t i v e l y f i n a l ly s o m e c o r r e s p o n d i n ge x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ep r e s e n t e d ，i nw h i c hv a r i o u sm o d u l e ss u c ha so p t i c a ls w i t c h ， b u r s ta s s e m b l e r , r e s o u r c es c h e d u l e ra n db u r s tr e c e i v e ra r ev e r i f i e da n dn e t w o r k l a t e n c yj nt h et e s t h e d i se v a l u a t e d m o r e o v e r am u l t i - q o st r a f f i ct r a n s m i s s i o ne x p e r i m e n to v e rt h et e s t b e di sd i s c u s s e d w h i c hw i l lb e h e l p f u l f o rf u t u r er e s e a r c ho nu p - l a y e r a p p l i c a t i o ni no p t i c a ln e t w o r k k e y w o r d s ：o p t i c a ln e t w o r k , o p t i c a lb u m ts w i t c h i n g , b u r s ta s s e m b l y ，t c pt r a n s m i s s i o n ，r e s o u r c e s c h e d u l i n ga l g o r i t h m ，e n d - t o - e n dq o s ，o b sn e t w o r kt e s t b e d ，e d g er o u t e r 论文资助来源： 1 国家8 6 3 课题 光突发交换关键技术和试验系统 编号：2 0 0 2 a a l 2 2 0 2 2 兰：= 查= = ：= 兰= 主 ：毒： a s i c a s o n a t m b b p b c p ，b h p b o r a b r _ w f r c d r c p u d a p d s d w d m f a p f d l f e f f v f f p g a f t p g e g m i i 英文缩写词索引 a a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t a u t o m a t i cs w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e b b u r s t b l o c k i n gp r o b a b i l i t y b u r s tc o n t r o l ，h e a d e rp a c k e t b u r s to v e r l a pr e d u c t i o n a l g o r i t h m b u r s t r e s c h e d u l i n g w i t hw a v e l e n g t ha n d l a s t - h o pf d lr e a s s i g n m e n t c d f g h j 8 0 c l o c kd a t a r e c o v e r y c e n t r a lp r o c e s s i n gu n i t d y n a m i ca s s e m b l yp e r i o d d e l a ys c h e d u l i n g d e n s e w 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 f i x e da s s e m b l yp e r i o d f i b e rd c l a yl i n e f a s te t h e r n e t f i r s tf i tw i t hv o l df i l l i n g f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y f i l et r a n s f e rp r o t o c o i o i g a b i te t h e r n e t o i g a b i tm e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e h o p b y - h o pp r i o r i t yi n c r e a s i n g i n t e m e tp r o t o c o l j u s t - e n o u g h - t i m e j i s p j i t l a u c l a u c v f 乙o b s m b s m i n - e v m i n s v m i n v m p l s 昝九s 0 a d m o b s o c s o l f 0 p s o t n o x c p j e t p o s p w a r f d r i s c f u d r m i i r t t r o bi n t e r v a is e l e c t i o np r o b l e m j u s t - i n - t i m e l l a t e s ta v a i l a b l eu n s c h e d u l e dc h a n n e l l a t e s ta v a i l a b l eu n s c h e d u l e dc h a n n e lw i t hv o i df i l l i n g l a b e l e do p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g m n 0 p q r s - 8 i - m e r i t - b a s e ds c h e d u l i n g m i n i m i z i n gs t a r t i n gv o i d m i n i m i z i n ge n d i n gv o i d m i n i m i z i n gv o l d m u l t i - p r o t o c 0 1l a b e l s w i t c h i n g m u l t i p r o t o c o ll a m b d as w i t c h i n g n e t w o r kp r o c e s s o r o p t i c a la d dd r o pm 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 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 li n t e m e t w o r k i n g f o r u m o p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g o p t i c a lt r a n s p o r t n e t w o r k o p t i c a l c r o s sc o n n e c t p r i o r i t yj u s t - e n o u g h t i m e p a c k e to v e rs d h 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 q u a l i t yo f s e r v i c e r e s e r v e a - f i x c d - d u r a t i o n r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p m e r r e s g r v e a - l i m i t e d - d u r a t i o n r e d u c e dm e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e r o u n dt r i pt i m e 北宋p 电大掌博士掌位论文英文舅l 写馏掌罩i s c u s d h s o a t a g t a w t c p v f v o d w r - o b s w s t v w 8 2 s w i t c h i n gc o n t r o lu n i t 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 s e m i c o n d u c t o r o p t i c a la m p l i f i e r t e l l - a n d - g o t e l l a n d w a l t t r a n s m i s s i o nc o n t r 0 1p r o t o c o l v o i d f i l l i n g v i d e oo nd e m a n d 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 i n g w i n d o w - b a s e d s c h e d u l i n g 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本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，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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作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：幺绱日期：兰! 二! ：塑 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电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北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密沦 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名：盖 菰 ：奎：= = = = 主：= ：= 第一章绪论 本章首先回顾了光网络的发展历史，之后介绍几种在光网络发展进程中扮演重要角色的光交换 技术。鉴于目前光突发交换的技术优势，本章将重点讨论光突发交换的网络架构和关犍技术，并 ：j 要介绍了光突发交换技术的国内外研究现状最后，总结了本论文的研究内容 1 1 光网络的发展 光纤作为一种高带宽低损耗的优良传输介质，在通信网络的物理传输层起着举足轻重的作 用。随着d w d m 技术【l 2 1 的成熟，以及光器件和光信号处理技术的发展，光纤通信逐渐突破了 物理层的界线，刁i 但能承担数据传输的功能，还具备了一定的交换和路由能力，光传送网( o t n ： o p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r k ) 应运而生。 早期的光传送网利用光分插复用器( o a d m ) 和光交叉连接( o x c ) ，可以较好地解决点 到点的d w d m 技术在应用中不能实现灵活组网和当网络失效时不能有效进行保护的问题。随 着网络技术和业务需求的发展，传统的主要依靠人工的静态网络资源配置方式不仅耗时费力， 也难以适应人们对网络带宽的动态分配要求。为此i t u t 提出了自动交换光网络( a s o n ： a u t o m a t i cs w i t c h i n go p t i c a ln e t w o r k ) 并将其标准化。a s o n 利用独立的控制平面进行光层 的动态选路，可以实现带宽的自动分配和管理。有效提高了资源利用率。 然而，由于以i p 为主的数据业务的爆炸式增长和新宽带多媒体业务的出现传统光网络 朝适于传输口业务的下一代光网络演进势在必行。对面向未来i p 业务的下一代宽带高速光互 联网技术的研究已经成为各国或跨国研究计划的重点。如欧洲的a c t s 计划i t ! 、c o s t 计划【b 1 、 美国的n g i 计划【q 和国防部高级研究计划局( d a r p a ) 【l o ) 支持的m i t 、s t a n f o r d 、p r i n c e t o n 和 m i c h i g a n 等多所著名大学的合作项目以及加拿大的c a * n e t 3 国家光互联计划。日本和澳大利亚 等国的科研机构和大学也在致力于下一代光网络的研究。与此同时，包括i t u t 、a n s i 、t i x i 5 协会、光互联网论坛( o i f ：o p t i c a li n t e m e t w o r k i n g f o r u m ) 和i e t f 在内的标准化组织也都积 极致力于对可重构光网络的研究。 圈1 1 光网络技术的发展【 - i - 北京邮电夫掌博掌位论文 图1 1 总结了光网络的整个发展过程。在光网络不断演进的过程中，光交换技术将发挥越 来越重要的作用，尤其是在当前电交换技术已接近了电子速率极限的情况下。 1 2 光交换技术 在电域内，存在电路交换和分组交换之分。同样，光交换技术依据交换粒度的不同也可以 分为光路交换( o c s ：o p t i c a lc i r c u i ts w i t c h i n g ) 、光分组交换( o p s ：o p t i c a lp a c k e ts w h c h i n g ) 和光突发交换( o b s ：o p t i c a lb u r s ts w i t c h i n g ) 三种。 1 2 1 光路交换( o c s ) 在d w d m 技术出现以后，波长本身就成了组网( 分插、交换和路由) 资源。o c s 基于 o a d m 和o x c 。采用波长路由的方式，通过控制平面的双向信令传输来建立链路和分配波长。 o c s 实质上就是一种光的电路交换方式，具有较高的网络传输可靠性，但同时也存在较大的选 路时延。它在技术上比较成熟。在传统光传送网中已经得到大规模地应用。另外将m p l s 与 o c s 结合的多协议波长交换( m 默s ：m u l t i - p r o t o c o ll a m b d as w i t c h i n g ) 【1 2 1 技术还可以实现智能、 动态的波长连接路由和保护。但是，由于o c s 采用波长作为网络资源的处理粒度，因丽其资 源利用率较低，且缺乏灵活性和可扩展性，并不适于传输突发的i p 业务流。 1 2 2 光分组交换( o p s ) o p s 可以看作是电分组交换在光域的延伸，它以高速传输的光分组作为网络交换粒度。虽 然光分组可长可短，但由于交换设备必须具备处理最小分组的能力，光分组交换节点的处理能 力要求非常高。目前常采用光电混合的方法实现o p s ，即数据在光域进行交换，而控制信号在 交换节点被转换成电信号后再进行处理。o p s 可基于数据报或虚电路方式，无论采用哪种方式， 交换机都以存储转发方式工作，因此必须采用光缓存。 围1 2 光分组交换( o p s ) 图1 2 给出了光分组交换的基本结构，其关键技术包括光分组的产生、同步、缓存、再生 2 ：奎：= ：兰= 耋 二= = ：兰 光分组头重写以及分组之间的光功率均衡等。其中，光分组的实时同步、再生和分组头重写， 由于码率太高，电设备无法完成，而全光的办法还只是停留在实验阶段。同时，目前也没有可 行的能满足光分组交换要求的纳秒级的光开关。所以，目前o p s 的实现尚有若干关键技术需 要突破。 由于o p s 可以较好地支持i p 业务，被认为是光网络发展的长远目标。当前，世界各发达 国家在研究和开发全光分组交换网技术方面的代表性研究项目有：美国斯坦福大学的h o r n e t ( h y b r i d o p t o e l e c t r o n i c r a n g n e t w o r k ) 【1 3 】、欧洲r a c e - r 2 0 3 9 a t m o s ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d eo p t i c a ls w i t c h i n g ) 1 1 4 1 、a c t s 的k e o p s ( k e y st oo p t i c a lp a c k e ts w i t c h i n g ) 【1 5 】、美国d a r p a 支持的p o n d ( p a c k e t - s w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k i n gd e m o n s t r a t i o n ) l l o l c o r d ( c o n t e n t i o n r c s o l u t i o ns w i t c h e d p a c k e t n e t w o r k ) 1 7 1 及日本的n t t 光网络实验等。 1 2 3 光突发交换( o b s ) 突发交换的概念最早于八十年代提出【1 9 1 ，主要用来传递话音业务，它实际上是具有可变长 度的快速分组交换。但是，由于电路交换和分组交换的技术在当时都已成熟并广泛应用，没有 必要以突发包为单位来处理话音或数据从而改变整个网络，因此突发交换并没有引起重视。近 年来，一方面d w d m 技术极大地扩充了网络带宽，另一方面上层i n t e r a c t 业务的爆炸式增长 对网络的带宽和处理速度都提出了更高的要求。然而，传统的电路交换方式不能有效支持突发 业务，而分组交换方式中的结点处理能力又远远达不到当前信息传送速率的耍求。于是，九十 年代后期，几乎已经被淡忘的突发交换技术被重新提了出来，将其基本原理与光技术结合，形 成了光突发交换( o b s ) 2 0 - 2 1 1o 图1 3 光突发交换( o b s ) 图1 3 可以说明o b s 的基本原理，具体如下： 1 ) 突发组装：o b s 通过在网络的边缘路由器上将多个较小的i p 分组组装成较大的突发包 ( b u r s t ) 后再在网络中交换，可以适当地增大网络的传输交换粒度。这一方面既保持了o p s 网络的灵活性和高带宽利用率( o b s 仍然采用统计复用) ，另一方面又可以缓解核心路由器处 理速度上的瓶颈，包括消息处理速度和光开关速度。实际上，i p 分组的交换要求光开关的速度 为纳秒级，而突发包的交换只要求光开关的速度为微秒级。 北宋邮电大掣博掌m 静i 第一章i 论 2 ) 数据与控制分离：o b s 网络将数据信道与控制信道在空间上分离开来，即边缘路由器 将传统数据分组头中的控制信息剥离出来，作为控制分组放到单独的控制信道上传送。这样， 核心路由器可斟方便地进行光电变换以后再处理其中的控制信息，并为数据包的传输建立端到 端的全光通路。可见，o b s 网络可以看成是全光的数据平面和光电混合的控制平面的叠加。其 实，o b s 的基本思想就是通过将控制平面上的信令控制协议复杂化来简化数据平面的处理。 3 ) 延迟预约：由于缺乏有效的光缓存，所以传统的存储转发模式并不适用于o b s 。o b s 采用延迟预约的机制，提前发送控制分组在核心路由器中预约资源，实际的数据突发包在边缘 路由器的电域内缓存一个偏置日j 间后再发送，因而数据包不必在核心路由器进行光域缓存就能 够无阻塞地穿越整个网络。当然，适当的光缓存作为种冲突竞争解决方案可以大大改善o b s 网络的性能。 从以上讨论可知，o b s 充分发挥了现有的光电子技术的特长，实现成本相对较低，非常适 合于在承载未来高突发业务的光网络中应用。 1 2 4 不同交换技术的对比 袭1 1 综合比较了三种光交换技术的性能。与o c s 相比，o b s 由于降低了交换粒度，采 用统计复用，因而具有更高的带宽利用率。并且，采用单向信令机制的o b s 可以大大降低网 络延时。与o p s 相比，o b s 通过采用突发组装技术来提高交换传输粒度，并将数据与控制信 息在时间( 即延迟预约) 和空间上分离，极大地降低了系统的实现难度，可以在无光缓存的网 络中实现数据的全光透明传输。 表11 各种光变换技术的对比 光交换技术交换粒度带宽利用率 网络延时实现难度业务适应性 光路交换粗 低高低低 光分组交换 细高低高高 光突发交换 凼 较高 低 由 高 1 3 光突发交换网络 1 3 1o b s 网络结构 图1 4 中描述了o b s 网络的基本结构。o b s 网络包括核心路由器和边缘路由器，二者通 过w d m 光纤链路互连。边缘路由器负责突发数据包的分类组装和反向拆卸，可以提供各类标 准业务接口( 如千兆以太网、i po v e rs d h 和a t m ) ，而核心路由器的任务则是根据控制分组中 的信息进行资源调度，完成对突发数据包的交换。 ：耋：奎：奎 ：= ：= 图i4 光突发交换网络结构 等 文献 2 2 1 给出了边缘路由器和核心路由器的基本功能结构。如图i 5 示，边缘路由器首先 依据业务数据的目的地址和q o s 特性对其进行分类，突发组装器则依据一定的组装算法将业务 数据汇聚成突发数据包，然后，资源调度器为突发数据包分配合适的波长信道，并且通知控制 单元发送相应的控制分组以提前预约网络资源，突发数据包经过一个偏置时间的缓存后进入 o b s 网络内部。在出口缘路由器，突发分解器根据突发数据包包头中的信息对其进行拆卸处理， 分解成业务数据包。 交 岖亟崞 换 刊 控黼 分 类 “亟亟孓一 圈1 5o b s 边缘路由嚣功能结构 数据信道 控制信道 数据倩道 控制信道 圈1 6o b s 核心路由器功能结构 如图1 6 所示，核心路由器首先解复用出控制信道，并在对接收的控制，组进行光电变换 之后，提取其中的资源预约信息，由交换控制单元( s c u ：s w i t c h i n gc o n t r o lu n i t ) 根据一定的 资源调度算法为随后到达的突发数据包分配一条合适的出口波长信道，并在指定的时间配置好 光矩阵完成交换。对于预约成功的控制分组，s c u 还要改写其中的相关信息字段( 如偏置时间) ， 并将其经过电光变换后继续转发往下一跳路由器：否则直接丢弃，或根据相应的冲突竞争解决 策略作相应处理。 实际上，由于控制分组与突发数据包间的关系相对松散，o b s 的核心路由器不必像o p s 中的路由器那样要对高速的数据进行同步等处理，而只需要在电域上处理控制分组，因而结构 要简单很多，这也是o b s 近来被广泛关注的原因之一。 1 3 2 关键技术及研究现状 1 3 2 1 突发组装 1 ) 突发数据包的格式 突发数据包是具有相同出口边缘路由器地址的多个口业务分组的集合。文献【2 2 】给出了突 发数据包的格式，如图1 7 示。突发数据包由包头( b u r s th e a d e r ) 和净荷( b u r s tp a y l o a d ) 两 部分组成。其中，包头包含净荷类型( p t p a y