摘要:光子器件技术的进步带动了光分组交换网络的研究和发展,文中讨论了核心网络光包交换的实现方案、网络结构和功能模型,介绍了光子交换技术的进展。光分组交换应用于核心光网络能够提供灵活有效的资源利用率,是最具发展潜力的光核心数据网络解决方案。 关键词:光分组;光核心网络;OXC AQ<2 "s
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一、前言 WHk rd8
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当前的电层分组交换网络不能发挥光纤和半导体光电子学提供的千兆位带宽的优势。随着光子器件技术的进步,光交换经过多年的研究和发展,终于为核心网光分组交换技术的应用开辟了道路。它是解决核心网下三层电子路由交换瓶颈和与底层DWDM巨大带宽相吻合的最关键的技术。
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二、核心网络包交换三种实现方案 hLo'q^mGr
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以DWDM传输技术为核心,从传统网络平滑过渡的核心网络正经历巨大的变革,主要表现在:高容量,T级交换路由以能力成为可能;高灵活性,数据业务的高空发性迫切需要高度灵活的资源分配和再分配方案;简化的协议层,路由交换技术必须简化层结构,消除电子瓶颈,使IP数据业务能够直接进行DWDM,增强网络可扩展性和灵活性。适应DWDM技术的T级传输容量,短期内需要支持多个Tb/s的核心网络。 O!3`^_.
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1 IP T级路由器 E|9'{3$
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基于IP/MPLS协议的T级路由器网络方案,带10Gb/s线路卡的T级路由器可以达到亚Tb/s的吞吐量,多Tb/s吞吐性能的路由器需要大规模并行阵列和复杂的互连体系,几个设备供应商已经提出了这种三代路由解决方案。价格不会有大的下滑,但是它基于IP而且还与IP网络流量工程和分布式管理技术匹配。 7dh--.i
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2 波长交叉连接法 #J w\pOn
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这是一种近期的解决方案,它以适中的运行费用提供可扩展性。MPLS控制平面与传输层面光开关直接完成光波长交叉连接,即MPLS技术。MPLS技术提高了网络管理灵活性,允许在低层动态分配交叉连接上直接进行IP业务的交换与传输,网络资源再分配具有高度的灵活性,并且网络大规模流量模式变动不需要经历很长的周期。然而,MPLS技术在处理快速大量数据业务时,网络中与OXC相连的边缘节点路由器会变得很庞大,影响流量集中的效率。 r1]DkX <6
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3 IP T级路由法与波箍交叉连接法的比较 @C"w
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用端口数与节点数的比值比较分组交换和波长交换(T级路由器和波长交叉连接)的效率,由此看出,分组交换获得更高的资源利用率,尤其在网络节点数或比特率增长的情况下,应该着重考虑高费用、资源配置灵活的路由端口和交叉连接设备的折中。 wK*b2r}0/
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4 光分组交换方案 z$]HZ#aRE
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光分组交换使用MPLS技术,通过三层协议栈方法实现资源的优化利用、光交换的业务区分和波长交叉连接的可扩展性。IP路由器与光分组交换路由器相连以更大的灵活性和更低的成本执行流量集中和核心交换。IP分组在边缘节点集中成光突发数据,然后以单纯的实体进入光分组核心网络。这种光分组交换方法对多个光纷组仅仅处理一次头信息,极大地降低了对核心路由器转发速度的要求,增强了转发能力(至少一个数量级)。另外,这种方法可以把WDM端口视为一个单独的源(典型值300-600Gb/s),从而提高了逻辑性能并且减轻了具有单波长处理能力的IP路由器的需要。突发交换同样提供与IP管理技术直接适配的交叉连接的优点。光突发交换可以采用定长分组格式和可变长度格式,其中可变长度格式由于易于适配IP业务而更具有发展前景,固定长度分组则具备更好的交换性能,有利简化光交换处理过程。快速光分组交换技术需要特别的定帧避免净荷数据丢失。光交换也提供了单级配置的大容量交换的前景(10Tb/s),避免了复杂的互连,对向40Gb/s传输系统线路速率演变不敏感。尽管最终目的是实现网络的全光应用,而且光缓存和光再生的研制已经可以使用光纤延迟线和非线性光学器件的实现,但是近期内部分功能只能以合理的性能价格比用电子器件替代。 \!J9|
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三、OPS核心网络结构 41s [p56+@
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光分组交换(OPS)中纯粹的全光域包头识别和控制仍需时日,目前国际范围OPS的研究还是集中在光电混合模型里,即OPS电域控制和电域光包头信号处理、全光的分组数据交换。随着MPLS技术的发展,可以将标签交换引入OPS,整个的光交换传输网络可划分为核心交换光网络和边缘交换光网络。光分组包含光包头和净荷,光包头采用最普遍的SCM带外传送方案。光包头携带标签,净荷可以是固定时间长度或者可变时间长度。光包在网络边缘OPS节点完成包头(标签)识别和路由查找,更新(交换)后的光包头与数据净荷一起进入光网络,这种方式的光标签在电域内完成识别和处理,净荷在整个光网络中透明传输。这种网络结构既可以满足大容量传输交换(SDH),又能保证带宽资源的高利用率(IP路由网)。网中OPS有两种应用:OPS核心交换机和OPS边缘交换。OPS核心交换主要完成网络核心节点处光分组数据的选路和标签交换。这种模式下,OPS节点能够最大利用网络资源和减少数据流量对网络带宽的需求,减轻了网络OXC节点的沉重的负担;OPS边缘交换是连接IP数据与OTN网络接口的OPS边缘交换路由器。 :ySQ[AJ"
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四、OPS接入OXC功能介绍 /OsTZ"*.2/
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OPS能够在光路OTN基础上实现光分组业务的高效分配,充分保证波长级光路业务和光包级数据业务的混合传输,基于光包业务的快速交换和波长粒度的慢速交换和路由同时存在。快速交换和光分组流量集中功能及光分组业务的动态快速波长分配均在网络边缘OPS节点完成(IP/ATM--OXC)。OPS路由器是边缘网络器件,业务层与传输层的接口,OPS路由器与OXC直接相连,保证OPS业务的静态波长和光纤可用路由。OXC交换矩阵完成核心光交换和互连;网络管理和控制子系统负责互连控制;OPS模块连接OXC的上下路端口和专门用于光分组交换的波长的接入;外部IP路由器处理与OPS同粒度(光包)的数据,并负责IP域和OPS域的集成控制。OPS维护配置信息、物理结构、OXC传输的拓扑和规模,因此OPS能够从业务层分离OTN,利用集成控制平面接入IP数据域,通过维护网络配置信息和OXC拓扑结构连接OTN。DWDM网络中引入OPS促进了核心网络粒度的多样化,从而能够更高效地利用网络资源。当前OTN的主要问题用比波长更精确的粒度建立高效和低成本的网络。OPS在OTN的外部节点提供流量集中机制,接收来自不同源节点类型的业务映射进光分组中。这种光分组是可变长的,多个时间单位的复用。业务集中节点再把光分组映射到适当的波长上在OTN中传输直到下一个业务整合OTN出口节点或者需要进一步业务映射的新节点。OPS需要运行OXC网络拓扑发现协议并且能够把这种集中机制和OTN中的QoS分配结合起来,OPS光路由器将完成比T级电子路由器更大规模和更高效的IP流量集中,充分利用电子T级路由器所不具备的光层的巨大容量和增强功能。 <