9．3．1 传统光分组交换技术
1．传统光分组交换技术原理
传统光分组交换，也称光分组交换（Optical Packet Switch，OPS），是电分组交换在光域的延伸，交换单位是高速光分组。光分组交换节点结构模型如图9．6所示。光域分组交换与电域分组交换的最大区别是：电分组交换的数据在缓存区中静态存储，而光域分组交换的数据必须实时处理或者动态存储。
图9．6 OPS节点结构模型
虽然光分组的分组长度没有特别的规定，但是由于交换设备必须具备处理最小分组的能力，所以对光分组交换节点的处理能力要求非常高。目前常采用光电混合的办法实现光分组交换，方法是在光域进行交换，控制信号在今后节点被转换成电信号再进行处理。光分组交换可以基于数据报或者虚电路方式，两种方式下交换机都是使用存储、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实时产生、同步、缓存、再生、光分组头重写和分组之间的光功率均衡等。其中分组的实时同步、再生、分组头重写等关键技术步骤，由于码速率太高而无法用电设备完成，而全光的处理办法也还处于实验阶段，因此目前并没有可以满足实际需要的光分组交换设备。
从长远来看，光分组交换是光交换的发展方向，但光分组交换目前仍然存在着两个难以克服的困难：一个是光缓存器技术还很不成熟，实验系统中采用的光纤延迟线（FDL）比较笨重，不灵活，而且存储深度十分有限；二是在光分组交换节点处，难以实现多个输入分组的精确同步。因此短期内光分组交换的应用前景还不被看好。
根据光分组是固定长度还是变化长度，可以将光分组交换分为同步和异步工作模式。同步光分组交换工作模式是基于时隙的交换，光分组在进入交换矩阵前需要进行分组级同步，具有较高的吞吐率。异步光分组交换工作模式适应IP分组不定长度的特点，光分组在进入交换矩阵前部需要同步，但控制和调度的复杂度很高，吞吐率比同步光分组交换模式下要低。
光分组交换作为一种受到人们高度关注的光交换技术，有以下主要优缺点。
优点包括：
（1）光分组交换属于分组级的光信号处理，和OTDM相比，对光器件工作速度的要求大大降低，与WDM相比更加灵活，可以有效地提高带宽利用率。
（2）交换的“粒度”小，可以与IP分组很好地兼容。
（3）容量大，可配置，数据传输速率和格式透明，可以支持不同类型的数据传输。
（4）能够提供端到端的光通道或者无连接传输，带宽利用率高，适应性好，能够提供各种服务。
（5）将大量的交换业务转移到光域，交换容量与WDM传输容量匹配，同时与OXC、MPLS等新技术结合，可以实现网络优化与资源的合理利用，有很高的资源利用率和很强的适应突发数据传输的能力。
与此同时，光分组交换的缺点也是十分明显的，体现在：
（1）实现复杂，对光部件的性能要求很高。目前的逻辑器件还不成熟，功能还比较简单，无法完成光分组交换所要求的控制部分复杂的逻辑处理功能，因此现有的光分组交换单元还要由电信号来控制。
（2）相对于成熟的硅工业，光分组交换的集成度很低。
（3）缺乏深度和快速光记忆器件，在光域难以实现与电路由器相同的光路由器。(www.xing528.com)
（4）由于突发数据分组需要在中间节点存储转发，需要有效的光随机存储器。
（5）在光分组交换节点处，难以实现多个输入分组的精确同步，需要灵活高效的光域同步技术。
2．光分组交换体系结构
图9．7 光分组交换体系结构图
光分组交换体系结构可以分为三层，如图9．7所示。
最高层为电交换层，对应于已经普遍使用的接入网和核心网的标准；最底层为透明光传输层，对应于地域上更广阔的WDM光传输网。透明的路由是基于在波长域和空间域里的透明光交叉互联（OXC），允许网络在较长的时间内重构，该层链路的传输容量为几吉比特每秒到几百吉比特每秒。由于在相对低速的电交换层和大粒度的信道分割的WDM光传输层之间存在巨大的差异，因此在这两层之间要插入一个新的层来实现低速率信道和高速率信道之间的适配，这就是码速率和传输方式透明的光分组交换网络层。它在WDM光传输网中的高速波长信道和电交换网之间架起一座桥梁，从而大大提高了带宽的利用率和网络的灵活性。该层延伸了光透明性的优点，可以作为电接入网和核心网大容量的承载交换网，也可以作为基于相同分组格式的光城域网的骨干网。光分组交换涉及的传输和交换在光域里进行，可以接入巨大的光纤带宽，而相对复杂的分组路由/转发则在电路域里实现。
3．光分组交换分组格式
光分组交换分组格式包括固定长度的光分组头、光分组净荷和保护时间三个部分，如图9．8所示。光分组头和光分组净荷都占有固定持续时间，但速率可变，保护时间主要根据具体器件的交换时间、节点内的净荷抖动的情况来确定。
图9．8 光分组交换数据包格式
其中，光分组头在交换节点进行电子处理，光分组头包含以下内容：同步比特；信源标记，表示入口边缘的节点地址；目的地标记，表示出口边缘的节点地址；分组形式，表示业务性质和优先次序；分组序列号码，辨别分组有没有按规定序列到达；运行、管理和维护；信头纠错码。
4．光分组交换机组成
光分组交换机由输入接口、光交换矩阵单元、控制单元和输出接口组成。
（1）输入接口：对来自不同输入端口的光分组进行时间和相位对准，完成光分组读取和同步功能，并保持数据净荷的透明传输。
（2）光交换矩阵单元：光分组交换节点的关键部分，它为同步的光分组选择路由并解决输出端口的竞争问题。光交换矩阵单元具有光分组缓存功能，对于本地交换节点，光交换矩阵单元同时完成上下路功能。根据使用交换开关类型的不同，光分组交换结构分为空间光开关结构、广播选择交换结构和波长路由交换结构等。
（3）控制单元：利用光分组头信息控制核心交换。控制部分要处理信头信息，并发出必要的指示。为此，它要参考在每一节点中保持的转发表，其内容借助网络管理系统不断更新。控制单元还要进行信头更新，将新的信头传给输出接口，新的信头指出分组传输路径上的下一节点。
（4）输出接口：通过输出同步和再生模块，降低交换机内部不同路径光分组的相位抖动，进行功率均衡，同时完成光分组头的重写和光分组再生，以补偿光交换矩阵所带来的消光比和信噪比恶化。
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