光传送网的智能化管理

Near Margalit, Kendall Holback 著 黄照祥 译

　　随着新DWDM的大量部署，采用高效率、低成本的方式来管理不断更新换代的光网络显得至关重要。这带给运营商的是一个相当大的挑战——虽然各种DWDM技术已经存在，然而至今还没有一个业界所普遍接受的、有关光传送网（OTN）管理的标准。但是随着所谓的数字封装（digital wrapper）技术的出现，这种情况将得以改观。

　　数字封装技术，一个基于标准的光网络管理技术，能够智能地监测和分别管理OTN中的每一个波长。这种先进技术能够封装原始信号，而不改变客户层信号的比特率、帧格式、定时方式，因此能支持任何客户层协议在光网络中的传输。

SONET/SDH的传统管理方法

　　今天，基于DWDM技术的、先进的光传送网（OTN）已得到广泛的采用，它包含许多光域的网元，如光转发器（transponder）、光分插复用器、光线路放大器（in-line EDFA）、光复用器/解复用器、光谱分析仪和光交换机等。这些新技术的引入，实际上在光网络中形成了新的子层。能够在这些子层进行监测，如故障隔离，就成了运营商的必然要求。

　　SONET/SDH协议基本上不是为这些网元而设计的，缺少有效管理它们的功能。此外，SONET/SDH还有许多其它局限性，每个环的最大节点数仅为16个；SONET/SDH帧格式是专门为承载话音而设计的，采用的是TDM技术和严格定义的时隙。当然，SONET/SDH能为基于TDM的业务提供许多优势，它必然还会在业务提供商的城域网中起着重要作用。

　　就这些局限性和消耗大部分网络带宽的数据业务量持续增长的现实而言，SONET/SDH非常难于满足当前的城域光传送网的要求，就更别提今后的大容量光传送网了。

数字封装技术的优势

　　数字封装技术能够提供可靠的、电信级的功能来支持光域管理和智能控制。利用数字封装技术，通过在光信道中安排一个“数字信封”，每一个波长，或光信道，都能被监测和管理。在发送到光网络之前，一个数字开销带宽部分被加到客户层信号上。通过这种办法，客户层信号和光传送网络本身的管理和控制信息，能够与客户层信号一同在网络中传送。

　　数字封装技术的一个主要优点是它与现有的许多网络通信协议相兼容。由于数字封装在封装本地信号时不损害信号的比特率、帧格式和定时关系，光传送网就能从逻辑上支持任何一种客户层信号的传输。这使得数字封装对所承载的协议透明。

　　光传送网中的光转发器能够支持诸如以下的客户端协议接口：千兆以太网（GbE）、ATM、帧中继、互联网协议和其它与速率无关的协议，也能支持诸如Fiber Channel、Escon和Ficon等协议。

　　与比特率无关、协议透明的并具有时钟恢复的接口能支持从100Mbit/s到10Gbit/s的任何速率的比特流在光网络中传送。

　　具备保护功能的高级光传送系统，通过智能地保护光层的大容量业务能提高运营效率。这种功能，通过综合各种网络中独立存在的其它协议（如SONET/SDH、ATM、传输控制协议）的保护功能，简化了电信级网络。数字封装的光信道开销（OCh-OH）能提供光保护信令和管理功能。此外，那些本身不受保护的协议，现在也能够在光域上受保护。

正向纠错

　　除了支持OCh-OH信息，数字封装也能利用其它已知技术来提供光域性能监测的创新方法。除了OCh-OH信息，数字封装还采用了一种机制，能高效地检测和纠正光纤链路中出现的任何错误。正向纠错（FEC）是一种成熟的技术，广泛地应用于CD播放机、数据存储设备和海底光缆通信系统，可用来纠正比特差错。

　　与SONET/SDH中采用的传统BIP-8误码检测方法（B1、B2字节）相比，使用FEC技术的系统能够报告检测到的误码率（BER），在用户还未发现业务质量恶化之前，就能让业务提供商知道光通路性能恶化的情况。

　　借助于智能化的操作系统，网络管理人员能够定义和设置DWDM光传送网中的每一个信道的BER门限。结合FEC等功能的智能化系统，能够为业务提供商保证、测量和传递不同性能等级的光业务。

理想的平衡

　　众所周知，减少光网络中的光—电—光（O-E-O）转换的次数，不仅能够减少维护的复杂度和成本开支，而且能够提高可靠性和效率。典型的O-E-O转换是体现在光信号的“3R”功能：整形、再生和定时。采用EDFA能够实现“2R”（整形、再生），这是DWDM技术成功的主要因素，因为它能够再生多路光信号而不必实现O-E-O的全部转换。

　　减少网络中O-E-O转换的次数，将会增加光网络的透明度。完全“透明”的光网络设想引起了业界的巨大兴趣。但是若不把光信号转换为数字格式，就无法处理光信号的管理信息。因此在全透明的光网络中，网络的管理信息仍然是不可见的。既然全透明的光网络很难管理，业务提供商不可能大规模地采用它们。

与透明的OTN相比，在半透明的OTN中，每个节点对其承载的光信号执行全部的“3R”功能，不管它是不是目的节点。显然，这造成非常低的效率，失去了许多光网络的优点。由于完全透明的光网络不切实际和半透明的光网络成本高而且效率低，理想的光网络，在减少O-E-O转换次数的情况下，应该为有效的网络管理提供足够的可见度。

　在采用数字封装技术的网络中，当客户层信号映射到数字封装内然后转换到光信道上时，“3R”再生是在光网络的入口处进行的。在网络的传送过程中，信道始终保持光信号的形式，直到目的节点，信号在此通过“3R”再生重新恢复成电信号。这种结构减少了光网络中的O-E-O转换次数，在光信道的任一端，在需要网络管理的地方为每个波长提供可见度。

　　现在，数字封装技术已经被几个技术领先的厂商所采纳，他们希望在这个领域内更好地发挥其诸多优点。然而，在不远的将来，这些功能将会在跨越多个管理域和不同厂商的系统间互通。这些OTN的可管理域，可由网络运营商设定，也可由设备商设定。运营商常把波长租给其它运营商，因此要求在不同的管理域下，能够在采用数字封装技术的网络和未采用数字封装技术的网络之间交付信道。

采纳的标准

　　ITU-T最近制订了有关OTN网络节点接口的标准草案G.709，描述了数字封装技术在光传输网络互连中具体实现的一些细节。

　　G.709建议指定了光网络节点接口（ONNI，optical network node interface）为域间接口（IrDI，interdomain interface）。IrDI是OTN的不同管理域的边界。这些管理域或许是多个网络运营商和/或设备制造商界定的。

　　例如，运营商X和运营商Y之间的ONNI是一个IrDI。在这种互连情况下，两个运营商都能交付DWDM光信道。另一个IrDI的例子是在一个运营商的OTN内部的不同厂商DWDM系统间的接口。

　　域内接口（IaDI，intradomain interface）是指一个管理域内部的互连接口。IaDI就是在一个厂商子网内部的接口，必要时它可扩展到整个运营商的OTN。IrDI是G.709草案的一个主题。但IaDI不是G.709标准化的主题，除了支持必要的网络管理功能之外。

　　运营商应当充分了解设备制造商在其子网内，或IaDI，支持OTN管理所必要的能力。OTN分层的详细描述和ONNI的定义是必需的，它们应清楚地阐述从内部接口（IaDI）到外部接口（IrDI）的转换过程。

OTN分层

　　通常，OTN具有3个主要的层次：光信道层（OCh）、光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）。

客户层信号首先从数字电信号格式变换成光信号格式，然后映射到OCh中。多个Och经复用成为OMS，后者通过OTS的光缆传输。

　　OTN的结构和分层非常类似于SONET的路径、线路、段层。虽然G.709扩展到OCh层以下（OMS、OTS），但是数字封装主要是在OCh层。值得注意的是，G.709还考虑到了没有OTS、OMS层的实例——基本上是一个单信道，非DWDM网络。

　　虽然上述光信道描述相当简单，仅仅是客户层信号加上一些开销，但是OCh实际上可以分为三个部分：光信道传送单元（OTU）、光信道数据单元（ODU）、光信道负载单元（OPU），每一部分都有其功能和相关开销。
在ODU、OPU和OTU光信道子层上都有许多重要功能。其中，支持光域性能监测和光信号定界的功能是串联监测（TCM）。TCM工作于光信道层的ODU子层。由于TCM能监测和管理跨越多个OTN的光信道，TCM是支持波长业务的数字封装的主要功能。

　　下面的例子，描述了TCM在城域和长途运营商的OTN上提供典型的波长业务的应用实例。一个波长业务的ODU通道的性能，可由来自旧金山的光用户A通过当地城域网和跨越州界的长途光网络，经纽约的城域网，最后到达纽约市的用户B进行监测。

　　当ODU连接是从用户网连到旧金山城域网时，TCM1字段被附在ODU开销中的PM字段；当ODU连接穿越长途网络，TCM2字段被附在TCM1成为栈顶（TOS）；当ODU连接到达纽约城域网时，TCM2被删除，TCM1即成为TOS；当ODU连接到达纽约的用户B时，TCM1又被删除，此时可从PM字段中提取端对端的通道监测信息。

类似SONET的功能

　　G.709描述了数字封装如何为光传送网提供类似SONET的功能。由OTS、OMS和OCh子层构成的光网络结构能真正提高光网络互连的效率。设备厂商在其网络中有权使用不同版本的数字封装技术，但是为了将信息传过ONNI，他们必须支持基本的段层功能。专用光网络管理协议（与G.709框架差别很大），增加了运营的复杂性，并最终导致运营成本的增加。

　　希望提供更可靠的电信级光网络的设备制造商从现在起应逐步采用数字封装技术。在网络设计上考虑采用数字封装技术和与领先芯片厂商已建立联系的系统制造商，将很快实现这种新技术所提供的性能。否则，为了支持数字封装技术，他们将不得不重新设计和修改蓝图，包括从硬件设计到网络管理。正在评估光网络的运营商，在选择设备时，应慎重考虑这些因素。

　　数字封装技术，对于现有的电或光的协议具有后向兼容性。支持SONET/SDH和千兆以太网等非DWDM的光网络，能够与数字封装共存于同一物理结构中。运营商能充分利用数字封装来提供误码监测、误码纠错、协议和业务保护（即便原有协议本身不支持这些功能）。

　　数字封装中的FEC允许运营商在任何协议上提供不同层次的业务。ODU层的TCM将能实现跨越几个管理域的网络、段到段的光信道监测和管理。诸如一般通信信道和路径寻迹标识等功能，能够和多协议标签交换协议（MPLS）一起使用，以提供快速和动态的光信道配置。

　　数字封装技术为宽带光传送网提供可靠的管理机制。正如SONET允许80年代的运营商突破T3（45Mbit/s）的带宽瓶颈，今天数字封装技术将允许运营商突破每秒钟千兆比特的带宽瓶颈。现在运营商将能够驾驭快速变化的光网络。

译自《Lightwave》2001.3期《Optical smarts without the legacy baggage》