光分組交換

光分組交換（Optical packet switching）是在光通信中採用分組交換方式進行通信的一種技術。

基本介紹

• 中文名：光分組交換
• 外文名：Optical packet switching
• 縮寫：OPS

概念

光分組交換(OPS)概念與電的分組交換類似。每個光分組由一個光分組頭和一個光分組淨荷組成，光分組頭中包含源地址、宿地址、生存時間與壽命(TTL)等信息。OPS與電的IP路由類似，採用逐跳定址轉發的方式。所以光分組交換機又稱為光IP路由器。OPs由於動態共享、統計復用頻寬資源，因而可提高網路頻寬資源利用率，並使網路具有很好的靈活性。由於可採用高速淨荷、低速分組頭，從而可解決電IP路由器的電子“瓶頸”問題。

光分組交換的基本原理

從交換技術的發展歷史看，數據交換經歷了電路交換、報文交換、分組交換和綜合業務數字交換的發展過程。分組交換實質上是在“存儲-轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。分組交換線上路上採用動態復用技術傳送按一定長度分割為許多小段的數據-分組。每個分組標識後，在一條物理線路上採用動態復用的技術，同時傳送多個數據分組。把來自用戶發端的數據暫存在交換機的存儲器內，接著在網內轉發。到達接收端，再去掉分組頭將各數據欄位按順序重新裝配成完整的報文。分組交換比電路交換的電路利用率高，比報文交換的傳輸時延小，互動性好。光分組交換（ops）技術，它以光分組作為最小的交換顆粒，數據包的格式為固定長度的光分組頭、淨荷和保護時間三部分。在交換系統的輸入接口完成光分組讀取和同步功能，同時用光纖分束器將一小部分光功率分出送入控制單元，用於完成如光分組頭識別、恢復和淨荷定位等功能。光交換矩陣為經過同步的光分組選擇路由，並解決輸出連線埠競爭。最後輸出接口通過輸出同步和再生模組，降低光分組的相位抖動，同時完成光分組頭的重寫和光分組再生。

光分組交換的特點

光分組交換技術獨秀之處在於：大容量、數據率和格式的透明性、可配置性等特點，支持未來不同類型數據 ；能提供端到端的光通道或者無連線的傳輸 ；頻寬利用效率高，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，實現網路的最佳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網路規“寵兒”。

對網路設計者來說，非常重要的是減少當前網路中協定層的數目，但是同時還要保留功能，並儘量利用現有的光技術。光分組交換具有大容量、數據率和格式的透明性、可配置性等特點，這對未來支持不同類型的數據是非常重要的。光分組交換能夠提供端到端的光通道或者無連線的傳輸。光分組交換的主要優點是頻寬利用效率高，而且能提供各種服務，滿足客戶的需求。目的是把大量的交換業務轉移到光域實現，能實現交換容量與WDM的傳輸容量相匹配。同時實現光分組技術與OXC、MPLS等新興技術的結合，實現網路的最佳化與資源的合理利用。

光分組交換的關鍵技術

1. 光分組

為了減少單位時間光交換機必須處理的實體，具有相同目的地和服務質量的一個或多個分組可以組成一個光分組。光分組長度可變，它是一個單位波長的整數倍。雖然這種做法在網路邊緣減少了分組交換的複雜性，但卻增加了在網路邊緣接口的複雜性，實際上，光分組的形成要比它完成IP路由的功能實現起來複雜得多。

光分組頭包含路由信息,aN制信息，分組越長則可在分組中有更多的保護時間而不致降低鏈路的利用率，但分組要考慮與現有的ATM信元、IP分組等兼容。分組和分組頭大小需要最佳化，分組較小時，具有較高的靈活性，但信息傳輸效率低，影響網路吞吐量，當分組較大時，信息傳輸效率高，但需要大的光快取並且靈活性變差，因此需要根據分組丟失率在負載和分組頭之間進行折衷。

2.光分組的快取

為了提供一個全光的數據路徑，必須在oPS中提供光快取器。在光組交換中，由於沒有可用的光隨機存取器(RAM)，採用光纖延時線與光器件如光開關、光耦合器、光放大器等結合來實現光分組快取，光纖延時線的延時長度等於光分組單位時間的整數倍。一般地，在光分組交換中光快取可以按照兩種方法來分類，一種是快取器採用單級延時線還是多級，前者一般易於控制，後者對於大的快取深度可能節省硬體數量；另一種是延時線被連成正向還是反饋結構，前者是分組從一條延時線被送入它下一條延時線，光分組穿過的延時光纖數不變，而後者的延時線將分組送回本級的輸入，意味著分組之間穿過的延時線數是不同的。

3. 交換的實現

一個光分組交換機的總體結構由輸入處理模組、輸出處理模組、和交換快取模組組成(圖3)。輸入處模組把接收到的分組描述成適合於OTN和OPS的光分組，並實現同功能。交換快取模組將分組傳送到正確的目的地，並實現分組競爭裁決和空分組管理。輸出處理模組的作用是減小或消除信號的相位抖動和功率波動，通過快速功率均衡減/J,分組組之間的功率差異，還可以具有分組頭重寫和再生的功能。圖3採用了反饋快取器的方法，使得系統可以最大限度地利用和共享快取器，同時，使用快取器的再循環還可以實現分組服務等級優先權的處理。在這裡，分組頭的檢測和處理在電域內進行。

光分組交換的套用

光分組交換的誘人之處在於它是光傳輸網的一個自然而然的發展，尤其是光交叉連線(oXC)技術的發展能夠為光傳輸網提供一個光分組交換的網路層。圖l所示的一個網路包含了oXC和OPS。在圖中，資源可以多種方式加以利用：一些光信道可以把具有高容量的節點互聯起來，而這些節點可以完全利用很高的信道容量，如SDH環路；另外一些信道為了有效利用頻寬，被用來提供光分組的傳輸，這樣既可以在網路內實現資源最佳利用，又可以提供像點到點這樣非常關鍵的業務。因此圖1提出了兩種關鍵的OPS套用方案。一種套用是oPS作為核心交換機，即通過網路的分組在中心節點進行交換，同時在中心節點處完成路由的選擇和標籤的交換。在這種方案中，oPS最大地利用了網路資源，最小限度地耗費網路的總容量，從而減少了oXC的數量。第二個是OPS作為光傳輸網中電域(數據)到光域(WDM網)邊緣路由器接口。在這一套用中OPS為將來光傳輸網提供了許多核心功能。