五 光分組交換網(wǎng)絡(luò)

第五講光分組交換網(wǎng)絡(luò)介紹光分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、性能、關(guān)鍵技術(shù)MAC協(xié)議規(guī)模和業(yè)務(wù)類型光時(shí)分復(fù)用(OTDM)分組網(wǎng)1介紹光分組交換網(wǎng)絡(luò)(photonicpacket-switchingPPS)研究在光層能夠提供分組交換業(yè)務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)。是光交換的理想模式，也是公認(rèn)的光交換結(jié)構(gòu)的終極發(fā)展目標(biāo)。IP網(wǎng)和以太網(wǎng)是利用電交換方式提供了分組交換業(yè)務(wù)，目前感興趣的是分組交換功能在光域?qū)崿F(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。主要優(yōu)點(diǎn)是帶寬利用效率高，能提供各種服務(wù)，滿足客戶的需求。目的是把大量的交換業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到光域?qū)崿F(xiàn)，從而

實(shí)現(xiàn)交換容量與波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸容量相匹配。2介紹提供電路交換業(yè)務(wù)的光網(wǎng)絡(luò)提供了按需建立和拆除的光路。在這些網(wǎng)絡(luò)中，光節(jié)點(diǎn)不在數(shù)據(jù)包至數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上交換信號(hào)，而只是在建立或拆除電路的時(shí)間實(shí)行交換。分組交換只是在電域通過其他一些設(shè)備實(shí)現(xiàn)，如IP路由器或以太網(wǎng)交換機(jī)等。這些路由器和交換機(jī)利用光層提供的光路在它們之間按需建立鏈路。為了交換數(shù)據(jù)包，路由器和交換機(jī)使用復(fù)雜的軟件和硬件來執(zhí)行分組交換網(wǎng)絡(luò)所需的控制功能。3光分組交換網(wǎng)絡(luò)可分為單跳網(wǎng)絡(luò)和多跳網(wǎng)絡(luò)。單跳網(wǎng)絡(luò)指源結(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息不經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)直接到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)，單跳網(wǎng)絡(luò)是指像廣播式網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、FDDI等，可以利用無源星型耦合器之類的共享媒質(zhì)方便地構(gòu)建，單跳網(wǎng)提供大的吞吐量和小的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。因?yàn)榉纸M不經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)直接送到目的結(jié)點(diǎn)。多跳網(wǎng)絡(luò)分組在到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)需經(jīng)中間結(jié)點(diǎn)，因而有小的吞吐量和大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。多跳網(wǎng)絡(luò)利用空分交換可以更有效地使用網(wǎng)絡(luò)可用帶寬資源，也適應(yīng)分散的機(jī)算機(jī)資源和一些業(yè)務(wù)類型(如突發(fā)性隨機(jī)業(yè)務(wù))，允許用戶隨機(jī)接入，在LAN和MAN中很有發(fā)展前途。介紹4光分組交換網(wǎng)波長(zhǎng)路由光網(wǎng)絡(luò)的限制因素：波長(zhǎng)資源有限路徑建立時(shí)間長(zhǎng)可管理的帶寬粒度太粗光分組交換網(wǎng)：通過信頭路由，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源路徑建立時(shí)間短可管理的帶寬粒度可調(diào)整、優(yōu)化路徑保護(hù)與恢復(fù)靈活傳送IP業(yè)務(wù)效率高5對(duì)于專用連接或按需連接完成的共享信道系統(tǒng)中的容量分配問題，集中在面向連接的傳輸而且在連接建立期間，容量的分配也是固定的。這種類型的服務(wù)適用于那些需要帶寬保證的業(yè)務(wù)，它包括所有的同步數(shù)字流應(yīng)用(典型的SDH同步流)和—些異步(如ATM分組)流量的應(yīng)用，它不適合于那些包含有大量低吞吐量突發(fā)業(yè)務(wù)的用戶環(huán)境，這些用戶通常都需要很強(qiáng)的邏輯連接能力。在這種情況下分組交換就很自然地成了攜帶流量的首選方案。在光網(wǎng)絡(luò)中完成分組交換功能的最有效的方式是向下層擴(kuò)展以延伸到邏輯層和光層。共享信道的廣播媒質(zhì)所具有的特性使它為光層完成分組交換提供了一個(gè)很好的支持。光分組交換網(wǎng)6光分組交換網(wǎng)絡(luò)性能交換效率高支持高速數(shù)據(jù)流透明度高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單7光分組交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)光節(jié)點(diǎn)(光路由器/光交換機(jī))、光纖鏈路、網(wǎng)絡(luò)管理8光分組交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)1.光分組技術(shù)2.光開關(guān)和波長(zhǎng)變換3.光分組路由4.光存儲(chǔ)和光邏輯器件9A到F為交換/路由結(jié)點(diǎn)，1到6為分組數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)，分組為固定長(zhǎng)度，端結(jié)點(diǎn)發(fā)出經(jīng)歷多個(gè)鏈路和多個(gè)選路結(jié)點(diǎn)最后到達(dá)目的端結(jié)點(diǎn)。如結(jié)點(diǎn)1發(fā)送分組到結(jié)點(diǎn)6，有幾種可能的路線(由)，每一個(gè)路線均包括多個(gè)鏈路和多個(gè)結(jié)點(diǎn)，如選擇1一A—B—D—F一6，則分組經(jīng)歷1一A，A—B，B—D，D—F，F(xiàn)一6鏈路和A，B，D，F(xiàn)選路結(jié)點(diǎn)。一個(gè)普通的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)光分組交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)10光分組交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)一般情況下，用一條鏈路將路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的輸入端和輸出端相互連接起來。如圖，路由節(jié)點(diǎn)A有三個(gè)輸入端口和輸出端口與路由節(jié)點(diǎn)B、路由節(jié)點(diǎn)C和終端節(jié)點(diǎn)1相互連接。同樣節(jié)點(diǎn)C有5個(gè)輸入端口和輸出端口。一個(gè)普通的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)11光分組交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)路由：路由器保持最新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。信息以路由表的形式存?chǔ)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中。轉(zhuǎn)發(fā)：對(duì)于每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)包，路由器處理數(shù)據(jù)包信頭并查找其路由表，以確定該數(shù)據(jù)包的輸出端口。也可能對(duì)信頭本身做一些改變，再在輸出時(shí)將改變后的信頭重新插入到數(shù)據(jù)包中。交換：將輸入數(shù)據(jù)包交換至適當(dāng)?shù)妮敵龆丝诘膶?shí)際進(jìn)程，該輸出端口由轉(zhuǎn)發(fā)過程確定。12光開關(guān)和波長(zhǎng)變換光開關(guān)是任何光交換網(wǎng)的核心功能器件，完成信號(hào)的交換和路由功能。波長(zhǎng)變換用于解決網(wǎng)絡(luò)中的波長(zhǎng)沖突，提高網(wǎng)絡(luò)靈活性。13光存儲(chǔ)器件和光邏輯器件

緩存：路由器中需要緩存的原因有很多。如多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)到達(dá)路由器的不同輸入端。其中有一些數(shù)據(jù)包可能是交換到同一個(gè)輸出端口。在任意時(shí)刻，只有一個(gè)數(shù)據(jù)包可以交換到任一給定的輸出端口。所以，路由器不得不緩存其他的數(shù)據(jù)包，直到輪到它們輸出。緩存器也可以根據(jù)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)或業(yè)務(wù)類型用于這些單獨(dú)的數(shù)據(jù)包。14光存儲(chǔ)器件和光邏輯器件

光存儲(chǔ)器件PPS網(wǎng)絡(luò)必須的器件，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的存儲(chǔ)功能，解決信號(hào)時(shí)間上的沖突。1.光纖固定延時(shí)線緩存器15可調(diào)光纖延時(shí)線緩存器i.并行結(jié)構(gòu)光存儲(chǔ)器件16ii.串行結(jié)構(gòu)iii.多數(shù)量級(jí)結(jié)構(gòu)光存儲(chǔ)器件17光邏輯器件完成信頭檢測(cè)處理重寫等功能，用以實(shí)現(xiàn)未來的光控光交換。18選路結(jié)點(diǎn)選路結(jié)點(diǎn)的原理框圖如圖所示，完成的主要功能有分組同步、分組頭識(shí)別、分組的緩存。19

緩存的理由：①以便進(jìn)行頭識(shí)別決定分組選路：②所有的輸入輸出端口沒有釋放，引起分組排隊(duì)；③當(dāng)分組切換到所需的輸出端口，而輸出端口正在發(fā)送分組。

OTDM網(wǎng)絡(luò)需要將光脈沖數(shù)據(jù)保持并以總線的數(shù)據(jù)速率保存，因而需要光緩存器，當(dāng)數(shù)據(jù)速率達(dá)100Gb／s時(shí)，電的方法已不能提供解決方案，必須采用光的實(shí)現(xiàn)方法，甚至有的用戶連總線速率也無法處理，因而還需要速率變換器，分組的緩存除了采用光纖延遲線外還可以來用光脈沖儲(chǔ)存環(huán)(光緩存器)，這可以通過光緩存和光開關(guān)的組合來實(shí)現(xiàn)。分組緩存20分組頭識(shí)別

頭的識(shí)別，分組的頭含有目的地址等信息，因而在結(jié)點(diǎn)需處理以決定分組的去向。分組頭的識(shí)別與分組頭采用的傳送方式有關(guān)，一種傳送方式是分組的頭與分組一起高速傳送(隨路)；另一種方法，分組的頭以低速獨(dú)立的方式與分組分開分別傳送(共路)，這樣分組的頭可以在一個(gè)與分組不同的波長(zhǎng)上傳送，或者采用副載波方式以與分組同一波長(zhǎng)上傳送，因而分組頭的識(shí)別相對(duì)簡(jiǎn)單，并且成本低。21分組頭識(shí)別對(duì)于定長(zhǎng)的分組頭，分組的解復(fù)用和處理的時(shí)間也是固定的。分組可以采用光纖延遲線或光脈沖鎖存環(huán)來緩存。分組的處理根據(jù)所使用的開關(guān)是電控還是光控，而相應(yīng)采用電的或光信號(hào)處理方式。22專用或按需連接專門連接和按需連接可選用兩種模型：固定業(yè)務(wù)矩陣統(tǒng)計(jì)模型固定業(yè)務(wù)矩陣該模型反映了網(wǎng)絡(luò)在初始建設(shè)時(shí)網(wǎng)絡(luò)所需建立的光通道，但不能反映網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)營過程中的光通道建立和拆除，其優(yōu)化目標(biāo)是盡量減少網(wǎng)絡(luò)資源如光波長(zhǎng)和調(diào)諧發(fā)送機(jī)以及調(diào)諧接收機(jī)等，來滿足所需業(yè)務(wù)，這是一個(gè)無阻塞的模型。統(tǒng)計(jì)模型需要有關(guān)光通道的建立和釋放需求的統(tǒng)計(jì)特性。23與專用或按需連接的容量分配相反，分組的尋址、調(diào)度、容量分配都在分組到分組的基礎(chǔ)上完成。這樣就能夠完成廣泛的通信、控制和處理能力。這些在專用連接或電路交換的情形中是沒有的。不但如此，額外的通信和處理負(fù)荷還帶來了很多的好處，其中最重要的兩個(gè)好處是：利用路由表中分組頭的信息可以完成強(qiáng)大的連接能力。利用動(dòng)態(tài)的容量分配完成高吞吐量和低延遲。光分組24對(duì)于光分組廣播選擇網(wǎng)，最有優(yōu)勢(shì)的是其的廣播功能。廣播功能：允許在所有的發(fā)射站和接收站通信隊(duì)之間建立完全的光連接（光通道），因?yàn)槊恳粋€(gè)接收機(jī)都可以通過星形耦合器“看到”另一端的任一個(gè)發(fā)射機(jī)。不利的一面：當(dāng)兩個(gè)發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)送光信號(hào)時(shí)，這些信號(hào)就必須在不同的波長(zhǎng)信道上傳輸，如果他們使用同樣的波長(zhǎng)，那么在接收端他們將互相干擾，破壞有用的信息流。當(dāng)多個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)向同一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)出現(xiàn)的分組之間的競(jìng)爭(zhēng)，需要一種協(xié)調(diào)機(jī)制來控制競(jìng)爭(zhēng)站之間的分組傳送，以便系統(tǒng)能正常運(yùn)行。這種控制多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)站之間的分組傳輸策略就是MAC協(xié)議。光分組廣播選擇網(wǎng)25MAC（MediaAccessControl）媒體訪問控制子層協(xié)議

該協(xié)議位于OSI七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分，主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。在發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，MAC協(xié)議可以事先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送將給數(shù)據(jù)加上一些控制信息，最終將數(shù)據(jù)以及控制信息以規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，MAC協(xié)議首先判斷輸入的信息是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，如果沒有錯(cuò)誤，則去掉控制信息發(fā)送至LLC層。

26MAC協(xié)議一個(gè)好的MAC協(xié)議要在性能開銷硬件成本和處理復(fù)雜性方面進(jìn)行均衡。為了動(dòng)態(tài)地分配分組，實(shí)際上M個(gè)站點(diǎn)的系統(tǒng)通常需要從任意一處的一個(gè)站點(diǎn)到M個(gè)站點(diǎn)之間有分立的控制信道。這就表明需要很大一部分的帶寬之外的通信開銷和收發(fā)機(jī)硬件。此外分組的安排方案也需要相當(dāng)?shù)囊徊糠值膶?shí)時(shí)處理。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增加時(shí)，站點(diǎn)數(shù)目及其地理位置都在拓展，這時(shí)信道沖突、接收機(jī)沖突、信令開銷、傳輸延遲以及信號(hào)的處理開銷都會(huì)降低系統(tǒng)運(yùn)行的效率、增加延遲和丟失的概率并減少吞吐量。尋找一組有代表性的協(xié)議，能反映系統(tǒng)在成本性能之間的平衡以及如何隨著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化而變化。

27MAC協(xié)議好的MAC協(xié)議要達(dá)到兩個(gè)目的，即強(qiáng)大的邏輯連接能力和可靠的性能。并通過動(dòng)態(tài)的集中分配流量完成信息交換。當(dāng)對(duì)分組流量使用固定容量分配時(shí)，從連接建立開始到產(chǎn)生一個(gè)具有所需容量的固定幀方案期間，在每個(gè)LC上都需要估計(jì)平均的流量需求。固定容量系統(tǒng)的性能對(duì)于不可預(yù)言的流量波動(dòng)以及當(dāng)估計(jì)需求發(fā)生錯(cuò)誤這些方面幾乎是無能為力。在動(dòng)態(tài)的情況中通過了解信息傳輸實(shí)際的容量，可望能夠獲得更好的性能和效率。理想情況下，這種“先知”可以用來立刻分配信道時(shí)隙，同時(shí)與所有站點(diǎn)之間的傳輸相協(xié)作以解決資源的競(jìng)爭(zhēng)問題。在固定和動(dòng)態(tài)的容量分配情形下，基本的差別就是對(duì)于前者來說，在連接建立時(shí)該方案就固定了，但對(duì)后者只在信息傳輸期間連接是固定的。很明顯，在每一個(gè)站點(diǎn)能及時(shí)地了解其他站點(diǎn)上的整個(gè)流量狀態(tài)的情況越多，則流量分配的越有效。28MAC協(xié)議假設(shè)每一個(gè)結(jié)點(diǎn)(或站)有兩根光纖(光纖對(duì))與網(wǎng)絡(luò)相連，一根用于發(fā)送信號(hào)，另一根用于從網(wǎng)上接收信號(hào)，發(fā)送時(shí)是向全網(wǎng)的所有結(jié)點(diǎn)發(fā)送即廣播(也包括發(fā)送信號(hào)的結(jié)點(diǎn))。假設(shè)每個(gè)信號(hào)使用W個(gè)波長(zhǎng)中的一個(gè)，具體的波長(zhǎng)值根據(jù)ITU-T標(biāo)椎的規(guī)定，由網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)決定。如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)使用同一個(gè)波長(zhǎng)向同一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，由于廣播的特性，信號(hào)會(huì)發(fā)生碰撞，兩個(gè)信號(hào)均丟失；如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)雖向同一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)但使用不同的波長(zhǎng)，在這種情況下，接收機(jī)是一個(gè)單調(diào)諧的就會(huì)接收其中的一個(gè)信號(hào)丟失另一個(gè)，這就是傳輸競(jìng)爭(zhēng)。為了解決競(jìng)爭(zhēng)和避免或盡量減少碰撞，網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)之間需要一種協(xié)調(diào)機(jī)制，能夠提供這種協(xié)調(diào)作用的就是所謂的MAC。

29MAC協(xié)議對(duì)于共享介質(zhì)可以做些什么？

(1)信道分割，按時(shí)間、頻率或編碼時(shí)分、碼分、頻分

(2)隨機(jī)分割（動(dòng)態(tài)）（ALOHACSMACSMA/CD）30MAC協(xié)議設(shè)計(jì)面臨的問題空閑監(jiān)聽：因?yàn)楣?jié)點(diǎn)不知道鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)何時(shí)到來，所以必須始終保持自己的射頻部分處于接收模式，形成空閑監(jiān)聽，造成了不必要的能量損耗。沖突（碰撞）：如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，并相互產(chǎn)生干擾，則它們的傳輸都將失敗，發(fā)送包被丟棄。此時(shí)用于發(fā)送這些數(shù)據(jù)包所消耗的能量就浪費(fèi)掉。31MAC協(xié)議設(shè)計(jì)面臨的問題控制開銷：為了保證可靠傳輸，協(xié)議將使用一些控制分組，如

RTS/CTS，雖然沒有數(shù)據(jù)在其中，但是我們必須消耗一定的能量來發(fā)送它們；串?dāng)_（串音）：出于無線信道為共享介質(zhì)，因此，節(jié)點(diǎn)也可以接收到不是到達(dá)自己的數(shù)據(jù)包，然后再將其丟棄，此時(shí)，也會(huì)造成能量的耗費(fèi)。32信道接入機(jī)制分類可以根據(jù)MAC協(xié)議使用的信道數(shù)目分為基于單信道、基于雙信道和基于多信道三類；可以根據(jù)MAC協(xié)議分配信道方式分為按需分配型、固定分配型以及混合型；可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型是同步網(wǎng)絡(luò)還是異步網(wǎng)絡(luò)，將MAC協(xié)議分為同步、異步兩類。33信道接入機(jī)制分類34各種MAC協(xié)議方案的比較協(xié)議方案出現(xiàn)時(shí)間類型需要精確同步信道接入機(jī)制SMAC2002競(jìng)爭(zhēng)型否CSMATMAC2003競(jìng)爭(zhēng)型否CSMAPMAC2005競(jìng)爭(zhēng)型否CSMAWiseMAC2004競(jìng)爭(zhēng)型否CSMASift2003競(jìng)爭(zhēng)型否CSMASMACS2000分配性是TDMA/FDMATRAMA2003分配性是TDMA/CSMADMAC2004分配性是TDMA/SlotedALOHAZMAC2005混合性是TDMA/CSMA35基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議有如下優(yōu)點(diǎn)：①由于基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議是根據(jù)需要分配信道，所以這種協(xié)議能較好地滿足節(jié)點(diǎn)數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變化；②基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?；③基于?jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議不需要復(fù)雜的時(shí)間同步或集中控制調(diào)度算法。各種MAC協(xié)議方案的比較36單波長(zhǎng)通道和多通道網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)使用單個(gè)固定調(diào)諧的發(fā)送機(jī)和接收機(jī)，當(dāng)它們都調(diào)諧到同一波長(zhǎng)時(shí)就是單波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)，有關(guān)單波長(zhǎng)通道網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議目前最流行的是以太網(wǎng)，如令牌環(huán)和FDDI，F(xiàn)DDI是專為光纖設(shè)計(jì)的。討論星型網(wǎng)絡(luò)的多通道MAC協(xié)議時(shí)，假設(shè)所有的結(jié)點(diǎn)既是可調(diào)諧的發(fā)送機(jī)又是可調(diào)諧的接收機(jī)，以便網(wǎng)絡(luò)中任意結(jié)點(diǎn)對(duì)之間直接連接。37網(wǎng)絡(luò)性能衡量標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的性能是由分組時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)的吞吐量來量度的。在任一廣播網(wǎng)中，由于碰撞或競(jìng)爭(zhēng)，一些發(fā)送的分組被丟失，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量小于網(wǎng)絡(luò)所能傳送數(shù)據(jù)的容量，即有些分組沒有被希望的結(jié)點(diǎn)(站)收到。通常要在網(wǎng)絡(luò)的性能和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度，包括結(jié)點(diǎn)所需的硬件功能之間折中。本章討論的MAC協(xié)議對(duì)硬件的功能適應(yīng)很廣。這些MAC協(xié)議采用獨(dú)立波長(zhǎng)(或通道)，稱為控制通道來發(fā)送有關(guān)分組的信息，分組在數(shù)據(jù)通道發(fā)送，最好將控制通道與數(shù)據(jù)通道分開即單獨(dú)占據(jù)一個(gè)波長(zhǎng)來理解，盡管許多情況下采用時(shí)分復(fù)用方式時(shí)，控制通道和數(shù)據(jù)通道共享同一個(gè)波長(zhǎng)。38基于調(diào)度的MAC協(xié)議調(diào)度協(xié)議通常以TDMA協(xié)議為主，也可采用FDMA或CDMA的信道訪問方式，考慮到硬件成本和計(jì)算復(fù)雜度，后兩種方式MAC協(xié)議較少。調(diào)度協(xié)議基本思想是:采用某種調(diào)度算法將時(shí)槽/頻率/正交碼映射為節(jié)點(diǎn)，這種映射導(dǎo)致一個(gè)調(diào)度決定一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能使用其特定的時(shí)槽/頻率/正交碼(1個(gè)或多個(gè))無沖突訪問信道。因此，調(diào)度協(xié)議也可稱作無沖突MAC協(xié)議或無競(jìng)爭(zhēng)MAC協(xié)議。調(diào)度可靜態(tài)分配，也可動(dòng)態(tài)分配。為提高協(xié)議可擴(kuò)展性和信道利用率，往往采用分布式算法實(shí)現(xiàn)信道重用。39基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議時(shí)分復(fù)用是實(shí)現(xiàn)信道分配的簡(jiǎn)單成熟的機(jī)制，比如藍(lán)牙網(wǎng)

絡(luò)。TDMA機(jī)制，就是為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配獨(dú)立的用于數(shù)據(jù)發(fā)送和

接收的時(shí)槽，而節(jié)點(diǎn)在其他空閑時(shí)槽內(nèi)轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)。TDMA機(jī)制的一些特點(diǎn)非常適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)省能量的需

求：

TDMA機(jī)制沒有競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的碰撞重傳問題；

數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要過多的控制信息；

節(jié)點(diǎn)在空閑時(shí)槽能夠及時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。40基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議TDMA機(jī)制需要節(jié)點(diǎn)之間比較嚴(yán)格的時(shí)間同步。

多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都使用了偵聽/睡眠的能量喚醒

機(jī)制，利用時(shí)間同步來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)化；

節(jié)點(diǎn)之間為了完成任務(wù)需要協(xié)同工作，這同樣不可

避免的需要時(shí)間的同步。41基于時(shí)分復(fù)用的MAC協(xié)議TDMA機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性方面存在不足：很難調(diào)整時(shí)間幀的長(zhǎng)度和時(shí)槽的分配；對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，節(jié)點(diǎn)失效等動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適應(yīng)性較差；對(duì)于節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)量的變化也不敏感。42規(guī)模和業(yè)務(wù)類型以上協(xié)議有個(gè)共同的缺點(diǎn)：控制信息向所有結(jié)點(diǎn)廣播。由于每個(gè)結(jié)點(diǎn)要處理所有的控制包，這樣將導(dǎo)致不必要的計(jì)算負(fù)擔(dān)，在大的網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)形成瓶頸，即協(xié)議在運(yùn)用時(shí)沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模?？梢栽O(shè)想網(wǎng)絡(luò)支持三種不同業(yè)務(wù)類型：一：有帶寬保證的連接。一些對(duì)時(shí)延很敏感而不能忍受重傳的應(yīng)用中的業(yè)務(wù)屬于這一類，如電視會(huì)議。二：無帶寬保證的連接。一此對(duì)時(shí)延敏感的有連接的業(yè)務(wù)屬于這一類，如文件傳輸。三：無連接。對(duì)應(yīng)于如E－mail或控制信息等應(yīng)用中的業(yè)務(wù)，常稱之為數(shù)據(jù)報(bào)業(yè)務(wù)。43光時(shí)分復(fù)用（OTDM）分組網(wǎng)OTDM分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩種應(yīng)用類型，即單跳OTDM和多跳OTDM網(wǎng)絡(luò)。單跳OTDM網(wǎng)絡(luò)一般是指廣播式網(wǎng)絡(luò)，可以利用無源星型耦合器之類的共享媒質(zhì)方便地構(gòu)建，單跳網(wǎng)提供大的吞葉量和小的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，因?yàn)榉纸M不經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)直接送到目的結(jié)點(diǎn)。多跳網(wǎng)分組在到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)需經(jīng)中間結(jié)點(diǎn)。因而有小的吞吐量和大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。多跳OTDM網(wǎng)利用空分交換可以更有效地使用網(wǎng)絡(luò)可用帶寬資源，也適應(yīng)分散的計(jì)算機(jī)資源和一些業(yè)務(wù)類型(如突發(fā)隨機(jī)性業(yè)務(wù))，允許用戶隨機(jī)接入，因而即使在LAN和MAN中也很有發(fā)展前途。44光時(shí)分復(fù)用（OTDM）分組網(wǎng)OTDM:opticaltime-divisionmultiplexing在網(wǎng)絡(luò)的輸入端，較低比特率的數(shù)據(jù)流在光域被復(fù)用到高比特率的數(shù)據(jù)流，而在網(wǎng)絡(luò)的輸出端，低比特率的數(shù)據(jù)流必須在光域通過解復(fù)用功能從高比特率的數(shù)據(jù)流中提取出來。就功能而言，光時(shí)分復(fù)用與電時(shí)分復(fù)用是一致的，只是復(fù)用和解復(fù)用在高比特率下完全在光域進(jìn)行。45光時(shí)分復(fù)用（OTDM）分組網(wǎng)OTDM系統(tǒng)原理將多個(gè)高速調(diào)制光信號(hào)轉(zhuǎn)換為等速率光信號(hào)，然后放在光發(fā)射器里利用超窄光脈沖進(jìn)行時(shí)域復(fù)用，將其調(diào)制為更高速率的光信號(hào)然后再放到光纖里進(jìn)行傳輸。經(jīng)此整合，限制傳輸速率容量的電子瓶頸就得到了有效的解決。

46光時(shí)分復(fù)用（OTDM）分組網(wǎng)Mod1Mod2…Modn……合路器光分路器T(n－1)T超短脈沖發(fā)生器幀同步時(shí)鐘E/OMUX接收機(jī)誤碼檢測(cè)光帶通濾波器全光開關(guān)DEMUX光波時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘提取電路EDFA延遲線陣列待傳數(shù)據(jù)輸入光時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖系統(tǒng)光源是超短光脈沖光源，由光分路器分成N束，各支路電信號(hào)分別被調(diào)制到各束超短光脈沖上，然后通過光延遲線陣列，使各支路光脈沖精確地按預(yù)定要求在時(shí)間上錯(cuò)開，再由合路器將這些支路光脈沖復(fù)接在一起，于是便完成了在光時(shí)域上的間插復(fù)用。接收端的光解復(fù)用器是一個(gè)光控高速開關(guān)，在時(shí)域上將各支路光信號(hào)分開。47光時(shí)分復(fù)用（OTDM）分組網(wǎng)

如今WDM技術(shù)研究非常熱，其技術(shù)已經(jīng)成熟并實(shí)用化；而OTDM技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，許多關(guān)鍵技術(shù)還有待解決。OTDM是在光域上進(jìn)行時(shí)間分割復(fù)用，一般有兩種復(fù)用方式：

?比特間插(Bitinterleaving)

?包間插(Packetinterleaving)比特間插是目前廣泛被使用的方式。48光時(shí)分復(fù)用（OTDM）分組網(wǎng)來自多個(gè)源