光交換網絡技術熱點跟蹤

2019-11-03 10:19:41

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供稿：網友

　　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達到了T比特級。同時，現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光交換/光路由技術，試圖在光子層面上完成網絡交換工作，消除電子瓶頸的影響。當全光交換系統成為現實，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光傳輸網屬于線路級的光信號處理，類似于現存的電路交換網，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，但離實用還有相當的距離；光分組交換網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技術已經在一些領域取得了重大進展。

光分組網絡的分類

　　全光分組交換網可分成兩大類：時隙和非時隙。在時隙網絡中，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點進行，更適合于原始ip業務，而且緩存容量較大的非時隙型網絡性能良好。

光分組交換技術特點

　　在光網絡設計中，對網絡設計者來說，非常重要的是減少當前網絡中協議層的數目，保留已有功能，并盡量利用現有的光技術。而光分組交換技術獨秀之處在于：

*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，實現網絡的優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絡規劃的“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，在光域難以實現與電路由器相同的光路由器；第二是相對于成熟的硅工業而言，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絡設計，可充分地利用光與電的優勢來克服這些不利因素。

光突發交換的應用前景

　　光突發交換為IP骨干網的光子化提供了一個非常有競爭力的方案。一方面，通過光突發交換可以使現有的IP骨干網的協議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術的帶寬潛力；另外一方面，由于光突發交換網對突發包的數據是完全透明的，不經過任何的光電轉化，從而使光突發交換機能夠真正的實現所謂的T比特級光路由器，徹底消除由于現在的電子瓶頸而導致的帶寬擴展困難。此外，光突發交換的QoS支持特征也符合下一代 Internet 的要求。因此，光突發交換網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，成為下一代光子化的 Internet 骨干網。

　　作為一項具有廣泛前景和技術優勢的交換方式，光突發交換技術已引起了國內外眾多研究機構的關注，我國的863計劃已將光突發交換技術列為重點資助項目。

光突發交換技術中的問題

　　從應用的角度，光突發交換還有一些重要的課題需要研究。突發封裝，突發偏置時延的管理，數據和控制信道的分配，QoS的支持，交換節點光緩存的配置(如果需要的話)等問題還需要作深入研究。對于光突發交換網來說，在邊緣路由器光接收機上的突發快速同步也是對系統效率有重要影響的問題。

　　上述問題是緊密關聯的，比如說光緩存中光纖延遲線的配置與突發長度的統計分布相關，而突發長度又取決于突發封裝過程；突發封裝、光路由器的規模、數據和控制信道組的大小又會影響突發偏置時延的管理；交換節點的分配器和控制器運行快慢以及網絡規模又會反過來影響突發封裝。在網絡設計當中，所有的這些問題都必須仔細考慮和規劃。由于光纖延遲線的限制，為了降低丟包率，光突發交換網絡必須通過波分復用網絡信道成組來實現統計復用。如何在光突發交換網絡中實現組播功能也是一項非常重要的課題，為了實現組播，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調。此外，將光突發交換與現有的動態波長路由技術有機的結合，可以使網絡具有更有效的調配能力，但也需要進一步的細致研究。

光交換的市場前景ARC

　　集團預測，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。而在網絡進展速度緩慢的發展中國家，諸如非洲、中東、拉丁美洲等地區，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表達了對光交換系統性能的滿意，并已經計劃在2002-2003 年間在他們的網絡中廣泛采用這項技術。北京市通信公司宣布采用北電網絡的 OPTera DX光交換機完成了長途光傳輸系統工程，升級后的網絡已于今年六月投入商業服務。

　　雖然在低迷的環境下，大多數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，受寬帶業務需求影響，盡管電子商務呈下降趨勢，數據通信仍然持續增長。如果運營商不與此快速增長業務同步，到2002年下半年其網絡的最大使用容限將只有40%。因而，運營商恰當地選擇技術設備來升級其網絡、減少其成本和運作支出，日益顯得重要。

　　業內專家指出，光分組交換技術將成為一項重要的網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必然要升級到以數據為重心以分組為基礎的新型通信網，而光分組交換網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，是下一代全光網絡技術，其應用前景廣闊。目前，世界上許多發達國家進行了光分組交換網的研究，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光網絡實驗室的項目等。而且，光分組交換網的實用化，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(MEMS) 、光器件技術等。光器件技術中固態光交換技術已開始迅速發展，在芯片上實現光交換一直是人們的夢想。利用固態交換技術，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。已經有一些公司在這個方向上取得了重大進展，例如 Brimcom ， Lynx and NTT 公司。CIR預測，美國的固態光交換元件和子系統市場將從現在的1800萬美元增加到2005年的2.02億美元。隨著光網絡技術、系統技術、光器件技術的發展，光分組交換在不遠的將來將會走向實用化。

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光交換系統中的技術熱點

　　光交換技術是指不經過任何光/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，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展，光交換技術的最終發展趨勢將是光控光交換。

　　光路交換系統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。光分組交換系統所涉及的技術主要包括：光分組交換技術，光突發交換技術，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，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交換技術是光交換中的最有開發價值的熱點技術，也是全光網絡的核心技術，她將有著廣泛的市場應用前景。

摘自《通信產業報》

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