现代光网络的演进趋势

□田 雨
　　当前，光网络的演进呈现出两个趋势，第一个趋势是光网络由原来的只能提供固定传输通道的点到点网络向能够根据需要提供动态传输通道的智能网络发展，这一变化的实质是从原来的通道手动控制向自动控制发展，原有的网络管理平台发展为网络控制平台；第二个趋势是：原来的网络是不透明的，网络中包含着许多波长的点到点的连接，每一个波长的通道都要在终端进行光电变换，在电域进行处理，随着光器件的飞速发展，这种不透明的网络正在向全光网络发展，这种全光网络的端到端通信主要在光域上进行。以上所列的发展趋势具体有以下几个方面。

　　一、从静态到动态的趋势

　　第一代光网络采用静态的点到点波分复用（WDM）系统来增加带宽，这种光网络被广泛地应用于长途骨干网传输，可以提供数十个波长的OC-48（2.5Gbit/s）或OC-192（10Gbit/s）的信号通道。该光网络采用静态的通道分配技术，在两点间提供固定的传输通道。

　　下一代光网络是智能光网络（ION），它利用光交换提供动态的点到点连接，ION可以快速地为两点之间提供端到端的链路连接，这种连接的带宽范围可以从STM-1直到STM-64，这极大地改变了以往通信服务的特性，刺激了带宽利用的发展。同时，这种方式可以有效地降低运营费用，通信链路的建立和拆除可以在数秒或者数分钟内完成，缩短了通信链路建立时间。

　　二、从电域到光域的趋势

　　智能光网络（ION）的关键在于它可以为服务层提供功能强大的、易于维护管理的低成本光网络。光网络层包括高效稳定的线路系统、光交换阵列和可调谐器件等功能模块，这些功能模块组合在一起就形成了可以提供灵活链路的光层网络，其中，高效稳定的线路系统能够为相距数千公里的两个城市之间提供兆比特级的全光数据通道，与传统的线路系统相比，该线路系统几乎没有电中继，所以这种线路系统具有易操作及成本低等优点。

　　光交换换阵列的发展方向也是全光化，它完成单路光信号或者一组光信号甚至整根光纤信号的倒换。可调谐的光源、光滤波器和光接收器可以提供灵活的选择性，有效地简化系统结构和降低运营成本，这些可调谐器件通过固定的再生器来指派波长资源，同时尽量降低波长阻塞的概率。目前，2.5Gbit/s和10Gbit/s传输速率的、适用于长距离传输的可调谐光源及光接收器已经可以商用。

　　三、从电交换到光交换的趋势

　　运营商要求光交换部件具有方便的可测试性、低廉的价格和便捷的可维护性等特点。所以，目前出现的光交换器的特性包括：既可以支持各种速率和业务的单个波长的信号，又可以交换包含很多波长信号的复合信号。

　　从技术的角度来讲，随着全光网络技术及光交换器件的发展，无电中继距离达3000km的光传输系统已经可以提供商用，光交换技术已经发展成熟，市面上可以提供具有高度可靠性和可维护性的光交换器件。另外，有关如何提供具有快速的链路建立和拆除特性的控制层协议的建设也取得了长足的进步。所有的这一切都为光交换的发展奠定了雄厚的基础。

　　四、从管理平台到控制平台的趋势

　　管理和控制网元是智能化网络的另外一个重要的部件，控制平台能够在几秒内自动完成端到端链路的建立、维持以及拆除。采用这种控制平台，运营者可以根据业务需求快速地提供路由并进行服务，通常，在算法方面，人们采用了与这一应用相似的协议，例如可以采用应用于Internet的相关路由协议。该控制平台包括以下几个方面的技术。

　　1. 管理维护信道

　　管理维护信道有带外及带内两种体制，在实际应用中最好采用带外的方式，这种方式的好处在于它可以方便地控制如SDH/SONET、IP、ATM、吉比特以太网等不同种类的设备，还可以兼容光交换阵列和非透明的光电交换网络。另外，带外方式还可以根据需求的不同采用适当的带宽。例如，如果采用10Mbit/s以太网不能满足要求，我们可以采用100Mbit/s以太网甚至吉比特以太网（Gigabit Ethernet）来构成管理维护通道。

　　2. 一种能够快速建立和拆除端到端链路的信令协议

　　可以采用现有的应用于Internet领域的RSVP或CR-LDP协议以及应用于电话网络的SS7协议来实现这一功能。

　　3. 一种分布式的数据库拓扑结构

　　这里可以采用Internet中实现最短路径优先算法的拓扑结构。

　　4. 一种能够为信令和路由提供快速恢复的复原机制

　　随着新业务需求的增加，各种各样的光纤信号的连接更加频繁，这就需要控制平台能够同时管理多种类型的电路，要求它既能管理非透明的光电交换网络又能管理全光交换网络；既支持单向传输，又支持双向传输；同时，要求控制平台对建立的光路具有可测量性，并可以灵活地上下光路，还可以方便地升级。

　　控制平台还应该具有管理的作用，管理功能包括网元管理和网络管理两大部分，其作用有：参与提供光路由，对网络的性能进行监测以了解服务的质量，为维修提供故障定位，帮助运营者配置网络资源的模块。将来，控制平台还应该补充带有分布式信令和路由协议的管理平台，以便于能够提供诸如事件驱动和日历驱动等客户驱动方式的光路接通的应用。

　　五、连接平台的光交换

　　由于核心网上传输的信息带宽颗粒大小不一，因此，带宽的管理应该分别在几个级别进行，为不同的信息带宽颗粒提供相应不同的带宽。在核心网内部，通信的管理通常是在光路上进行的。对于一个节点来说，大量的信号只是经过该节点，而不是终止于该节点，对于这些信号，网络会优先处理，让它们直通过去。随着网络中传输节点的增加，对一组波长甚至整条光纤进行波长管理的需求变得越来越迫切。完成这一功能的部件叫做光交叉连接器（OXC），它的作用是在不同的层面上对信号进行大规模的交换。OXC包括以下两种类型。

　　纯光OXC：这种OXC不受光纤信号的比特率及业务种类的限制，能够交换单波长信号、复合波长信号或整根光纤的信号，通常称这种OXC为光子交换（PXC），它不适合用于交换速率小于传输速率的信号。

　　另外一种是采用电开关构造的OXC，它用于交换低速的信号。它把接收到的光信号通过光电转换变成为一路高速的电数据流，然后把高速的电数据流解复用成为许多低速的信道。这些低速的信道通过电OXC连接到相应的路由上，然后再把低速的信道复用成为高速数据流，并且调制到一个光波长上去。

　　六、IP Over DWDM的发展

　　众所周知，下一代通信网将会有更多的IP业务，所以，业界关于IP Over DWDM的呼声也越来越高，相关的标准和方案日趋完善。实现途径之一是把IP路由器直接接到WDM设备，在这种情况下，IP路由器不但承担着源端和终端信号路由算法的实现，而且还要对所有的直通信号进行处理。然而，至少对于大容量的骨干网来说，不适合于采取这种方案，其原因有四方面。

　　IP路由器的容量远远小于PXC的容量。一个高端路由器可以接入16路OC-192信号，而一部PXC可以处理高达1000路的OC-192直通信号，显然，随着技术的进步，PXC可以处理更多的OC-192信号，如果采用把IP路由器直接接入到WDM设备的方案的话，必须得采用大量的路由器来处理直通信号。所以，采用IP路由器处理直通信号的每端口平均费用将会远远大于采用PXC来处理直通信号的每端口平均费用。

　　IP路由器的体积远远大于PXC的体积。一个可接入16路OC-192（160Gbit/s）的路由设备占用1个机架的位置，而一个1000端口的PXC仅仅占用3个机架的位置。

　　由于在IP路由器中会采用大量的缓存器，这将会在中间接点处引入较大的随机延时，难于保证信号传输的实时性要求。

　　采用IP路由器来处理直通信号将比采用PXC浪费更大的功耗。

　　基于以上原因，路由器最好只用来处理源端和终端的信号，而直通信号交由PXC设备来处理。

　　需要注意的是，采用PXC来处理直通信号的方案有一个问题，即目前的路由器都提供了OC-192接口，根据以上方案，这些OC-192接口只用来处理源端和终端的信号的话，因为在任意两个路由器之间不可能有OC-192那么大带宽的源端和终端信号的需求量，所以会造成带宽的极大浪费。一种较好的解决方案是对现有的路由器产品进行改造，在路由器上采用信道接口，其作用是将信号进行分类，把那些直通信号交由PXC来处理，而自身只处理源端和终端信号。

摘自《通信世界》2002.14期