光通信设计中的智能测试

SONET/SDH网络建立在成熟稳定技术的基础上，具有很高可靠性，然而这些网络却不一定能满足日益增长的带宽需求。高速最后一公里接入技术的推广(如xDSL、无源光网络以及线缆调制解调器等)给接入路由器带来了新的压力，而接入路由器速度和容量的提高又对包括核心IP路由器和长途光纤骨干网等在内的互联网中枢结构形成压力。这种互相促进的作用使通信系统设计人员难以找到完全的平衡，当核心网络问题解决时，又要面临着开发速度更高、容量更大的接入技术。

基于SONET/SDH的光网络结构由接入和集合设备两部分构成，将用户和高速骨干传输网连接起来(图1)。骨干网则由多个SONET/SDH环组成，连接城域之间的节点，并实现城域内部互连。一般洲际通信网络有许多SONET/SDH段，每段都是一个局域环，全部连在一起形成端到端链接通路。

尽管密集波分复用(DWDM)等技术缓解了当前带宽不足的问题，但与SONET/SDH结构、管理以及效率相关的问题却变得日益突出。目前通过SONET/SDH网络提供的路径在传输信号时所用时间较长，而且成本较高并需要人工干预，但对网络营运商来说却又是必不可少的。

专门为短期应用(如几小时的网络广播)提供路径基本上不太可能，在网络中增加或提高服务水平需要多种因素之间的高度协调，使得SONET/SDH能沿着路径加入或取消多路复用器(ADM)和数字交叉连接(DCS)开关。这些动作要由人工来完成，需要受过训练的维护人员在设备跟前进行，尽管过程烦琐，但这些变动其实和简单地将信号从一根光纤切换到另一根差不多。

今天的网络既灵活又严格，SONET/SDH的自动保护切换功能可以稳定可靠地修复传输故障，但不管是何应用，它都要求空出部分宝贵的带宽资源以备用。

新一代光传送网将大容量交换设备与修改过的传统数据网络使用的路由和信令技术协议结合在一起，由于测试采用的也是这些旧协议，因此SONET/SDH网在安装和管理等方面都不尽如人意，不能有效利用光纤资源，同时不能升级支持大型任意网络拓扑结构，而智能光网则可望具有更高的升级性，并能更好地进行管理，具有更高的效率。

重叠模型与集成模型

目前光网中最常用的两种结构分别是重叠模型与集成模型，大量有关标准和兼容性的工作都集中在这两种模型上，尤其是在定义客户设备(如路由器)如何与光网络互连方面。

重叠模型允许光网络客户(如路由器)通过称为用户网络接口(UNI)的简单信令接口(图2)发送链接请求，UNI一般提供几种简单的功能，如找出与相邻端口的连通性、服务类型和容量，以及创建、删除和修改链接等。

拓扑信息对客户来说是隐藏的，创建链接时只与可链接客户交换地址，通常由入口光网部件在光网内实现优选路由。正在开发中的UNI协议要么是基于现有的IP协议(如RSVP-TE和CR-LDP)，要么是新的IP协议(如那些由光域业务互连组织开发的协议)，须注意的重要一点是重叠模型不支持客户显式路由。

集成模型(图3)如同通用多协议标记交换(GMPLS)所提出的一样，利用了修改过的路由协议(如OSPF、ISIS、BGP-4等)能提供拓扑信息的优点，信令通过与重叠模型相似的GMPLS RSVP-TE或CR-LDP变量执行，但加了一个显式路由对象(ERO)。路由器之类的客户设备可以详细给出链接的完整路径，包括在ERO内经过的每个节点的地址。那些并不关心拓扑路径是否将会提供给客户的应用也许更倾向集成模型，因为这样可以和现有基于MPLS的流量管理技术更紧密地结合在一起。

重叠和集成两种模型都需要在光网内部网络节点接口(NNI)之间用到一系列信令、路由和恢复协议(图4)，有时候，这些协议由MPLE和用于IP及ATM网络流量管理的个人网间接口(PNNI)协议修改而成。

使用这些协议使网络本身能进行总量管理、资源分配及故障管理，每个光交叉连接(OXC)都明确网络资源与应用情况，以及可能发生的故障。反过来，任何节点也都能应答资源请求，进行新的路由链接或者对失败的路由重新链接，并有效利用网络资源。由于这些协议实质上是分布式的，所以可灵活处理故障，单纯CPU失效不会丢失拓扑信息，而这在集中式系统中却完全可能。

控制层信息传输

光网络客户可以产生多种载荷类型，如IP、ATM、语音、视频以及多种其它服务类型。由于服务种类的多样性，网络不可能在传输服务有效载荷内传输控制信息，光网的控制层信息必须通过多余不用的字节、独立的专用波长或完全独立的网络进行传输。

带外-光纤外结构(OOB-OOF)用完全独立的网为光网传输控制层信息，通常在局端由一个简单的以太IP传输网进行连接。当设备在这种环境下不能正常工作时，就必须用WAN设备在各局端之间传输IP信息。

在环境开发方面OOB-OOF通常是比较受欢迎的选择方案，因为可在PC或工作站上开发控制层软件模型。由于控制层网络失效可能引起传输网中断，因此在现实网络中采用OOB-OOF必须谨慎，控制层网络至少应该与所管理的传输网一样可靠。

带外-光纤内结构(OOB-IF)利用了专门进行信息信令传输的独立波长，该波长通常用于空闲频段以简化复用与解复用，一般通过高速以太网、SONET(POS)上的OC-3或者OC-3 ATM传送IP控制信息。不过，每种技术都各不相同，供应商之间几乎没有兼容性。OOB-IF最适用于高度透明的光网，如用微机电系统(MEMES)或气泡光开关之类光交换光纤实现交换的网络。这种方法虽然不会限制网络传输SONET/SDH信号，但使用额外的波长无疑将增加系统成本。

OC-48/STM-16信号中有近80Mbps都是不用的，带内-光纤内结构(IB-IF)将SONET/SDH闲置的部分用于控制层传输。SONET和SDH标准规定D字节的第一列用于传输管理信息，DCC段利用D1到D3字节提供192kbps带宽，DCC线则用D4到D12字节提供576kbps带宽。ITU-T Q.921规定第二层协议传输管理信息，作为连接接入协议D(LAP-D)通道，LAP-D利用位取向(HDLC)在同步传输信道上对信息进行编码。

LAP-D的一种替代技术是IETF RFC 1662定义的点到点协议(PPP)，PPP用于SONET/SDH时也采用位取向HDLC和FCS16，但却规定了与LAP-D不同的信息头数据。LAP-D和PPP都能承载多种IETF或OSI协议。

资源和拓扑查寻

光网络采用邻路查寻、服务查寻以及路由协议实现即插即用，基于链路管理协议(LMP)的邻路和服务查寻支持直接连接节点的互连查寻，拓扑查寻协议则支持在整个网络发布这些连接。

当邻路和服务查寻发生时，节点会根据所采用的路由协议建立相邻连接。对OSPF而言，就是给邻路发送一个问候信息，希望收到应答报文。一旦邻路连接建立，以及所有链路都找到后，连接就将在链接状态公告栏(LSA)中公布。LSA最后会散布到网络所有节点，这样每个节点都可建立一个完整且相同的链路状态数据库或网络映射。

当同步建立起以后，流量指令扩展可以使路由共享资源信息，这些信息可能以网络以及在相应重要场合中被占用或保留的链路形式出现。共享这些信息可使路由决策考虑网络内可用资源情况，并赋予低优先级用户以更高的优先权。

当然，在考虑光概念而不是MPLS概念时应该将光域扩展用于路由协议，例如用一个光连接代替标签路径，用通用标签代替MPLS标签等等。通用MPLS的IETF草案规定了这些新的参数。通过查寻和邻路建立形成整个网络之后，OXC就开始建立网络链接。客户设备可通过UNI发出链接请求，这种请求也可以由网络管理系统(NMS)发出。

在RSVP中，路径信息通过UNI传送到入口OXC，信息包含目的地址、所需带宽、透明性和其它链接请求。入口OXC检查该请求，利用链结状态数据库的信息计算出一条路径，然后在网络内建立链接。

内部链接请求也可由RSVP信息组成，或基于另外的信令协议。它包含很多UNI请求的原始信息及ERO，在ERO中描述了计算得出的路径。如果请求可接受，远端设备会给请求者发回一个ResV信息，另外错误的路径也可以用同样的原理预先算出并保留起来。

在预留资源基础上，可用资源的变化也通过路由协议在网络上传递，使将来路由计算能将新的可用带宽考虑进来。

新测试水平

网络设备的测试和认证可分为几个阶段，每个阶段都要达到一定可信度以后再进行下一步，光网络设备也同样，不过要求的可信度更高。这些阶段一般不是连续进行，但通常都会同时发生，并将结果反馈回链路中，例如在α试验中错误的识别将会影响到以后的压力测试。

测试体系的所有阶段对提高网络可靠性和置信度都至关重要，要达到高可靠性，光网络一致性测试应该是最重要的步骤之一。

确保性能符合标准是取得兼容性和可靠性的关键，协议规范一向都不完善，并且是放开进行解释，许多网络失效都可归因于控制层协议的执行出现差异，而造成两个网络部分无法互相联系，有时候还会把这种不可预测的作用扩散到整个网络。一致性测试提供了对协议规范的调整方法，以及在正负激励下的反应测试。

一致性测试分为多个测试组，每组负责一些测试项目，测试组测试协议的几个方面或子协议，而每个测试项目则测试该协议的某个参数或性能。一致性测试从最简单的操作开始，然后增加协议功能，逐渐增大测试难度。

测试边缘设备的基本一致性时一个测试端口就足够了，但如果是支持多导引冗余的客户设备时则要求作多端口测试，客户设备采用集成模型时还必须有拓扑仿真。测试端口须同时提供光客户设备的路由和信令功能，测试端口首先通过路由协议发布一个拓扑，再用信令协议检查在测试匹配的可用资源下系统所选路由。测试端口也可拒绝显式路由请求，以检测客户设备是否能重新计算出替代路由，这也就是所谓的迂回测试。

构成核心光网络的光网元要求三个或更多的测试端口才能演示路由和信令协议，由测试管理人员协调各项激励，然后收集并显示出结果。最初测试主要是演示路由功能以确保拓扑发布和查寻操作正常，路由功能必须与链路管理测试连在一起，以确保得到的所有链路都是正确的。

拓扑结构建立起以后，就可针对信令协议进行测试，从一个端口发送资源请求，从另一个端口接收。还可以采用更复杂的测试方案通过信令协议实现迂回测试或故障线路重选路由。最后，正向测试还应该检查当信令协议保留或释放资源时，在整个网络上发布的资源使用情况路由协议。

负向测试

正向测试通过后，测试就开始转向负向测试。负向测试是模拟现实网络中可能发生的故障，它是证明网络鲁棒性的关键，通过模拟可能引起光网络控制层瘫痪的实际故障进行。因此测试设备必须能产生各种非法状态、混乱信号以及错误的响应。

光网设计人员在考虑核心网络结构、信令传输模型和关键信令协议选择时，会不断面临这些复杂的测试。由于标准和兼容性模型还未最后确定，所以设计人员参与学习越早，就越能够尽早将产品推出，从而从中获利。