光傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的研究

欒世東

（大慶油田通信公司規(guī)劃設(shè)計(jì)所 大慶 163453）

在目前快速發(fā)展的通信網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)的類型已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，主要表現(xiàn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的向分組化演進(jìn)，不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出相互融合的趨勢(shì)，IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展速度明顯超過(guò)話音業(yè)務(wù)，而且IP承載網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)也由單一的盡力而為的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)向軟交換、專線、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)等多類業(yè)務(wù)發(fā)展。一方面，新業(yè)務(wù)對(duì)于IP承載網(wǎng)和傳送網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量、安全性和可靠性都提出了更高的要求；另一方面，相應(yīng)收入的增速卻相對(duì)緩慢。此時(shí)，如何高效承載IP業(yè)務(wù)、降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本，成為運(yùn)營(yíng)商在傳送網(wǎng)建設(shè)中最關(guān)注的問(wèn)題。

光傳送網(wǎng)技術(shù)近年來(lái)也在不斷地發(fā)展和演進(jìn)過(guò)程中，主要呈現(xiàn)三個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)：一是大容量光傳送系統(tǒng)，如DWDM、ROADM、OTN等；第二是分組傳送，面向更小顆粒的處理技術(shù)；第三是智能化的發(fā)展方向，主要在于控制平面的發(fā)展基于前兩個(gè)方面述及的技術(shù)作為傳送平面。

一、 向大容量傳送系統(tǒng)發(fā)展

為了解決數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的處理和傳送，光傳送網(wǎng)在SDH技術(shù)的基礎(chǔ)上演進(jìn)為MSTP設(shè)備，并已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用，滿足了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送功能。但是隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)顆粒的增大，網(wǎng)絡(luò)中GE、10G不斷增加，傳送網(wǎng)要提供更高的傳輸帶寬，這時(shí)ITU-T提出的OTN（光傳送網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)提供了新的解決方案，它解決了SDH基于VC-12/VC4的交叉顆粒偏小、調(diào)度較復(fù)雜、不適應(yīng)大顆粒業(yè)務(wù)傳送需求的問(wèn)題，也部分克服了WDM系統(tǒng)故障定位困難，以點(diǎn)到點(diǎn)連接為主的組網(wǎng)方式，組網(wǎng)能力較弱，能夠提供的網(wǎng)絡(luò)生存性手段和能力較弱等缺點(diǎn)。OTN技術(shù)在電域?yàn)镺TH，在光域?yàn)镽OADM。

OTN，通常也稱為OTH（光傳送體系），是通過(guò)G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代"光傳送體系"。OTN跨越了傳統(tǒng)的電域（數(shù)字傳送）和光域（模擬傳送），成為管理電域和光域的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。換言之，OTN處理的基本對(duì)象是波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)，將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)階段。

從電域看，OTN保留了許多傳統(tǒng)數(shù)字傳送體系（SDH）行之有效的方面，如多業(yè)務(wù)適配、分級(jí)的復(fù)用和疏導(dǎo)、管理監(jiān)視、故障定位、保護(hù)倒換等。同時(shí)，OTN擴(kuò)展了新的能力和領(lǐng)域，如提供對(duì)更大顆粒的2.5G、10G、40G業(yè)務(wù)的透明傳送的支持，通過(guò)異步映射同時(shí)支持業(yè)務(wù)和定時(shí)的透明傳送。

從光域看，OTN第一次為波分復(fù)用系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的物理接口（服務(wù)于多運(yùn)營(yíng)商環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)），同時(shí)將光域劃分成光信道層、光復(fù)用段層、光傳送段層三個(gè)子層，允許在波長(zhǎng)層面管理網(wǎng)絡(luò)并支持光層提供的OAM（運(yùn)行、管理、維護(hù)）功能。為了管理跨多層的光網(wǎng)絡(luò)，OTN提供了帶內(nèi)和帶外兩層控制管理開銷。

OTN的優(yōu)勢(shì)：

*更高傳送容量：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)帶寬擴(kuò)展到10G/40G，系統(tǒng)傳送和交叉容量擴(kuò)展到幾十個(gè)Tbps。

*多業(yè)務(wù)適配和帶寬效率：提供更高容量和帶寬效率的映射和封裝結(jié)構(gòu)ODU，使OTN既能前向兼容SDH/SONET、ATM業(yè)務(wù)，又能高效承載IP/MPLS、Ethernet、存儲(chǔ)和視頻等大顆粒業(yè)務(wù)。

*端到端的業(yè)務(wù)連接和高的QoS保障：提供任意的波長(zhǎng)和子波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的交叉連接、業(yè)務(wù)疏導(dǎo)、管理監(jiān)視和保護(hù)倒換，提供從城域到長(zhǎng)途干線無(wú)縫的端到端的連接。

*電信級(jí)的自動(dòng)保護(hù)/恢復(fù)能力：為多層、多顆粒的網(wǎng)絡(luò)提供低于50ms的自動(dòng)保護(hù)倒換。專有或共享保護(hù)覆蓋了光纖、波長(zhǎng)組、波長(zhǎng)和子波長(zhǎng)等不同級(jí)別，可以顯著降低數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在保護(hù)方面的投資。

*對(duì)WDM的優(yōu)化：傳統(tǒng)的波分復(fù)用設(shè)備包括點(diǎn)到點(diǎn)的WDM和城域OADM環(huán)網(wǎng)，本質(zhì)上是擴(kuò)展容量的線路復(fù)用技術(shù)，而添加了OTN功能的WDM網(wǎng)絡(luò)才成為真正意義上的光網(wǎng)絡(luò)。

OTN的組網(wǎng)

DWDM系統(tǒng)是當(dāng)前最常見的光層組網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)復(fù)用/解復(fù)用器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十波甚至上百波的傳送能力，其本質(zhì)上還是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的線路系統(tǒng)?？芍貥?gòu)光網(wǎng)絡(luò)ROADM是一種類似于光層中的SDH ADM網(wǎng)元，通過(guò)提供節(jié)點(diǎn)的重構(gòu)能力使得DWDM網(wǎng)絡(luò)可以方便地配置，在無(wú)需人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配的情況下實(shí)現(xiàn)任意兩點(diǎn)間的連接和波長(zhǎng)級(jí)的上下路及直通配置，有效地滿足了業(yè)務(wù)需要。此外，實(shí)現(xiàn)WSS（波長(zhǎng)選擇開關(guān)）的ROADM成熟商用后，至少支持3～5個(gè)光方向；并且解決了線路功率自動(dòng)控制、波長(zhǎng)功率動(dòng)態(tài)均衡、自動(dòng)色散補(bǔ)償、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃軟件等應(yīng)用關(guān)鍵問(wèn)題之后，OTN才能真正實(shí)現(xiàn)多環(huán)、網(wǎng)狀網(wǎng)以及星形的靈活組網(wǎng)能力，快速適應(yīng)未來(lái)業(yè)務(wù)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性和組網(wǎng)需求。

目前 OTN可以對(duì) ODU1（2.5Gb/s）和 ODU2（10Gb/s）進(jìn)行電交叉并進(jìn)行匯聚，提高波長(zhǎng)的利用率。但是受到交叉芯片容量等方面的影響，OTN設(shè)備的交叉容量一般不超過(guò)320G。

OTN的管理

DWDM系統(tǒng)的子網(wǎng)管理功能比較薄弱，基本只能實(shí)現(xiàn)資源呈現(xiàn)功能，端到端業(yè)務(wù)配置、性能監(jiān)控和管理能力的嚴(yán)重不足使得IPoverWDM網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維面臨著巨大壓力。而OTN提供了豐富的開銷，使得光層具有強(qiáng)大的管理能力；此外，在OTN網(wǎng)絡(luò)中，支持跨越多個(gè)管理域或網(wǎng)絡(luò)的端到端光信道監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)光功率監(jiān)控、告警相關(guān)性檢測(cè)、故障定位、QoS確認(rèn)和保護(hù)倒換觸發(fā)等功能。

OTN技術(shù)是適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備GE/10GE匯聚和調(diào)度能力和多波長(zhǎng)傳送，配合交換機(jī)和路由器完成大帶寬業(yè)務(wù)的傳送。OTN在光層中引入開銷功能，提高光傳送網(wǎng)的可管理性和互通性，同時(shí)可提供任意拓?fù)湎碌耐晟平M網(wǎng)、保護(hù)和端到端管理，有效地支撐傳送網(wǎng)對(duì)成本、帶寬、組網(wǎng)、效率和可靠性的要求，是傳送網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。

二、 向分組化演進(jìn)

有咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)到2010年時(shí)一個(gè)典型城域網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)帶寬將比2008年增長(zhǎng)6倍，同時(shí)各類業(yè)務(wù)的比例也將發(fā)生很大的變化三重播放、電信級(jí)以太網(wǎng)/可管理的VPN、VoIP、高速因特網(wǎng)接入和3G等應(yīng)用位于前列。業(yè)務(wù)承載的IP化趨勢(shì)已經(jīng)在業(yè)內(nèi)形成共識(shí)，未來(lái)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)將主要負(fù)責(zé)IP/以太網(wǎng)流量的傳送，向著智能的、融合的、寬帶的和綜合的分組傳送網(wǎng)（PTN）發(fā)展。

然而光傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)的分組化趨勢(shì)并不意味著傳送網(wǎng)的完全I(xiàn)P化，在經(jīng)濟(jì)有效地光層帶寬復(fù)用和調(diào)度技術(shù)出現(xiàn)之前，仍然需要一個(gè)智能的傳送層面將各類業(yè)務(wù)高效、靈活地填充到光纖巨大的帶寬通道中去，IP層與傳送層的融合焦點(diǎn)依然是承載效率和業(yè)務(wù)的可靠性、可管理性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，盡管傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的比例正逐步減少，但其絕對(duì)業(yè)務(wù)量仍保持繼續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并將在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)仍是運(yùn)營(yíng)商重要的收入來(lái)源。從TDM向分組演進(jìn)過(guò)程中各類流量的發(fā)展變化過(guò)程也難以預(yù)測(cè)。PTN分組傳送網(wǎng)絡(luò)是用一個(gè)有連接的、支持類SDH端到端性能管理的網(wǎng)絡(luò)，來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)從當(dāng)前向下一代平滑演進(jìn)。PTN一方面繼承了面向MSTP網(wǎng)絡(luò)在多業(yè)務(wù)、高可靠、可管理和時(shí)鐘等方面的優(yōu)勢(shì)，另一方面又具備以太網(wǎng)的低成本和統(tǒng)計(jì)復(fù)用的特點(diǎn)，是下一代網(wǎng)絡(luò)核心部件。TDM話音、專線業(yè)務(wù)和IP接口傳送需求長(zhǎng)期存在，采用MSTP到PTN的演進(jìn)是一種低成本和穩(wěn)妥的方式。

分組傳送網(wǎng)(PTN)作為傳送網(wǎng)滿足下一代網(wǎng)絡(luò)分組傳送需求的解決方案，采用T-MPLS技術(shù)，T-MPLS是一種面向連接的分組傳送技術(shù)，T-MPLS在傳送網(wǎng)絡(luò)中將客戶信號(hào)映射MPLS幀，利用MPLS機(jī)制（例如標(biāo)簽交換、標(biāo)簽堆棧）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。它選擇了MPLS體系中有利于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的一些特征；拋棄了IETF為MPLS定義的繁復(fù)的控制協(xié)議族；簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)平面；去掉了不必要的轉(zhuǎn)發(fā)處理；增加了ITU-T傳送理念的保護(hù)倒換和OAM功能；解決了IP網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性和生存性的問(wèn)題；增加了故障定位，性能監(jiān)測(cè)等功能；增強(qiáng)了保護(hù)和恢復(fù)能力，能夠滿足多業(yè)務(wù)承載。T-MPLS承載的客戶信號(hào)可以是IP/MPLS、以太網(wǎng)以及TDM。

T-MPLS將具有和傳統(tǒng)傳送網(wǎng)絡(luò)相似的OAM&P能力，端到端的維護(hù)、保護(hù)和性能監(jiān)測(cè)，能夠融合任何L2和L3的協(xié)議，構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳送平面，能夠利用通用的控制平面GMPLS以及現(xiàn)有的傳送層面（波長(zhǎng)和/或TDM），CAPEX和OPEX將低于MPLS。在城域匯聚網(wǎng)可以率先采用支持完全分組能力的PTN傳送節(jié)點(diǎn)，徹底打破傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)和二層數(shù)據(jù)網(wǎng)的界限，構(gòu)建融合的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，承載網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有業(yè)務(wù)和將來(lái)可能出現(xiàn)的各種新業(yè)務(wù)，所有業(yè)務(wù)都在同一平臺(tái)上傳送，從而形成最佳性能價(jià)格比的演進(jìn)方案。

三．網(wǎng)絡(luò)向智能化演進(jìn)

對(duì)于通信運(yùn)營(yíng)商所要建設(shè)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，首先要考慮建設(shè)一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，即充分利用光層的技術(shù)，提高系統(tǒng)的容量，降低系統(tǒng)的成本；其次提供多業(yè)務(wù)的城域接入平臺(tái)，擴(kuò)展用戶范圍，增強(qiáng)業(yè)務(wù)收入能力；然后發(fā)展智能光傳輸網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力，提供全新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

隨著城域網(wǎng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，其接口呈多樣性，流量具有不確定性，這都要求網(wǎng)絡(luò)具有智能化，能動(dòng)態(tài)分配資源，自動(dòng)建立連接。自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)是智能光網(wǎng)發(fā)展的主流方向，目前國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU-T)、IETF、OIF等國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)化組織和論壇都在研究智能光網(wǎng)技術(shù)，并提出了一些相關(guān)的建議或草案。ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最核心的特點(diǎn)就是支持電子交換設(shè)備動(dòng)態(tài)向光網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)特性動(dòng)態(tài)變化的需求，通過(guò)信令系統(tǒng)或者管理平面自動(dòng)建立或者拆除光通道，不需要人工干預(yù)。

智能光網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

(1)根據(jù)業(yè)務(wù)特性的變化，動(dòng)態(tài)地自動(dòng)建立連接；

(2)多粒度交換，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，為用戶快速、高質(zhì)量地提供各種帶寬服務(wù)：

(3)支持業(yè)務(wù)流量工程，適合波長(zhǎng)、帶寬出租業(yè)務(wù)，支持靈活VPN的組網(wǎng)；

(4)具有很強(qiáng)的互操作性和可擴(kuò)展性；

(5)較低的成本和增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能迎合了城域網(wǎng)的發(fā)展方向。智能光網(wǎng)絡(luò)的特征在于能根據(jù)用戶的需求動(dòng)態(tài)分配光通道。由于控制平面的引入，使光網(wǎng)絡(luò)中原本固定靜態(tài)的連接逐步演變成3種類型：永久性連接(PC)、軟永久性連接(SPC)和交換連接(SC)。PC和SC都可由控制平面中的信令和路由技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，唯一的差別在于SPC是在網(wǎng)絡(luò)邊緣存在永久連接，利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的SC來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)邊緣PC之間的端到端連接。

智能光網(wǎng)絡(luò)中，將由控制平面快速有效地配置SPC和SC。正是由于SC的引入，才有了根據(jù)用戶需求產(chǎn)生恰當(dāng)光通道的能力。這種能力與ASON中控制平面的作用息息相關(guān)，如果沒(méi)有控制平面，ASON就不具備自動(dòng)交換能力，就沒(méi)有智能化的靈魂?？刂破矫嬗尚帕罹W(wǎng)絡(luò)支持，它由多種功能部件組成，包括一組通信實(shí)體和控制單元。這些功能部件主要用于調(diào)用傳送平面的資源，以提供與連接的建立、維持和拆除(釋放網(wǎng)絡(luò)資源)有關(guān)的功能。

在開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI)中，傳輸層、鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層相互獨(dú)立，各自用自己的語(yǔ)言在本層內(nèi)的設(shè)備間溝通，形成各自的標(biāo)準(zhǔn)體系。在GMPLS的體系結(jié)構(gòu)中，沒(méi)有語(yǔ)言的差異，只有分工不同，GMPLS就是各層設(shè)備的共同語(yǔ)言。GMPLS雖然統(tǒng)一了信令，但并沒(méi)有抹殺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能差異，也就是說(shuō)，GMPLS承認(rèn)并接受網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用戶平面的差異。GMPLS把交換劃分為分組交換(PSC)、時(shí)分復(fù)用、波長(zhǎng)交換(LSC)和光纖交換(FSC)4種類型。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以只完成其中1種或幾種交換功能，人們?nèi)粤?xí)慣地把GMPLS網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單地劃分為路由網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)二層結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間不再重疊，而是對(duì)等的，它們平等地用相同的信令進(jìn)行溝通。GMPLS協(xié)議族包括3個(gè)主要組成部分：鏈路管理協(xié)議 (LMP和LMP-WDM)定義鏈路管理功能；路由擴(kuò)展協(xié)議(OSPF-TE和ISIS-TE)定義域內(nèi)路由功能；標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(RSVP-TE和CR-LDP)定義信令功能。這些協(xié)議族定義完整的協(xié)議狀態(tài)機(jī)制和管理信息庫(kù)。GMPLS要求所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都必須運(yùn)行GMPLS才能實(shí)現(xiàn)GMPLS功能。

智能化作為傳送網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，從初期的基于SDH和OTN的自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)概念逐步延伸，進(jìn)一步將PTN等都作為傳送平面納入進(jìn)來(lái)，對(duì)GMPLS協(xié)議進(jìn)行不同的擴(kuò)展和延伸，以便能夠?qū)Χ喾N傳送顆粒進(jìn)行控制，達(dá)到傳送網(wǎng)智能化的目標(biāo)，同時(shí)通過(guò)智能路由算法進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)保護(hù)恢復(fù)的性能。

四、 總結(jié)

光傳送技術(shù)多年來(lái)進(jìn)展相當(dāng)之快，將傳送速率數(shù)十上百倍地提高，為上層網(wǎng)絡(luò)提供了大容量的傳輸管道，同時(shí)傳送網(wǎng)也開始面向分組化和智能化的方向發(fā)展，但是向全光網(wǎng)絡(luò)和分組傳送過(guò)渡的過(guò)程中在技術(shù)等方面還面臨著一些亟待解決的問(wèn)題，這也是今后傳送網(wǎng)發(fā)展的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

[1]《下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用》.萬(wàn)曉榆.人民郵電出版社[2]《光同步數(shù)字傳送（修訂版）》.韋樂(lè)平.人民郵電出版社