智能光网演进策略

　　现代光网络诞生于1988年。当时新制定的SDH标准不仅提供了统一的光接口规范，而且定义了对光信号质量的远程监控，故障定位和远程配置等重要的网络管理功能。这在当时是一种革命性的概念，该技术得到了众多电信运营商的喜爱，并对此技术进行了大规模投资。

　　与此同时，SDH技术也提供了进行多厂家设备及网络互联的通用接口(称为Q接口)。该通用接口技术也提供了一种很有前途的统一网络管理系统的解决方案，从而可以帮助运营商显著降低其总体运营成本(O PEX ) 。目前，这种标准管理接口的技术已投入使用，并且可以提供了统一的网管平台。举例来说，目前阿尔卡特公司的网管系统可提供一个统一的网络层管理器，对包括其DWDM、光复用器、光中继器和交叉连接系统等设备在内的所有网元进行统一管理。通过此种方式，运营商可以实现在一个统一平台上用简单快捷的点击的方式来配置管理全网络。然而，其他厂商从未实现过此目标。尽管市场需要这样的统一网管的解决方案，然而，某些厂商依然想方设法避免在网管系统上过多投资，他们往往更注重网元本身的开发。这种情况在北美 SONET 市场上尤为突出。迄今为止，在 SONET 网中建立端到端的交叉连接依然是一件极其耗时费力的工作。此外，尽管阿尔卡特公司取得了一些成功的经验，然而，多厂商之间的协调和运营商本身运营维护机制等诸多因素最终导致了多厂商之间的网管系统集成仍然是一个难以克服的问题。

　　同时，运营商也面临着如何更有效地管理配置其网络资源的难题。通常，所有大运营商都拥有一个其专用的独立数据库，该数据库存储着其网络的资源信息，例如线缆、管道、电源和机房等全部数据资料。一般，该数据库都由专门的部门管理，以便对网络资源进行手工的规划和设计。然而，网络管理系统也有相应的数据库，这些数据是由网络本身提供的。由于两个数据库独立，因此如何保证这两个数据库的一致性也给运营商的日常工作带来了麻烦，为此，运营商必须建立一套复杂严格的体制。当然，如果借助一个统一的强大的网管系统，问题就可以迎刃而解。

　　市场正呼唤着一个新的技术手段来解决这些难题。为此，人们开始提出可以借鉴交换网络中的通用信令协议的模式来最终实现在多厂家网络环境中用统一的方式配置通道和带宽，同时保持统一的网络资源数据库。这一倡议主要由北美的一些运营商推动。正如上所述，采用 SONET 技术的运营商最终发现在没有强大网管的环境下，即使配置一条简单的通道也是一件极其烦琐的任务。在当前竞争激烈的通信市场上，“即时提供”服务已经成为区别于其他竞争者的关键优势。因此，市场强烈推崇定义一种通用的方法来实现网络层的配置控制。另外，随着网络中数据业务的急速增长，人们正在考虑在未来核心光网络中引入动态和自动化程度更高的网络配置方式，或称“网络智能”，以满足数据/互联网的无法预测的动态特性。这将充分提高网络的资源利用率，从而降低网络成本。

　　由于此项工作目前主要着重研究IP业务和未来光网络间的互相协调机制，因而又被叫作“IP光网络”或“智能光网”。那些目前没有强大网管系统的运营商希望通过应用此方式把他们从痛苦的运营维护工作中解脱出来，而拥有了强大网管系统的运营商也希望采用其动态自动调度带宽等功能来提供诸如“按需分配带宽”和“光VPN”等新型增值业务。

　　当前，许多国际标准化组织都加入到这一领域的研究工作中。OIF的UNI接口协议和IETF GMPLS是其中最为著名的例子，当然，ITU-T的G. ason/G.astn也非常有名，然而，目前ITU-T仍然停留在定义和制定体系结构阶段，而OIF和IETF则更侧重于新一代“智能光网”的具体实现协议的制定上。本文试图探讨如何在现有传输网中引入这些新技术的有关问题。

　　MPLS， MPLam bda S 及 GMPLS

　　几年前，IP骨干网主要是由网络边缘路由器进行IP选路，在网络核心采用ATM交换技术。随着网络的不断扩大，ATM的扩展能力开始制约网络的发展，同时，传统IP路由器逐跳传递数据包的方式效率也较低下。标记交换技术MPLS开始出现，该技术试图在IP无连接环境中引入诸如LSP(标记交换通道)等面向连接的方式。通过这种方式，人们可以利用诸如流量工程(Traffic Engineering)等先进的技术全面优化IP网络资源。同时，MPLS也试图在尽力而为(best effort)的IP网络中引入QoS机制。不幸的是，IETF对MPLS协议的制定工作耗时过长。使该项技术并没有在IP网络中得到大规模的应用。然而，可以确信，该技术将最终代替ATM技术，成为未来IP网络的核心支撑技术。

　　随着全球数据业务的大规模发展，未来光传输网络将会主要乘载数据业务，而非传统的语音业务， IP QoS和流量工程等概念开始被引入到新一代的光网络设计中。同时，MPLS技术的核心思想---统一的信令控制机制开始在整个业界流行起来---人们开始考虑把MPLS控制机制已经取得的成果应用到当前的“智能光网”中。这一由IETF倡议的技术最初被称为MPLambdaS，最后IETF将其命名为GMPLS - --通用多协议标记交换。 GMPLS 将在业务层和传送层间建立一个统一集成的控制系统。根据 GMPLS 的体系结构，当前的网络可以在功能上被划分为一个数据/传送网络(即物理网络，通常指设备网络)，一个控制网络(即 GMPLS 信令)和一个管理网络(即目前被广泛应用的网管系统)。

　　目前，未来的网络将乘载多种业务和协议，怎样确保特定的协议在这种多业务共存的环境下仍能被有效统一的控制，正是 GMPLS 要解决的问题。试想一下，某个网络设备与纷繁众多的用户相连，这些用户所采用的传输手段和业务特性不同，所使用的协议也各不相同(Ethernet，SDH，ATM，等等)。最简单轻松的方法当然是用光纤把用户的数据透明地传输，终端用户可以自由地选择适合他们的协议栈类型。但是这种情况下，要想自由通信，任何一个终端用户都必须能够理解全部的协议栈类型，他们必须有能力解析任何协议类型的数据，伴随着时间的增长、网络厂商的变化、协议栈类型和版本的变更，没有人能预测这种局限会蔓延成什么程度。

　　所以问题的关键是怎样在中间节点实现协议的转换，使终端用户能自由的通信。直到现在，这种协议的转换还是在网络的接入边沿实现的。比如在SDH或ATM设备上配置以太网接口，这种接口实现了IPover Ethernet和IPover SDH(POS)转换(这两种接口协议基本上是多数远程用户所采用的协议)。，这种方式需要在网络的边沿做许多的工作。有了GMPLS 会变成什么样子呢？GMPLS希望建立一个统一的控制平面，最终实现终端用户可以首先将业务透明的传输至集中处理局站(POP) ，然后由 GMPLS 控制机制将业务按需连接到适当网络层面的业务交换点实现协议的转换，也就是说，GMPLS将最终实现网络在多个网络层面上(业务层，传输层等)灵活的协议转换和业务路由，也可以说网络具有了智能化。在这种网络结构中，运营商只需关注自身网络的主干端局或集中处理局站，无需了解每个终端用户的详细情况，由此带来的成本节省是非常可观的。同时，在这样的网络中，向用户提供任何类型的业务都变得简单易行。当然，如何实现这一目标可以被看作是 GMPLS 的最终任务，仍需要深入的研究。

　　目前， GMPLS 技术研究的重点在于如何实现动态的按需配置带宽，例如网络内部的路由和信令技术。尽管MPLS已经有了较成熟的协议可供借鉴，然而，GMPLS的路由和信令将涉及光物理层面，不同于MPLS，如何定义波长号，光纤，设备端口仍需要制定一个统一的新规则，同时，考虑到未来新业务的发展，在路由协议中也应该提供一种机制来保证所选择的路由满足运营商所提供的业务服务质量。所有这些都需要制定一整套标准的协议。目前IETF等组织正在制定针对GMPLS的路由协议(基于RSVP/CD-LDP)，信令协议(基于OSPF/IS-IS)以及链路控制协议(LMP)。

　网络的演进

　　对于运营商来说，GMPLS可以提供一套统一的多厂商多业务的控制机制，从而使全网灵活调度和控制成为可能。另外，传统的IPover　WDM结构需要过度建造光网络(overbuild)，致使网络建设成本据高不下，而采用GMPLS等智能光网技术，可以实现两个层面的协同工作，从而可以跳过了许多不必要的中间处理过程，网络建设成本可以实现大规模降低。同时，智能光网将采用更为灵活的网状网结构作为其基本网络结构，使路由和网络恢复能力最优化，比较传统环网，网络成本可以被进一步降低。所以，这种新一代的网络设计思想一经面世，就受到运营商的推崇。

　　然而，基于信令方式的 GMPLS 能解决所有的问题吗？答案并不是完全肯定的。首先，要使两台设备在额外的协议上实现自由互通，并不很简单。首当其冲的是如何建立统一标准的信令网，另外，这种方式是否可以真正实现电信级的网络还有待检测，特别是采用分布式的全自动方式后，如何保证网络的稳定性和可靠性仍有待研究。同时，如何使这项技术与运营商本身的运营体制相匹配也是一个重要的问题。

　　运营商已经拥有了庞大的传输网络，如何即保障现有投资，又引入诸如动态自动带宽调度等新功能，逐步向基于诸如 GMPLS 的光交换网络演进已经成为了一个重要的课题。另外， GMPLS 等技术目前正方兴未艾，标准化程度还没有全面完善，也给运营商决定何时以及如何实现网络演进带来了困难。

　　智能光网被提出之初，通常认为智能应该采用分布式方式来实现，但随着时间的推移，先集中后分布的智能光网发展策略被逐渐提出，并开始为众多的运营商接纳。特别是在考虑目前网络的现状和演进策略时，先采用集中智能系统，待分布式智能技术(例如 GMPLS 信令)和设备成熟和标准化后，再逐步在网络中引入。这种方式带来的直接好处是为兼容现有网络提供了可能。例如，一个强大的网管系统可以成为提供网络智能的有力平台，可以由网管系统提供标准的UNI(例如OIF-UNI)接口给业务层，从而实现两个层面的协同工作，提供带宽的动态自动配置等智能光网功能。这样，全网络现有的设备都可以被纳入智能光网范畴，这种方案再次拓展了最初的智能光网概念，使运营商可以提供由2Mb/s ，34Mb/s ，155Mb/s直到10Gb/s甚至波长的动态灵活配置。当然，随着 GMPLS 等技术的成熟，在未来的智能光网中，带宽配置的工作可能会最终由信令网来实现，但现存网络的带宽配置仍可以通过网管系统来实现。可以说未来两种方式将并存，只要这样才可能保证全网的端到端配置。最终，如果全网实现了 GMPLS ，网管系统将演变成网络资源的管理监控系统，提供诸如网络性能，故障处理和资源监控等功能。可以说，在未来传输网中引入信令并不是说要取消网管的作用，相反，这两者实际上是相辅相成的，信令方式的出现主要代替传统电路配置工作，当然其革命性的创举是实现了一个全新的网络体系结构。而网络管理系统将最终成为网络监控与资源管理系统，再未来智能光网络中发挥必不可少的重要作用。

　　结论

　　运营商正为网络中的多厂商网络互通而大伤脑筋时，智能光网技术应运而生，该技术将使业务层(例如IP)和传送层(例如光层)能够实现协同工作，从而大规模降低网络投资和运维成本。 GMPLS 等新协议新技术的标准都正在紧锣密鼓的制定当中。然而对于运营商来说，如何把这些新技术与现有光传输网络平滑结合，既建立起新的网络结构，又充分利用现有资源，是运营商制胜的关键。本文推荐先采用集中智能实现 GMPLS 功能，待诸多新技术成熟稳定后再逐步采用的策略，使运营商可以迅速获得新网络体系和新技术带来的裨益，又最大限度的减少初期投资成本，从而最终获得竞争优势。

摘自《通信产业报》2002.4.17