OBS技术现状

monday-12532

北京邮电大学 尹亚伟,二十世纪90年代早期，面向未来IP业务的光网络研究已经成为各国或跨国研究计划的重点，如欧洲的ACTS计划、COST计划、美国的NGI计划和国防部高级研究计划局（DARPA）支持的MIT、Stanford、Princeton和Michigan等多所著名大学的合作项目以及加拿大的CA*net3国家光互联计划。日本和澳大利亚等国的科研机构和大学也在致力于下一代光网络的研究。与此同时，包括ITU-T、ANSI、T1X1.5协会、光互联网论坛（OIF：Optical Internetworking Forum）和IETF在内的标准化组织也都积极致力于对可重构光网络的研究。 
目前实用的全光网是建立在WDM技术基础上、在节点利用波长上下话路(OADM: Optical Add Drop Multiplexer)或进行交叉连接（OXC: Optical Cross Connect）来构成。基于OADM或OXC的全光网采用波长路由的方式，可以称为光线路交换系统，由控制平面建立链路和分配波长，波长选路所需的时间较长，网络的可升级性，动态适应性比较差，还不能实现真正意义上的分组交换网络，只不过是一种光的电路交换方式。由于SDH速率恒定，业务的持续时间长，因此这种全光网特别适合传输SDH业务。现在的Internet中IP路由成为一种标准，而IP的流量具有突发的特性，用这种方式来传输IP突发分组，会造成带宽的极大浪费，显然不适合IP交换。 
随着Internet业务量不断增加，利用高性能的高端路由器和成熟的WDM传输，以POS（Packet over SDH）、ATM或GE（Gigabit Ethernet）方式在数个波长上传送信号，实现Internet的升级，处理能力有限，网络QoS也无法保证。为了更有效、灵活地承载未来的IP包／分组业务，提出了光分组交换与光突发交换这两种适应未来光因特网的交换技术。 
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，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，交换机都以存储转发方式工作，因此必须采用光缓存。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。人们对于未来光因特网的希望是支持多种业务，保证QOS，但光分组交换本身不直接支持QoS。
由于现在光器件的局限，缺少快速的光开关器件，实现完全的光分组交换网络还比较困难，在这种情况下，提出了光突发交换（OBS）网络。它的主要思想是将比较小的IP进行组装成一个大的突发包，通过光开关的时间为毫秒级，现在的光器件可以满足这一要求。而一个IP分组要求光开关的速度为纳秒级，甚至更少。OBS技术将控制信道和数据信道分离，每一个突发的数据分组对应于一个控制分组，并且控制分组先于数据分组传送，通过“数据报”或“虚电路”路由模式指定交换机分配空闲信道，实现数据信道的带宽资源动态分配。数据信道与控制信道的隔离简化了突发数据交换的处理，且控制分组长度非常短，因此使高速处理得以实现。这种交换机充分发挥了现有的光电子技术的特长，实现成本相对较低、非常适合于在承载未来高突发业务的因特网中应用，超大容量的光突发交换机同样可用于构建骨干网。 
业务导向的网络使得OBS从技术研究阶段走到了应用阶段，这主要是OBS技术结合了光路交换和光分组交换的优点，可以提供透明的、可变粒度的、高效的数据传输，直接满足这种业务的需求，同时还具有较低的成本。基于这样一种考虑，目前世界范围内已有数个OBS网络平台在运行实际业务，尤其集中在Grid Application，即所谓的Optical Grid或Photonic Grid，从而考察OBS网络的性能。在USA，MCNC研究所在华盛顿地区运行着ATDnet (Advanced Technology Demonstration Network)，此网络为城域网规模，连接了NASA、DARPA的研究所及三个Grid节点，在这个网络平台上主要考察HDTV业务及e-science业务。此外，由Nortel、西门子资助的第一个10GbE业务网络TransLight/StarLight(主要用于网格计算)中，也有OBS的业务应用。在欧盟的FP6项目STOLAS(Switching Technologies for Optically Labelled Signals)中，一共有六个欧盟国家参加，参加者有运营商Telenor，企业公司有ADC Altium，Corning，Lucent Technologies，Hymite，NKT Intergration，主要就是探索利用OBS和OPS实现全业务的网络，目前正在用语音、数据及视频业务实际考察网络的性能。此外，在欧盟FP6的NOBEL(Next Generation Optical Networks for Broadband European Leadership)项目，也有相当多的内容是关于OBS的实际业务应用。 
在中国大陆，北京邮电大学，北京大学，上海交通大学，电子科技大学，武汉邮科院等多家单位都对OBS网络作过详细的研究。其中，北京邮电大学和上海交通大学合作，自2002年起承担了国家863计划关于OBS技术的重点研究课题，经过两年多的研究，在OBS网络的关键技术方面取得了巨大的突破，建立了国内第一个OBS试验平台，并在此平台上初步实现对语音、数据及视频业务的支持。2005年北京邮电大学又获得了863滚动经费的支持，于2006年年初建成了LOBS网络，将MPLS技术融合进OBS的控制平面，成功建立了一个具有4个核心交换节点，3个边缘节点的具有基本网管系统的LOBS试验网络平台，支持数据，语音，视频会议等业务的接入。目前，该实验室正在跟日本KDDI研究所、英国ESSEX大学等多家单位合作，进行OBS扩展领域的研究。 
在产业界，光突发交换的领导厂商Matisse网络公司在2006年推出EtherBurst 光交换系统，包括SX-1000 以太网业务节点，PX-1000 光子节点 和MatisseView管理系统。EtherBurst是业界第一个光突发交换产品，专门针对城域网络应用，可以支持10G-640Gbps的交叉容量。该产品将以太网交换机的灵活性和DWDM系统的巨大带宽优势结合到一起，可以应用到IPTV、商业以太网业务等需要高带宽的场合。 
因为可以提高带宽利用率，OBS长期以来一直是学术界的研究热点，但是基于成本方面的考虑，也一直没有得到产业界的青睐。Matisse公司此举揭开了OBS技术在产业界的面纱，把变革的脚步迈进了光以太网交换和传输设备的市场，强有力的说明光网络产业的“严冬”已经过去。另一方面，Matisse基于OBS的网络解决方案能否成功，关键还取决于能否说服运营商在当前城域网传输和交换等基础架构（SONET/SDH）上进行变革。很明显，运营商们总是在寻求最低的成本和最简单的操作。 

monday-12532