李俊 徐伟亮
摘 要：光突发交换是光路交换和光分组交换的一个有效折衷方案，避免了两者的缺点，能很好的适应未来业务量爆炸式增长及业务的多样性和多变性的要求。光虚拟专用网业务使得企业能够在公网内部灵活地组建自己的网络拓扑，避免支出建设专用网络的沉重费用，同时使得运营商优化带宽的利用率，通过较少的投资获得更多的商业机会从而增加收入。把ＯＢＳ技术应用于ＯＶＰＮ网络将使其具有更大的灵活性、安全性和可扩展性。这里介绍了ＯＢＳ原理和功能，阐述了ＯＶＰＮ体系结构及参考模型，对采用ＯＢＳ技术组建动态ＯＶＰＮ进行了探讨性研究。
主题词：光突发交换 光虚拟专用网 下一代网络 自动交换光网络
随着智能光网络技术的成熟，ＩＰ，ＡＴＭ和光网络都通过广义多协议标记交换（ＧＭＰＬＳ）统一到同一个控制平面，简化了网络的管理并增加互通互操作能力；在统一的平台上开发增值业务，可使传输网成为下一代网络（ＮＧＮ）的带宽商业运营平台，形成完整意义上的光纤商业网。自动交换光网络（ＡＳＯＮ）是ＮＧＮ中最有前途最有竞争力的传输技术。鉴于ＡＳＯＮ的动态带宽分配和分布式控制机制，光虚拟专用网（ＯＶＰＮ）概念的引入已经成为可能。
ＯＶＰＮ业务同传统的虚拟专用网（ＶＰＮ）业务一样，使得用户在减少通信费用的情况下能够在公网内部灵活组建自己的网络拓扑，并允许运营商对物理网络资源进行划分，提供给终端用户全面、安全的查看和管理他们各自的ＯＶＰＮ的能力，如同每个用户拥有自己的光网络一样。终端用户能在ＯＶＰＮ的内部实现端口和保护组的指配，设置连接的恢复协议和优先级，并能检测业务的情况。这样，ＯＶＰＮ就把传统的数据传输网络转变为智能业务网络。同时，ＯＶＰＮ使得运营商能优化带宽的利用率，通过较少的投资获得更多的商业机会从而增加收入，提高在用户中的信誉。
光突发交换ＯＢＳ设法综合较大粒度的波长电路交换和较细粒度的光分组交换两者的优点，并克服了这两种交换方式的不足，在较低的光子器件要求下，实现了面向ＩＰ的突发业务的快速资源分配和高资源利用率，因此能有效地支持上层协议或高层用户的突发业务。
ＯＢＳ原理与功能
在ＯＢＳ中，突发是由一些ＩＰ包组成的超长ＩＰ包引起的来自传统ＩＰ网中不同的电ＩＰ路由器。ＯＢＳ中控制包（ＢＣＰ）的作用相当于分组交换的分组头，它与突发数据（净载荷）在物理信道上是分离的，每个ＢＣＰ对应一个突发数据。在ＷＤＭ系统中，ＢＣＰ占用一个或几个波长，突发数据占用所有其他波长。
ＯＢＳ中突发数据从源节点到目的节点始终在光域内，而控制信息在每个节点都需要Ｏ／Ｅ／Ｏ的变换及电处理，控制信道（波长）与突发数据信道（波长）的速率可以相同，也可以不同。ＯＢＳ网由光的核心路由器与电的边缘路由器组成，与多协议标签交换（ＭＰＬＳ）网类似，不同的是，数据信息在ＯＢＳ网中不需进行Ｏ／Ｅ，Ｅ／Ｏ变换。ＯＢＳ网的边缘路由器负责将传统ＩＰ网中的数据封装为光突发数据，以及反向的拆封工作，核心路由器的任务是对光突发数据进行转发与交换。每个突发数据由具有相同出口边缘路由器地址和相同ＱｏＳ要求的ＩＰ包组成。突发数据是光突发交换网中的基本交换单位。假定一个ＯＢＳ网核心路由器的入口和出口光纤数均为Ｎ，每根光纤的波长数为Ｋ。其中一个波长传输ＢＣＰ，这个波长在各个中间节点首先要进行Ｏ／Ｅ变换，然后再进行电的路由表查找、交换矩阵控制等处理过程，最后更新ＢＣＰ并进行Ｅ／Ｏ变换；其余Ｋ－１个波长传输突发数据，这些波长在各个中间节点都不需要Ｏ／Ｅ／Ｏ变换，从而保证了数据的透明性。在ＯＢＳ中，通过让ＢＣＰ比对应的突发数据提前适当的一段时间出发，为突发数据预约好一个相等的时间段，可以使所有中间节点不再需要光缓存；还可通过将业务区分为不同的优先级，为优先级高的突发数据设置较长的时间偏移量，使其获得更大的预约成功机会，来实现ＷＤＭ层的ＱｏＳ保证。
综前所述，ＯＢＳ的主要优点为：
·具有中等交换粒度；
·突发分组的长度可以从几个分组到一个短的会话，只使用一个控制分组，从而使每个数据单元具有较低的控制开销；
·从不同源端到不同宿端的突发分组可以利用统计复用的方式，有效地利用链路上相同波长的带宽，带宽的使用效率较高；
·控制包和突发数据的分离，有效降低了中间交换节点的复杂度和对光器件的要求，中间节点可以不需要光缓存，同步要求低；
·带宽单向预留，等待时延短。
图１显示了具有ＯＢＳ功能的ＡＳＯＮ结构。带有ＯＢＳ功能的ＡＳＯＮ控制平面被分为两个子平面：传统控制平面和带有ＯＢＳ连接控制器的ＯＢＳ控制平面。ＯＢＳ控制平面的主要功能是在物理传输网络中实现“建立连接”和“释放连接”功能，它将通过连接控制接口（ＣＣＩ）实现光交换控制功能，该接口涉及到了两个最主要的协议，即ＩＴＵ－Ｔ的Ｇ．７７１３和ＩＥＴＦ的通用交换管理协议（ＧＳＭＰ）。传统控制平面则着眼于资源自动发现，以及信令、路由和连接管理上。ＯＢＳ控制包将通过预先建立的光标签交换通道（ＬＳＰ）进行传输，而后，传统控制平面建立数据传输通道。标签式光突发交换（ＬＯＢＳ）是这种结构的一个具体应用：在ＬＯＢＳ中，传统控制平面采用ＭＰＬＳ技术，ＯＢＳ控制包在预先建立的ＬＳＰ中传输。
ＯＶＰＮ体系结构及参考模型
ＩＥＴＦ运营商实施的虚拟专用网（ＰＰＶＰＮ）工作组负责定义和规范少数几组用于支持运营商实施ＶＰＮ的方案，目的并不是要开发新的协议或扩展现有的协议，而是将多种ＶＰＮ整合在一起形成特定的ＶＰＮ业务方法，开发出框架文件、业务需求文件以及若干技术文件，以加速不同实现之间的互通性。而ＯＶＰＮ服务的出现是ＶＰＮ技术向光域的延伸是ＰＰＶＰＮ服务的一个子集。在重叠模型中，ＶＰＮ服务具有层次化的结构。ＶＰＮ层次结构从下到上包括ＯＶＰＮ、第二层ＶＰＮ（基于ＭＰＬＳ的ＶＰＮ）和第三层的ＶＰＮ（基于ＧＲＥ，ＩＰＳｅｃ等隧道技术的ＩＰ ＶＰＮ）。上层的ＶＰＮ可作为下层ＶＰＮ网络中的用户。例如ＯＶＰＮ中的用户设备作为Ｌ２／Ｌ３ＶＰＮ的网络边缘设备，提供相应的ＶＰＮ服务。
ＯＶＰＮ就是运营商参与实施的基于用户边缘设备（ＣＥ）端口的ＶＰＮ跨越多个管理式波长上运行的可动态建立的网络即采用光波长建立的ＶＰＮ因此我们可以将提供ＯＶＰＮ业务的ＰＰＶＰＮ称为运营商实施的光虚拟专用网（ＰＰＯＶＰＮ）。如图２所示在ＰＰＯＶＰＮ服务参考模型中运营商网络由多个光网络设备（ＯＮＥ）组成例如光交叉连接（ＯＸＣ）、光插分复用（ＯＡＤＭ）、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ交叉连接设备等。我们把这些设备分为运营商光网络设备（Ｐ ＯＮＥ）和运营商边缘光网络设备（ＰＥ ＯＮＥ）。 运营商光网络设备只与运营商网络内部的光设备相连而运营商边缘光网络设备不仅与运营商光网络设备相连而且还连接到运营商网络外部的设备即ＣＥ。在ＰＰＯＶＰＮ服务参考模型中ＣＥ设备可以是路由器、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ交叉连接器或者以太网交换机。一个ＣＥ可以通过一条或者多条链路连接到一个或多个ＰＥ同样一个ＰＥ可以通过一条或者多条链路连接到一个或多个ＣＥ它们之间的每一条链路又可以由一个或多个通道或者子通道组成（例如波长或时隙）。如果一个ＣＥ通过多条链路连接到运营商边缘光网络设备，并且所有这些链路属于相同的ＯＶＰＮ，那么这些链路可以用链路绑定的方式结合起来，看作是一条单个的链路。
ＯＶＰＮ业务是基于用户端口的，如图２所示，服务的基本单元是一对ＣＥ之间的一个光连接或者时分复用（ＴＭＤ）连接，更精确地说是在ＣＥ端口之间的连接。如果ＣＥ的端口有复用／解复用能力的话，一个用户端口就可以连接到多个远端ＣＥ端口。链路是一个逻辑结构，用于代表一个ＯＶＰＮ的ＣＥ到运营商边缘光网络设备的物理资源的组合。同一个链路中的所有通道有相似的属性（例如带宽、编码等），而不同链路上的通道可以有不同的属性。由于ＯＶＰＮ服务是基于端口的ＶＰＮ服务，因此，运营商边缘光网络设备上的一个端口最多只与一个ＯＶＰＮ相连接，这种关系由运营商网络进行建立和维护。
采用光突发交换技术组建动态光虚拟专用网
在未来的智能光网络（ＩＯＮ）中，ＯＶＰＮ的发展可以分为４个阶段：
·静态光通道分配的静态ＯＶＰＮ，用户之间没有资源共享；
·静态光通道分配的准动态ＯＶＰＮ，用户之间通过协商机制资源共享；
·动态光通道分配的动态ＯＶＰＮ，用户之间实时资源共享；
·ＯＶＰＮ具有公众网特性，像现在的拨号ＶＰＮ业务一样具有灵活性。
现今，具有静态ＯＶＰＮ功能的ＩＯＮ产品已经商用化，很容易实现点到点连接的手动配置。但是，由于光电设备有限的可控性能力以及光存储等设备发展的局限，实现完全的动态ＯＶＰＮ尚需时日。而采用ＯＢＳ技术，突发数据从源节点到目的节点不需要任何Ｏ／Ｅ，Ｅ／Ｏ转换，从而使数据可以透明的传输，采用偏移时间和数据突发时间可以起到与光存储同样的功效。
通过ＡＳＯＮ－ＯＢＳ控制平面和具有突发交换功能的传送平面，可以很方便地为将来的ＩＯＮ提供一套动态ＯＶＰＮ解决方案。根据数据传输模式和终端用户的需求，ＬＳＰ可以进行动态建立、拆除和预置。这些是建立动态ＯＶＰＮ的基础。ＯＶＰＮ所需的所有逻辑通道则由传统控制平面提供。三种树形共享多点传送方案（ＴＳ－ＭＣＡＳＴ）将赋予ＯＢＳ网络多址通信的能力，大大增强了使用ＯＢＳ技术组建的动态ＯＶＰＮ的灵活性和可扩展性。值得注意的是，ＯＶＰＮ突发帧必须通过适当的ＬＳＰ传送，同时需降低与其他背景流量冲突的可能，这两点是影响ＯＢＳ技术运用的很重要的因素。
动态ＯＶＰＮ存在两种冲突：
·不同ＯＶＰＮ之间的冲突；
·ＯＶＰＮ与背景流量的冲突。
下面以具体的网络配置例子来分别说明这两种冲突并提出解决方法。
如图３所示，ＯＶＰＮ Ａ和ＯＶＰＮ Ｂ与ＰＥ１相连，体现了ＯＢＳ技术的动态资源共享特性。同时，图３还包括了背景流量，用来说明冲突的解决。
（１）情况１：不同ＯＶＰＮ之间的冲突
如果ＯＶＰＮ Ａ和ＯＶＰＮ Ｂ同时发送光突发帧，很明显，突发帧将在交换机Ｐ１发生冲突，这将导致严重的包丢失。因此，有必要引入高层的控制机制来调节同一时间轴上的光突发帧。两个ＯＶＰＮ的控制包必须通过两个完全分离的ＬＳＰ传送以避免这种冲突。出现ＬＳＰ相互交叉的情况时，为了保证ＱｏＳ，每个ＯＶＰＮ的传送起始时间和传送时长的预置在时间轴上不能重叠。
（２）情况２：ＯＶＰＮ与背景流量的冲突
当考虑到背景流量，冲突也将在ＰＥ３发生，在这种情况下，ＯＶＰＮ控制包和背景流量的控制包可以定义不同优先级来减轻背景流量对于ＯＶＰＮ的影响。具体实现时，可以在ＯＢＳ控制包中加入额外比特或者使用不同的预置方案。
结 语
随着互联网应用的方式越来越复杂，企业需要一个专业的互联网服务供应商来提供智能化的、带有保证性的互联网服务，以便于企业优化内部资源，从而专注于核心业务，提高竞争力。作为新兴的光层ＶＰＮ服务，将由此兴盛。ＯＶＰＮ业务所具有的经济性、灵活性、可靠性、安全性和可扩展性等特点对于客户来说支出更少而对于运营商来说则有更多的收入。因此可以说ＯＶＰＮ服务对于用户和运营商来说是一种双赢的选择方案。光突发交换是一种介于光路交换（ＯＣＳ）和光分组交换（ＯＰＳ）之间的很有发展潜力的交换模式，它融合了两者的优势又克服了两者的缺点，是实现ＯＶＰＮ的首选技术之一。
摘自 世界电信
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