第3章全光通信网-光交换技术(2)详解.ppt

3 5光分组交换 OPS 技术 OPS OpticalPacketSwitching 电信业务的发展是空前的 将来的业务对信道性能 如比特率等 信道占用 连续还是突发的 连接持续的时间 连接建立时间等方面的要求将是多样的 这种趋势需要有高性能的节点和网络 不同类型的用户能够用灵活和有效的方式来动态地分享带宽 基于波长路由的光传送网尽管很具优势 但交换的粒度较大 不能有效地使用WDM系统的传输能力 传送的效率较低 这就又激发了人们对时分光交换 光分组交换 突发光交换 的研究兴趣 光分组交换 OPS 是分组交换技术向光层的渗透和延伸 简单说是以光分组的形式来承载业务数据 净荷的传输和交换在光域中进行 而信头处理和控制在光域或电域中完成 光分组交换网 3 5 1透明光分组的帧格式 透明光分组包括分组头和载荷 在分组头和载荷之间有一定的保护时隙 分组头的信息包括同步比特和路由标记 载荷包括同步比特和净荷 载荷比特率在一定程度上是透明的 比特率可变 2 5 10G 3 5 2OPS节点结构 在同步网络中 所有数据包的长度都是相同的 数据和各自的包头一起被放在一个固定长度的时隙内 此时隙的持续时间要比数据包和包头以及保护时间的总和还要长 从上游节点来的分组 其头信息被交换控制模块提取出来用于配置分组交换机中的核心交换设备 而分组的净荷部分经过输入同步模块进行排队和对准后再送入核心交换设备中交换 当分组在交换时发生冲突而引起资源竞争时 就必须在输入或输出级增加缓存器等冲突解决方案 为了保持同步 在输出侧也需要对分组进行同步处理 由此可见 光分组 包交换一直面临成本和一些难以克服的技术障碍 主要有 分组同步技术 分组冲突 对资源的竞争 问题以及合理高效的交换结构和分组格式 同步分组交换网络的一般节点结构 不含解决冲突的缓存器 网络和节点 由于交换节点采用同步操作 在时隙上等于分组长度 模式 因此分组必须以相同的相位到达节点的入口 这个功能可以通过分组流同步接口来实现 这就需要精确确定入口分组和本地参考分组定时之间的时移及其可能的恢复 相位对准是在光域内进行的 这是为了保持净荷的透明性 但是可以用电的方式进行控制 3 5 3OPS关键技术 1 光分组的产生光分组的产生必须具有码速提升的功能 即分组压缩 才能在连接的用户信息 ATM信元或IP分组 中加入必须的分组头部分和保护时间 这由光分组边缘交换机来完成 其中光分组头中包含路由信息和控制信息 分组中保护时间是指预留的交换节点的光器件调谐时间 保护时间设置值越长 则对分组对准要求越低 分组和分组头的大小需要优化 分组较小时 具有较高的灵活性 但信息传输效率低 影响网络吞吐量 当分组较大时 信息传输效率高 但需要大的光缓存并且灵活性变差 因此需要根据分组丢失率在载荷和分组头之间进行折衷 2 分组同步光同步解决方案1同步装置由一系列串联的2 2光开关和FDL FiberDelayLine 组成 方案2 充分利用色散来控制光信号的传输时间 同步装置由1个可调谐波长转换器和1段高色散参数的光纤组成 不同波长的光信号在高色散光纤中的传输延时不同 因此将数据包调制到恰当的波长上就能得到恰当的延时 目前的研究致力于解决这种同步机制的连续性可调问题 该同步方案常用于较精确的输出端同步 但这种延时不是连续性的 它的精确度由波长转换器的调谐范围限制 两种方案都已得到现场测试与检验 信头读取 控制器 可调谐波长转换器 高色散光纤 分组的竞争与冲突解决方案在OPS节点处 有2个以上的同一波长的数据包同时去往同一个输出端时 就会发生对输出端资源的竞争 从而使竞争失败的数据包受阻 这时称输出端产生了冲突 冲突解决方案是影响光分组交换网络性能的重要因素 它在很大程度上决定着OPS网络的利用率 包丢失率 数据包平均跳转次数和平均延时等参数 在实际应用中 光缓存是最常用的 除非光RAM变成现实 否则 我们一直需要依赖光延迟线作为光缓存 当两个分组竞争一条输出链路时 一个分组被传输 另一个被送入一圈光纤 让它经过充分的延迟来解决竞争问题 3 光存储器光存储器的思想源于传统分组网的存储一转发方案 即暂时缓存因竞争而受阻的数据包 在时间上缓解冲突 目前还未成功地开发出光的RAM 缓存工作通过无源的光纤延时线 FDL 或有源的光纤环路来完成 其中FDL的应用更广泛些 数据包一旦进入了FDL 必然要在一定时间后从另一端走出 即数据包不能被静态存储 在缓存中形成动态的先进先出 FIFO 队列 常见的光缓存结构有 1 可编程的并行FDL阵列 由2个空分交换开关与一系列并行的延时不同的FDL组成 如图 a 所示 可以动态配置 但损耗大 不易升级 2 串联的FDL阵列由2 2光开关与FDL串联而成 如图 b 所示 在同步机制中也常采用这种结构 3 有源或无源的光纤环路这是反馈式的缓存结构 如图 c 所示 环路上配有偏振控制器 还可能有光放大器 光信号可以在环路中多次环回 4 光分组再生 一般地 在光分组交换网中 源和目的之间全光通道不提供完全再生 由于光信号的传输距离正比于分组跳数 色散 非线性 串扰 光放大器ASE噪声的积累等因素的存在会造成信号的劣化从而限制网络的规模 尤其在高比特率时信号的劣化会更加严重 因此需要对光分组信号进行再生 5 光分组头重写 在许多提出的路由和交换协议中 要求光分组在每个节点被重写 在采用相同波长串行传输分组头的方案中 可用快速光开关阻塞掉旧的分组头 并在适当的时间插入由本地另一个激光器产生的新的分组头 这种方法的关键是要求在光网络中新的分组头与载荷具有相同的波长 否则会由于色散 非线性或网络中的波长敏感器件等带来严重的问题 还有人提出 为了便于在节点修改分组头 将分组头和载荷用不同的光波长发送 对分组头的波长采用解复用 光电转换 电域处理 然后再用该波长发送出去 这种方法使分开的分组头和载荷在网络中传输受到光纤色散的影响 使分组同步困难 另外也浪费波长资源 所以这种方案不太现实 6 IP层与光层的适配 当把IP分组与DWDM光层相连接时 如何解决帧结构 线路编码等是光分组交换推向应用必须解决的问题 可基于以下几点来考虑 1 DWDM