摘要：光子器件技術的進步帶動了光分組交換網(wǎng)絡的研究和發(fā)展，文中討論了核心網(wǎng)絡光包交換的實現(xiàn)方案、網(wǎng)絡結構和功能模型，介紹了光子交換技術的進展。光分組交換應用于核心光網(wǎng)絡能夠提供靈活有效的資源利用率，是最具發(fā)展?jié)摿Φ墓夂诵臄?shù)據(jù)網(wǎng)絡解決方案�！ ￡P鍵詞：光分組；光核心網(wǎng)絡；OXC
VH7t^ fb Lg4|6.Ez|P 一、前言
TE`5i~R* T CT8O U| 當前的電層分組交換網(wǎng)絡不能發(fā)揮
光纖和
半導體光電子學提供的千兆位帶寬的優(yōu)勢。隨著光子器件技術的進步，光交換經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，終于為核心網(wǎng)光分組交換技術的應用開辟了道路。它是解決核心網(wǎng)下三層電子路由交換瓶頸和與底層DWDM巨大帶寬相吻合的最關鍵的技術。
Iv6 lE:) #p+iwW- 二、核心網(wǎng)絡包交換三種實現(xiàn)方案
.zb DJGafX^ 以DWDM傳輸技術為核心，從傳統(tǒng)網(wǎng)絡平滑過渡的核心網(wǎng)絡正經(jīng)歷巨大的變革，主要表現(xiàn)在：高容量，T級交換路由以能力成為可能；高靈活性，數(shù)據(jù)業(yè)務的高空發(fā)性迫切需要高度靈活的資源分配和再分配方案；簡化的協(xié)議層，路由交換技術必須簡化層結構，消除電子瓶頸，使IP數(shù)據(jù)業(yè)務能夠直接進行DWDM，增強網(wǎng)絡可擴展性和靈活性。適應DWDM技術的T級傳輸容量，短期內(nèi)需要支持多個Tb/s的核心網(wǎng)絡。
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e/oEo '} agi. z 1 IP T級路由器
[ $3+5K# &M- vKc"d 基于IP/MPLS協(xié)議的T級路由器網(wǎng)絡方案，帶10Gb/s線路卡的T級路由器可以達到亞Tb/s的吞吐量，多Tb/s吞吐性能的路由器需要大規(guī)模并行陣列和復雜的互連體系，幾個設備供應商已經(jīng)提出了這種三代路由解決方案。價格不會有大的下滑，但是它基于IP而且還與IP網(wǎng)絡流量工程和分布式管理技術匹配。
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波長交叉連接法
:N8n6)#1= x,n l PU 這是一種近期的解決方案，它以適中的運行費用提供可擴展性。MPLS控制平面與傳輸層面光開關直接完成光波長交叉連接，即MPLS技術。MPLS技術提高了網(wǎng)絡管理靈活性，允許在低層動態(tài)分配交叉連接上直接進行IP業(yè)務的交換與傳輸，網(wǎng)絡資源再分配具有高度的靈活性，并且網(wǎng)絡大規(guī)模流量模式變動不需要經(jīng)歷很長的周期。然而，MPLS技術在處理快速大量數(shù)據(jù)業(yè)務時，網(wǎng)絡中與OXC相連的邊緣節(jié)點路由器會變得很龐大，影響流量集中的效率。
Mi]^wCF F .S^KK 3 IP T級路由法與波箍交叉連接法的比較
&C'^YF_^0 |JkfAnrN$I 用端口數(shù)與節(jié)點數(shù)的比值比較分組交換和波長交換（T級路由器和波長交叉連接）的效率，由此看出，分組交換獲得更高的資源利用率，尤其在網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)或比特率增長的情況下，應該著重考慮高費用、資源配置靈活的路由端口和交叉連接設備的折中。
=r]l"T _ 2KIe(,; 4 光分組交換方案
RvG=GJJ9 [aSuEu?mC 光分組交換使用MPLS技術，通過三層協(xié)議棧方法實現(xiàn)資源的
優(yōu)化利用、光交換的業(yè)務區(qū)分和波長交叉連接的可擴展性。IP路由器與光分組交換路由器相連以更大的靈活性和更低的成本執(zhí)行流量集中和核心交換。IP分組在邊緣節(jié)點集中成光突發(fā)數(shù)據(jù)，然后以單純的實體進入光分組核心網(wǎng)絡。這種光分組交換方法對多個光紛組僅僅處理一次頭信息，極大地降低了對核心路由器轉發(fā)速度的要求，增強了轉發(fā)能力（至少一個數(shù)量級）。另外，這種方法可以把WDM端口視為一個單獨的源（典型值300-600Gb/s），從而提高了邏輯性能并且減輕了具有單波長處理能力的IP路由器的需要。突發(fā)交換同樣提供與IP管理技術直接適配的交叉連接的優(yōu)點。光突發(fā)交換可以采用定長分組格式和可變長度格式，其中可變長度格式由于易于適配IP業(yè)務而更具有發(fā)展前景，固定長度分組則具備更好的交換性能，有利簡化光交換處理過程。快速光分組交換技術需要特別的定幀避免凈荷數(shù)據(jù)丟失。光交換也提供了單級配置的大容量交換的前景（10Tb/s），避免了復雜的互連，對向40Gb/s傳輸
系統(tǒng)線路速率演變不敏感。盡管最終目的是實現(xiàn)網(wǎng)絡的全光應用，而且光緩存和光再生的研制已經(jīng)可以使用光纖延遲線和非線性
光學器件的實現(xiàn)，但是近期內(nèi)部分功能只能以合理的性能價格比用電子器件替代。
{@ X>!] ByY^d#oE 三、OPS核心網(wǎng)絡結構
&mX_\w /% QC'Ru'8S 光分組交換（OPS）中純粹的全光域包頭識別和控制仍需時日，目前國際范圍OPS的研究還是集中在光電混合模型里，即OPS電域控制和電域光包頭信號處理、全光的分組數(shù)據(jù)交換。隨著MPLS技術的發(fā)展，可以將標簽交換引入OPS，整個的光交換傳輸網(wǎng)絡可劃分為核心交換光網(wǎng)絡和邊緣交換光網(wǎng)絡。光分組包含光包頭和凈荷，光包頭采用最普遍的SCM帶外傳送方案。光包頭攜帶標簽，凈荷可以是固定時間長度或者可變時間長度。光包在網(wǎng)絡邊緣OPS節(jié)點完成包頭（標簽）識別和路由查找，更新（交換）后的光包頭與數(shù)據(jù)凈荷一起進入光網(wǎng)絡，這種方式的光標簽在電域內(nèi)完成識別和處理，凈荷在整個光網(wǎng)絡中透明傳輸。這種網(wǎng)絡結構既可以滿足大容量傳輸交換（SDH），又能保證帶寬資源的高利用率（IP路由網(wǎng)）。網(wǎng)中OPS有兩種應用：OPS核心交換機和OPS邊緣交換。OPS核心交換主要完成網(wǎng)絡核心節(jié)點處光分組數(shù)據(jù)的選路和標簽交換。這種模式下，OPS節(jié)點能夠最大利用網(wǎng)絡資源和減少數(shù)據(jù)流量對網(wǎng)絡帶寬的需求，減輕了網(wǎng)絡OXC節(jié)點的沉重的負擔；OPS邊緣交換是連接IP數(shù)據(jù)與OTN網(wǎng)絡接口的OPS邊緣交換路由器。
5V 2ZAYV zk<V0NJIL* 四、OPS接入OXC功能介紹
cB &_':F G]h_z|$K OPS能夠在光路OTN基礎上實現(xiàn)光分組業(yè)務的高效分配，充分保證波長級光路業(yè)務和光包級數(shù)據(jù)業(yè)務的混合傳輸，基于光包業(yè)務的快速交換和波長粒度的慢速交換和路由同時存在�？焖俳粨Q和光分組流量集中功能及光分組業(yè)務的動態(tài)快速波長分配均在網(wǎng)絡邊緣OPS節(jié)點完成（IP/ATM--OXC）。OPS路由器是邊緣網(wǎng)絡器件，業(yè)務層與傳輸層的接口，OPS路由器與OXC直接相連，保證OPS業(yè)務的靜態(tài)波長和光纖可用路由。OXC交換矩陣完成核心光交換和互連；網(wǎng)絡管理和控制子系統(tǒng)負責互連控制；OPS模塊連接OXC的上下路端口和專門用于光分組交換的波長的接入；外部IP路由器處理與OPS同粒度（光包）的數(shù)據(jù)，并負責IP域和OPS域的集成控制。OPS維護配置信息、物理結構、OXC傳輸?shù)耐負浜鸵?guī)模，因此OPS能夠從業(yè)務層分離OTN，利用集成控制平面接入IP數(shù)據(jù)域，通過維護網(wǎng)絡配置信息和OXC拓撲結構連接OTN。DWDM網(wǎng)絡中引入OPS促進了核心網(wǎng)絡粒度的多樣化，從而能夠更高效地利用網(wǎng)絡資源。當前OTN的主要問題用比波長更精確的粒度建立高效和低成本的網(wǎng)絡。OPS在OTN的外部節(jié)點提供流量集中機制，接收來自不同源節(jié)點類型的業(yè)務映射進光分組中。這種光分組是可變長的，多個時間單位的復用。業(yè)務集中節(jié)點再把光分組映射到適當?shù)牟ㄩL上在OTN中傳輸直到下一個業(yè)務整合OTN出口節(jié)點或者需要進一步業(yè)務映射的新節(jié)點。OPS需要運行OXC網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議并且能夠把這種集中機制和OTN中的QoS分配結合起來，OPS光路由器將完成比T級電子路由器更大規(guī)模和更高效的IP流量集中，充分利用電子T級路由器所不具備的光層的巨大容量和增強功能。
2l?^\9& 97Dq; 五、光交換技術進展和發(fā)展趨勢
2 G.y.#W Z 9: 經(jīng)過10年多時間的發(fā)展，OPS仍未成為主流技術，主要是受制于光存儲和光子集成技術有限制。缺少深層、快速的光存儲器件，阻止了電域的路由結構在光域內(nèi)的應用；較之先進的硅路集成工藝，光子集成限制了光子交換的發(fā)展。最近的技術突破和智能網(wǎng)絡設計，優(yōu)化了電子與光子技術，使它們達到最完美的結合。光子技術的進步必定導致光器件市場的蓬勃發(fā)展。AOPS實現(xiàn)的關鍵技術主要是快速光開關、分組模式收發(fā)器、再生器和存儲器。
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