光交換技術

光交換技術

　　密集波分復用技術的進步使得一根光纖上能夠承載上百個波長信道，傳輸帶寬最高記錄已經(jīng)達到了Ｔ比特級。同時，現(xiàn)有的大部分情況是光纖在傳輸部分帶寬幾乎無限——200Tb/s，窗口200nm。相反，在交換部分，僅僅只有幾個Gb/s，這是因為電子的本征特性制約了它在交換部分的處理能力和交換速度。所以，許多研究機構致力于研究和開發(fā)光交換／光路由技術，試圖在光子層面上完成網(wǎng)絡交換工作，消除電子瓶頸的影響。當全光交換系統(tǒng)成為現(xiàn)實，就足夠可以滿足飛速增長的帶寬和處理速度需求，同時能減少多達７５％的網(wǎng)絡成本，具有誘人的市場前景。
　　光信號處理可以是線路級的、分組級的或比特級的。WDM光傳輸網(wǎng)屬于線路級的光信號處理，類似于現(xiàn)存的電路交換網(wǎng)，是粗粒度的信道分割；光時分復用OTDM 是比特級的光信號處理，由于對光器件的工作速度要求很高，盡管國內外的研究人員做了很大努力，但離實用還有相當?shù)木嚯x；光分組交換網(wǎng)屬于分組級的光信號處理，和OTDM相比對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在處理速度和容量方面的巨大進步，OPS技術已經(jīng)在一些領域取得了重大進展。
 

光分組網(wǎng)絡的分類

　　全光分組交換網(wǎng)可分成兩大類：時隙和非時隙。在時隙網(wǎng)絡中，分組長度是固定的，并在時隙中傳輸。時隙的長度應大于分組的時限，以便在分組的前后設置保護間隔。在非時隙網(wǎng)絡中，分組的大小是可變的，而且在交換之前，不需要排列，異步的，自由地交換每一個分組。這種網(wǎng)絡競爭性較大，分組丟失率較高。但是結構簡單，不需要同步，分組的分割和重組不需要在輸入輸出節(jié)點進行，更適合于原始ＩＰ業(yè)務，而且緩存容量較大的非時隙型網(wǎng)絡性能良好。
 

光分組交換技術特點

　　在光網(wǎng)絡設計中，對網(wǎng)絡設計者來說，非常重要的是減少當前網(wǎng)絡中協(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。而光分組交換技術獨秀之處在于：大容量、數(shù)據(jù)率和格式的透明性、可配置性等特點，支持未來不同類型數(shù)據(jù)；能提供端到端的光通道或者無連接的傳輸；帶寬利用效率高，能提供各種服務，滿足客戶的需求 ；把大量的交換業(yè)務轉移到光域，交換容量與ＷＤＭ傳輸容量匹配，同時光分組技術與OXC、MPLS等新技術的結合，實現(xiàn)網(wǎng)絡的優(yōu)化與資源的合理利用因而，光分組交換技術勢必成為下一代全光網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃的“寵兒”。
 

光分組技術的制約因素

　　光分組交換的關鍵技術有光分組的產(chǎn)生、同步、緩存、再生，光分組頭重寫及分組之間的光功率的均衡等。光分組交換技術與電分組技術相比，光分組交換技術經(jīng)歷了近１０年的研究，卻還沒有達到實用化，主要有兩大原因：第一是缺乏深度和快速光記憶器件，在光域難以實現(xiàn)與電路由器相同的光路由器；第二是相對于成熟的硅工業(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。通過近期的技術突破與智能的光網(wǎng)絡設計，可充分地利用光與電的優(yōu)勢來克服這些不利因素。
 

光突發(fā)交換的應用前景

　　光突發(fā)交換為IP骨干網(wǎng)的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。一方面，通過光突發(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技術的帶寬潛力；另外一方面，由于光突發(fā)交換網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過任何的光電轉化，從而使光突發(fā)交換機能夠真正的實現(xiàn)所謂的Ｔ比特級光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導致的帶寬擴展困難。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)絡很有希望取代當前基于ATM/SDH架構和電子路由器的IP骨干網(wǎng)，成為下一代光子化的Internet骨干網(wǎng)。
 　　作為一項具有廣泛前景和技術優(yōu)勢的交換方式，光突發(fā)交換技術已引起了國內外眾多研究機構的關注，我國的863計劃已將光突發(fā)交換技術列為重點資助項目。
 

光突發(fā)交換技術中的問題

　　從應用的角度，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)點光緩存的配置x如果需要的話　等問題還需要作深入研究。對于光突發(fā)交換網(wǎng)來說，在邊緣路由器光接收機上的突發(fā)快速同步也是對系統(tǒng)效率有重要影響的問題。
 　　上述問題是緊密關聯(lián)的，比如說光緩存中光纖延遲線的配置與突發(fā)長度的統(tǒng)計分布相關，而突發(fā)長度又取決于突發(fā)封裝過程；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影響突發(fā)偏置時延的管理；交換節(jié)點的分配器和控制器運行快慢以及網(wǎng)絡規(guī)模又會反過來影響突發(fā)封裝。在網(wǎng)絡設計當中，所有的這些問題都必須仔細考慮和規(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)絡必須通過波分復用網(wǎng)絡信道成組來實現(xiàn)統(tǒng)計復用。如何在光突發(fā)交換網(wǎng)絡中實現(xiàn)組播功能也是一項非常重要的課題，為了實現(xiàn)組播，光開關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。此外，將光突發(fā)交換與現(xiàn)有的動態(tài)波長路由技術有機的結合，可以使網(wǎng)絡具有更有效的調配能力，但也需要進一步的細致研究。
 

光交換系統(tǒng)中的技術熱點

　　光交換技術是指不經(jīng)過任何光／電轉換，在光域直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。光交換技術可分成光路光交換類型和分組光交換類型，前者可利用OADM、OXC等設備來實現(xiàn)，而后者對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單，不能完成控制部分復雜的邏輯處理功能，因此國際上現(xiàn)有的分組光交換單元還要由電信號來控制，即所謂的電控光交換。隨著光器件技術的發(fā)展，光交換技術的最終發(fā)展趨勢將是光控光交換。
 　　光路交換系統(tǒng)所涉及的技術有空分交換技術、時分交換技術、波分／頻分交換技術、碼分交換技術和復合型交換技術，其中空分交換技術包括波導空分和自由空分光交換技術。光分組交換系統(tǒng)所涉及的技術主要包括：光分組交換技術，光突發(fā)交換技術，光標記分組交換技術，光子時隙路由技術等。
 　　光路交換技術已經(jīng)實用化。光分組交換技術目前主要是在實驗室內進行研究與功能實現(xiàn)，確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術。其中，光分組交換技術和光突發(fā)交換技術是光交換中的最有開發(fā)價值的熱點技術，也是全光網(wǎng)絡的核心技術，她將有著廣泛的市場應用前景。
 

光交換的市場前景

　　全球光交換設備市場從2001年的３．０７億美元開始增長，到2006年將達到64.5億美元。2006年以后，該技術市場在整個電信市場領域將會占主導地位，尤其是在北美、西歐各國及亞洲部分地區(qū)。而在網(wǎng)絡進展速度緩慢的發(fā)展中國家，諸如非洲、中東、拉丁美洲等地區(qū)，這項技術的使用可能還會花一段時間。
 　　目前光交換技術市場日益成熟，價格也在迅速下降。批量生產(chǎn)以后，這些技術設備的價格有望在2002年下半年更大幅度地下降。如果說2000-2002年是光交換技術的試用期，那么2003年將是這項技術在全球范圍內的大規(guī)模使用期。許多運營商，比如Global Crossing、法國電信和日本電信等都已經(jīng)表達了對光交換系統(tǒng)性能的滿意，并已經(jīng)計劃在2002-2003年間在他們的網(wǎng)絡中廣泛采用這項技術。北京市通信公司宣布采用北電網(wǎng)絡的OPTera DX光交換機完成了長途光傳輸系統(tǒng)工程，升級后的網(wǎng)絡已于今年六月投入商業(yè)服務。
 　　雖然在低迷的環(huán)境下，大多數(shù)運營商最近都宣布了資本與運作支出縮減計劃。與２００１年相比，２００２－２００３ 年間的縮減率高達３０％。但是，受寬帶業(yè)務需求影響，盡管電子商務呈下降趨勢，數(shù)據(jù)通信仍然持續(xù)增長。如果運營商不與此快速增長業(yè)務同步，到２００２年下半年其網(wǎng)絡的最大使用容限將只有４０％。因而，運營商恰當?shù)剡x擇技術設備來升級其網(wǎng)絡、減少其成本和運作支出，日益顯得重要。
 　　業(yè)內專家指出，光分組交換技術將成為一項重要的網(wǎng)絡交換升級技術得到廣泛應用。未來，基于電路交換的電信網(wǎng)必然要升級到以數(shù)據(jù)為重心以分組為基礎的新型通信網(wǎng)，而光分組交換網(wǎng)能以更細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)絡技術，其應用前景廣闊。目前，世界上許多發(fā)達國家進行了光分組交換網(wǎng)的研究，如歐洲RACD計劃的 ATMOS 項目和ACTS計劃的 KEOPS 項目，美國 DARPA 支持的POND項目和CORD項目，英國EPRC支持的 WASPNET 項目，日本NTT光網(wǎng)絡實驗室的項目等。而且，光分組交換網(wǎng)的實用化，取決于一些關鍵技術的進步，如光標記交換、微電子機械系統(tǒng)MEMS 、光器件技術等。光器件技術中固態(tài)光交換技術已開始迅速發(fā)展，在芯片上實現(xiàn)光交換一直是人們的夢想。利用固態(tài)交換技術，交換速度可以在納秒的范圍之內，這樣高的速度主要用于光的分組交換。已經(jīng)有一些公司在這個方向上取得了重大進展，例如Brimcon，Lynx and NTT公司。 
 

光交換技術 - 緣起

　　從SDH（同步數(shù)字系列）發(fā)展到DWDM（密集波分復用），超大容量密集波分復用技術的飛速發(fā)展使光纖的容量得到了比較徹底的發(fā)掘，解決了網(wǎng)絡節(jié)點間傳輸容量的問題。但是網(wǎng)絡節(jié)點瓶頸的問題依然很突出。因此，在此基礎上為適應未來互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務、開放的、支持多業(yè)務的、靈活易升級的、具有高效的保護和恢復策略的以及擁有更簡單有效的網(wǎng)絡控制和管理的智能光網(wǎng)絡將是WDM光傳送網(wǎng)未來的發(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間內，無論是技術研究，還是標準化進程都進展迅速，成為各種國際組織及各大公司研究討論的焦點課題。因此ASON是傳送網(wǎng)絡的重大變革。
 

光交換技術 - ASON 的特點

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

　　1、 強大而靈活的傳送和交換能力、支持復雜拓撲的格狀網(wǎng)絡。傳送平臺普遍采用大容量DWDM技術，提供由波長組成的端到端的光通路。交換平臺解決網(wǎng)絡規(guī)模擴展問題，將鏈形和環(huán)形網(wǎng)絡變?yōu)榫W(wǎng)狀拓撲，提供光通路的優(yōu)化路由，在線路或者節(jié)點發(fā)生故障時進行快速迂回，能方便的升級和擴充；

　　2、 分布式的控制。通過分布式的信令/ 協(xié)定實現(xiàn)網(wǎng)絡智能化的控制。隨著光層技術的不斷提高，特別是多協(xié)議標記交換（MPLS）技術向光層的拓展，使建立分布式、開放的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)成為可能。這將大大提高網(wǎng)絡的性能，降低網(wǎng)絡的運營成本；

　　3、 開放的網(wǎng)絡管理。由于業(yè)務的多樣性及多廠家環(huán)境的原因，要求網(wǎng)絡管理系統(tǒng)由封閉走向開放。同樣，由于容量的迅速增長和對業(yè)務質量的要求，要求網(wǎng)絡管理系統(tǒng)向自動化和智能化方向發(fā)展；

　　4、 以業(yè)務為中心，支持多業(yè)務。IP 技術的發(fā)展促使光網(wǎng)絡必須能夠支持多種業(yè)務。這些業(yè)務對帶寬、時延和業(yè)務質量等有不同的要求。另外，隨著互聯(lián)網(wǎng)對人類生活和工作方式的影響進一步加深，一些無法預測的新業(yè)務必然興起。這些都決定了未來的光網(wǎng)絡必須是能夠支持多業(yè)務和開放的。

光交換技術 - ASON 的組成

　　ASON 網(wǎng)絡結構的核心特點就是支持電子交換設備動態(tài)的向光網(wǎng)絡申請帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡中業(yè)務分布模式動態(tài)變化的需求，通過信令系統(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。采用自動交換光網(wǎng)絡技術以后，原來復雜的多層網(wǎng)絡結構可以變得簡單和扁平化，光網(wǎng)絡層可以直接承載業(yè)務，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡中業(yè)務升級時受到的多重限制。ASON 的優(yōu)勢集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應用的動態(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、個性化的服務ASON的核心特征。ASON主要由以下3個獨立的平面組成，即傳送平面、控制平面和管理平面總之，ASON 技術是光傳送網(wǎng)技術的一項重大突破，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，隨著這種技術的逐步成熟，光傳送網(wǎng)將會發(fā)揮更大的作用。

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