光分组交换

基本原理

　　从交换技术的发展历史看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的发展过程。分组交换实质上是在“存储-转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据-分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。光分组交换（ops）技术，它以光分组作为最小的交换颗粒，数据包的格式为固定长度的光分组头、净荷和保护时间三部分。在交换系统的输入接口完成光分组读取和同步功能，同时用光纤分束器将一小部分光功率分出送入控制单元，用于完成如光分组头识别、恢复和净荷定位等功能。光交换矩阵为经过同步的光分组选择路由，并解决输出端口竞争。输出接口通过输出同步和再生模块，降低光分组的相位抖动，同时完成光分组头的重写和光分组再生。

特点

　　光分组交换技术独秀之处在于：大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，支持未来不同类型数据 ；能提供端到端的光通道或者无连接的传输 ；带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的需求。把大量的交换业务转移到光域，交换容量与ＷＤＭ传输容量匹配，同时光分组技术与OXC、MPLS等新技术的结合，实现网络的优化与资源的合理利用因而，光分组交换技术势必成为下一代全光网网络规“宠儿”。

　　对网络设计者来说，非常重要的是减少当前网络中协议层的数目，但是同时还要保留功能，并尽量利用现有的光技术。光分组交换具有大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，这对未来支持不同类型的数据是非常重要的。光分组交换能够提供端到端的光通道或者无连接的传输。光分组交换的主要优点是带宽利用效率高，而且能提供各种服务，满足客户的需求。目的是把大量的交换业务转移到光域实现，能实现交换容量与ＷＤＭ的传输容量相匹配。同时实现光分组技术与ＯＸＣ、ＭＰＬＳ等新兴技术的结合，实现网络的优化与资源的合理利用。

关键技术

　　光分组

　　为了减少单位时间光交换机必须处理的实体，具有相同目的地和服务质量的一个或多个分组可以组成一个光分组。光分组长度可变，它是一个单位波长的整数倍。虽然这种做法在网络边缘减少了分组交换的复杂性，但却增加了在网络边缘接口的复杂性，实际上，光分组的形成要比它完成IP路由的功能实现起来复杂得多。

　　光分组头包含路由信息,aN制信息，分组越长则可在分组中有更多的保护时间而不致降低链路的利用率，但分组要考虑与现有的ATM信元、IP分组等兼容。分组和分组头大小需要优化，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负载和分组头之间进行折衷。

　　光分组的缓存

　　为了提供一个全光的数据路径，必须在oPS中提供光缓存器。在光组交换中，由于没有可用的光随机存取器(RAM)，采用光纤延时线与光器件如光开关、光耦合器、光放大器等结合来实现光分组缓存，光纤延时线的延时长度等于光分组单位时间的整数倍。一般地，在光分组交换中光缓存可以按照两种方法来分类，一种是缓存器采用单级延时线还是多级，前者一般易于控制，后者对于大的缓存深度可能节省硬件数量；另一种是延时线被连成正向还是反馈结构，前者是分组从一条延时线被送入它下一条延时线，光分组穿过的延时光纤数不变，而后者的延时线将分组送回本级的输入，意味着分组之间穿过的延时线数是不同的。

　　交换的实现

　　一个光分组交换机的总体结构由输入处理模块、输出处理模块、和交换缓存模块组成(图3)。输入处模块把接收到的分组描述成适合于OTN和OPS的光分组，并实现同功能。交换缓存模块将分组发送到正确的目的地，并实现分组竞争裁决和空分组管理。输出处理模块的作用是减小或消除信号的相位抖动和功率波动，通过快速功率均衡减／J,分组组之间的功率差异，还可以具有分组头重写和再生的功能。图3采用了反馈缓存器的方法，使得系统可以限度地利用和共享缓存器，同时，使用缓存器的再循环还可以实现分组服务等级优先权的处理。在这里，分组头的检测和处理在电域内进行。

应用

　　光分组交换的诱人之处在于它是光传输网的一个自然而然的发展，尤其是光交叉连接(oXC)技术的发展能够为光传输网提供一个光分组交换的网络层。图l所示的一个网络包含了oXC和OPS。在图中，资源可以多种方式加以利用：一些光信道可以把具有高容量的节点互联起来，而这些节点可以完全利用很高的信道容量，如SDH环路；另外一些信道为了有效利用带宽，被用来提供光分组的传输，这样既可以在网络内实现资源利用，又可以提供像点到点这样非常关键的业务。因此图1提出了两种关键的OPS应用方案。一种应用是oPS作为核心交换机，即通过网络的分组在中心节点进行交换，同时在中心节点处完成路由的选择和标签的交换。在这种方案中，oPS地利用了网络资源，最小限度地耗费网络的总容量，从而减少了oXC的数量。第二个是OPS作为光传输网中电域(数据)到光域(WDM网)边缘路由器接口。在这一应用中OPS为将来光传输网提供了许多核心功能。