光分組交換網<1>
近年來，電信網上的業務流量不斷增長，要求網絡能提供越來越寬的帶寬。為了滿足通信業務對帶寬的需求，世界上許多國家采用波分復用（WDM）技術對已鋪設的光纖線路進行擴容。然而，在通信網絡節點仍需光／電、電／光轉換和電信號處理，由于光／電轉換器件響應時間及電子交叉互連（DXC）、上／下路（ADM）設備本身帶寬的限制，形成了網絡節點的電子速率“瓶頸”，克服電子“瓶頸”的辦法是直接進行光信號處理，即建設全光通信網。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（OPS）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、有效地利用帶寬，提高帶寬的利用率。特別是Internet讓用戶的急劇增加，導致數據通信的業務量爆炸性的增長，據預測，美國大約在2003年左右數據業務將與電話業務總量持平，之后，數據業務總量將越來越多的超過電話業務總量，而中國電信網或信息網數據業務估計將在5－10年內超過話音業務。傳統的電話通信網采用的是電路交換方式，而Internet是基于IP協議的分組數據業務，因此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，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 RACE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EPSRC支持的WASPNET項目，日本NTT光網絡實驗室的項目等。我國關于光分組交換網的研究項目還很少。2光分組交換分層網絡參考模型
光分組交換分層網絡分為三層，它們對應于網絡基礎設施演進的三個主要步驟。第一層對應于已普遍使用的接入網和核心網的標準，如ATM、PDH（準同步數字系列）和SDH（同步數字系列）及其它常用的標準分組和基于幀的業務。為了簡單，整個網絡用一層來表示，把它稱作電交換層。第三層為透明光傳輸層，對應于地域上更廣闊的WDM光傳輸網，透明的路由是基于在波長域和空間域里的透明光交叉互連（OXC），允許網絡在較長的時間內重構，該層在電交換層的下面，鏈路的傳輸容量為數Gbit／s至數百Gbit／s。由于在相對低速的電交換層和大粒度的信道分割的WDM光傳輸層之間存在代溝，需要在低速信道和高速信道之間進行適配，所以在這兩層中間引入第二層，即比特率和傳輸方式透明的光分組交換網絡層，使在WDM光傳輸網中的高速波長信道和電交換網之間架起一座橋梁，從而大大改進了帶寬的利用率和網絡的靈活性。該層延伸了光的透明性的優點，它可作為電接入網和核心網的大容量的承載交換網，也可以作為基于相同的分組格式的光城域網（MAN）的骨干網。
光分組交換涉及的傳輸和交換在光域里進行，可接入巨大的光纖帶寬，而相對復雜的分組路由／轉發在電域里實現。此外，為了在光分組載荷中傳送ATM的信元或IP分組，有效地使IP接入WDM層，光分組層提供一些基本的鏈路層功能代理，能進一步提供時域復用，允許IP路由器在傳輸信息至光WDM管道之前匯集用戶的流量。3光分組交換節點的結構
光分組交換節點，按是否有業務上／下路功能可分為帶有分插復用和不帶有分插復用功能的節點。如用于城域網（MAN）之間或大的局域網（LAN）之間的光分組交換，交換節點可以不要求有分插復用功能，分插復用功能可在MAN或LAN內部實現，如果交換節點是本地網絡的組成部分，則要求有分插復用功能。這兩種交換節點的基本構成模塊相同。
如果按控制信號的類型來分，可分為全光型和光電混合型，對于全光型分組交換節點，數據和控制信號從源到目的地均是在光域里，但由于目前高速光控器件很少，短期內實現較困難，因此，迄今為止，國際上的研究項目基本上是采用光電混合型分組交換節點。
光電混合型分組交換是讓數據在光域進行交換，而控制信息在交換節點被轉換成電信號進行處理，用于分組路由和控制，這樣可充分利用微電子技術的靈活控制能力，實現數據分組的透明高速交換。
4 光分組交換的關鍵技術
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。
4.1 光分組的產生
光分組的產生必須具有碼速提升的功能，即分組壓縮，才能在連續的用戶信息（如 ATM信元或IP分組）中加入必須的分組頭部分和保護時間（即交換節點光器件調諧所需的時間），這可由光分組邊緣交換機來完成。光分組頭中包含路由信息和控制信息，分組中保護時間越長，則對分組對準要求可降低，分組越長則可在分組中有更多的保護時間而不致犧牲鏈路的利用率，但分組要考慮與現有的ATM信元、IP分組等兼容。分組和分組頭的大小需要優化，分組較小時，具有較高的靈活性，但信息傳輸效率低，影響網絡吞吐量，當分組較大時，信息傳輸效率高，但需要大的光緩存并且靈活性變差，因此需要根據分組丟失率在載荷和分組頭之間進行折衷。
在光分組交換時，傳輸高速載荷（2.5 Gbit／s以上），采用低速的分組頭，以便于電子電路處理，一方面可以減小處理延時，對電路要求降低，另一方面由于路由和控制信息比特數較少，也不必用太高的速率傳輸（如622Mbit／s以下）。4.2光分組同步
在光分組交換網中，由于不同的分組到達同一個節點的人口的時間不同，按照光分組在進入交換核之前是否需要使分組對準，可把光分組交換分為同步光分組交換和異步光分組交換兩類。它們對于分組頭識別和載荷定界均要求比特級同步和快速時鐘恢復（僅對分組頭）。目前，對于同步光分組交換研究的較多，同步光分組交換網是采用固定時間長度的光分組時隙，所有的分組大小相同，要求所有光分組到達交換核的人口時與本地參考時鐘相位對準，即分組同步。同步光分組交換節點的結構，到達交換節點的分組在進入節點之前，先用光耦合器分出一小部分光功率，經光／電（O／E）轉換后送入分組頭處理電路，將分組頭信息和定時信息讀出，以便進行分組同步（使分組同步器在分組進入交換核之前將分組對準）和交換控制，這個處理過程必需在分組進入輸入同步器之前完成，因此在輸入同步器之前需加延時大小等于處理時間的光纖延時線。對于異步分組交換，光分組的大小可以相同也可以不同，分組到達和進入交換節點時無需對準。
光分組穿越一定長度的光纖所需的時間取決于光纖長度、色散和溫度的變化，不同的光分組經不同的路徑到達同一節點的延時不同，但這種延時變化相對較慢，可用靜態補償來減小或消除，這可用輸入粗同步器來實現。
每個分組在節點內的延時變化取決于交換節點的結構和解決競爭的方案，在同步光分組交換網中，采用光纖延時線作為光緩存，分組在交換節點內穿過不同的路徑，帶來分組的延時變化，另外不同波長之間的色散引起快速時間科動，因此需要采用快速細同步器補償這種節點內的延時變化，溫度變化的影響較慢，易于在節點內控制。
