光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、演進(jìn)和面臨的挑戰(zhàn)

摘要：

文章從發(fā)展光網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)力和目的出發(fā)，重點(diǎn)介紹了光交叉連接設(shè)備的分類和實(shí)現(xiàn)技術(shù)、全光交叉連接器的核心硬件技術(shù)的發(fā)展、向智能光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)、光網(wǎng)絡(luò)的管理、IP層與光層的融合及網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)結(jié)構(gòu)、多協(xié)議標(biāo)記交換應(yīng)用于光層后的特點(diǎn)和適配需要等。

關(guān)鍵詞：

光傳送網(wǎng)；光聯(lián)網(wǎng)；光網(wǎng)絡(luò)

ABSTRACT:

Based on the impetus and object of developing optical networks, the paper presents the classification of optical cross connect (OXC) equipment and its implementation technologies, the development of key hardware technologies of AOXC system, the evolution of optical networks to intelligent optical networks, the management of optical networks, the convergence process of IP and optical layers, and the characteristics and adaption requirements of MPLS while applied to an optical layer.

KEY WORDS:

Optical transport network; Optical networking; Optical network

1、發(fā)展光網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)力和目的

近幾年來(lái)，由于技術(shù)上的重大突破和市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展十分迅猛。目前1.6 Tbit/s 的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始大量商用。NEC和阿爾卡特公司的WDM分別在100 km距離上實(shí)現(xiàn)了總?cè)萘繛?0.9 Tbit/s(273×40 Gbit/s)和總?cè)萘繛?10.2 Tbit/s(256×40 Gbit/s)的最新世界記錄。預(yù)計(jì)到2005年左右，光傳輸鏈路的實(shí)用化容量有可能實(shí)現(xiàn)5～10 Tbit/s，傳輸鏈路的容量將不再是個(gè)大問(wèn)題。然而，普通的點(diǎn)到點(diǎn)波分復(fù)用通信系統(tǒng)盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬。為了將傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)WDM所提供的巨大原始帶寬轉(zhuǎn)化為實(shí)際組網(wǎng)可以靈活應(yīng)用的帶寬，需要在傳輸節(jié)點(diǎn)處引入靈活的光節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光層聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)筑所謂的光傳送網(wǎng)(OTN)，即實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)WDM走向OTN的轉(zhuǎn)變和升級(jí)。

需要注意，所謂光網(wǎng)絡(luò)不是一個(gè)嚴(yán)格意義的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，而是一個(gè)通俗用語(yǔ)。從歷史上看，光網(wǎng)絡(luò)可以分為兩代，第一代光網(wǎng)絡(luò)中光只是用來(lái)實(shí)現(xiàn)大容量傳輸，所有的交換、選路和其他智能都是在電層上實(shí)現(xiàn)的，SDH就是這種第1代的光網(wǎng)絡(luò)。而目前正在開(kāi)發(fā)的OTN可以認(rèn)為是第2代光網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)很多交換、選路和其他智能將在光層上實(shí)現(xiàn)。因此，簡(jiǎn)單地說(shuō)，廣義的光網(wǎng)絡(luò)可以涵蓋SDH和OTN兩者，而狹義的光網(wǎng)絡(luò)特指OTN。實(shí)現(xiàn)光層聯(lián)網(wǎng)的基本目的和好處可以總結(jié)為下述幾個(gè)方面：

(1)消除電設(shè)備導(dǎo)致的帶寬“瓶頸”

因受限于單個(gè)電中繼器的傳輸容量，目前電聯(lián)網(wǎng)的鏈路容量不超過(guò)40 Gbit/s。而電聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的吞吐量大約為320～640 Gbit/s。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，無(wú)論節(jié)點(diǎn)或鏈路的容量均無(wú)法趕上數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的指數(shù)增長(zhǎng)速度。

(2)降低對(duì)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的要求

由于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中大部分的流量是轉(zhuǎn)接容量，無(wú)須上下路。利用具有靈活疏導(dǎo)業(yè)務(wù)量能力的光分插復(fù)用器(OADM)和光交叉連接器(OXC）可以從光層旁路掉不在本地下路的大量業(yè)務(wù)，不僅減輕了業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)所要處理的業(yè)務(wù)量，降低了對(duì)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的要求，而且也降低了傳送節(jié)點(diǎn)的成本。

(3)大幅度降低建網(wǎng)成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本

光傳送聯(lián)網(wǎng)可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)元數(shù)目和電/光轉(zhuǎn)換設(shè)備的數(shù)目，從而也簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理和規(guī)劃。不僅可以大幅度降低全網(wǎng)的建設(shè)成本，而且也大幅度減少了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)成本。

(4)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)光層的可重構(gòu)性

達(dá)到在波長(zhǎng)級(jí)、波長(zhǎng)組級(jí)和光纖級(jí)靈活重組網(wǎng)絡(luò)的目的。特別是波長(zhǎng)級(jí)的連接可以提供端到端的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)，進(jìn)而支持大量新業(yè)務(wù)。

(5)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)客戶層信號(hào)的透明性

允許互連任何新老系統(tǒng)和不同格式的信號(hào)，同時(shí)可以支持各種不同要求的區(qū)分業(yè)務(wù)，例如保護(hù)與不保護(hù)業(yè)務(wù)等。

(6)簡(jiǎn)化和加快了高速電路的指配和業(yè)務(wù)供給速度

采用光層聯(lián)網(wǎng)消除或減少了光電轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化和加快了高速電路的指配速度。

(7)實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)

目前電層的網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間高達(dá)幾分鐘，而OTN的恢復(fù)時(shí)間可以減少到百毫秒量級(jí)。

(8)同時(shí)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層和光層聯(lián)網(wǎng)

避免了單純IP層聯(lián)網(wǎng)所帶來(lái)的低效率，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，提供了靈活高效的組網(wǎng)能力和對(duì)付大物理層故障的快速恢復(fù)能力。

鑒于光傳送聯(lián)網(wǎng)具有上述潛在的巨大優(yōu)勢(shì)，發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行預(yù)研。按照KMI公司的預(yù)測(cè)，到2006年前OXC的年復(fù)合增長(zhǎng)率將增加到124%，而同期每端口的價(jià)格將以30%的速率持續(xù)下降，從目前的10 000美元下降到1 100美元。按照Frost & Sullivan公司最近的預(yù)測(cè)，盡管全球電信設(shè)備市場(chǎng)總體呈低迷狀態(tài)，但全球OXC的市場(chǎng)將仍然會(huì)從2001年的3.36億美元增加到2006年的60億美元。

2、光交叉連接器的分類和實(shí)現(xiàn)技術(shù)

光交叉連接器是OTN的核心，主要功能有：提供以波長(zhǎng)為基礎(chǔ)的連接功能、光通路的波長(zhǎng)分插功能，對(duì)波長(zhǎng)通路進(jìn)行疏導(dǎo)以實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖基礎(chǔ)設(shè)施的最大利用率，實(shí)現(xiàn)在波長(zhǎng)、波長(zhǎng)組和光纖級(jí)上的保護(hù)和恢復(fù)。當(dāng)OXC能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)選路功能時(shí)，常被稱為波長(zhǎng)路由器或光交換機(jī)。

按照應(yīng)用，可以將OXC分為光纖交叉連接(FXC)、波長(zhǎng)選擇交叉連接(WSXC)、波長(zhǎng)交換交叉連接(WIXC)三大類。

(1)光纖交叉連接

光纖交叉連接可以將任意一根輸入光纖中的所有波長(zhǎng)一次性地交叉連接到任意一根輸出光纖，即以一根光纖上所有波長(zhǎng)的總?cè)萘繛榛A(chǔ)實(shí)現(xiàn)交叉連接，其角色實(shí)質(zhì)上就是自動(dòng)光纖配線架。FXC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，交叉連接的容量粒度最大，可以提供最簡(jiǎn)單的配置和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)能力。對(duì)于某些經(jīng)常發(fā)生像光纖切斷之類大故障的地區(qū)，F(xiàn)XC是一種可行的解決方案。

(2)波長(zhǎng)選擇交叉連接

波長(zhǎng)選擇交叉連接可以將任意一根輸入光纖中的任意波長(zhǎng)交叉連接到使用相同波長(zhǎng)的任意一根輸出光纖。有人將這種波長(zhǎng)交叉連接稱為無(wú)源光路由器，其波長(zhǎng)可以通過(guò)空分復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)重用。

WSXC可以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)級(jí)容量粒度的業(yè)務(wù)量疏導(dǎo)能力和提供波長(zhǎng)業(yè)務(wù)，在組網(wǎng)和業(yè)務(wù)提供的靈活性方面遠(yuǎn)優(yōu)于FXC。而波長(zhǎng)業(yè)務(wù)可以進(jìn)而支持圖像分配、遠(yuǎn)程教育和大量其他業(yè)務(wù)。WSXC還具有較好的業(yè)務(wù)恢復(fù)靈活性，可以利用網(wǎng)狀、環(huán)狀或混合方式對(duì)單個(gè)波長(zhǎng)通路實(shí)施保護(hù)。

(3)波長(zhǎng)交換交叉連接

波長(zhǎng)交換交叉連接是具有波長(zhǎng)變換能力的WSXC，能夠?qū)⑷我庖桓斎牍饫w中的任意波長(zhǎng)交叉連接到使用不同波長(zhǎng)的任意一根輸出光纖上。這一特點(diǎn)減少了由于波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)所導(dǎo)致的輸入光纖與輸出光纖間波長(zhǎng)選路失敗的可能，因而在組網(wǎng)、業(yè)務(wù)提供和保護(hù)恢復(fù)方面具有最大的靈活性。缺點(diǎn)則是實(shí)施技術(shù)的復(fù)雜性和成本較高，特別是波長(zhǎng)變換技術(shù)尚不成熟。

從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上看，OXC可以劃分為兩大類：采用電交叉矩陣的OXC(有時(shí)簡(jiǎn)稱OEO方式或電OXC)和采用純光交叉矩陣的OXC(有時(shí)簡(jiǎn)稱OOO方式或光OXC)。

采用電交叉矩陣的OXC可以比較容易地實(shí)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量監(jiān)控和消除傳輸損傷，網(wǎng)管比較成熟，容量不是很大時(shí)成本較低，更重要的是可以對(duì)小于整個(gè)波長(zhǎng)的較小的帶寬粒度(例如155 Mbit/s)進(jìn)行處理，符合近期市場(chǎng)容量需要。然而這種方式主要依靠硬件，容量擴(kuò)展性受限，擴(kuò)容主要是通過(guò)持續(xù)的半導(dǎo)體芯片密度和性能的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，其改進(jìn)的速度要慢于半導(dǎo)體芯片性能改進(jìn)的摩爾定律，難以跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長(zhǎng)速度。據(jù)估計(jì)，采用最新的ASIC技術(shù)目前只能支持512×512端口的電交叉連接矩陣；此外，當(dāng)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率已升級(jí)到10 Gbit/s后，若內(nèi)部交換矩陣仍工作在2.5 Gbit/s速率，則進(jìn)來(lái)的10 Gbit/s信號(hào)需要先解復(fù)用成4個(gè)2.5 Gbit/s速率的信號(hào)后才能進(jìn)入內(nèi)部交換矩陣，至少浪費(fèi)了75%的交換矩陣端口數(shù)；最后，這類系統(tǒng)通常體積大、功耗大，容量很大時(shí)成本較高。電交叉矩陣的OXC發(fā)展趨勢(shì)是與純光交叉矩陣的OXC結(jié)合并集成在一起，統(tǒng)一管理，初期先采用電交叉矩陣的OXC，待有容量需要時(shí)再升級(jí)到應(yīng)用純光交叉矩陣的OXC。

采用純光交叉矩陣的OXC因省去了光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，不僅節(jié)約了大量光電轉(zhuǎn)換接口，而且由于純光消除了帶寬“瓶頸”，容量可望大幅度擴(kuò)展，隨之帶來(lái)的透明性還可以使其支持各種客戶層信號(hào)，具有更長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)壽命。從端口成本和功耗看，這類設(shè)備也比采用OEO的OXC要低，特別是在10 Gbit/s速率時(shí)更為明顯。但這類設(shè)備可以交換的帶寬粒度至少是整個(gè)波長(zhǎng)，因此即使只有少量的附加帶寬需求也必須提供整個(gè)波長(zhǎng)；此外，由于目前尚無(wú)光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，因此不得不實(shí)現(xiàn)單波長(zhǎng)的端到端指配，使系統(tǒng)的管理、指配和最佳化比較復(fù)雜；再有，由于全光交換機(jī)沒(méi)有存儲(chǔ)器，智能受限；最后，由于色散非線性損傷問(wèn)題，使覆蓋范圍受限。

按照KMI公司的預(yù)測(cè)，純光交叉矩陣的OXC市場(chǎng)將在2006年超過(guò)電交叉矩陣。

3、全光OXC的核心硬件技術(shù)的發(fā)展

全光OXC的研究工作已進(jìn)行了很多年，但目前仍處于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和小規(guī)模商用階段，主要問(wèn)題之一是尚未有性能價(jià)格比好、容量可擴(kuò)展、穩(wěn)定可靠的光交換矩陣，核心是光開(kāi)關(guān)。從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上可以用作光開(kāi)關(guān)的有：機(jī)械式光開(kāi)關(guān)(如光纖開(kāi)關(guān)、自由空間棱鏡開(kāi)關(guān)、宏機(jī)械開(kāi)關(guān)和微電機(jī)械開(kāi)關(guān))、電光開(kāi)關(guān)(如鈮酸鋰光開(kāi)關(guān)、InP光開(kāi)關(guān)和SOA門開(kāi)關(guān))、聲光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)、氣泡光開(kāi)關(guān)和全息光開(kāi)關(guān)等，花樣繁多。

近來(lái)，微電機(jī)械開(kāi)關(guān)（MEMS）光開(kāi)關(guān)已顯示了巨大的發(fā)展前途，這是一種將自由空間互連與硅基單片集成技術(shù)相結(jié)合的新技術(shù)，利用微加工技術(shù)(微電子技術(shù)和微機(jī)械技術(shù))制造，將幾何尺寸僅在毫米、微米、甚至納米范圍內(nèi)的機(jī)電裝置與前置電路、控制電路等高度集成在一個(gè)極小的空間，構(gòu)成一個(gè)機(jī)電一體化的器件或系統(tǒng)。這種機(jī)電一體化的開(kāi)關(guān)器件結(jié)合了機(jī)械光開(kāi)關(guān)和固體波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，性能優(yōu)良，矩陣規(guī)模大，便于批量生產(chǎn)，正成為實(shí)用化大型OXC的主要開(kāi)關(guān)技術(shù)之一。美國(guó)朗訊公司采用三維MEMS矩陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了256×256的全光交叉連接器，稱為波長(zhǎng)路由器，可節(jié)約25%的運(yùn)行費(fèi)用和99%的能耗。

然而，以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的全光OXC在技術(shù)上還有很多問(wèn)題需要妥善解決。首先，從長(zhǎng)期實(shí)際應(yīng)用看，MEMS的高精度是否能在各種環(huán)境條件下都始終保持仍然是個(gè)問(wèn)題，閉環(huán)控制可能是實(shí)用化所必不可少的；其次，實(shí)用化的OXC所必須的大量功能還有待花時(shí)間開(kāi)發(fā)；再有，其選路協(xié)議和信令還有待最終標(biāo)準(zhǔn)的完成及互操作測(cè)試；最后，適用于大規(guī)模電信網(wǎng)應(yīng)用的光恢復(fù)功能必須有自動(dòng)色散和PMD補(bǔ)償技術(shù)的配合才能真正實(shí)現(xiàn)，如此等等。因此以MEMS技術(shù)為基礎(chǔ)的全光OXC的真正實(shí)用化還需要1～2年的時(shí)間。

4、向智能光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)

盡管OXC已具有靈活組網(wǎng)能力，但傳統(tǒng)意義上的OXC僅僅具有靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)配置的能力，主要靠網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)配，無(wú)法適應(yīng)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)環(huán)境，特別是隨著IP業(yè)務(wù)成為網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)量后，由于IP業(yè)務(wù)量本身的不確定性和不可預(yù)見(jiàn)性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)分配要求將越來(lái)越迫切，網(wǎng)絡(luò)最終需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)配置能力，即智能光交換能力。傳統(tǒng)的OXC將升級(jí)為智能光交換機(jī)，于是一種能夠自動(dòng)完成光網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)——自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)應(yīng)運(yùn)而生，使傳送網(wǎng)具備了更高智能。

自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)允許將網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)地分配給路由，具有動(dòng)態(tài)恢復(fù)能力，使網(wǎng)絡(luò)在出問(wèn)題時(shí)仍能維持一定水準(zhǔn)的業(yè)務(wù)，特別是具備分布式恢復(fù)能力，可以實(shí)現(xiàn)快速業(yè)務(wù)恢復(fù)；自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)還可以將光網(wǎng)絡(luò)資源與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分布自動(dòng)聯(lián)系在一起，形成一個(gè)響應(yīng)快成本低的光傳送網(wǎng)；最后，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)還可以提供大量新的業(yè)務(wù)類型，諸如按需帶寬業(yè)務(wù)、波長(zhǎng)批發(fā)、波長(zhǎng)出租、帶寬交易、按使用量付費(fèi)、光撥號(hào)業(yè)務(wù)、動(dòng)態(tài)路由分配、光層虛擬專用網(wǎng)(VPN)等。

AT&T公司已經(jīng)在美國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)敷設(shè)了連接約100個(gè)城市的兩層光智能網(wǎng)，采用了約100臺(tái)Ciena智能光交換機(jī)和800多臺(tái)Cisco的SONET多業(yè)務(wù)平臺(tái)。Ciena智能光交換機(jī)主要完成以45 Mbit/s為基礎(chǔ)帶寬顆粒的實(shí)時(shí)交換和動(dòng)態(tài)配置；Cisco的SONET多業(yè)務(wù)平臺(tái)主要在網(wǎng)絡(luò)的邊緣匯聚低速率的業(yè)務(wù)至2.5 Gbit/s或10 Gbit/s速率，再經(jīng)光交換選路通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，其基于實(shí)時(shí)的信令和選路算法，無(wú)須人工干預(yù)。新的兩層光智能網(wǎng)不僅減少了成本和配置出錯(cuò)機(jī)會(huì)，使運(yùn)作流暢，也增加了容量，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次，極大地縮短了用戶的高速電路配置時(shí)間，能有效對(duì)付網(wǎng)絡(luò)大故障，快速恢復(fù)業(yè)務(wù)， 恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百毫秒。

可以預(yù)計(jì)，隨著全網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速數(shù)據(jù)化，特別是寬帶IP業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，ASON將不僅可以提供巨大的網(wǎng)絡(luò)帶寬，而且可以提供可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、保證的性能以及廉價(jià)的成本來(lái)支持當(dāng)前和未來(lái)的任何業(yè)務(wù)和信號(hào)，成為支持下一代電信網(wǎng)的最靈活有效的基礎(chǔ)設(shè)施和新的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的直接提供者。

5、光網(wǎng)絡(luò)的管理

從宏觀的角度看，OTN的管理與SDH的管理沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別，主要是管理對(duì)象不同。SDH管理的對(duì)象是VC通道，而OTN管理的對(duì)象是波長(zhǎng)。因而SDH領(lǐng)域成熟可用的管理模式、原則和經(jīng)驗(yàn)原則上可以應(yīng)用于光傳送網(wǎng)的管理。 然而，畢竟光傳送網(wǎng)是一個(gè)新的帶有模擬特性的網(wǎng)絡(luò)，有許多特殊之處需要考慮，特別是在光層實(shí)施網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的監(jiān)視難度很大，需要有特殊措施。

5.1網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的監(jiān)視

網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的監(jiān)視功能必須集成進(jìn)網(wǎng)絡(luò)而成為其有機(jī)的一部分。監(jiān)視功能不僅包括所用線路的監(jiān)視，而且應(yīng)包括處于備用方式的未使用線路的監(jiān)視。而后一種情況下由于沒(méi)有實(shí)際信號(hào)流，因此要監(jiān)視其質(zhì)量是十分困難。為了重新分配路由或?qū)嵤┕收匣謴?fù)，網(wǎng)絡(luò)必須能夠監(jiān)視每一個(gè)業(yè)務(wù)通路。

5.2網(wǎng)絡(luò)管理

由于在中近期光傳送網(wǎng)所承載的主要客戶層電信號(hào)仍然是SDH，因而光網(wǎng)絡(luò)管理的原則和標(biāo)準(zhǔn)似乎應(yīng)該與SDH系統(tǒng)的管理融合在一起，無(wú)論其管理結(jié)構(gòu)、管理方式還是具體的管理信息模型都應(yīng)盡量靠近SDH管理所建立的原則和標(biāo)準(zhǔn)。然而，具體實(shí)施上如劃分成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的管理層面會(huì)更加靈活實(shí)用，便于各自的獨(dú)立發(fā)展和演進(jìn)，特別是對(duì)于大規(guī)模的傳送網(wǎng)更應(yīng)是這樣。網(wǎng)管應(yīng)盡量獨(dú)立于任何特定的設(shè)備以便適用于那些尚未定義的其他客戶層信號(hào)，例如IP和ATM信號(hào)。當(dāng)然，如同其他網(wǎng)管一樣，多廠家環(huán)境互操作性仍將是最棘手的大問(wèn)題。

5.3網(wǎng)管信息的傳送方式

作為網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)的一部分，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能提供嵌入的網(wǎng)管信息的光傳送能力?？紤]到OTN必須能獨(dú)立于客戶層信號(hào)，因此不能利用客戶層信號(hào)的開(kāi)銷來(lái)實(shí)現(xiàn)OTN的網(wǎng)管。OTN網(wǎng)管信息的傳送方式有3種：

(1)分離的光監(jiān)控通路

分離的光監(jiān)控通路(OSC)將所有光波長(zhǎng)通路的光層管理開(kāi)銷都放置在一個(gè)額外的公共波長(zhǎng)通路傳送，即所謂的公共通路方式。這種方法比較簡(jiǎn)單，節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)投資。

(2)副載波調(diào)制

副載波調(diào)制(SCM)將每一波長(zhǎng)通路的光層開(kāi)銷以特定低頻信號(hào)形式來(lái)調(diào)制光信號(hào)，調(diào)制光信號(hào)隨主信號(hào)一起傳送，即所謂隨路方式。此種方式采用模擬技術(shù)，不處理光通路層的客戶層信息，成本相對(duì)較低。

(3)數(shù)字包封器

數(shù)字包封器(DW)是一種隨路方式，屬于光段開(kāi)銷技術(shù)，在光通路層內(nèi)部采用TDM幀結(jié)構(gòu)對(duì)客戶層信號(hào)進(jìn)行處理，在客戶信號(hào)凈負(fù)荷基礎(chǔ)上又附加了光通路的網(wǎng)管開(kāi)銷和帶外前向糾錯(cuò)(FEC)字節(jié)。

總之，OTN管理信息的傳送既需要隨路方式的數(shù)字包封器，又需要公共通路的OSC方式。

6、IP層與光層的融合及網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)結(jié)構(gòu)

6.1IP層與光層的融合

在網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過(guò)程中，最初在核心IP層，當(dāng)沒(méi)有流量工程時(shí)通常IP流按照最短路徑走，這會(huì)導(dǎo)致重負(fù)荷鏈路產(chǎn)生“瓶頸”。利用MPLS和流量工程可以保證網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷均衡，使路由器間鏈路的使用最佳化。再進(jìn)一步則可能需要有一種統(tǒng)一或類似的資源控制方法來(lái)完成兩層網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)結(jié)合，即將MPLS擴(kuò)展到光傳送層包括光連接在內(nèi)。所謂多協(xié)議波長(zhǎng)標(biāo)記交換(MPLmS)就是一種將MPLS流量控制技術(shù)與光交換技術(shù)相結(jié)合的新思路，將標(biāo)記交換的概念擴(kuò)展至包括波長(zhǎng)選路和交換的光通道，讓業(yè)務(wù)流來(lái)控制連接。

這種方法可以使業(yè)務(wù)層上的路由器、ATM交換機(jī)或ADM動(dòng)態(tài)地要求傳送網(wǎng)提供所需的波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)控制和快速業(yè)務(wù)供給，使網(wǎng)絡(luò)的資源得到最佳利用，簡(jiǎn)化IP層與光傳送層的融合以及跨層的網(wǎng)絡(luò)管理，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和業(yè)務(wù)拓展成本，有利于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)。各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織都在全力開(kāi)發(fā)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，ITU重在規(guī)范整個(gè)體系結(jié)構(gòu)，而IETF重在具體的選路和信令協(xié)議規(guī)范，提出了通用的多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)概念，又稱多協(xié)議波長(zhǎng)交換，旨在對(duì)目前比較成熟的選路和信令協(xié)議進(jìn)行修改與擴(kuò)展，使之不僅僅支持分組交換，而且還支持時(shí)分交換、波分交換和空分交換。

6.2網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)結(jié)構(gòu)

IP層與光傳送層的融合由于技術(shù)背景的不同所導(dǎo)致的融合思路也不盡相同。目前主要有兩種基本網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)結(jié)構(gòu)，即重疊模型和集成模型，基本反映了計(jì)算機(jī)界和電信界的不同思路。從功能上看，支持重疊模型所需的功能是支持集成模型所需功能的子集，只要從管理上對(duì)對(duì)等模型的拓?fù)涔蚕砉δ軐?shí)施止能，同時(shí)保持其連接信令功能就可以從集成模型導(dǎo)出重疊模型。在某些場(chǎng)合下，有可能將上述兩者結(jié)合在一起，形成所謂的混合方式。

在實(shí)際中，兩種模型都會(huì)有各自的最佳應(yīng)用場(chǎng)合。例如對(duì)于多數(shù)傳統(tǒng)的全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)者，可能采用重疊模型是目前最現(xiàn)實(shí)的選擇，采用混合方式也是局部可行的選擇。而對(duì)于僅提供IP業(yè)務(wù)并擁有自己的IP網(wǎng)和光傳送網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)者，則采用集成模型是一種直接了當(dāng)?shù)倪x擇，可以明顯地得益于集成GMPLS的簡(jiǎn)潔性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，特別是IP成為網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)主導(dǎo)的業(yè)務(wù)，其他業(yè)務(wù)都可以由IP攜帶后，則集成模型將成為統(tǒng)一的最佳選擇。

當(dāng)然，無(wú)論采用哪個(gè)模型，都還需要解決一系列問(wèn)題后才能真正實(shí)用化。目前光互聯(lián)網(wǎng)論壇（OIF）的用戶網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程要快于IETF的GMPLS，OIF在2001年10月宣布已通過(guò)UNI1.0規(guī)范，正在規(guī)范UNI2.0。在2001年SuperCom上有25個(gè)廠家演示了光業(yè)務(wù)配置的互操作性。下一步的互操作性主要是相鄰節(jié)點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)，而標(biāo)準(zhǔn)工作的方向?qū)⒓性诰W(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口，完成跨越整個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)帶寬配置。

7、將MPLS應(yīng)用于光層后的特點(diǎn)和適配

將MPLS應(yīng)用于光層必須充分考慮光層與IP層不同的特點(diǎn)，作必要的修改和增強(qiáng)。不同特點(diǎn)有：

(1)在IP網(wǎng)中，只要沒(méi)有數(shù)據(jù)包在沿通道的鏈路中交換，MPLS標(biāo)記交換通道(LSP)的建立可以無(wú)須消耗帶寬。而光網(wǎng)絡(luò)連接則無(wú)法預(yù)先建立零帶寬通道。

(2)多數(shù)分組網(wǎng)中連接是單向的，而光網(wǎng)絡(luò)中，WDM終端通常按雙向配置，這就有可能在光恢復(fù)過(guò)程中引起潛在的問(wèn)題，因此將MPLS擴(kuò)展到光層必須能可靠保證雙向連接建立和登記的目的。

(3)在目前的一對(duì)IP節(jié)點(diǎn)間的鏈路數(shù)很少超過(guò)10對(duì)，而未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)中一對(duì)光節(jié)點(diǎn)間可能會(huì)有數(shù)百條并行的光纖，每一條攜帶數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)。

(4)目前IP層的恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，不利于應(yīng)付影響面很大的物理層故障，光層面需要有快速故障檢測(cè)和隔離以及快速保護(hù)恢復(fù)。

(5)由于光層面上的用戶信息是透明交換的，而控制信息流必須在端到端光通路的每一個(gè)中間光交換機(jī)節(jié)點(diǎn)終結(jié)以便按需提取和插入必要的控制信息，因此控制面信息必須與用戶信息分離。

總的來(lái)看，將普通MPLS應(yīng)用于光層還需要做很多工作。它們主要集中在下述幾個(gè)大的方面：

(1)需要有新的鏈路管理協(xié)議(LMP)來(lái)處理使用光交換機(jī)的光網(wǎng)絡(luò)層的鏈路管理問(wèn)題。

(2)增強(qiáng)OSPF和IS-IS選路協(xié)議以便實(shí)施網(wǎng)絡(luò)中可用光資源的公告(例如不同鏈路類型、波長(zhǎng)內(nèi)的帶寬、鏈路保護(hù)和光纖識(shí)別等)。

(3)增強(qiáng)RSVP和CR-LDP信令協(xié)議，在光的核心層對(duì)標(biāo)記交換通道(LSP)實(shí)施顯式標(biāo)記，以便用于流量工程。

(4)增強(qiáng)擴(kuò)展性，例如分級(jí)的標(biāo)記交換通道結(jié)構(gòu)、鏈路捆綁和無(wú)編號(hào)鏈路等。

8、結(jié)束語(yǔ)

可以相信，隨著業(yè)務(wù)加速向分組化的轉(zhuǎn)移以及網(wǎng)絡(luò)加速向下一代電信網(wǎng)的演進(jìn)，實(shí)用化的光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正開(kāi)始浮現(xiàn)出地平線，一步一步地向我們走來(lái)。讓我們?cè)谶M(jìn)一步完善電聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，展開(kāi)雙臂迎接光聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)吧！□

參考文獻(xiàn)

1.Architecture of optical transport networks.ITU-T Rec G.872, 2000

2.Requirements for automatic switched transport networks (ASTN). ITU-T Draft Rec G.8070, 2001

3.Krishna Bala. Standardizing optical layer control and signaling. http:∥www.lightwave.com, 2000

4.Luc Ceuppens.Multiprotocol lamda switching comes together. http:∥www.lightwave.com, 2000

(收稿日期：2002-05-08)

作者簡(jiǎn)介

韋樂(lè)平，1970年清華大學(xué)無(wú)線電系畢業(yè)，1981年獲郵電科學(xué)研究院通信與電子系統(tǒng)碩士學(xué)位，1984年—1986年為加拿大訪問(wèn)學(xué)者，1994年—1995年為以色列高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者，清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)和電子科技大學(xué)兼職教授。研究領(lǐng)域?yàn)楣饫w通信、SDH、寬帶網(wǎng)、接入網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展戰(zhàn)略?，F(xiàn)任國(guó)家“863”計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域第一屆專家委員會(huì)委員，中國(guó)通信學(xué)會(huì)常務(wù)理事兼信息通信網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)主任和光通信委員會(huì)副主任，中國(guó)電信集團(tuán)公司總工程師兼北京研究院院長(zhǎng)。