哈工大交换技术大作业_光突发交换

光突发交换网络1.光突发交换网络基本概念过去对分组交换技术的研究主要集中在定长包的处理上,鉴于目前光信号处理技术尚未成熟,并且为了克服交换中的电子瓶颈问题以及提高带宽利用率,,和,等提出光突发交换技术,引起越来越多学者的注意。突发交换的概念最早是在世纪年代的语音通信中出现'。本质上,对于应用来说,为光层无缓存的透明传输。然而,到目前为止,还没有一个的通用定义。等对当前被广泛接受的光突发交换特性进行了归纳需要注明,不是所有提出的机制都涵盖下面所列的所有特性：☆交换粒度传输单元的大小介于光路交换和光分组交换之间。☆控制信道与数据信道在时间和空间上相分离控制信息在分离的波长或信道上传输。☆突发数据包长度可变的长度是可变的。☆无需光缓存在光网络中的中间节点不需要光缓存。突发在经过中间节点时没有任何延迟。☆单向预留机制采用单向预留的方式分配资源。也就是说,源节点在开始发送突发数据包之前,不需要等待从目的节点的回应消息。2.光突发交换的网络结构2.1整体架构OBS的基本结构如图所示，OBS核心网络主要由波分复用（WDM）链路、边缘节点（也叫边缘路由器）、核心节点（也叫核心路由器）构成。其中，边缘节点主要提供面向各种类型业务的接口（如Ethernet、IPoverSDH和ATM等），为各种协议提供服务。其中，入口边缘节点主要负载根据将相同目的地址和QOS的业务包放入同一个分组中进行排队缓存，并按一定的汇聚机制组成突发包（BDP），同时产生与包含BDP信息的突发控制包（BCP），然后根据链路使用情况等信息选择转发策略，发送时BCP先于BDP发送到核心路节点。出口边缘路由器根具BCP中所包含的BDP的信息对BDP进行解突发包，然后将生成的IP发送到子网中。核心路由器主要负责对BCP进行光电和电光转换，对BCP中的信息进行处理，对通道进行预留，对BDP进行全光交换，以及提供各种算法和竞争处理机制等。构成OBS核心网络的链路是WDM链路。在OBS网络中，数据信道和控制信道是分离的。数据分组的发送是全光透明传输，而控制分组需要经过光电转换变成电信号，经过处理后再通过光电转换恢复成光信号。OBS网络结构图2.2边缘路由器边缘节点（边缘路由器）按功能来访包括入口节点和出口节点。一个节点可以同时既是入口节点，又是出口节点。边缘节点结构包括三层，IP层、MAC层和DWDM层。其中，IP层主要负责将用户层的网络数据接入到MAC层。MAC层负责提供突发汇聚、资源分配和生存性等服务。DWDM层主要负责突发交换、波长转换、突发数据延时等。边缘节点主要由接口模块、排队模块、调度模块、汇聚/解汇聚、接收/发射模块和交换模块6个功能模块组成。入口边缘节点主要实现的功能有：1.接口模块主要负责完成将接收到的各种类型的业务数据分组的进行转换和验证等功能；2.而排队模块主要负责根据目的地址和QOS等信息将业务分组放到不同的缓存队列中；3.汇聚模块采用一定的汇聚策略对缓存队列中的IP封装成BDP，同时，生成包含BDP各种信息（如：目标节点、偏置时间、长度、QOS等）的BCP；4.调度模块主要负责设置偏置时间；5.转发模块根据链路使用情况等信息选择转发策略。发送时首先发送BCP，在网络中为BDP预留一条通路，经过偏置时间T后，对BDP进行发送。入口节点的关键问题之一是突发汇聚（BurstAggregation）策略,当收到业务包时，入口节点需要根据业务包（如以太网、IPoverSDH和ATM网等）的目的地址、Qos等信息将这些业务包进行分组和缓存，并通过一定的策略汇聚成突发包，同时产生对应的BCP。边缘路由器功能结构图2.3出口路由器出口路由器的主要功能是根据从控制信道中接收到的BCP和从数据信道中接收到的BDP，恢复原业务包。当接收到BCP和BDP后，经过光电转换把它们变成电信号，再在电域上根据BCP中的信息对BDP进行拆分，拆成单个的业务分组，再根据业务分组中所包含的目的地址等信息将其转发到相应的子网或出口。出口边缘节点接收模块2.4核心路由器核心节点（也叫核心路由器）由协议处理、光交叉、交换控制和线路接口4个模块构成。核心节点的功能主要包括以下几个部分：1.处理BCP，根据信道资源使用情况和BCP中的控制信息，按一定的控制协议为BDP预留信道；2.转发BDP；3.提供时延。交换控制模块的主要功能是信令处理、路由查询、信道预留和竞争处理等。协议处理模块的主要功能包括协议转换，路由表的更新和维护等。光交叉模块主要由空分交叉矩阵、TWC和FDL构成，交换控制模块通过配置命令控制交叉模块的各个部件,为数据提供全光的通道。核心节点的结构如图所示:通常一个波长用于控制信道，其他波长用于数据信道。当核心节点接收BCP时，首先通过光电转换将其转变成电信号，根据BCP中包含的目的节点等信息，进行路由查询，再控制光交换矩阵，来为其BDP预留对应的信道资源，如果预留成功，则将该信道资源在该时间段内标记为“忙碌”，预留不成功则通过竞争处理机制进行处理，预留成功后将BCP的偏置时间更新，让后再将BCP通过电光转换恢复成光信号，再转发出去。由于BCP已经为BDP预留了相应的资源，BDP不需要光电/电光转换，核心节点只需在BDP到达时为其流出信道即可。核心节点可以根据需要配置不同的光纤延迟线（FDL:FiberDelayLine），提供不同的时延，也可以不用配置FDL。BDP在通常情况下只要偏置时间设置恰当，不需在中间节点配置缓存。FDL通常用在竞争处理上。核心路由器结构图3.光突发交换网络的基本原理OBS的基本原理是在边缘节点处将接收到的业务包根据不同的目的地址和QOS分成不同的组，将各组业务包通过一定的机制汇聚成突发包，同时生成包含突发包信息的突发控制包，发送时先发送突发控制包为突发数据包预留信道，再经过一个偏置时间转发突发数据包，实现突发数据包在网络中的全光透明传输。其中数据信道与控制信道在空间上是分离的，这是OBS的主要特点，这种分离简化了突发包的处理过程，由于BCP长度很短，因此在核心节点处进行光电转换，然后在电域进行高速处理，最后在通过电光转换还原成光信号，整个过程是非常短暂的。光突发交换采用单向的信道预留机制，不需要反馈信息，这种机制大大缩短了数据传输的偏置时间，但偏置时间的确定需要大量的计算，并且有一定的误差，而且信道资源可能因为QOS等问题无法成功预留，这造成了OBS有一定的丢包率。OBS巧妙的避免了光电和电光的转换，实现了光信号在网络中的透明传输，间接降低了网络成本。工作过程如下：在边缘节点,每一个突发的BDP对应于一个BCP,并且BCP先于BDP传送,通过“数据报”或“虚电路”路由模式指定路由器分配空闲信道OBS源节点在发送BCP经过一段时间后,再发送BDP,这段时间称为偏置时间T,定义为的BCP第1比特与BDP的第1比特时之差。BCP通知目的边缘节点和其途经的中间节点,在一定时间后,即将有一个BDP到达,并请预留资源,以便这些中间节点进行路由判决、交换结构配置,将BDP传送到相应的端口。数据信道与控制信道的隔离简化了BDP交换的处理,且BCP长度非常短,因此更易实现高速处理。利用BCP中含有可“重置”的时延信息,传输过程中根据链路的实际状况,BCP通过电处理对控制信息做出调整,BCP和突发分组都不需要光同步OBS突发包传输示意图4.光突发交换网络的优缺点OBS的粒度比OCS小，而比OPS大，实现难度比OPS，带宽利用率比OCS高。OBS综合了光电路交换和光分组交换的优点，实现的复杂度和带宽需求都较为适中，能够很好的满足互联网数据业务突发性的特点，是光电路交换向光分组交换进行过渡的一个很有前景的技术。OBS与OPS、OCS的对比：全光交换技术比较通过对比，我们可以总结出OBS具有以下优点：1)适中的交换粒度、高带宽利用率、低时延；2)对光存贮器的要求较低，实现的复杂度较低和成本较低；3)减小了互联网业务的自相似程度，以支持WEB流量的突发性；4）实现简单，复杂度较小；5)可直接在网络层实现对不同QOS的IP包提供不同的服务，符合下一代网络智能化的需求。OBS不仅综合了OPS和OCS的优点，避免了各自的缺陷，还巧妙的避开了光网络中无法电光和光电转换的问题，降低了成本，OBS是OPS和OCS的折中，具有很好的发展前景。5.参考文献[1]纪越峰，王宏祥，等。光突发交换网络[M]，北京，北京邮电大学出版社，2005，8-9[2]吴沛雨，光突发交换中突发竞争问题研究，成都，电子科技大学，2013，4-11[3]宁帆，光突发交换OBS关键技术的研究，北京，北京邮电大学，2009,2-4