光分組交換網(wǎng)<2>
4.3解決競爭的方法及光緩存
在同一時間里，可能有兩個或兩個以上的分組要從同一出口離開光交換節(jié)點(diǎn)，即出現(xiàn)了分組競爭，采用不同的競爭裁決方法會對網(wǎng)絡(luò)的性能有很大影響。常見的解決競爭的方法有：光分組緩存、偏轉(zhuǎn)路由和波長轉(zhuǎn)換。
在光分組交換中，由于沒有可用的光隨機(jī)存取存儲器（RAM），采用光纖延時線與其它光器件如光開關(guān)門、光耦合器、光放大器等結(jié)合來實(shí)現(xiàn)光分組緩存，光纖延時線的延時長度等于光分組時隙的整數(shù)倍。一般地，在光分組交換中光緩存可以按照兩種方法來分類，一種方法是緩存器中采用單級延時線還是多級，前者一般易于控制，后者對于大的緩存深度可能節(jié)省硬件數(shù)量；另一種方法是延時線被連成前向還是反饋結(jié)構(gòu)，前者是分組從一條延時線被送入下一條延時線，光分組穿過的延時光纖數(shù)為常數(shù)，而后者延時線將分組送回本級的輸人，意味著分組之間穿過的延時線數(shù)是不同的。設(shè)計(jì)光分組緩存器時要考慮分組丟失率、網(wǎng)絡(luò)延時、硬件成本、控制電路的復(fù)雜性、分組重新排序、網(wǎng)絡(luò)大小、業(yè)務(wù)負(fù)荷和類型等。
采用偏轉(zhuǎn)路由解決競爭的方法是：如果有兩個或兩個以上的分組需要占用同一出口鏈路，實(shí)現(xiàn)最小路徑，將只有一個分組沿所希望的鏈路發(fā)送，而其他分組將沿著非最小路由被轉(zhuǎn)發(fā)，因此對于每個源和目的對，一個分組的跳數(shù)不再是固定的。研究發(fā)現(xiàn)采用偏轉(zhuǎn)路由（在空間域里），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷增加時，異步網(wǎng)絡(luò)受到嚴(yán)重的擁塞，當(dāng)負(fù)荷超過一定的閾值后吞吐量將完全崩潰，為了解決擁塞需加有限的光緩存。
光緩存是在時域里，偏轉(zhuǎn)路由是在空間域里，而WDM是在波長域里，光緩存提供高的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，但需要較多的硬件和復(fù)雜的控制，偏轉(zhuǎn)路由較容易實(shí)現(xiàn)，但不能提供理想的網(wǎng)絡(luò)性能，當(dāng)上述二者再與波長轉(zhuǎn)換結(jié)合，它們的缺點(diǎn)可以被克服或最小化。研究表明：波長轉(zhuǎn)換可減少光緩存器的數(shù)量或減小分組丟失率，抑制噪聲和信號再整型。因此在全光分組交換網(wǎng)中，將光緩存、波長轉(zhuǎn)換、與偏轉(zhuǎn)路由結(jié)合，可以得到實(shí)現(xiàn)光分組交換節(jié)點(diǎn)的較佳方案。4.4光分組再生
一般地，在光分組交換網(wǎng)中，源和目的之間全光通道不提供完全再生，由于光信號的傳輸距離正比于分組跳數(shù)，在高比特率時，由于色散、非線性、串?dāng)_。光放大器ASE（自發(fā)輻射）噪聲的積累等，會限制網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，因此需要完全再生。
光分組交換避免了比特級同步（OTDM網(wǎng)絡(luò)要求的），但仍要求一個分組一個分組地時鐘恢復(fù)，較復(fù)雜。最近文獻(xiàn)中提出了異步數(shù)字光再生器，進(jìn)行了10 Gbit／s光分組再生的實(shí)驗(yàn)演示，是很有希望的光信號再生器件，它通過強(qiáng)迫本地時鐘采用進(jìn)來的數(shù)據(jù)的頻率和相位，從而把再生進(jìn)來的分組，的比特率和相位轉(zhuǎn)換成本地時鐘的比特率和相位。
在許多提出的路由和交換協(xié)議中，還要求光分組頭在每個節(jié)點(diǎn)被重寫，在采用相同波長串行傳輸分組頭的方案中，用快速光開關(guān)阻塞掉舊的分組頭并在適當(dāng)?shù)臅r間插入由本地另一個激光器產(chǎn)生的新的分組頭，這種方法的關(guān)鍵是要求在WDM網(wǎng)中新的分組頭與載荷具有相同的波長，否則由于色散、非線性或網(wǎng)絡(luò)中的波長敏感器件等會帶來嚴(yán)重的問題。還有人提出，為了便于在節(jié)點(diǎn)修改分組頭，將分組頭和載荷用不同的光波長發(fā)送，對分組頭的波長采用解復(fù)用、光電轉(zhuǎn)換、電子處理，然后再用該波長發(fā)送出去，這種方法使分開的分組頭和載荷在網(wǎng)絡(luò)中傳輸受到光纖色散的影響，使分組同步困難，另外也浪費(fèi)波長資源，所以這種方案不太現(xiàn)實(shí)。
5結(jié)束語
光分組交換網(wǎng)的實(shí)用化，將取決于一些關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，如光標(biāo)記交換、微電機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、光器件技術(shù)等。
標(biāo)記交換機(jī)是基于標(biāo)記來交換分組。標(biāo)記交換采用路由協(xié)議產(chǎn)生路由表，通過標(biāo)記分配協(xié)議配置標(biāo)記信息，對于本地交換它們接收標(biāo)記信息和建立轉(zhuǎn)發(fā)路由表，當(dāng)標(biāo)記邊線路由器接收一個要轉(zhuǎn)發(fā)穿過網(wǎng)絡(luò)的分組時，它分析網(wǎng)絡(luò)分層頭，完成網(wǎng)絡(luò)分層服務(wù)，給一個分組選擇路由，為分組申請一個標(biāo)記，然后轉(zhuǎn)發(fā)分組到下一個標(biāo)記交換機(jī)，基于標(biāo)記交換分組，而不用再分析網(wǎng)絡(luò)分層頭，分組到達(dá)網(wǎng)絡(luò)出口的標(biāo)記邊線路由器，在那里將標(biāo)記去掉，分組被傳送。光分組交換可采用這種標(biāo)記交換機(jī)在光分組交換網(wǎng)的邊界上產(chǎn)生光分組，即在原ATM或IP分組前加上適當(dāng)?shù)墓夥纸M頭，經(jīng)光分組交換網(wǎng)傳送和交換以后，當(dāng)光分組到達(dá)光分組交換網(wǎng)的邊界時再由光標(biāo)記交換機(jī)將光分組頭去掉，將ATM或IP分組復(fù)原。
光分組交換核主要有光開關(guān)和其它光器件構(gòu)成，傳統(tǒng)的機(jī)械光開關(guān)體積大、性能差，為了克服這些缺點(diǎn)，近年來，出現(xiàn)的MEMS技術(shù)，對于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量多端口數(shù)的光分組交換核具有光明的前景，MEMS器件以類似硅集成電路的方式制作。各種不同材料以不同方式被多層沉積，形成復(fù)雜的多層三維結(jié)構(gòu)，最后有選擇性的蝕刻，去掉一些沉積材料產(chǎn)生器件的可移動部分，大多數(shù)開關(guān)利用可移動轉(zhuǎn)矩鏡改變光的傳輸方向，從而實(shí)現(xiàn)交換功能，由于可實(shí)現(xiàn)單片批量集成，因此MEMS器件具有低損耗、低串?dāng)_的特性，并且體積小、成本低。
WDM網(wǎng)絡(luò)提供波長轉(zhuǎn)換增加了交換的維數(shù)，使交換節(jié)點(diǎn)得到很大簡化。OFC’99上報(bào)道的Lucent研制的光波段變換器可用于光分組交換，在同一時隙被傳輸?shù)乃胁ㄩL的分組可被同時轉(zhuǎn)換，這樣只要求交換節(jié)點(diǎn)作為一個整體來處理每個時隙，而不必按不同波長分別接入和交換分組，分組競爭用光纖延時線緩存來解決，可使交換節(jié)點(diǎn)簡單、性能提高。其他光電器件和集成光電器件近年來也取得了較大進(jìn)步，如NTT用混合集成工藝制成的平面光波導(dǎo)32個波長選擇器件，日立公司研制的高分子數(shù)字交換器件等，對于光分組交換都是很重要的器件。
在網(wǎng)絡(luò)信息量爆炸式增長，IP將成為電信網(wǎng)的主導(dǎo)業(yè)務(wù)的今天，光分組交換技術(shù)能極大地拓展現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬，最大限度地提高線路利用率，是一種很有希望的技術(shù)，隨著光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、光器件技術(shù)的發(fā)展，光分組交換在不遠(yuǎn)的將來將會走向?qū)嵱没?/P>
