從光纖通信技術(shù)本身的發(fā)展來看

第7章光網(wǎng)絡(luò)

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第7章光網(wǎng)絡(luò)

從光纖通信技術(shù)本身的發(fā)展來看，光網(wǎng)絡(luò)可以分為三代。第一代光網(wǎng)絡(luò)中，光只是用來實現(xiàn)大容量傳輸，所有的交換、路由和其他智能控制都是在電層面上實現(xiàn)的，SONET/SDH就是第一代的光網(wǎng)絡(luò)。光傳送網(wǎng)(OTN)和全光網(wǎng)絡(luò)(AON)可以分別認(rèn)為是第二代光網(wǎng)絡(luò)和第三代光網(wǎng)絡(luò)。本章首先介紹SONET/SDH作為理解光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，然后講解屬于第三代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的光突發(fā)交換技術(shù)和智能光網(wǎng)絡(luò)。

7.1SONET/SDH

1985年，Bellcore提出了同步光纖網(wǎng)(SynchronousOpticalNetwork,SONET)標(biāo)準(zhǔn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)通過了一系列有關(guān)SONET的標(biāo)準(zhǔn)。1989年，國際電報電話咨詢委員會CCITT接受了SONET概念并制定了同步數(shù)字系列(SynchronousDigitalHierarchy,SDH)標(biāo)準(zhǔn)，使之成為不僅適合于光纖也適合于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g(shù)體制。7.1SONET/SDH與SONET有細(xì)微差別，SDH/SONET定義了一組在光纖上傳輸光信號的速率和格式，通常統(tǒng)稱為光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)，是寬帶綜合數(shù)字網(wǎng)B-ISDN的基礎(chǔ)之一。SDH/SONET都采用了時分復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)技術(shù)，是同步系統(tǒng)，由主時鐘控制。兩者都用于骨干網(wǎng)傳輸，是對沿襲應(yīng)用的準(zhǔn)同步數(shù)字系列(Pseudo-synchronousDigitalHierarchy,PDH)的一次革命。SDH多用于中國和歐洲，而SONET多用于北美和日本。

7.1.1SONET的物理配置

在SONET標(biāo)準(zhǔn)中，按照設(shè)備的功能和它們之間連接的關(guān)系，把連接分為了段(Section)、線路(Line)和通道(Path)?！岸巍敝傅氖侵苯舆B接相鄰設(shè)備的連接關(guān)系，即點到點的鏈路，如再生器與同步傳輸信號(SynchronousTransportSignal,STS)復(fù)用器、再生器與再生器、添加/丟棄復(fù)用器與再生器之間的連接屬于段連接；“線路”是指連接兩個SONET復(fù)用器設(shè)備之間的連接，如STS復(fù)用器與添加/丟棄復(fù)用器之間的連接；7.1.1SONET的物理配置而“通道”則是指兩個STS復(fù)用器之間的端到端的連接，如圖7.1所示。對于只由兩個STS復(fù)用器直接連接構(gòu)成的SONET系統(tǒng)，段、線路和通道是相同的。

圖7.1SONET系統(tǒng)7.1.1SONET的物理配置SONET系統(tǒng)主要包括三種設(shè)備：再生器(Regenerator)、添加/丟棄復(fù)用器(Add-DropMultilexer,ADM)和STS復(fù)用器。其中，再生器就是轉(zhuǎn)發(fā)器，接收光信號，整形后轉(zhuǎn)發(fā)出去。添加/丟棄復(fù)用器也稱分插復(fù)用器，其主要功能是向通道中添加信號，并可以從通道中提取出需要的信號。STS復(fù)用器在SONET系統(tǒng)中的位置處于邊緣，有兩個功能：實現(xiàn)電信號與光信號的相互轉(zhuǎn)換和信號的復(fù)用/解復(fù)用。7.1.2傳輸格式和速率圖7.2給出了SONET的基本幀結(jié)構(gòu)。這是一個由9行、90列字節(jié)構(gòu)成的二維結(jié)構(gòu)?；維ONET幀的周期為125s，因此基本SONET信號的傳輸速率為：STS-1=(90字節(jié)/行)×(9行/幀)×(8比特/字節(jié))×(125s/幀)=51.84Mb/s。圖7.2SONET中STS-1的基本幀格式

7.1.2傳輸格式和速率

該信號稱為STS-1信號，所有的SONET信號都是STS-1信號速率的整數(shù)倍，STS-N信號的比特速率是51.84Mb/s的N倍。當(dāng)采用STS-N信號調(diào)制光源時，先對邏輯STS-N信號進行擾碼以減少長連0和長連1，便于在接收機中進行時鐘恢復(fù)。經(jīng)過電光變換后的物理層光信號稱為光載波(OpticalCarry,OC-N)。實際上采用OC-N鏈路表示SONET鏈路更為普遍。N值在1~255之間變化的生成算法都已提出，但ANSIT1.105標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的N僅為1,3,12,24,48和192。

7.1.2傳輸格式和速率

在SDH中基本速率等于STS-3，即155.22Mb/s，稱為同步傳輸模式(SynchronousTransportMode,STM-1)，更高的速率表示為STM-M。ITU-T建議支持的M值為1,4,14和64，它們相當(dāng)于SONET的OC-N信號。類似于SONET，SDH也先對邏輯信號進行擾碼，但不同的是，SDH不區(qū)分邏輯電信號（如SONET中的STS-N）和物理光信號（如OC-N），這些信號都標(biāo)記為STM-M。7.1.2傳輸格式和速率表7.1給出了常用的OC-N與STM-M值和對應(yīng)關(guān)系。

表7.1常用的SONET和SDH傳輸速率

SONET等級電等級線路速率(Mb/s)相應(yīng)的SDHOC-1STS-154.84—OC-3STS-3155.52STM-1OC-12STS-12622.08STM-4OC-24STS-241244.16STM-8OC-48STS-482488.32STM-16OC-96STS-964976.64STM-32OC-192STS-1929953.28STM-647.1.2傳輸格式和速率如圖7.2所示，幀結(jié)構(gòu)中的前3列傳輸?shù)拈_銷字節(jié)承載了網(wǎng)管信息，剩下的87列承載了用戶數(shù)據(jù)，稱為同步有效載荷封裝(SynchronousPayloadEnvelope,SPE)和9個字節(jié)的通道開銷(PathOverHead,POH)。POH支持性能監(jiān)視、統(tǒng)計、信號標(biāo)記、尋跡功能和一個用戶通道。這9個通道開銷字節(jié)總是排成1列，它們可以出現(xiàn)在SPE中的任何位置。值得注意的是，SONET/SDH的同步字節(jié)間插復(fù)用特性，可以實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)中信息通道的分插復(fù)用。7.1.2傳輸格式和速率當(dāng)N值大于1時，幀結(jié)構(gòu)的列數(shù)是原來的N倍，而行數(shù)仍然為9行，如圖7.3所示。

圖7.3SONET的STS-N幀的基本結(jié)構(gòu)

7.1.3光接口

為了保證不同制造商的設(shè)備能夠互聯(lián)，SONET和SDH規(guī)范提出了光源特性、接收靈敏度以及不同類型光纖傳輸距離的特征。表7.2給出了標(biāo)準(zhǔn)定義的6種傳輸距離，它們在SONET和SDH中所用的稱謂各不相同。

表7.2SONET和SDH規(guī)范和稱謂傳輸距離SONET稱謂SDH稱謂光纖種類≤2km短距離局間漸變折射率光纖15km中距離短途常規(guī)非色散位移單模光纖40km（1310nm）長距離長途色散位移光纖7.1.3光接口SONET和SDH規(guī)范提出了光源特性、接收靈敏度以及不同類型光纖傳輸距離的特征。標(biāo)準(zhǔn)定義的6種傳輸距離，它們在SONET和SDH中所用的稱謂各不相同。

（續(xù)）表7.2SONET和SDH規(guī)范和稱謂傳輸距離SONET稱謂SDH稱謂光纖種類80km（1550nm）長距離長途色散位移光纖120km（1550nm）長距離甚長途色散位移光纖160km（1550nm）長距離超長途色散位移光纖

7.1.3光接口

針對于表7.3中不同等級的損耗和色散特性，可以采用的光源包括發(fā)光二極管(LED)、多橫縱模(MultipleLongitudinalMode,MLM)激光器和單縱模(SingleLongitudinalMode,SLM)激光器。在ANSIT1.105.06和ITU-TG.957中給出了光源的各種譜參數(shù)。

表7.3波長范圍和光纖損耗傳輸距離1310nm窗口1550nm窗口1310nm處損耗1550nm處損耗≤15km1260~1360nm1430~1580nm3.5dB/km未規(guī)定≤40km1260~1360nm1430~1580nm0.8dB/km0.5dB/km≤80km1280~1335nm1480~1580nm0.5dB/km0.3dB/km7.1.3光接口表7.4給出了傳輸速率從基群到OC-48或STM-16（傳輸速率為2.5Gb/s）的光功率。系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)在速率低于1Gb/s時不超過10-10，而當(dāng)速率更高或系統(tǒng)性能要求更高時不超過10-12，該性能的鏈路功率損傷不大于1dB。具體表7.4見書中134頁給出的數(shù)值。

7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)

SONET和SDH通常配置成環(huán)狀拓?fù)?。?dāng)設(shè)備或鏈路發(fā)生故障時，可以采用環(huán)回分集實現(xiàn)不中斷業(yè)務(wù)保護。SONET/SDH環(huán)也稱為自愈環(huán)(SelfHealingRing)。SONET/SDH環(huán)可以分為8種可能的類型，而每一種類型均有兩種可以互換的結(jié)構(gòu)。它們具有三個主要特征：（1）環(huán)上連接結(jié)點的光纖可以是二纖，也可以是四纖；（2）數(shù)據(jù)流可以沿順時針單方向傳輸，也可以沿兩個方向傳輸；（3）保護切換既可以采用線路切換，也可以采用通道切換方案。在8種可能的環(huán)類型組合中，SONET和SDH網(wǎng)絡(luò)中最普遍的兩種結(jié)構(gòu)是：二纖單向線路切換環(huán)(UPSR)和二纖/四纖雙向線路切換環(huán)(BLSR)7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)如圖7.4(a)所示，在雙纖單向自愈環(huán)配置中包括兩個通道，即主用通道（簡稱主通道，圖7.4(a)中用實線表示）和保護通道（也稱為副通道或備用通道，圖7.4(a)中用虛線表示）。一般情況下，單向環(huán)中數(shù)據(jù)流沿主通道順時針方向傳輸。例如，從結(jié)點1到結(jié)點3的連接使用了鏈路1和鏈路2，而從結(jié)點3到結(jié)點1的數(shù)據(jù)流則通過鏈路3和鏈路4傳輸。因此，兩個結(jié)點間的通信利用了環(huán)的整個周長方向上特定的帶寬容量。若結(jié)點1和結(jié)點3在OC-12環(huán)上以O(shè)C-3速率交換信息，則它們只使用了環(huán)中主通道容量的1/4。在單向環(huán)中，逆時針通道作為可變路由，以便在鏈路或結(jié)點出現(xiàn)故障時保護通道。7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)為了實現(xiàn)保護，從發(fā)送結(jié)點發(fā)出的光信號同時輸入主通道光纖和副通道光纖，這樣就建立了一個指定的保護通道，數(shù)據(jù)流在保護通道中逆時針傳輸，如圖7.4(b)所示，稱為通過鏈路5和鏈路6的1,3結(jié)點之間通道保護。如圖7.4(b)所示，從某個結(jié)點發(fā)出的同樣的信號以不同的方向和傳輸延時到達目的地。接收機通常選擇來自主通道的信號，當(dāng)然它也在不斷比較兩個方向信號的正確性，在出現(xiàn)一個通道信號丟失或性能劣化時馬上選擇另一路信號。因此，每一個通道都是基于信號性能而獨立切換的。例如，一旦鏈路2中斷或是結(jié)點2出現(xiàn)設(shè)備故障，則結(jié)點3將切換到保護通道，以接收來自結(jié)點1的信號。7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)

(a)雙纖單向通道與逆向保護通道(b)結(jié)點1到結(jié)點3主副通道數(shù)據(jù)流圖7.4雙纖單向自愈環(huán)原理圖7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)圖7.5給出了四纖雙向自愈環(huán)原理圖。其中，兩個主用光纖環(huán)（標(biāo)注為1p到8p）用于常規(guī)雙向通信，而另外兩個輔助光纖環(huán)用于保護的備用環(huán)路（標(biāo)注為1s到8s）。與二纖單向自愈環(huán)不同，四纖雙向自愈環(huán)在容量上占有優(yōu)勢，因為它使用了兩倍于前者的光纖，而且兩個結(jié)點之間的業(yè)務(wù)僅在環(huán)的一部分中傳輸。

7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)首先看一下結(jié)點1和結(jié)點3之間的連接情況，從結(jié)點1到結(jié)點3的數(shù)據(jù)流按順時針方向沿鏈路1p和2p傳輸，而從結(jié)點3到結(jié)點1的返回路徑上，數(shù)據(jù)流是按逆時針方向沿鏈路7p和8p傳輸?shù)摹Ｒ虼?，結(jié)點1和結(jié)點3之間的信息交換不會占用另一半環(huán)中的主用通道的帶寬資源，從而提高了帶寬利用率。

圖7.5四纖雙向自愈環(huán)原理圖7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)為了了解四纖雙向自愈環(huán)中備用鏈路的功能及其通用性，首先考慮一下主環(huán)上結(jié)點3與結(jié)點4中某個發(fā)送或接收電路板失效的情況。此時，受影響的結(jié)點檢測到無光后，將與之相連的兩根主通道光纖切換到備用通道光纖，如圖7.6所示。因此，結(jié)點3與結(jié)點4之間的保護段也成為了主用雙向環(huán)的一部分。

圖7.6收發(fā)器或線路故障時四纖雙向自愈環(huán)再配置過程7.1.4SONET/SDH環(huán)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在假設(shè)一個結(jié)點完全失效，或是某一路中所有的主通道光纖都失效，這是有可能發(fā)生在兩個結(jié)點之間所有光纖位于相同的光纜護套中的情況。此時，失效段兩端的結(jié)點都將其收發(fā)設(shè)備從主通道切換到備用通道，從而將數(shù)據(jù)流反向傳輸?shù)侥康牡?，結(jié)果再一次形成封閉的環(huán)，而不會影響正常的數(shù)據(jù)傳輸，但此時主通道和備用通道的光纖都使用了，如圖7.7所示。

圖7.7在結(jié)點失效或光纜故障時四纖雙向自愈環(huán)再配置

7.1.5SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)

利用SONET/SDH設(shè)備可以構(gòu)成不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖7.8所示。例如，配置成點對點鏈路、總線型拓?fù)?、單向自愈環(huán)、雙向自愈環(huán)和環(huán)際互聯(lián)。

圖7.8SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理圖7.1.5SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)分插復(fù)用器是一個重要的SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它是一個完全同步的、面向字節(jié)的復(fù)用器，可以分接和插入OC-N信號中的子信道。圖7.9從概念上闡述了ADM的功能。若干個OC-12和OC-3信道復(fù)用到一個OC-48信道。

圖7.9ADM的功能7.1.5SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)ONET/SDH結(jié)構(gòu)也可以采用WDM。如圖7.10所示，一個DWDM系統(tǒng)由n個不同波長的OC-192主干環(huán)構(gòu)成。從每一個OC-192發(fā)送機輸出的不同波長光波，首先通過衰減器進行功率均衡，然后送入WDM復(fù)用器，通過可選的后置光放大器進行放大后，送入光纖傳輸。

圖7.10由n個波長的OC-192主干環(huán)構(gòu)成的DWDM設(shè)備

7.2光交換系統(tǒng)

光交換技術(shù)的發(fā)展在某種程度上也決定了全光通信的發(fā)展。光交換技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入的光信號交換到不同的輸出端。光交換技術(shù)可分成光路光交換和分組光交換兩種類型。隨著光器件技術(shù)的發(fā)展，光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢將是光控光交換。

7.2.1成熟的光交換技術(shù)

研究得最多、最成熟的是光路交換(OpticalCircuitSwitching,OCS)，它是一種面向連接的交換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)需要為每一個連接請求建立從源端到目的端的光路（每一個鏈路上均需要分配一個專用波長）。交換過程共分三個階段：(1)鏈路建立階段(2)鏈路保持階段(3)鏈路拆除階段。光路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)可分為:交換技術(shù)(TDPS)、空分交換技術(shù)(SDPS)、波分/頻分交換技術(shù)(W/FDPS)、碼分交換技術(shù)(CDPS)和復(fù)合型交換技術(shù)。

7.2.1成熟的光交換技術(shù)

1．時分光交換技術(shù)時分光交換系統(tǒng)采用光器件或光電器件作為時隙交換器，通過光讀/寫門對光存儲器的受控有序讀/寫操作完成交換動作，如圖7.11所示。

圖7.11時分光交換原理圖7.2.1成熟的光交換技術(shù)2．空分光交換技術(shù)空分光交換是由開關(guān)矩陣實現(xiàn)的，開關(guān)矩陣結(jié)點可以由機械、電或光進行控制，按要求建立物理通道，使輸入端任一信道與輸出端任一信道相連，完成信息的交換。各種機械、電或光控制的相關(guān)器件均可以構(gòu)成空分光交換。構(gòu)成光矩陣的開關(guān)有鈮酸鋰定向耦合器、微機電系統(tǒng)MEMS等。SDPS的基本原理是：將光交換組成門陣列開關(guān)，并適當(dāng)控制門陣列開關(guān)，即可在任一路輸入光纖和任一路輸出光纖之間構(gòu)成通路，如圖7.12所示為兩路輸入、兩路輸出的空分光交換。7.2.1成熟的光交換技術(shù)在鈮酸鋰交換單元中，以鈮酸鋰為基片，在基片上進行鈦擴散，形成折射率逐漸增加的光波導(dǎo)，即光通路，再焊上電極后便可以將它作為光交換元件使用了。通過控制電極上的電壓，就可以得到平行和交叉兩種交換狀態(tài)。

圖7.12空分光交換原理圖7.2.1成熟的光交換技術(shù)

3．波分光交換

波分交換即信號通過不同的波長，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)通路來實現(xiàn)，由波長開關(guān)進行交換。波分光交換網(wǎng)絡(luò)由波長復(fù)用器/去復(fù)用器、波長選擇空間開關(guān)和波長互換器（波長開關(guān)）組成，其原理如圖7.13所示。

圖7.13波分光交換原理圖

7.2.2光分組交換

從長遠(yuǎn)來看，全光的分組交換OPS是光交換的發(fā)展方向。OPS是一種面向非連接的交換方式，采用單向預(yù)約機制，在進行數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立路由、分配資源。相比OCS，OPS有著很高的資源利用率和很強的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)的能力。光分組交換系統(tǒng)根據(jù)對控制包頭處理及交換粒度的不同，又可以分為光分組交換技術(shù)、光突發(fā)交換技術(shù)和光標(biāo)記分組交換技術(shù)。7.2.2光分組交換

1．光分組交換技術(shù)它以光分組作為最小的交換顆粒，數(shù)據(jù)包的格式為固定長度的光分組頭、凈荷（用戶數(shù)據(jù)部分）和保護時間三部分。2．光突發(fā)交換技術(shù)它的特點是數(shù)據(jù)分組和控制分組獨立傳送，在時間上和信道上都是分離的，它采用單向資源預(yù)留機制，以光突發(fā)作為最小的交換單元。3．光標(biāo)記分組交換技術(shù)光標(biāo)記分組交換技術(shù)也稱為多協(xié)議波長交換(MPλS或MPLmS)，它是MPLS技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)光分組交換技術(shù)與電分組技術(shù)相比，光分組交換技術(shù)經(jīng)歷了近十年的研究，卻還沒有達到實用化，主要有兩大原因：(1)缺乏深度和快速光記憶器件，在光域難以實現(xiàn)與電路由器相同的光路由器；(2)相對于成熟的硅工業(yè)而言，光分組交換的集成度很低，1997年，由ChunmingQiao和J.STunnor分別提出的一種新的光交換技術(shù)——光突發(fā)交換，作為由電路交換到分組交換技術(shù)的過渡技術(shù)，通過增加信令的復(fù)雜性來避開光同步和光存儲的困難，并且結(jié)合了電路交換和分組交換兩者的優(yōu)點且克服了兩者的部分缺點。

7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

1．光突發(fā)交換基本概念突發(fā)(Burst)的最初定義是指語音的一次進發(fā)或者一段數(shù)據(jù)信息。突發(fā)交換就是交換粒度介于電路交換和分組交換之間的一種交機制。1997年提出的一種光交換方式，既結(jié)合了光電路交換和光分組交換的優(yōu)點，又克服了兩者的不足，并且易于實現(xiàn)，能很好地支持突發(fā)數(shù)據(jù)流。在光突發(fā)交換中，突發(fā)為一些IP包組成的超長IP包，這些IP包可以來自傳統(tǒng)IP網(wǎng)中不同的電IP路由器。光突發(fā)交換中的突發(fā)控制分組(BurstControlPacket,BCP)作用相當(dāng)于分組交換的分組頭，但網(wǎng)絡(luò)對該頭信息的傳遞路徑與對凈荷數(shù)據(jù)的傳送路徑在物理信道上是相互分離的，每一個突發(fā)對應(yīng)一個控制分組。

7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

在OBS中，突發(fā)數(shù)據(jù)從源結(jié)點到目的結(jié)點始終在光域內(nèi)傳輸，而控制信息在每一個結(jié)點都需要光/電/光的變換以及電處理。另外，OBS可以通過合理設(shè)置突發(fā)數(shù)據(jù)流與控制分組之間的偏置時間(OffsetTime)，而執(zhí)行QoS功能?？刂品纸M和數(shù)據(jù)流都不需要執(zhí)行光同步和光存儲?？梢钥闯觯@種突發(fā)交換技術(shù)充分發(fā)揮了現(xiàn)有的光子技術(shù)和電子技術(shù)的特長，實現(xiàn)成本相對較低，非常適合于在承載未來的具有高突發(fā)性的數(shù)據(jù)流的局域網(wǎng)(LAN)中應(yīng)用。

7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

2．光突發(fā)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)模型(1)光突發(fā)交換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)OBS的概念起源于以前的電子突發(fā)交換網(wǎng)。OBS的主要特點包括：采用帶外信令方式，即數(shù)據(jù)信道與控制信道在物理上分離；數(shù)據(jù)在OBS網(wǎng)中保持為光信號，而控制信號必須采用電子方式處理，即經(jīng)過每一個結(jié)點控制信號都必須經(jīng)歷光/電/光的轉(zhuǎn)換；通常采用單向無應(yīng)答的預(yù)約方式；突發(fā)長度可變；在交換結(jié)點上并非一定要使用光緩存器等。

7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

圖7.14示出了光突發(fā)交換系統(tǒng)中的結(jié)點和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖7.14光突發(fā)交換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和各結(jié)點單元的功能

7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

OBS體系結(jié)構(gòu)包含三層：核心光突發(fā)交換層（核心光層）、光突發(fā)聚集層（邊緣分配光層）和接入層。核心光層由全光核心路由器構(gòu)成，完成光分組數(shù)據(jù)的傳送、路由和OBS網(wǎng)絡(luò)管理，核心網(wǎng)絡(luò)的核心OBS結(jié)點無需任何處理，就可以進行突發(fā)數(shù)據(jù)的透明交換。邊緣分配光層由光/電的邊緣路由器構(gòu)成，負(fù)責(zé)來自或發(fā)送接入層數(shù)據(jù)的分發(fā)服務(wù)，它們之間由WDM鏈路相連；在邊緣結(jié)點收集來自接入網(wǎng)的數(shù)據(jù)流，并匯聚成較大的數(shù)據(jù)單元（即突發(fā)包）。接入層是OBS層的用戶層，可以為目前存在的各種網(wǎng)絡(luò)，如IP,ATM,SDH等，也可以是終端用戶。7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

(2)光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的分層參考模型OBS網(wǎng)絡(luò)的分層參考模型如圖7.15所示。光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的分層參考模型分為電接入層、OBS層和物理層。OBS層可以分為數(shù)據(jù)匯聚子層、網(wǎng)絡(luò)子層、鏈路子層和波長匯聚子層。

圖7.15OBS網(wǎng)絡(luò)的分層參考模型7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)各層的功能如下：數(shù)據(jù)匯聚子層的功能是電接入層和光層間比特率的適配，包括上層數(shù)據(jù)的匯聚、分類和整形，以及突發(fā)數(shù)據(jù)分組的組裝和拆卸；網(wǎng)絡(luò)子層的功能是突發(fā)分組的路由，主要包括控制分組的生成與偏置時間的設(shè)置，以及在中間結(jié)點通過控制分組的信息和網(wǎng)絡(luò)的狀況（資源、拓?fù)涞龋┻M行路由和通道調(diào)度；鏈路子層主要完成電隊列的管理和完成電光轉(zhuǎn)換；波長匯聚子層完成波長分配、再分配或波長轉(zhuǎn)換，以及完成波長的復(fù)用/解復(fù)用；物理層實現(xiàn)光比特的透明傳輸、放大和光交換。7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

(3)光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)的工作原理如圖7.14所示，典型OBS網(wǎng)絡(luò)的工作原理可以簡單地描述如下：在OBS網(wǎng)絡(luò)的邊緣處，將抵達的IP包封裝成突發(fā)。光突發(fā)的傳輸和交換資源通常是通過單向預(yù)約的方式進行的，即數(shù)據(jù)比預(yù)約請求稍后發(fā)出，而無需等待資源成功預(yù)約的應(yīng)答。一方面，在這種預(yù)約方式下，即便是網(wǎng)絡(luò)沒有足夠的資源突發(fā)也會接入，從而引起突發(fā)的丟棄；另一方面，由于無需等待應(yīng)答信號，這種信令方式能使網(wǎng)絡(luò)時延大大降低。預(yù)約請求（即控制包）是在一獨立的信道傳送，且比相應(yīng)的突發(fā)提前了一個偏置時延。這個偏置時延必須足夠大。7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

3．光突發(fā)交換網(wǎng)的結(jié)點結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)(1)

邊緣結(jié)點的關(guān)鍵技術(shù)邊緣結(jié)點中要實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾項：

①數(shù)據(jù)接入、分類和匯聚突發(fā)交換網(wǎng)邊緣結(jié)點的結(jié)構(gòu)如圖7.16所示。在這種結(jié)構(gòu)中，主要是通過兩個緩沖和一個大型的電交換矩陣來完成數(shù)據(jù)的速率適配和數(shù)據(jù)分類。輸出緩沖隊列的長度確定了突發(fā)分組長度的上限，突發(fā)分組的長度是影響網(wǎng)絡(luò)性能的一個重要因素。7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

圖7.16突發(fā)交換網(wǎng)邊緣結(jié)點結(jié)構(gòu)7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)為了滿足支持實時數(shù)據(jù)的需要，邊緣結(jié)點緩沖一般支持突發(fā)數(shù)據(jù)分組的動態(tài)生成。突發(fā)分組生成后，在發(fā)送前必須提前一個偏置時間先發(fā)送一個控制分組。控制分組和數(shù)據(jù)分組發(fā)送的偏置時間是保證網(wǎng)絡(luò)效率的關(guān)鍵因素，②數(shù)據(jù)的突發(fā)接收光突發(fā)交換的突發(fā)特性不可避免地會引入突發(fā)接收和突發(fā)同步的問題。邊緣結(jié)點接收到的各突發(fā)幀可能來自不同的其他結(jié)點，它們的時鐘、相位和振幅都不相同，因此每一幀都要進行時鐘相位的快速鎖定和判決閾值的快速恢復(fù)。7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)

(2)核心結(jié)點關(guān)鍵技術(shù)雖然邊緣結(jié)點負(fù)擔(dān)了突發(fā)交換網(wǎng)中的大部分工作，但核心結(jié)點仍然起著無可替代的作用。圖7.14給出了核心結(jié)點的基本結(jié)構(gòu)。①資源預(yù)留策略現(xiàn)在，資源預(yù)留方式是根據(jù)突發(fā)分組結(jié)束指示和資源分配時間來區(qū)分的，主要有三種方式：在第一種方式中，控制分組中不包含突發(fā)分組長度，資源的釋放由專門的控制分組來決定，JIT(JustInTime)預(yù)留機制就屬于這一類，這種方式復(fù)雜度最低，但效率不高；第二種方式叫做RLD(ReserveaLimitedDuration)，控制分組中包含有突發(fā)數(shù)據(jù)分組長度信息，這種方式復(fù)雜性中等，效率很高；7.2.3光突發(fā)交換技術(shù)第三種方式叫做RFD(ReserveaFixedDuration)，它通過數(shù)據(jù)分組中的開始預(yù)留時間和結(jié)束預(yù)留時間來預(yù)留資源。與RLD不同的是，它可以通過對預(yù)留時間的設(shè)置實現(xiàn)突發(fā)分組的QoS，這種方式復(fù)雜性最高。恰量時間(JustEnoughTime,JET)協(xié)議是基于RFD在光域中的突發(fā)交換控制協(xié)議。它采用了兩種獨特的特性，即偏置時間和延遲預(yù)留。②竟?fàn)幗鉀Q方案為了處理當(dāng)多個分組同時到達同一個輸出端口時，競爭解決方案是必需的，這是所有分組交換方式必然會遇到的問題，即所謂的外部阻塞。比較典型的解決方式是通過緩存其他沖突的分組，只允許一個輸出。在OBS與OPS中，競爭解決方案有光緩存、波長變換和偏射路由，或者其中多種技術(shù)融合。

7.2.4光交換技術(shù)的發(fā)展趨勢

光交換中廣泛應(yīng)用的各種光開關(guān)、光存儲器都是由相關(guān)無源器件和有源光邏輯器件兩類器件制作而成的。光開關(guān)是各種光通信系統(tǒng)實現(xiàn)高功能、高可靠性、提高維護和使用效率必不可少的光器件。光開關(guān)大致可分為采用LiNbO3、聚合物、半導(dǎo)體材料的光開關(guān)和具有可移動機理的機械光開關(guān)。今后光開關(guān)研究的方向是改善其性能，并將光開關(guān)集成以便增大光開關(guān)陣列的規(guī)模。光纖型微機電光開關(guān)損耗低，適于用做保護恢復(fù)。7.2.4光交換技術(shù)的發(fā)展趨勢市場和用戶是決定光網(wǎng)絡(luò)去向何方的重要因素。目前光的電路交換技術(shù)已發(fā)展得較為成熟，進入了實用化階段。光分組交換成為被廣泛關(guān)注和研究的熱點。在更加實用化的光緩存器件和光邏輯器件產(chǎn)生以前，對兩者要求不是很高的OBS以及OMPLS技術(shù)作為OPS的過渡性解決方案，將會成為市場的主流。光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)由過去的點到點WDM鏈路發(fā)展到今天面向連接的OADM/OXC和自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)，再演進到下一代DWDM基礎(chǔ)上寬帶電路交換與分組交換融合的智能光網(wǎng)絡(luò)。光交換技術(shù)的發(fā)展將會在其中起到?jīng)Q定性的作用。

7.3智能光網(wǎng)絡(luò)

1．ASON網(wǎng)絡(luò)基本概念在市場和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的驅(qū)動下，以WDM為基礎(chǔ)的光層組網(wǎng)技術(shù)和以IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)迅速發(fā)展并結(jié)合，形成了自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)。它是當(dāng)用戶發(fā)出請求時，由信令網(wǎng)控制實現(xiàn)光傳送網(wǎng)內(nèi)鏈路的連接/拆線、交換、傳送等一系列功能的新一代光網(wǎng)絡(luò)。事實上，這種自動完成網(wǎng)絡(luò)連接的智能化網(wǎng)絡(luò)稱為自動交換傳送網(wǎng)(ASTN)更為確切。ASON實際上是ASTN技術(shù)在光網(wǎng)絡(luò)中的一種應(yīng)用實例?？梢哉J(rèn)為ASON是智能光網(wǎng)絡(luò)的具體代表，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的智能光網(wǎng)絡(luò)。

7.3智能光網(wǎng)絡(luò)

ASON代表了光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)新的發(fā)展階段和未來的演進方向。ASON的特性就在于它首次在傳輸網(wǎng)絡(luò)中引入了信令的概念，同時將數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳輸網(wǎng)管理的優(yōu)點融合在一起，進而實現(xiàn)了實時動態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理。ASON控制技術(shù)的應(yīng)用帶來了許多新的網(wǎng)絡(luò)特征，提供了更多的網(wǎng)絡(luò)功能。其中，最主要的新特點包括：(1)呼叫和連接過程的分離(2)自動資源發(fā)現(xiàn)機制的出現(xiàn)(3)網(wǎng)絡(luò)生存性技術(shù)的新特征

7.3智能光網(wǎng)絡(luò)

2．ASON網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基于WDM的光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(OpticalInternetworking)又稱為IP優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或IPoveroptical網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上看，四層結(jié)構(gòu)中的獨立ATM層和SDH層將會逐步消失，但其基本功能不會消亡，將會分別融入IP/MPLS層和WDM/OTN層中去。整個功能結(jié)構(gòu)層次將變得更加簡單，趨向扁平化的兩層結(jié)構(gòu)，如圖7.17所示。圖7.17IPoverWDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢

7.3智能光網(wǎng)絡(luò)

IPoverWDM技術(shù)不僅是IP與光網(wǎng)絡(luò)在傳輸形式上的融合，而且體現(xiàn)了IP控制功能向光網(wǎng)絡(luò)的滲透。圖7.18給出了兩種基本模型：重疊模型(Overlay)和對等模型。

圖7.18IPoverWDM的對等模型和層疊模型

7.3智能光網(wǎng)絡(luò)

ASON與傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)相比，創(chuàng)造性地引入了更加智能化的控制平面，從而使光網(wǎng)絡(luò)能夠在信令的控制下完成網(wǎng)絡(luò)連接的自動建立、資源的自動發(fā)現(xiàn)等過程。ASON主要由三個獨立的平面組成，分別是傳送平面、控制平面和管理平面。下面主要介紹傳送片面。ASON結(jié)點設(shè)備傳送平面主要完成的功能包括信號傳輸、交叉連接、故障管理、保護和恢復(fù)等。控制平面是ASON特點體現(xiàn)，是區(qū)別于傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的主要標(biāo)志，其基本功能包括提供呼叫控制、呼叫許可控制、連接管理、連接控制、連接許可控制，支持網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)接口,（UNI/NNI）接口及與其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等。ASON的管理平面包括對傳送平面的管理和控制平面的管理。7.3智能光網(wǎng)絡(luò)3．ASON網(wǎng)絡(luò)智能光結(jié)點的功能ASON最大的特點就是在功能上引入了控制層，這就要求傳送層有“智能”的硬件配置。不僅如此，還要求傳送層的網(wǎng)絡(luò)也具有一定的連通度，使得控制層可以利用一定的流量算法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化。為了能夠很好地實現(xiàn)ASON的各項功能，除了要有一個好的控制平面和管理平面外，同時還要求其網(wǎng)絡(luò)結(jié)點具有以下功能：①要有滿足用戶需要的端口數(shù)；②要具有嚴(yán)格無阻塞的全連接能力；③能夠支持多址廣播；④可提供波長變換能力；⑤采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)用戶的需求加以調(diào)整；⑥設(shè)備自身要具有較高的可靠性，關(guān)鍵部分要有1+1冗余設(shè)計；⑦具有豐富的軟件功能和控制功能，支掙ASON控制平面的信令協(xié)議、路由選擇協(xié)議和帶寬分配管理協(xié)議；⑧可實現(xiàn)保護和恢復(fù)。7.3智能光網(wǎng)絡(luò)4．ASON光交換結(jié)點的結(jié)構(gòu)光網(wǎng)絡(luò)中傳送平面體系結(jié)構(gòu)如圖7.19所示。

圖7.19光網(wǎng)絡(luò)中傳送平面體系結(jié)構(gòu)示意圖7.3智能光網(wǎng)絡(luò)光結(jié)點傳送平面交叉連接的功能和特性與一定的體系結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。根據(jù)光信號的分割復(fù)用方式，光的交叉連接可以分為空分、時分和波分三種。由于現(xiàn)有光器件的性能和技術(shù)水平以及成本因素的限制，波分+空分的交叉連接體系結(jié)構(gòu)是比較成熟的光結(jié)點傳送平面實現(xiàn)方案。即首先通過波長解復(fù)用器將每一個光纖鏈路中的各波長通道分開，然后通過空間開關(guān)矩陣完成這些波長通道的交叉連接，最后再通過波長復(fù)用器將所需波長通道合路到相應(yīng)的光纖鏈路中去。7.3智能光網(wǎng)絡(luò)此外，為了滿足多帶寬粒度（波長、波帶、光纖）交叉連接的需要，可以建立多層次的光結(jié)點傳送平面體系結(jié)構(gòu)——光纖級交叉連接、光波長通道級交叉連接、本地交叉連接及適配處理層。其中，本地交叉連接及適配