Communication 版 (精华区)
发信人: dormouse (出征 V 号带飘扬), 信区: Communication
标 题: 新光路由交换技术及其发展应用
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月20日21:48:02 星期三), 站内信件
新光路由交换技术及其发展应用
中国网络通信有限公司 王勇
在不久的将来，数据业务将超过话音业务，这意味着现在的面向连接的线路交
换网络必须进行改造更新，以支持分组交换数据业务。当前的光交换技术使我们能
够采取某种方式更快地在ＷＤＭ网络上传送大带宽的业务。在业界所研究、探讨的
光交换机制中，基于ＭＰＬＳ作控制平面的ＯＸＣ越来越受到人们的重视，最有影
响力和最有前途的是光分组交换和光突发交换技术及由其构成的路由交换机。
经过３０余年对光交换的研究。在器件研究技术的推动下，光交换系统技术的
研究有了很大进展。从发展过程看，可分为两个阶段：第一阶段进行电控光交换，
即信号交换是全光的，而光器件的控制仍由电子电路完成。目前试验系统大都处于
这一水平，相关成果报道也比较多。 第二阶段为全光交换技术，即系统的逻辑、
控制及交换均由光子完成，关于这方面的报道还比较少。
一、新的光交换技术
光交换系统按功能结构可分为光交换网络和控制回路两大部分。按交换形式可
分为光路交换、光分组交换网光突发交换。光路交换又可分为空分、时分和波分／
频分交换，以及由这些交换网络组合而成的结合型。
１．光分组交换
（１）光ＡＴＭ交换 通常，光ＡＴＭ交换采用波分复用、电或光缓冲技术，
由波长进行路由选择。 信元的波长作为选路信息，依照信元的波长，每个到达入
口端的信元被选路到出口端的光缓冲存储器中，然后将选路到同一出口端的信元存
储于一公用输入端的光缓冲存储器里，完成信元路由（即交换）。 ＡＴＭ光交换
网络由信元选择器和光缓冲存储器构成。各输入接口模块（ＩＩＭ）根据信元信头
的虚通路识别器（ＶＣＩ）识别到达入口端的信元，并将各信元波长转换成适合出
口端的波长。
（２）光透明分组网 光透明传送网方案使用一种固定时长的光分组。分组头
和净荷由同一波长承载。分组头经光电变换后再进行路由处理。头部的编码速率较
低，如６２２Ｍｂｉｔ／ｓ，便于现有的电处理。为了使网络对负载的速率不敏感
，净荷时长是固定的，其内容由客户层决定，速率可从几百Ｍｂｉｔ／ｓ到几十Ｇ
ｂｉｔ／ｓ变化。
光透明传送网的接入接口可分为４个子层：
★数据汇聚子层（ＤＣＳＬ）：负责适配数据数率，将ＩＰ数据分组封装成光
分组；
★网络子层（ＮＳＬ）：在数据汇聚子层之下，负责产生光透明分组路由地址
标识并加在光透明分组头中；
★链路子层：把出入不同数据汇聚子层与网络子层对的光透明分组复用或解复
用，通过简单的先入先出队列，将多个光透明分组视为独立的分组流传送。为保持
光能量的恒定，在无分组传送时，链路子层会产生空闲分组，这种分组可在任何时
刻丢弃；
★波长汇聚子层（ＷＣＳＬ）：考虑到光纤中可使用的波长资源，为传输提供
合适的波长编码。
（３）散射波长通路波长交换分组网 波长分组网是随着ＷＤＭ网络研究的发
展提出的新方案，它的主要特征是在多个波长上采用统计复用以减小大量的分组争
用。与其它光分组网不同的是，波长分组网是一个可重构的多波长传输网络，比现
在的ＷＤＭ网络有很大的灵活性。
在波长分组网中，最有优势的是散布波长通路（Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｗａｖ
ｅｌｅｎｇｔｈ Ｐａｔｈ： ＳＣＷＰ）。在波长分组网的光分组层上，光分组通
路（ＯＰＰ）不是沿着整个通路分配一个波长，而是每一个分组在链路中动态地转
换到合适的波长。是否进行波长转换，取决于分组转发到下一个节点的每个波长的
时隙可用性以及其它的管理因素。如果光纤的可用波长全被占用，必须用缓存以延
迟一些分组直到有空闲的可用时隙，采用波长解决争用问题降低了对缓存容量的要
求。
２．光突发交换
在光突发交换中，数据突发在网络的中间节点保持在光域，而其控制分组和包
头可以转换成电的形式以便处理。给传送分组安排带宽预留和交换设置的控制分组
与包头在单独的波长上传送。在目前的研究中，基于ＲＦＤ（ｒｅｓｅｒｖｅ－ｆ
ｉｘｅｄ －ｄｕｒａｔｉｏｎ）的光突发交换，网络带宽和光纤延迟线（ＦＤＬ
）利用率更有效，因而是最具吸引力的方式。
为解决争用、减少突发的丢失和每一个突发的端到端等待时间等问题，ＲＦＤ
采用了ＪＥＴ（ｊｕｓｔ－ｅｎｏｕｇｈ－ｔｉｍｅ）协议，ＪＥＴ的基本思想是
：在突发分组发出之前，源发出一个控制分组（类似于线路交换中的建立请求）。
在处理控制分组的过程中，突发分组缓存在源处。
在下一代的光因特网中，ＩＰ将直接在由ＷＤＭ交换和ＷＤＭ链路组成的ＷＤ
Ｍ层上运行。有了ＷＤＭ层，大量的直通业务能在光域进行交换，减少了ＩＰ层需
要的太比特路由器和高速收发器的数量。在这种光因特网中，可以应用光突发交换
。
二、全光网络中的 光路由交换机
Ｉｎｔｅｒｎｅｔ及其相关业务的爆炸式增长，相应地需要增加传输带宽，这
些都要求扩展现在ＩＰ路由器的容量。然而，当前的ＷＤＭ应用还主要是静态利用
单个的ＷＤＭ通道，尚不能有效支持ＩＰ业务。为此，需要把ＷＤＭ的优势和现在
正在研究的全光交换结合起来，构造具有高吞吐量的光路由交换机，为满足将来大
容量的全光因特网做准备。
１．基于光突发交换的光ＩＰ路由器
在以ＷＤＭ为主的下一代因特网中，光ＩＰ路由器可以作为其骨干网的核心路
由器，完成转发和交换分组、运行路由协议功能，类似于通常的路由器。为了在如
此高的速率下处理较短的ＩＰ分组，正在研究利用光突发交换的思想构造光ＩＰ路
由器。 在这种结构中，无数据突发的光／电变换。到来的分组在边缘路由器被收
集成分组，并通过骨干网发送，骨干网中的路由器根据突发交换"云"出口目的端转
发突发。在光骨干网中，突发在源端和目的端的边缘路由器间的全光通路上传输，
而控制仍在电域内进行。数据通道组（ＤＣＧ）中对应于光数据突发的突发控制分
组（ＢＣＰ），在单独的控制通道上发送，每一跳以电的方式处理。每根光纤中都
有一组称做控制通道组的波长，专门保留用于发送控制分组。
依据对光核心路由器性能的要求，设计光ＩＰ路由器有许多问题需要考虑。一
般来讲，突发延时和突发丢失率是突发交换网络要测量的典型特性。
２．光交叉连接设备（ＯＸＣ）
国外对ＯＸＣ及ＯＡＤＭ的研究已相当深入，并提出了多种方案。基于空间交
换的ＯＸＣ（采用光开关或光交叉矩阵）、波长交换的ＯＸＣ（如采用波长变换加
阵列波导光栅ＡＷＧ）；有基于解复用器和２×２光开关的ＯＡＤＭ，也有采用光
环行器、光滤波器等实现ＯＡＤＭ，这些方案可望在最近几年得到广泛应用。而基
于ＭＥＭＳ技术的ＯＸＣ和基于Ｉｎｋｊｅｔ和平面光波路径的气泡法ＯＸＣ，由
于其结构简单、性能可靠等优势，很受业界青睐。
（１）基于微电子机械系统（ＭＥＭＳ）的ＯＸＣ 基于ＭＥＭＳ的ＯＸＣ其
实质是一个两微的晶片阵，当需要将入射波长进行转换时，可以通过改变镜片的角
度，将光波反射到相应的光纤中，这种ＯＸＣ可以轻而易举地组成大型光交叉矩阵
，同时具有极佳的光学特性。
ＭＥＭＳ技术制作的光开关继承了光机械开关的优点，又克服了光机械开关的
缺点，响应速度和可靠性大大提高。另外，利用ＭＥＭＳ ＯＸＣ中抖动微镜的集
成化音频控制编码机构把在基体上的光监控模块与之结合可实现网络级性能管
理的信令监控和光通道管理等功能。为此，近一、两年国外许多公司和我国的一些
科研机构都积极投入到ＭＥＭＳ技术研究及基于ＭＥＭＳ的ＯＸＣ设计研究热潮中
。
（２）采用Ｉｎｋｊｅｔ和平面光波路径的气泡法全光交换
为适应未来通信业务的发展和满足全光网络的需要，Ａｇｉｌｅｎｔ公司开发
了光子交换平台。其核心技术是采用Ｉｎｋｊｅｔ技术和平面光波路径技术。
其基本工作过程是：多个光通路或由平面光波路径（ＰＬＣ）形成的波导在交
叉点交叉时，在交叉点处，光在与波导光学特性一致的液体中传播。当光信号需要
路由时，利用Ｉｎｋｊｅｔ技术在交叉点处产生气泡，气泡移动了流体并改变了交
叉点处的光学特性，结果光就沿着一个新的通路反射出去。这些气泡每秒钟可形成
和移去上百次，能提供快速和可靠的交换。这种交换结构既无需反射镜也无需机械
转动部件，与ＭＥＭＳ方式的光交换有很大的区别。
（３）采用ＭＰＬＳ业务工程做控制平面的ＯＸＣ 目前的ＬＳＲ的控制平面
用于发现、播送和保存与ＭＰＬＳ网络有关的状态信息以及在各种ＭＰＬＳ业务工
程规则和策略下保存标签交换通路（ＬＳＰｓ）。而ＯＸＣ的控制平面用于发现、
播送和保存与ＯＴＮ有关的相关状态信息以及在各种光网间互连业务工程规则和策
略下建立和保存光通道踪迹。
为了发挥ＭＰＬＳ业务量工程和ＯＸＣｓ各自的长处，ＩＥＴＦ组织提出了一
种草案，目的是把基于ＭＰＬＳ网络的ＬＳＲｓ和ＯＸＣｓ控制平面技术统一起来
。这种统一的控制管理平面将消除管理混合光联网的管理复杂性。利用ＭＰＬＳ业
务工程控制平面的ＯＸＣｓ将有效地成为ＩＰ可寻址的器件，这一设想同样解决了
ＯＸＣｓ的寻址问题。拓扑状态信息播送、光通道踪迹的建立、ＯＴＮ业务工程功
能、保护恢复能力将由ＭＰＬＳ业务工程控制平面完成。从控制观点来看，带有Ｍ
ＰＬＳ业务工程控制平面的ＯＸＣ就象是一个标签交换路由器。
三、光路由交换机 在下一代网络中的应用
１． 光路由交换机的组网应用
美国资助的ＭＯＮＥＴ项目，目标是建立一个在波分复用技术基础上的美军未
来全球多波长光网络试验床。该系统具有ＯＡＤＭ和ＯＸＣ节点，传输容量为８×
２．５Ｇｂｉｔ／ｓ。其交换方式采用ＬｉＮｂＯ３波导开关及集成阵列波导光栅
构成。
由欧盟资助的ＡＣＴＳ ＫＥＯＰＳ工程，开展了对净荷比特率提供透明的光
分组交换／路由网的定义、开发、评定等方面的研究工作。该项目对全光网中提供
的光分组透明交换方法进行了分析和验证，对整个网络系统中采用的设备、器件都
进行了研究和实验论证。
国外在这方面进行的成功试验引起了我国有关部门的高度重视。
"中国高速信息示范网-ＣＡＩＮＯｎｅｔ"，最主要的目的是开展光因特网关
键技术的研究，发展具有自主知识产权的光互联网技术体制及技术标准与建议。在
２００１年３月底，利用自行研制的光交叉连接设备（ＯＸＣ）、光分插复用器（
ＯＡＤＭ）、核心路由器（ＣＲ）和网络管理系统以及综合接入服务器、边缘路由
器、ＳＤＨ传输系统等配套设备建设基于光因特网-ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ技术
的示范网，成功地进行了实验室试验，最重要的成功是网络保护恢复时间达到７ｍ
ｓ的水平，比光纤连接路由器构成的光因特网的恢复时间快近１００００倍。６月
底，将完成实地现场试验。
２０００年，主要由ＯＸＣ、ＯＡＤＭ构成的全光城域网，已经在上海等大城
市完成和正在实施，做为国家信息基础实施的重要组成部分，并将在年内逐步扩大
为各大城市、地区，乃至国际间的骨干网。
２．基于ＩＰ／ＭＰＬＳ做控制平面的智能光网络
智能光网络的概念首先由Ｓｙｃａｍｏｒｅ公司在１９９８年１２月提出。其
特点在于能实时地进行光通道、路由配置，增强了网络的生存性；能进行流量工程
，保证服务质量；不需在交换时进行光／电转换，业务流在光域中透明的以光的形
式穿过网络。
智能光网络的网元具有智能性，是指智能光网络系统的传输设备、交换设备使
用基于ＩＰ的、标准的链路状态路由协议ＯＳＰＦ和ＭＰＬＳ，决定如何优化配置
光路和如何选择路径传送网络管理信息，主动和其他网元交换链路和容量信息，从
而掌握全网状态。由ＩＰ／ＭＰＬＳ协议在光网络内为用户建立一条标记光通道，
使传信光通道具有严格的ＱｏＳ和带宽定义。 智能光网络系统还具有先进的业务
线路保护功能。在某根光纤发生中断或某波长不可用时，智能光网络系统的交换机
因为掌握着全网的拓扑结构，知道通过哪些可工作的波长或光纤达到终点。并相应
通过ＣＲ－ＬＤＰ请求建立新ＬＳＰ通道，对业务实现保护。另外，智能光网络可
以根据ＣＯＳ位，按服务等级的优先程度依次对受影响的用户线路进行保护倒换。
３．多协议波长标签交换光因特网
基于ＩＰ标准、称为"多波长标签交换"（ＭＰＬａｍｂｄａＳ）的ＩＰ
ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ新方案，利用ＩＰ／ ＭＰＬａｍｂｄａＳ协议和标
签交换的概念提供波长交换通道。
这个新方案的主要思想是：在数据网络范畴内，使用 ＭＰＬａｍｂｄａ
Ｓ来提高网络性能和进行流量工程；由数字包封器和光网络层提供业务的光传输（
ＤＷＤＭ和ＯＴＤＭ相结合）、波长路由和光层的管理、保护、性能监测等光联网
技术，这样可实现更加紧密的ＩＰ到光传送层的集成网络结构。通过数字包封技术
将原本在 ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ层完成的某些功能如业务适配等移到光网络层
上来完成。它可以大大简化通信网络的分层结构，对各种通信业务具有更好的开放
透明性，进一步提高其总体传输效率和网络的利用率及可靠性，增强网络的生存性
和安全性。该方案集成了 ＩＰ寻址、标签交换和波长路由三大技术，通过将 ＭＰ
ＬａｍｂｄａＳ的控制技术和光传送网节点的路由控制技术集成为相对简单的
适配层，从而形成新型基于 ＩＰ／ＭＰＬＳ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ协议模型
的多协议波长－标签交换 ＭＰＬａｍｂｄａｍＳ网络结构。
四、未来发展展望
由光路交换技术构成的光交换机，将逐步在电信领域得到大规模推广使用；基
于ＭＥＭＳ技术的ＯＸＣ和基于Ｉｎｋｊｅｔ和平面光波路径的气泡法ＯＸＣ，由
于其结构简单、性能可靠等优势，很受业界青睐，成为未来的应用热点。由ＯＸＣ
、ＯＡＤＭ为主构成的新一代光因特网正在积极试验，以其早日投入实际电信运营
当中。目前国际、国内正在努力解决的关键问题，是在整个网络中，以统一标准的
网管系统管理光网络。
以ＩＰ／ＭＰＬＳ做控制平面的智能化光网络是目前极力发展的方向。如果能
将ＭＰＬＳ作控制平面的ＯＸＣ形成最终标准，将会为现代的通信网络产生革命性
的影响。但是ＭＰＬＳ标准正在完善当中，它还需解决支持ＭＰＬＳ设备的互通性
问题。
多协议波长标签交换光因特网是综合以上光交换技术和光网络技术的更高发展
阶段，是"人人拥有带宽，沟通与光通速"的理想之路，是开展未来"光速经济"的基
石。
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I am dormouse. 我是睡鼠
too lazy.
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