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智能天线技术的发展与应用网络知识

时间：2025年01月24日

来源：gaopo

编辑：本站小编

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下面小编为大家带来智能天线技术的发展与应用网络知识，本文共4篇，希望大家喜欢!本文原稿由网友“gaopo”提供。

篇1：智能天线技术的发展与应用网络知识

作者：林辉信息产业部电信研究院通信标准研究所工程师摘要：本文首先介绍了智能天线的概念，以及它在提高无线系统能力（容量、覆盖和新业务等）方面的应用价值，在此基础上，文章的第二部分对智能天线的工作原理和技术的发展情况进行了描述，最后对智能

作者：林辉信息产业部电信研究院通信标准研究所工程师

摘要：本文首先介绍了智能天线的概念，以及它在提高无线系统能力（容量、覆盖和新业务等）方面的应用价值。

在此基础上，文章的第二部分对智能天线的工作原理和技术的发展情况进行了描述，最后对智能天线技术在3G各种通信制式中的应用进行了重点讨论。

关键词：智能天线WCDMAcdma TD-CDMA

1 引言

移动通信迅速发展给系统带来的容量压力，使得如何高效率的利用无线频谱受到了广泛的重视，智能天线技术被认为是目前进一步提高频谱利用率的最有效的方法之一。本文首先介绍了智能天线的概念，以及它在提高无线系统能力（容量、覆盖和新业务等）方面的应用价值。在此基础上，文章的第二部分对智能天线的工作原理和技术的发展情况进行了描述。由于目前3G是我国在通信系统应用研究方面的重点，因此本文的后续部分对智能天线技术在3G各种通信制式中的应用进行了重点讨论。除了TD-SCDMA已经将智能天线的应用列入标准化以外，文章中引用了一些在FDD情况下应用智能天线的研究和现场试验结果，说明了该技术在WCDMA和cdma2000的应用前景。

2 智能天线简介

随着移动通信的迅速发展，越来越多的业务将通过无线电波的方式来进行，有限的频谱资源面对着越来越高的容量需求的压力。对于第二代移动通信系统GSM，在我国的一些大城市已经出现了容量供应困难的现象，小区蜂窝的半径已经很小，而目前作为应用研究重点的3G以及它的业务模式无疑将对网络容量有更高的要求。高速的数据业务将作为3G网络服务的一个主要特点，这使得网络数据流量尤其是下行方向上将有明显的提高。因此，为了在3G系统中实现与第二代系统明显的差别服务，充分体现3G系统在业务能力上的优势，网络容量将是网络的运营者必须重点考虑的问题。就目前的情况而言，智能天线技术将是提高网络容量最有效的方法之一，尤其对于3G中以自干扰为主要干扰形式的通信系统。

天线方向图的增益特性能够根据信号情况实时进行自适应变化的天线称为智能天线。与普通天线以射频部分为主不同，智能天线包括射频部分以及信号处理和控制部分。同时，由于终端在尺寸和成本上的限制，所以目前对于智能天线的研究主要集中在基站侧，我们下面讨论的智能天线也指的是在基站上的应用。

目前，基站普遍使用的是全向天线或者扇区天线，这些天线具有固定的天线方向图形式，而智能天线将具有根据信号情况实时变化的方向图特性（见图1）。

如图1所示，在使用扇区天线的系统中，对于在同一扇区中的终端，基站使用相同的方向图特性进行通信，这时系统依靠频率、时间和码字的不同来避免相互间的干扰。而在使用智能天线的系统中，系统将能够以更小的刻度区别用户位置的不同，并且形成有针对性的方向图，由此最大化有用信号、最小化干扰信号，在频率、时间和码字的基础上，提高了系统从空间上区别用户的能力。这相当于在频率和时间的基础上扩展了一个新的维度，能够很大程度地提高系统的容量以及与之相关的其它方面的能力（例如覆盖、获取用户位置信息等）。

3 智能天线的工作原理与发展情况

天线的方向图表示的是空间角度与天线增益的关系，对于全向天线来说，它的方向图是一个圆；对于阵列天线，可以通过调整阵列中各个元素的加权参数来形成更具方向性的天线方向图，形成主瓣方向具有较大增益，而其它副瓣方向增益较小的形式。智能天线正是一种能够根据通信的情况，实时地调整阵列天线各元素的参数，形成自适应的方向图的设备。这种方向图通常以最大限度地放大有用信号、抑制干扰信号为目的，例如将大增益的主瓣对准有用信号，而在其它方向的干扰信号上使用小增益的副瓣。图2为一个智能天线结构的示例图。

智能天线包括射频天线阵列部分和信号处理部分，其中信号处理部分根据得到的关于通信情况的信息，实时地控制天线阵列的接收和发送特性。这些信息可能是接收到的无线信号的情况；在使用闭环反馈的形式时，也可能是通信对端关于发送信号接收情况的反馈信息。

由于移动通信中无线信号的复杂性，所以这种根据通信情况实时调整天线特性的工作方式对算法的准确程度、运算量以及能够实时完成运算的硬件设备都有很高的要求。这决定了智能天线的发展是一个分阶段的、逐步完善的过程，目前通常将这种过程分为以下三个阶段（见图3）：

●第一阶段：开关波束转换。在天线端预先定义一些波瓣较窄的波束，根据信号的来波方向实时确定发送和接收所使用的波束，达到将最大天线增益方向对准有效信号，降低发送和接收过程中的干扰的目的，

这种方法位于扇区天线和智能天线之间，实现运算较为简单，但是性能也比较有限。

●第二阶段：自适应（最强）信号方向。根据接收信号的最强到达方向，自适应地调整天线阵列的参数，形成对准该方向的接收和发送天线方向图。这是动态自适应波束成形的最初阶段，性能优于开关波束转换，同时算法也较为复杂，但是还未达到最优的状态。

●第三阶段：自适应最佳通信方式。根据得到的通信情况的信息，实时地调整天线阵列的参数，自适应地形成最大化有用信号、最小化干扰信号的天线特性，保持最佳的射频通信方式。这是理想的智能天线的工作方式，能够很大程度地提高系统无线频谱的利用率。但是其算法复杂，实时运算量大，同时还需要进一步探寻各种实际情况下的最佳算法。

目前，对于智能天线的应用主要集中在第二阶段附近，并且由于移动通信的迅速发展，使得智能天线技术在包括3G的应用中受到广泛的重视，解决智能天线在实际应用中的各种问题，以及寻求更加“智能”的自适应算法和实现方案是目前工作的重点和主要内容。下面我们讨论智能天线技术在3G各个通信标准中的应用前景，以及相关的试验参考结果。

4智能天线在3G中的应用前景

3G普遍采用基于CDMA的多址接入技术，依靠码字之间的正交性来区分不同的用户，因此接收端各个信号之间的不完全同步、扰码不完全正交、TDD系统中的时隙偏差等问题都可能在系统内用户之间形成一定程度的干扰。同时，在理论分析的基础上，大量的仿真和现场试验结果也证明了：在3G通信系统中，网内干扰将超过系统固有的热噪声，成为制约系统性能的主要因素。在干扰和容量这一对矛盾的基础上形成的容量与覆盖、容量与性能、覆盖与性能等互换性问题已经得到共识，成为3G网络规划和运营的主要特点。

在业务特性上，3G以高速的数据业务、视频电话和能力得到增强的增值业务作为其对2G系统形成服务优势的主要手段，这必然使得3G具有大得多的网络流量。但是与2G系统一样，它的容量同样受到空中频谱资源的限制。我们注意到，理论上在相同条件下，CDMA并不比FDMA或者是TDMA具有更大的频谱利用率。因此，为了能够真正体现3G系统在业务能力上的优势，必须使用新技术使频谱利用率得到质的提高，智能天线技术正是目前被认为是能够实现这一目标的最有效的方法之一。它通过增加系统SDMA（空分多址）的能力，能够有效地缓解3G系统中容量与网内干扰之间的矛盾，很大程度地提高系统对空中无线频谱资源的利用能力。

我国提出的TD-SCDMA标准，由于其空中接口采用TDD的双工方式，通信的上下行信道使用相同的频率，因此以很短的时隙间隔相互交错的上下行信道之间具有较强的相关性，这样比较容易根据上行信道的接收情况对下行信道的发送特性进行准确的调整，因此TD-SCDMA成为3G标准中最方便于使用智能天线的一个技术，并且已经进行了标准化，将智能天线作为其主要的关键技术之一。另外，对于3G中使用FDD方式的WCDMA和cdma2000，由于上下行信道使用不同的频率，并且具有较大的频差（在我国的3G频率划分中，主要工作频段上下行的频差为190MHz），因此上下行信道之间的相关性较弱，加上城区中复杂的无线传播环境，所以想要利用上行信道的接收信息得到下行链路理想的发送方案是比较困难的，对算法的复杂度也有更高的要求。但是由于对系统性能改善方面的重要作用，所以关于FDD系统中智能天线的使用也在不断研究和尝试中。

在英国进行的TSUNAMIⅡ项目，在DCS1800系统的基础上，通过使用8副各自由8个元素构成的天线阵列对智能天线在宏蜂窝和微蜂窝网络中的性能情况进行了现场试验，对各种自适应算法进行了比较，并且发布了如下的一些试验结果：

（1）在宏蜂窝的网络结构中，当信号到达方向相差10度以上的时候，通过使用智能天线，系统获得了达到30dB的载干比增益，覆盖范围增加了54%；

（2）在宏蜂窝的网络结构中，通过使用8元素的智能天线，系统容量增加了300%；

（3）微蜂窝的网络结构下智能天线的性能增益不如宏蜂窝的情况，但大部分自适应算法也能够取得相当的性能增益。需要对微蜂窝的情况进行更深入的研究。

在此之后的SUNBEAM项目把在DCS1800系统上的试验结果进行了扩展，对智能天线在3GWCDMA中的应用进行了研究；与此同时，在美国、日本和韩国等地方也报告了关于智能天线性能的相关试验和研究结果。

5结束语

移动通信用户量的迅速发展，以及从窄带语音通信向宽带高速数据通信发展的趋势，如何在一定的频谱资源上提高网络容量成为网络建设，尤其是未来3G网络建设中需要重点考虑的问题。单纯地依靠增加基站（使用微蜂窝增加频率的复用度），无论从成本和性能表现方面都已经不再是最好的选择方案。在这种情况下，智能天线技术的引入，将通过增加系统在空间上的分辨能力，从更高的层次上提高系统对于无线频谱的利用率。与其它所有的先进技术一样，智能天线技术的发展也是一个伴随着算法研究和硬件升级的循序渐进的过程。由于对其重要作用的认识，近年来在世界范围内开展了大量的研究和试验工作，取得了丰硕的成果，目前基本上已经开始了实际的应用阶段，实际使用中的各种问题也在逐步得到解决。当前，我国正在对下一代移动通信系统的实际应用能力进行大规模的研究和试验，智能天线技术无疑也将成为讨论的热点之一，希望本文能够为相关方面的工作和研究人员提供一定的参考。

原文转自：www.ltesting.net

篇2：智能天线在CDMA网络优化中的作用网络知识

智能天线技术利用信号传输的空间特性，可达到抑制干扰、提取信号的目的，智能天线所形成的波束可实现空间滤波，对期望的信号方向具有高增益，而对不希望的干扰信号实现近似零陷作用，以达到抑制和减少干扰的目的。基于上述特性，采用智能天线技术可跟踪强信

智能天线技术利用信号传输的空间特性，可达到抑制干扰、提取信号的目的。智能天线所形成的波束可实现空间滤波，对期望的信号方向具有高增益，而对不希望的干扰信号实现近似零陷作用，以达到抑制和减少干扰的目的。基于上述特性，采用智能天线技术可跟踪强信号、减少或抵消干扰信号、提高信干比、增加移动通信系统容量，降低信号发射功率、提高通信的覆盖范围，所以，3G广泛将智能天线作为可选技术，而TD－SCDMA也已将智能天线技术写入具体建议中。引入智能天线技术后，CDMA网络规划与优化中将产生新的特点。下面将对覆盖范围、容量、负荷平衡、专用波束分配等方面进行分析。

应用智能天线的一个重要收益是覆盖范围的增加，使得移动用户不必增加上行发射功率就能比普通用户拥有与基站更远的通信距离，而基站也不必在下行链路发射更多的功率。应用智能天线可以显著地增加小区覆盖面积，从而减少基站数目，降低建设成本。但是，由于实际传播环境的复杂，当在城市高楼密集环境下，智能天线不能很好地区分期望信号与干扰信号，信干比会有所下降，面积增益也会相应下降。因此，在网络规划时，要保留一定的冗余，

采用智能天线，在提高期望信号增益的同时，可抑制干扰信号，从而增加了网络容量。在上行链路，如果在基站采用智能天线，则可对小区内外的干扰以相同的比例同时进行抑制。由于CDMA系统本身是干扰受限系统，对干扰的抑制必将转化为容量的增加，这对于频谱日益紧张的无线通信，益处是不言而喻的。网络规划时，应对用户分布做好正确预测，合理布局基站。但应注意到，当用户密度过大时，智能天线则不能很好地区分用户，规划时须加以考虑。

由于实际通信系统中的负荷流量经常是不均匀的，经常会出现“热点”地区，而不均衡的流量意味着系统的容量未得到充分的利用。负荷平衡将根据网络流量的需求，平衡每个蜂窝或扇区的流量负荷。这时可利用智能天线的动态波束进行负荷平衡。比较可行的方式是采用预多波束智能天线，采用动态扇区调节和波束负荷两种方式进行负荷负担。动态扇区调节方式通过调节波束的方向和波宽来调节分布扇区的大小和位置，从而平衡高负荷程度。波束负荷方式则通过将一些窄波束定向到“热点”地区来平衡网络流量负荷。通过负荷平衡，可以大大降低高负荷水平同时提高网络的通信能力。此外，在越区切换中，智能天线同样也发挥着重要的作用。

综上所述将智能天线应用到CDMA网络的规划与优化中，可以增加容量，扩大覆盖范围，进行良好的负荷分担，同时可以对于不同的业务分配不同的专用波束。这样运营商不但可以获得直接的经济效益，也增加了工作的便利性。

原文转自：www.ltesting.net

篇3：城域光网络互联互通关键技术应用与透视网络知识

作者：何苗城域传送网发展概述随着城域数据业务的快速发展，在保证传统TDM业务传送的同时，如何高效地传输数据业务是城域传送网面临的主要问题，基于SDH的多业务传送平台MSTP系统很好地解决了TDM业务和数据业务混合传输问题，在各运营商城域传送网建设中

作者：何苗

城域传送网发展概述

随着城域数据业务的快速发展，在保证传统TDM业务传送的同时，如何高效地传输数据业务是城域传送网面临的主要问题。

基于SDH的多业务传送平台MSTP系统很好地解决了TDM业务和数据业务混合传输问题，在各运营商城域传送网建设中，已经大量采用了MSTP技术。

第一代MSTP设备解决了数据业务在MSTP中“传起来”的问题，通过将IP/ATM业务捆绑成Nx2M或直接映射进VC4，独占VC4通道，实现点对点透传。为了实现SDH/ATM/IP混合传输平台中三种业务的灵活带宽分配，第二代MSTP增强了原有SDH系统的交叉连接能力，提高了系统组网能力，支持了在TDM、IP和ATM之间的带宽灵活指配；实现了以太网的二层交换，支持以太网业务的带宽共享、业务汇聚及以太网共享环等功能，大大提高了端口和带宽的利用率。但第二代MSTP技术在以太环网的公平处理上仍然存在着诸多不足。针对城域传送网建设需求，根据城域传送网业务开展特点，UT斯达康公司采用创新的体系结构和先进的芯片技术，成功开发了基于SDH的第三代MSTP光传输产品NetRing，其涵盖了从STM-1、STM-4、STM-16到STM-64的所有产品。 NetRing在实现强大的多业务传输能力的同时，极大提高了设备集成度，具有很好的性能价格比，能为城域传送网建设的三个层面(即：核心层、汇聚层和接入层)提供完整的解决方案。

UT斯达康第三代MSTPNetRing系统通过MSTP平台中内置RPR的处理功能，实现了以太网带宽的统计复用、带宽公平分配，从而对数据业务具有更好的支持能力；采用GFP的封装格式大大提高了数据封装的效率，并可实现不同厂家间的数据业务互联；通过LCAS功能在很大程度上实现了带宽的动态分配，可以根据业务流量对所分配的虚容器带宽进行动态调整，而且在这个调整过程中不会对数据传送性能造成影响；通过UT斯达康智能网络管理系统OMC-O实现TDM和数据业务的统一管理，很好实现了业务的端到端配置。相信该方案能有效地满足城域传输网各层面的业务需求，最大限度保证运营商在城域网竞争中赢得主动。

第三代MSTP关键技术

第三代MSTP技术的主要特征是通过采用标准的GFP(通用成帧协议)实现更高的封装效率，为各厂家互联互通打下了基础；通过VC虚级联技术更加灵活地应用SDH通道容量；通过链路带宽调整机制(LCAS)很大程度上实现了带宽的动态分配；通过RPR实现了对分组业务的更好的保护和应用；通过采用分布式总线，突破了传统背板带宽速率限制，实现了以太网业务的高速处理。

GFP封装技术

GFP是一种通用的适配机制，采用先进的数据信号适配和映射技术，将基于PDU(Protocoldataunit)的客户信号映射到SDH/OTN帧结构之中。

与其它的封装技术相比(如PPP/LAPS)，GFP由于帧头长度固定，因此具有更高的封装效率；GFP采用HEC校验，因此具有更高的可靠性；GFP采用多物理端口复用到同一通道，因此减少了对带宽的需求，GFP支持点对点和环网结构，GFP是一种通用的适配机制，因此其是实现各厂商的MSTP设备线路互通的基本要求。

VC虚级联

第三代MSTP通过采用VC虚级联技术为城域传送网提供了一种更加灵活的通道容量组织方式，通过VC虚级联可大量节省传输带宽，从而更好地满足数据业务的传输。

链路带宽动态调整LCAS

为了满足最终用户对传输带宽的容量需求，在VC虚级联情况下提供无损伤的链路带宽容量调整机制，ITU-TG.7042定义了链路容量自动调整机制(LCAS)，通过LCAS实现在不中断业务的情况下动态调整虚容器容量，从而满足最终用户需求。

弹性分组环RPR

基于二层交换的以太环网，可使各节点共享环路的带宽，提高了带宽利用率，但以太环网带宽分配的公平性和业务的QOS保证存在不足，通过引入RPR机制，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配和更加严格的CoS，对数据业务具有更好的支持能力，

以太网业务快速处理

前两代MSTP产品由于受到传统背板带宽速率限制，以太网板业务吞吐量一般为63×2M即155M，第三代MSTP产品突破了传统带宽速率限制。UT斯达康公司采用MESH总线实现了对以太业务高速处理，FE二层以太网单板吞吐量可达8FE即800M。

第三代MSTP互联互通关键技术

前两代MSTP产品采用了PPP/LAPS的封装技术，由于封装方式的不同和封装字节数的不同，很少能实现互联互通。第三代MSTP由于采用了通用成帧格式GFP，从而为设备互联互通打下了基础。第三代MSTP产品加入了链路带宽调整机制LCAS，LCAS更多的是实现双向通信的控制信息的传送，如CTRL、MST和SEQ等，通过不同厂家之间对LCAS共同理解和配合，在GFP封装格式的基础上可实现LCAS的互联互通。在GFP封装的基础上，通过不同厂家之间的二层交换功能，可实现以太业务的二层交换和汇聚。

GFP互联互通

UT斯达康第三代MSTP产品NetRing系统严格遵照ITU-TG.7041GFP通用成帧格式封装定义，实现了VC-12/VC-3/VC-4所有虚容器的GFP封装，具有很好的互联互通性。系统可对FCS进行自动识别，可关闭或开启FCS，从而可根据其它厂家对FCS的支持情况进行调整，使NetRing系统具有更好的互联互通性。UT斯达康公司NetRing系统也是业界目前少数支持VC-12/VC-3/VC-4全部虚容器进行GFP封装的厂家。在VC-12层面，NetRing系统实现了和华为、中兴、光桥、泰乐、东信和NEC等公司GFP的互联互通；在VC-3层面NetRing系统实现了和华为、NEC等公司GFP的互联互通；在VC-4层面， NetRing系统实现了和华为、中兴、烽火、上海贝尔阿尔卡特和光桥等公司GFP的互联互通。

LCAS互联互通

第三代MSTP产品加入了链路带宽调整机制LCAS，LCAS更多的是实现双向通信的控制信息的传送，如CTRL、MST和SEQ等。

虚级联和LCAS功能都是通过同一个字节实现的。在VC-12中，LCAS是通过K4字节来实现的。K4是4帧的复帧结构，比特1用来传送VC-12承载的信号类型，比特2传送虚级联序号和LCAS控制信号。在VC-3/VC-4采用的是H4字节来实现的。

在各厂家LCAS互联互通时，CTRL和MST必须具有正确的状态。如在CTRL寄存器中，‘0000’表示fixed；‘0001’表示add；‘0010’表示normal；‘0011’表示eos；‘0101’表示idle；‘1111’表示dnu。在厂家增加或减少VC-12/VC-3/VC-4时，CTRL、MST等的状态基必须正确才能实现LCAS的互联互通。

UT斯达康公司NetRing系统也是业界目前唯一支持基于VC-12/VC-3/VC-4全部虚容器进行链路带宽调整的厂家。在VC-12层面，NetRing系统实现了和华为、中兴、光桥、泰乐LCAS的互联互通；在VC-4层面，NetRing系统实现了和中兴、光桥、烽火的互联互通。

二层交换互联互通

二层交换的互联互通相对于LCAS功能的互联互通功能来说要简单一些，其互通本质上就是以太网二层交换机的互联互通。只要基于GFP的封装方式能实现互联互通，系统支持二层交换功能就可实现系统的互联互通。UT斯达康第三代MSTPNetRing系统具有强大的二层交换功能，通过MESH总线突破了传统背板带宽速率限制。以太网业务单板吞吐量为8FE即800M。其二层交换功能和光桥公司进行了二层交换、多方向汇聚的互联互通。

网管系统的跨网络管理

跨网络的管理一直是网络管理中比较繁杂的问题，目前异厂家MSTP网络管理方案通常通过协议转换器将10/100M网管信息转换为E1，通过中心传输网络将网管信息传输到网管中心节点，然后用协议转换器将E1转换回10/100M以太网信息，最后将多路网管信息连接到HUB与网管系统相连，实现中心网管对远端设备的管理。UT斯达康公司针对网络现状，提供DCC数据通道穿通功能，通过利用D1～D12字节中空闲的D4～D12字节来传输NetRing系统的网管信息；NetRing产品可将UT网络的DCC信道通过设备内部转换功能，直接将网管信息导出到2Mb/s接口或VC-12时隙，经其它厂家网络提供的E1链路实现互通，从而使分散的网络实现统一的集中网管；NetRing产品也可通过利用空闲的以太网业务接口，利用以太网业务通道传送网管信息。

上述跨网络管理功能通过上海贝尔阿尔卡特、烽火、泰乐公司的设备得到了验证。

随着城域多业务的发展，新一代MSTP的互联互通性已经备受关注，UT斯达康公司紧密跟踪城域网发展需求，针对城域传送网现状推出了适于网络互联互通的第三代MSTP系统NetRing。该系统具有很高的集成度和优良的性价比，非常适合于城域传送网核心、汇聚和接入等各个层面的应用，最大限度保证运营商在城域网竞争中赢得主动。

原文转自：www.ltesting.net

篇4：光突发交换技术的发展与应用网络知识

互联网的不断发展壮大和各种新兴业务的出现，如各种多媒体网页、多媒体游戏、多媒体会议、电子商务等，使互联网络业务呈指数增长，由于业务的多样性和多变性，传统的核心交换网络已经不适于互联网不断发展的需要。这种形势促使研究者们加快对波分复用(W

互联网的不断发展壮大和各种新兴业务的出现，如各种多媒体网页、多媒体游戏、多媒体会议、电子商务等，使互联网络业务呈指数增长。由于业务的多样性和多变性，传统的核心交换网络已经不适于互联网不断发展的需要。这种形势促使研究者们加快对波分复用(WDM)传输和全光交换技术深入研究，以便适应因特网流量的爆炸式增长、业务的多样性和业务突发性。

目前光网络采用的静态或动态波长路由(或者说光电路交换，OCS)机制，协议机制相对简单，技术成熟，易于实现。但它类似于电路交换机制，建立和拆除一条通道需要一定的时间，并且该时间与它连接的保持时间无关，而主要决定于端到端的信令时间。当连接保持时间比较短时，它将导致信道的利用率变差。因此，它不适合于持续增长且变化无常的因特网流量，如网页浏览、FTP文件传输、电子邮件等。

在光交换中，光分组交换(OPS)在带宽利用率、延时和适应性等方面比较好。从长远的角度来考虑，OPS似乎是一种很有前途的技术，但因为它的实现比较复杂，目前光逻辑处理技术不成熟，没有可用的光随机存储器(ORAM)，所以还需经过多年的研究才能得以应用。

针对目前OCS和OPS存在的一些问题，近年来，人们提出了一种新的光交换技术D光突发交换(OBS)技术，并迅速得到国内外学者们的广泛关注。OBS得以引人注目，是因为它兼有OCS和OPS的优点，同时又避免了它们的不足。

在OBS网络中，中间节点无需任何光RAM，突发数据的传输是通过它相应的控制分组(BCP)预留资源来完成的，突发数据分组在中间节点直通，无需存储。而在光分组交换中，突发数据在中间节点存储转发。相对于光电路交换，OBS可获得更好的带宽利用率，因为它允许每一个波长的突发数据流之间统计复用，否则需占用几个波长。另外，突发分组的端到端(ETE)延时相对较少，因为偏置时间远小于波长路由中建立波长通道的时间。

什么是“光突发交换”

突发交换的概念其实在20世纪80年代初就已提出，并且陆续有一些论文发表。突发交换概念当时并没有像电路交换与分组交换那样得到普及，原因是提出突发交换的时候，无论电话网还是数据网，技术已经成熟，没有必要以突发为单位来处理话音或数据，以改变整个网络。

但是，随着通信技术的不断发展，一个深刻的变化是，传输速率的增长大大超过了处理速率的增长，如果依旧按照老式的分组方法来处理，网络处理设备将长期处于过载状态。因此，简化网络节点的处理是非常必要的。光突发交换提高处理粒度就是一种较好的解决方法，通过预先发送控制信息，在每个节点处预约资源后，节点再传送突发数据，数据可以始终保持在光域内，同时免去分组交换中逐一处理分组头的麻烦。

在OBS网络中，基本交换单位是突发(burst)。突发是由相同的出口边缘路由器地址，以及相同的服务质量(QoS)要求的IP分组组成。光突发交换节点包括核心节点与边缘节点。边缘节点负责突发数据包的重组和分类，可以提供各类业务接口，而核心节点的任务是完成突发数据的转发与交换。光突发交换的核心节点结构与光分组交换不同，它只需在电域处理控制信令。

边缘节点将具有相同的出口边缘路由器地址和相同的QoS要求的IP分组，会聚成突发包，生成突发数据分组和相应的控制分组。突发数据分组和控制分组的传输，在物理信道上(一般为同一光纤中不同波长)和时间上(控制分组提前于突发数据分组一段时间，即偏置时间)是分离的。

在OBS系统中，一般采用单向预留的方式，即控制分组提前于数据突发分组发送，而数据突发分组在等待一定的时间后，不需要等待回复确认消息，直接在预先确定的信道(波长)上发送。每个控制分组对应于一个突发数据分组，它包含其对应突发数据分组的一些基本信息，如突发长度、偏置时间、波长ID和路由信息等，比突发数据短得多。

在中间核心节点，控制分组经过光/电/光变换和电信息处理，为相应的光突发分组预留资源。而突发数据分组不需光/电/光处理，从源节点通过控制分组事先配置好的链路，直接透明(全光)地传送到目的节点。这种情况就好比一个旅行团(相当于一个突发)出去旅行，事先派一个人(相当于控制分组)去预订车票和饭店等，而后面的旅行团就不必考虑这类问题，按预定的信息旅行即可，最终完成旅行。当然，如果前面所述的控制分组预订不成功(即资源竞争，或者称为冲突)，相应的光突发分组可能会丢失，其解决方案将在后面介绍。

控制协议

自20世纪80年代以来，研究领域提出过多种电突发交换技术，如Tell-and-Go(TAG)、带内终结器(IBT)和预留固定周期(RFD)等协议，

TAG技术类似于快速电路交换，它无需确认所有带宽已经预留，而直接发送突发数据，其带宽利用率不高。IBT方案预留带宽是从控制分组处理完成时开始，到IBT检测到为止，但IBT的全光检测比较困难。在基于RFD的突发交换中，只是由它的突发控制分组指定的带宽被预留，这样排除了信令开销的影响，从而提供了高效的带宽预留机制。

JET协议

恰量时间(JET)协议是基于RFD在光域中的突发交换控制协议。它采用了两种独特的特性，即偏置时间和延迟预留。这些特性使JET相对于TAG或其它没有采用这两种特性的OBS协议更加适合于OBS。JET允许数据信道的交换完全在光域中进行，它的控制是由在电域处理的突发控制分组信息决定。控制分组要先于突发数据分组发送，即控制分组与其相应的突发数据分组在源端发送时，有一个偏置时间的间隔。突发数据与其头部分离发送和交换容易实现，并降低了对核心节点在头部处理和光电处理能力的需求。而且，通过分配额外偏置时间，JET可以在光域扩展支持优先级业务。

图1 OBS JET协议

控制分组包含必需的突发数据的光信道路由信息，及突发长度和偏置时间信息。JET的另一个重要特性是延迟预留，它仅仅预留突发数据所经历的链路带宽资源。例如，假设t1'为第一个控制分组到达的时刻，t1为突发数据到达该节点的时刻，L为数据突发持续时间段。当控制分组处理完成后，从t1到t1+L这段时间带宽将被预留，这样就增加了带宽的利用率，减少了突发丢包的可能性。在图1的两种情况，即第一种情况t2>t1+L和第二种情况t2

基于优先级的JET协议

基于优先级的OBS预留机制有多种，其中最常见的一种是基于额外偏置时间的JET协议，即pJET。在这个协议中，优先级高的光突发分组分配一个更长的额外偏置时间，只要它的额外偏置时间大于低优先级业务最大分组的持续时间，就可以保证高优先级业务不会受到低优先级业务的影响。当然，低优先级的光突发分组的可用资源减少了，它的丢包率必然受到一定的影响，但总的平均丢包率包括高优先级和低优先级的光突发分组的丢包率基本不受影响。这就好比普通人员只能购买当天的火车票，而优先级高的人员可以提前几天购票，当然他成功买到车票的几率要大得多，这样就实现了优先级。

上述协议存在一个问题，就是高优先级的业务虽然丢包率性能改善了很多，但它的代价是增加了高优先级的延迟。只要将延迟控制在业务允许的范围内，这种技术还是可行的。

还有一种称为比例优先级，它是按一定的原则故意丢弃一些低优先级的光突发分组，给高优先级更多的预留资源的机会。这样虽然能完成一定的优先级，并且高优先级的延迟也不受影响，但它牺牲了总的性能(总的平均丢包率将增加很多)，如果要求这个比例增加，总体的性能将会更差。

竟争解决方案

为了处理当多个分组同时到达同一个输出端口时，竞争解决方案是必需的，这是所有分组交换方式必然会遇到的问题，即所谓的外部阻塞。比较典型的解决方式是通过缓存其它冲突的分组，只允许一个输出。在OBS与OPS中，竞争解决方案有光缓存、波长变换和偏射路由，或者其中多种技术融合，下面将分别详细介绍。

光缓存

在光域中，没有可用的光RAM，因此，光交换中不可能完全采用电域中的交换机制。光缓存的一种可选方案是用光纤延迟线(FDL)，在一定程度上能减少光分组/突发的丢包率。但是，光缓存的一个主要问题就是它的功率损耗。为了补偿功率损耗，不得不引入光信号放大或光信号再生，前者会引入噪声，后者成本太高。总的来说，引入FDL，将大大增加光交换的成本。

波长变换

光网络还有另外一个域，即波长域。在使用波长变换的系统中，如果发生两个或多个光分组/突发竞争，其中一个分组/突发直通，另一个或其它几个分组/突发还是交换到同一个输出端口，但是用不同的波长。这种解决方案在竞争分组的延迟方面是最佳的，它不会引入附加延时。这种方法适合于电路交换，也适合于光分组/突发交换网络，但需要快速可调谐变换器。最近研究结果表明，它在分组交换光网络中是一种最有潜力的可选方案之一。它能最有效地降低光分组/突发的丢包率，特别是应用于多波长DWDM系统，因此快速可调波长变换器是目前研究的热点。

偏射路由

因为光缓存还有几个问题难以解决，所以尽量少用或不用。偏射路由是在没有缓存可用时的另一种解决方案。当竞争发生时，分组/突发不能交换到正确的输出端口，将它路由到另一个可选输出端口，有可能通过另一条路径到达目的节点。当网络规模比较小，且它的连通性比较好，即这些节点都有很多相邻节点时，这种方式的效果还不错的。但是，如果网络的连通性不好，这些被偏射的分组/突发将很可能无法到达目的节点。因为这些分组/突发在网络中游弋消耗了大量资源，但无法到达目的节点。很显然，在这种情况下，其它解决方案会起到更好的效果。

此外，偏射路由方案只能适用于网络负载比较轻的场合，若平均流量负载比较重，偏射路由的分组只能降低网络的效率。偏射路

原文转自：www.ltesting.net

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