光交換技術(shù)

光交換技術(shù)

　　密集波分復(fù)用技術(shù)的進(jìn)步使得一根光纖上能夠承載上百個(gè)波長(zhǎng)信道，傳輸帶寬最高記錄已經(jīng)達(dá)到了Ｔ比特級(jí)。同時(shí)，現(xiàn)有的大部分情況是光纖在傳輸部分帶寬幾乎無(wú)限——200Tb/s，窗口200nm。相反，在交換部分，僅僅只有幾個(gè)Gb/s，這是因?yàn)殡娮拥谋菊魈匦灾萍s了它在交換部分的處理能力和交換速度。所以，許多研究機(jī)構(gòu)致力于研究和開(kāi)發(fā)光交換／光路由技術(shù)，試圖在光子層面上完成網(wǎng)絡(luò)交換工作，消除電子瓶頸的影響。當(dāng)全光交換系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，就足夠可以滿足飛速增長(zhǎng)的帶寬和處理速度需求，同時(shí)能減少多達(dá)７５％的網(wǎng)絡(luò)成本，具有誘人的市場(chǎng)前景。
　　光信號(hào)處理可以是線路級(jí)的、分組級(jí)的或比特級(jí)的。WDM光傳輸網(wǎng)屬于線路級(jí)的光信號(hào)處理，類(lèi)似于現(xiàn)存的電路交換網(wǎng)，是粗粒度的信道分割；光時(shí)分復(fù)用OTDM 是比特級(jí)的光信號(hào)處理，由于對(duì)光器件的工作速度要求很高，盡管?chē)?guó)內(nèi)外的研究人員做了很大努力，但離實(shí)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x；光分組交換網(wǎng)屬于分組級(jí)的光信號(hào)處理，和OTDM相比對(duì)光器件工作速度的要求大大降低，與WDM相比能更加靈活、有效地提高帶寬利用率。隨著交換和路由技術(shù)在處理速度和容量方面的巨大進(jìn)步，OPS技術(shù)已經(jīng)在一些領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。
 

光分組網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)

　　全光分組交換網(wǎng)可分成兩大類(lèi)：時(shí)隙和非時(shí)隙。在時(shí)隙網(wǎng)絡(luò)中，分組長(zhǎng)度是固定的，并在時(shí)隙中傳輸。時(shí)隙的長(zhǎng)度應(yīng)大于分組的時(shí)限，以便在分組的前后設(shè)置保護(hù)間隔。在非時(shí)隙網(wǎng)絡(luò)中，分組的大小是可變的，而且在交換之前，不需要排列，異步的，自由地交換每一個(gè)分組。這種網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)性較大，分組丟失率較高。但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要同步，分組的分割和重組不需要在輸入輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，更適合于原始ＩＰ業(yè)務(wù)，而且緩存容量較大的非時(shí)隙型網(wǎng)絡(luò)性能良好。
 

光分組交換技術(shù)特點(diǎn)

　　在光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，非常重要的是減少當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議層的數(shù)目，保留已有功能，并盡量利用現(xiàn)有的光技術(shù)。而光分組交換技術(shù)獨(dú)秀之處在于：大容量、數(shù)據(jù)率和格式的透明性、可配置性等特點(diǎn)，支持未來(lái)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)；能提供端到端的光通道或者無(wú)連接的傳輸；帶寬利用效率高，能提供各種服務(wù)，滿足客戶(hù)的需求 ；把大量的交換業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到光域，交換容量與ＷＤＭ傳輸容量匹配，同時(shí)光分組技術(shù)與OXC、MPLS等新技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化與資源的合理利用因而，光分組交換技術(shù)勢(shì)必成為下一代全光網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的“寵兒”。
 

光分組技術(shù)的制約因素

　　光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)有光分組的產(chǎn)生、同步、緩存、再生，光分組頭重寫(xiě)及分組之間的光功率的均衡等。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１０年的研究，卻還沒(méi)有達(dá)到實(shí)用化，主要有兩大原因：第一是缺乏深度和快速光記憶器件，在光域難以實(shí)現(xiàn)與電路由器相同的光路由器；第二是相對(duì)于成熟的硅工業(yè)而言，光分組交換的集成度很低，這是由于光分組本身固有的限制以及這方面工作的不足造成的。通過(guò)近期的技術(shù)突破與智能的光網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可充分地利用光與電的優(yōu)勢(shì)來(lái)克服這些不利因素。
 

光突發(fā)交換的應(yīng)用前景

　　光突發(fā)交換為IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的方案。一方面，通過(guò)光突發(fā)交換可以使現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術(shù)的帶寬潛力；另外一方面，由于光突發(fā)交換網(wǎng)對(duì)突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過(guò)任何的光電轉(zhuǎn)化，從而使光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實(shí)現(xiàn)所謂的Ｔ比特級(jí)光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難。此外，光突發(fā)交換的QoS支持特征也符合下一代 Internet的要求。因此，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)很有希望取代當(dāng)前基于ATM/SDH架構(gòu)和電子路由器的IP骨干網(wǎng)，成為下一代光子化的Internet骨干網(wǎng)。
 　　作為一項(xiàng)具有廣泛前景和技術(shù)優(yōu)勢(shì)的交換方式，光突發(fā)交換技術(shù)已引起了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注，我國(guó)的863計(jì)劃已將光突發(fā)交換技術(shù)列為重點(diǎn)資助項(xiàng)目。
 

光突發(fā)交換技術(shù)中的問(wèn)題

　　從應(yīng)用的角度，光突發(fā)交換還有一些重要的課題需要研究。突發(fā)封裝，突發(fā)偏置時(shí)延的管理，數(shù)據(jù)和控制信道的分配，ＱｏＳ的支持，交換節(jié)點(diǎn)光緩存的配置x如果需要的話　等問(wèn)題還需要作深入研究。對(duì)于光突發(fā)交換網(wǎng)來(lái)說(shuō)，在邊緣路由器光接收機(jī)上的突發(fā)快速同步也是對(duì)系統(tǒng)效率有重要影響的問(wèn)題。
 　　上述問(wèn)題是緊密關(guān)聯(lián)的，比如說(shuō)光緩存中光纖延遲線的配置與突發(fā)長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)分布相關(guān)，而突發(fā)長(zhǎng)度又取決于突發(fā)封裝過(guò)程；突發(fā)封裝、光路由器的規(guī)模、數(shù)據(jù)和控制信道組的大小又會(huì)影響突發(fā)偏置時(shí)延的管理；交換節(jié)點(diǎn)的分配器和控制器運(yùn)行快慢以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模又會(huì)反過(guò)來(lái)影響突發(fā)封裝。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)當(dāng)中，所有的這些問(wèn)題都必須仔細(xì)考慮和規(guī)劃。由于光纖延遲線的限制，為了降低丟包率，光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)必須通過(guò)波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)信道成組來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)復(fù)用。如何在光突發(fā)交換網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)組播功能也是一項(xiàng)非常重要的課題，為了實(shí)現(xiàn)組播，光開(kāi)關(guān)矩陣和交換控制單元都必須具備組播能力，且二者之間必須能有效地協(xié)調(diào)。此外，將光突發(fā)交換與現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)路由技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，可以使網(wǎng)絡(luò)具有更有效的調(diào)配能力，但也需要進(jìn)一步的細(xì)致研究。
 

光交換系統(tǒng)中的技術(shù)熱點(diǎn)

　　光交換技術(shù)是指不經(jīng)過(guò)任何光／電轉(zhuǎn)換，在光域直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端。光交換技術(shù)可分成光路光交換類(lèi)型和分組光交換類(lèi)型，前者可利用OADM、OXC等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，而后者對(duì)光部件的性能要求更高。由于目前光邏輯器件的功能還較簡(jiǎn)單，不能完成控制部分復(fù)雜的邏輯處理功能，因此國(guó)際上現(xiàn)有的分組光交換單元還要由電信號(hào)來(lái)控制，即所謂的電控光交換。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(shì)將是光控光交換。
 　　光路交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)有空分交換技術(shù)、時(shí)分交換技術(shù)、波分／頻分交換技術(shù)、碼分交換技術(shù)和復(fù)合型交換技術(shù)，其中空分交換技術(shù)包括波導(dǎo)空分和自由空分光交換技術(shù)。光分組交換系統(tǒng)所涉及的技術(shù)主要包括：光分組交換技術(shù)，光突發(fā)交換技術(shù)，光標(biāo)記分組交換技術(shù)，光子時(shí)隙路由技術(shù)等。
 　　光路交換技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化。光分組交換技術(shù)目前主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行研究與功能實(shí)現(xiàn)，確保用戶(hù)與用戶(hù)之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光波技術(shù)。其中，光分組交換技術(shù)和光突發(fā)交換技術(shù)是光交換中的最有開(kāi)發(fā)價(jià)值的熱點(diǎn)技術(shù)，也是全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，她將有著廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
 

光交換的市場(chǎng)前景

　　全球光交換設(shè)備市場(chǎng)從2001年的３．０７億美元開(kāi)始增長(zhǎng)，到2006年將達(dá)到64.5億美元。2006年以后，該技術(shù)市場(chǎng)在整個(gè)電信市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)?huì)占主導(dǎo)地位，尤其是在北美、西歐各國(guó)及亞洲部分地區(qū)。而在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展速度緩慢的發(fā)展中國(guó)家，諸如非洲、中東、拉丁美洲等地區(qū)，這項(xiàng)技術(shù)的使用可能還會(huì)花一段時(shí)間。
 　　目前光交換技術(shù)市場(chǎng)日益成熟，價(jià)格也在迅速下降。批量生產(chǎn)以后，這些技術(shù)設(shè)備的價(jià)格有望在2002年下半年更大幅度地下降。如果說(shuō)2000-2002年是光交換技術(shù)的試用期，那么2003年將是這項(xiàng)技術(shù)在全球范圍內(nèi)的大規(guī)模使用期。許多運(yùn)營(yíng)商，比如Global Crossing、法國(guó)電信和日本電信等都已經(jīng)表達(dá)了對(duì)光交換系統(tǒng)性能的滿意，并已經(jīng)計(jì)劃在2002-2003年間在他們的網(wǎng)絡(luò)中廣泛采用這項(xiàng)技術(shù)。北京市通信公司宣布采用北電網(wǎng)絡(luò)的OPTera DX光交換機(jī)完成了長(zhǎng)途光傳輸系統(tǒng)工程，升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)已于今年六月投入商業(yè)服務(wù)。
 　　雖然在低迷的環(huán)境下，大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商最近都宣布了資本與運(yùn)作支出縮減計(jì)劃。與２００１年相比，２００２－２００３ 年間的縮減率高達(dá)３０％。但是，受寬帶業(yè)務(wù)需求影響，盡管電子商務(wù)呈下降趨勢(shì)，數(shù)據(jù)通信仍然持續(xù)增長(zhǎng)。如果運(yùn)營(yíng)商不與此快速增長(zhǎng)業(yè)務(wù)同步，到２００２年下半年其網(wǎng)絡(luò)的最大使用容限將只有４０％。因而，運(yùn)營(yíng)商恰當(dāng)?shù)剡x擇技術(shù)設(shè)備來(lái)升級(jí)其網(wǎng)絡(luò)、減少其成本和運(yùn)作支出，日益顯得重要。
 　　業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，光分組交換技術(shù)將成為一項(xiàng)重要的網(wǎng)絡(luò)交換升級(jí)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。未來(lái)，基于電路交換的電信網(wǎng)必然要升級(jí)到以數(shù)據(jù)為重心以分組為基礎(chǔ)的新型通信網(wǎng)，而光分組交換網(wǎng)能以更細(xì)的粒度快速分配光信道，支持ATM和IP的光分組交換，是下一代全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其應(yīng)用前景廣闊。目前，世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了光分組交換網(wǎng)的研究，如歐洲RACD計(jì)劃的 ATMOS 項(xiàng)目和ACTS計(jì)劃的 KEOPS 項(xiàng)目，美國(guó) DARPA 支持的POND項(xiàng)目和CORD項(xiàng)目，英國(guó)EPRC支持的 WASPNET 項(xiàng)目，日本NTT光網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目等。而且，光分組交換網(wǎng)的實(shí)用化，取決于一些關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，如光標(biāo)記交換、微電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS 、光器件技術(shù)等。光器件技術(shù)中固態(tài)光交換技術(shù)已開(kāi)始迅速發(fā)展，在芯片上實(shí)現(xiàn)光交換一直是人們的夢(mèng)想。利用固態(tài)交換技術(shù)，交換速度可以在納秒的范圍之內(nèi)，這樣高的速度主要用于光的分組交換。已經(jīng)有一些公司在這個(gè)方向上取得了重大進(jìn)展，例如Brimcon，Lynx and NTT公司。 
 

光交換技術(shù) - 緣起

　　從SDH（同步數(shù)字系列）發(fā)展到DWDM（密集波分復(fù)用），超大容量密集波分復(fù)用技術(shù)的飛速發(fā)展使光纖的容量得到了比較徹底的發(fā)掘，解決了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸容量的問(wèn)題。但是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)瓶頸的問(wèn)題依然很突出。因此，在此基礎(chǔ)上為適應(yīng)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、開(kāi)放的、支持多業(yè)務(wù)的、靈活易升級(jí)的、具有高效的保護(hù)和恢復(fù)策略的以及擁有更簡(jiǎn)單有效的網(wǎng)絡(luò)控制和管理的智能光網(wǎng)絡(luò)將是WDM光傳送網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向。

　　ASON 最早是在2000年3月有ITU－T的Q19/13研究組正式提出的。在以后短短的兩年半多的時(shí)間內(nèi)，無(wú)論是技術(shù)研究，還是標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程都進(jìn)展迅速，成為各種國(guó)際組織及各大公司研究討論的焦點(diǎn)課題。因此ASON是傳送網(wǎng)絡(luò)的重大變革。
 

光交換技術(shù) - ASON 的特點(diǎn)

　　與現(xiàn)有的光傳送網(wǎng)技術(shù)相比，ASON 具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1、 強(qiáng)大而靈活的傳送和交換能力、支持復(fù)雜拓?fù)涞母駹罹W(wǎng)絡(luò)。傳送平臺(tái)普遍采用大容量DWDM技術(shù)，提供由波長(zhǎng)組成的端到端的光通路。交換平臺(tái)解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展問(wèn)題，將鏈形和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榫W(wǎng)狀拓?fù)?，提供光通路的?yōu)化路由，在線路或者節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行快速迂回，能方便的升級(jí)和擴(kuò)充；

　　2、 分布式的控制。通過(guò)分布式的信令/ 協(xié)定實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能化的控制。隨著光層技術(shù)的不斷提高，特別是多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）技術(shù)向光層的拓展，使建立分布式、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)成為可能。這將大大提高網(wǎng)絡(luò)的性能，降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本；

　　3、 開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)管理。由于業(yè)務(wù)的多樣性及多廠家環(huán)境的原因，要求網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)由封閉走向開(kāi)放。同樣，由于容量的迅速增長(zhǎng)和對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求，要求網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展；

　　4、 以業(yè)務(wù)為中心，支持多業(yè)務(wù)。IP 技術(shù)的發(fā)展促使光網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持多種業(yè)務(wù)。這些業(yè)務(wù)對(duì)帶寬、時(shí)延和業(yè)務(wù)質(zhì)量等有不同的要求。另外，隨著互聯(lián)網(wǎng)對(duì)人類(lèi)生活和工作方式的影響進(jìn)一步加深，一些無(wú)法預(yù)測(cè)的新業(yè)務(wù)必然興起。這些都決定了未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)必須是能夠支持多業(yè)務(wù)和開(kāi)放的。

光交換技術(shù) - ASON 的組成

　　ASON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心特點(diǎn)就是支持電子交換設(shè)備動(dòng)態(tài)的向光網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布模式動(dòng)態(tài)變化的需求，通過(guò)信令系統(tǒng)或者管理平面自主的去建立或者拆除光通道，而不需要人工干預(yù)。采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以后，原來(lái)復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以變得簡(jiǎn)單和扁平化，光網(wǎng)絡(luò)層可以直接承載業(yè)務(wù)，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)升級(jí)時(shí)受到的多重限制。ASON 的優(yōu)勢(shì)集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應(yīng)用的動(dòng)態(tài)、靈活、高效和智能方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個(gè)性化的服務(wù)ASON的核心特征。ASON主要由以下3個(gè)獨(dú)立的平面組成，即傳送平面、控制平面和管理平面總之，ASON 技術(shù)是光傳送網(wǎng)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，它的出現(xiàn)，深刻的改變了光傳送網(wǎng)的體系和功能，可以相信，隨著這種技術(shù)的逐步成熟，光傳送網(wǎng)將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

　　ASON 可以提供豐富的業(yè)務(wù)模型, 主要包括: 按需帶寬分配業(yè)務(wù)(BoD) 、光虛擬專(zhuān)用網(wǎng)業(yè)務(wù)(OVPN) 和指配帶寬業(yè)務(wù)( PBS) 。