隨著互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)向具有戰(zhàn)略意義的全球IP基礎(chǔ)架構(gòu),用戶不僅需要更高的帶寬,而且需要更廣泛的集成式服務(wù),并要求這些服務(wù)具備“關(guān)鍵任務(wù)”的可靠性。服務(wù)提供商將面臨“成本危機(jī)”,因?yàn)樗麄冃枰\(yùn)營(yíng)多種并行的網(wǎng)絡(luò),這不僅具有很高的復(fù)雜性,而且效率很低。

目前,服務(wù)提供商正努力使他們的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)朝一種更簡(jiǎn)單的架構(gòu)發(fā)展,這種新架構(gòu)是基于一種單一的高可用性智能數(shù)據(jù)包層(駐留在光傳輸層上)。處在該新架構(gòu)中心的是核心IP/MPLS(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議/多協(xié)議標(biāo)記交換)路由平臺(tái)。

充分可伸縮的IP路由平臺(tái)

現(xiàn)有的路由器仍不具備充分的伸縮性,以滿足計(jì)劃的流量需求,而且它們也不能提供在IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行關(guān)鍵任務(wù)通信流所需的極高可用性。此外,電交換結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到物理極限,從而使路由器無(wú)法具有充分的伸縮性,以避免過(guò)早的升級(jí)。

所有這些都表明,業(yè)界需要新類型的可伸縮路由器架構(gòu),它能以電子方式路由IP/MPLS數(shù)據(jù)包,但以光的方式交換它們。為了實(shí)現(xiàn)這種下一代的IP路由平臺(tái),我們需要把高端口數(shù)量和高速交換(納秒級(jí))結(jié)合在一起。然而,以往所有的光交換技術(shù)要么是高端口數(shù)量、低速率交換(毫秒級(jí)),要么是高速率交換(納秒級(jí))、低端口數(shù)量。

因此,需要新的技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)這樣的路由器,換言之,人們需要一種新的光交換方式。

能夠?qū)崿F(xiàn)可伸縮IP/MPLS路由平臺(tái)的理想光交換技術(shù)應(yīng)該提供高速率交換(納秒級(jí))、數(shù)百個(gè)10Gbps端口(未來(lái)是40Gbps)、從數(shù)十到數(shù)百個(gè)端口的可伸縮性及獨(dú)立的帶寬,以支持更高的端口數(shù)據(jù)率。

以前提議的光交換技術(shù)要么是高端口數(shù)量、低速率(微妙到毫秒級(jí)),如微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和聲光器件,要么是高速率、低端口數(shù)量,如光熱、全息和可調(diào)激光器。與這些技術(shù)不同,Chiaro公司的光相位陣列(OPA)技術(shù)既能提供高端口數(shù)量,又能實(shí)現(xiàn)高速率。它已經(jīng)被加州大學(xué)電信與IT研究所的“OptIPuter”網(wǎng)格計(jì)算項(xiàng)目所采用。

OptIPuter下一代光網(wǎng)絡(luò)代表一種全新的架構(gòu)。在OptIPuter中,通信鏈路是計(jì)算機(jī)最快的部分,而處理器變成速度較慢的“外設(shè)”。在部署的OptIPuter網(wǎng)絡(luò)中,OPA是可擴(kuò)展的、與帶寬無(wú)關(guān)的64×64端口模塊,并以納秒級(jí)速度進(jìn)行光交換。

OPA技術(shù)的工作原理

在OPA技術(shù)中,光路交換是通過(guò)創(chuàng)新地運(yùn)用相長(zhǎng)干涉和相消干涉等基本光學(xué)原理而實(shí)現(xiàn)的,而且OPA技術(shù)使用砷化鎵(GaAs)波導(dǎo)來(lái)控制光路交換。

在OPA交換過(guò)程,每個(gè)輸入光纖支持128個(gè)并行的光路或波導(dǎo)。波導(dǎo)的數(shù)量決定了兩個(gè)參數(shù):輸出光點(diǎn)的尺寸和分辨率(波導(dǎo)越多,形成的光點(diǎn)就越小、越密)以及次生光帶的亮度(更多的波導(dǎo)可以減小散射光的亮度)。

每組128個(gè)波導(dǎo)被稱為一個(gè)光束偏轉(zhuǎn)器,每個(gè)光束偏轉(zhuǎn)器由單一的光纖激活。OPA技術(shù)利用砷化鎵的光電效應(yīng)來(lái)“偏移”光束,并將它們從一個(gè)光纖交換到另一個(gè)光纖。Chiaro公司的工程師之所以選擇砷化鎵是因?yàn)檫@種材料的光學(xué)特性能夠通過(guò)施加外部電場(chǎng)而被改變。外部電場(chǎng)能控制砷化鎵材料的折射率,因此當(dāng)施加外部電場(chǎng)后,通過(guò)它的光線會(huì)產(chǎn)生遲滯。結(jié)果,從光束偏轉(zhuǎn)器中出來(lái)的光線能夠被偏移到任何希望的位置。

利用相長(zhǎng)干涉和相消干涉的光學(xué)原理,OPA交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高速率和高端口數(shù)量。特別地,在建立干涉模式時(shí)的物理延遲基本上就是光的速度。高端口數(shù)量是由128個(gè)波導(dǎo)的陣列空間解析度決定的。

OPA技術(shù)提供了很多設(shè)計(jì)方面的優(yōu)勢(shì),包括:

1. 可靠性:全部采用固態(tài)部件,唯一的有源器件是一個(gè)反偏二極管。

2. 可制造性:所需的有源調(diào)整步驟非常少,而且可以利用半導(dǎo)體制造方法。

3. 可伸縮性:由光纖的速率和規(guī)格決定。

4. 低功耗:光交換結(jié)構(gòu)消耗的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同等規(guī)模的電交換結(jié)構(gòu)。

5.更小的占位面積和更輕的重量:光交換結(jié)構(gòu)所需的空間比同等規(guī)模的電交換結(jié)構(gòu)更少,這對(duì)于試圖優(yōu)化機(jī)架空間的電信運(yùn)營(yíng)商而言是一個(gè)重要的考慮事項(xiàng)。

6. 更短且一致的延時(shí):OPA技術(shù)不需要光電轉(zhuǎn)換。

7.靈活性:可以為交換結(jié)構(gòu)開發(fā)多個(gè)控制平面,以允許在一個(gè)公共的核心上部署新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

基于電子路由與光交換的大型集中式IP/MPLS路由平臺(tái)將為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商提供許多重要的好處,包括可伸縮的模式變化、大大縮減的成本以及更長(zhǎng)的資本保值期(10年以上的產(chǎn)品生命周期)。

作者:Tom McDermott

技術(shù)副總裁

Eric Brendel

高級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師

Chiaro Networks公司