浅析光分组交换网及其关键技术
(山东水利职工大学 信息技术系；2.山东水利职工大学 汽车工程系，山东 淄博 2550003.包钢集团 电信有限责任公司，内蒙古 包头 014010)
摘 要： 文章对光分组交换网络存在的主要问题和关键技术进行了简单的介绍，重点介绍了 光交换网络中的光缓存技术，以及目前实现光缓存常用的方法。
关键词：光分组交换；光缓存技术；同步；交换网络
中图分类号：TP393.03 文献标识码：A 文章编号： 1007—6921(2009)11—0118—01
随着Internet业务量不断增加，为了更有效且灵活地承载未来的IP包分组业务，研究人员提 出了光分组交换这种适应未来光因特网的交换技术［1］。
1 光分组交换网络原理及分类
光分组交换(OPS，Optical Packet Switching) 以光分组作为最小的交换颗粒，采用单向预 约机制，在进行数据传输前不需要建立路由、分配资源。分组头含有目的地址，分组序列码 等控制信息，分组净荷紧跟分组头在相同光路中传输，网络节点需要缓存净荷，等待带分组 目的地的分组头的处理，以确定路由。光分组交换有很高的资源利用率，和很强的适应突发 数据的能力，全光的分组交换是光交换的未来的发展方向［2］。
全光分组交换网可以分成同步网和异步网。多个光分组交换节点组成网络时，各节点每个输 入端口上的分组到达的时间是随机的，而交换矩阵只能在一些特定的时间上进行重新配置， 因此网络设计者需要考虑各个分组进入交换矩阵前是否进行重新排队。若分组进入交换矩阵 前需重新排队，这样的节点组成的网络是同步的，相反则是异步网络。
在同步光分组交换网中，每一个分组数据的大小相同，分组数据和分组头被放在一个固定长 度的时隙中。由于没有光域的可随机读取存储器，为了解决分组交换时产生的拥塞问题，采 用光纤延迟线来实现分组的存储器。在异步光分组交换网中，每个分组不要求长度一致，在 节点输入端口也不需要进行同步处理，分组的交换过程在时间上是随机的。由于分组到达的 不可预测性和不规律性，分组交换时发生的拥塞概率比同步网中的大。但是这种交换节点结 构简单，而且网络建造费用低，和同步网相比具有更大的灵活性。
2 光分组目前存在的难点及关键技术
光分组交换可以看作是电分组交换在光域的延伸，交换粒度以高速传输的光分组为单位。虽 然光分组可长可短，但由于交换设备必须具备处理最小分组的能力，对光分组交换节点的处 理能力要求非常高。目前常采用的是光电混合的办法实现光分组交换，因此必须采用光缓存 。
2.1 光分组交换面临的主要困难
全光缓存器是全光数字分组交换网的关键部件，是全光网调度和控制包转发的基础，它不仅 能有效地提高全光包交换网络节点的吞吐量，降低丢包率，提供延缓时间以便节点进行包头 处理，而且当不同的用户争用同一个通道时，缓存器能有效地提供解决竞争的方案。全光缓 存器最潜在的应用是光包交换网中的全光路由器。
光存储器在光分组交换结构中起着重要的作用。原则上讲，电域的可随机读取存储器可以用 在光分组交换网络中，早期的光分组交换系统就是这么设计的。但是电RAM的读取速度有限 ，这影响了光分组交换的速度和容量。而且采用这种方案的交换结构将不可避免地用到光电 （O/E）和电光（E/O）变换，从而增加了系统的复杂度。
全光的RAM研究工作已经有很长的时间，但是迄今为止还处于研究阶段，目前的光分组交换 结构中利用光纤延迟线和各种光器件的组合来实现全光的存储器，也可以用光纤环作为光缓 存器，用器件进行缓存用在光分组交换网络节点中，国外有人已经做了实验仿真，也给出了 仿真结果。在光分组交换中，由于没有可用的光随机存取存储器，采用光纤延时线与其它光 器件如光开关门、光藕合器、光放大器等结合来实现光分组缓存。光纤延时线的长度等于光 分组时隙的整数倍。
2.2 光分组交换的关键技术
实现光分组交换需要的关键技术包括光分组的产生、同步、缓存、再生，光分组头重写及分 组之间的光功率的均衡等。其中分组的实时同步、再生、分组头重写，由于码率太高，电设 备无法完成，而全光的办法也只停留在实验阶段。针对这些技术难点，国内外均展开了深入 的研究，尤其在光缓存这方面，交换网络必须用光缓存来完成信号处理，时隙交换排队等功 能［3］。
一般地，在光分组交换中光缓存可以按照两种方式来分类，一种方法是看缓存器中采用单极 延时线还是多级，前者一般易于控制，后者对于大的缓存深度可能节省硬件数量；另一种方 法是延时线被连成前向还是反馈结构，前者是分组从一条延时线被送入下一条延时线，光分 组穿过的延时光纤数为常数，而后者延时线将分组送回本级的输入，意味着分组之间穿过的 延时线数是不同的［4］。
3 结论
综上所述，光分组交换技术的研究是当前国际上全光网络研究领域的前沿，光分组交换的核 心是在光域上实现数据包的传送、路由、波长变换、存贮和转发的光信号处理技术，由于当 前缺乏光子存储器和光子集成芯片而处于探索阶段，光缓存技术和多个输入分组的精确同步 技术还不成熟，正有待于新器件的突破。光交换网络的前景是一片光明的，相信光技术的成 熟和新型光学器件的出现，光交换技术中的难题将会迎刃而解。
［参考文献］
［1］ 谢世钟,陈明华,董毅.光分组交换网络技术展望［M］.北京：清华大学学报 ，2002，(7)：855-859.
［2］ 殷洪玺,王勇,徐安士,等.光分组交换网［J］.电信科学, 2000, (11).
［3］ 黄安鹏,谢麟振,徐安士,等.光分组交换的关键技术［J］.通信世界，200 1，(10)：17-19.
［4］ 孔华华,徐亮，等.一种WDM光分组交换网络中的缓存技术及其性能分析［J］. 光子技术,2005,(1)：47-51.