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城域光网络的演进
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各电信运营商在全国范围内组建了功能强大、结构完整、层次分明的骨干光纤网络后，在每个城市区域内如何根据用户的业务需求决定采用何种技术组建宽带城域网即成为能否赢利的关键。
城域网的发展阶段
综观国内各运营商城域光网络的发展，可以分为以下4个阶段：
1）雏形阶段。在此阶段，SDH设备采用较少的通道透明传送以太网业务，可以为运营商提供远程局域网互联，通常并不对外开展运营，同时，城域WDM仅仅采用背靠背的OTM设备组建环网，整体性能较弱。
2）灵活阶段。此阶段SDH设备已经演化成为符合国际标准的MSTP，除以太网透传功能外，还能提供L2交换以及ATM业务的接入和汇聚，同时，城域WDM已经采用OADM组建环网，具备多业务接入、子波长汇聚、多跨距组合、光层保护等功能。
3）动态阶段。在此阶段，RPR处理功能已经融入MSTP，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的CoS和QoS以及更安全的用户隔离功能。同时，城域OADM/OXC可以综合光交叉和电交叉的处理方式，并可按照G.709 OTN标准对所有客户层信号进行快捷和动态的处理。
4）智能阶段。此阶段在城域光网络中增加了智能化的控制层面，从而可以快速响应业务层的带宽申请，并更多地采用交换式连接来建立SDH电路或波长通道，还能根据实际运营的需要随时拆除、更新或重建路由或通道。为带宽租用和光虚拟专网等提供智能化策略。
城域网的技术演进
具体而言，如何使传统的城域网络过渡到能满足用户的多业务、高效能的城域光网络上，就技术而言我们认为可以通过下列步骤逐步实现：
1）SDH多业务传送平台
SDH多业务传送平台（MSTP）是目前广泛应用的产品。为了适应城域网多业务的需求，SDH从单纯支持2Mb/s、155Mb/s等话音业务接口向支持以太网和ATM等多业务接口演进，将多种不同业务通过VC或VC级联方式映射入SDH时隙进行处理。SDH多业务平台将传送节点与各种业务节点融合在一起，各厂商只是融合程度不同。
MSTP的出发点是将2层或3层的功能作为SDH附加功能来完成的，其对2层或ATM层的处理都是与SDH处理相分离的，但都可以映射到SDH的VC时隙进行重组。从功能上看，MSTP除了具有SDH功能外，还具有2层、MAC层和ATM功能。
MSTP比较适合于已经敷设大量SDH网的运营公司，它可以方便有效地支持分组数据业务，实现从电路交换网到分组网的过渡，适合支持混合型业务特别是以TDM业务为主的混合型业务，同时可以保证网络管理的统一性。
2）弹性分组环技术
正在由IEEE 802.17工作组制定的弹性分组环（RPR）技术，吸收了吉比特以太网的经济性、SDH系统50ms环保护特性。RPR采用类似以太网的帧格式，结合MPLS标记，基于MAC高速交换，简化IP前传。RPR技术可以支持更细的带宽粒度，网络成本较低，可以承载具有突发性的IP业务，同时支持传统语音传送，有比较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。RPR环是在整个环上实现公平机制而不是在单独链路上，容易实行全局的公平机制。服务供应商可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点的速率。带宽策略允许在无拥塞的情况下，把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点，没有SDH那种固定电路系统的不灵活性，同时又比点到点的以太网更加有效。
目前RPR标准尚未完成，其中的一个重要问题是对时钟的透明传输，RPR同步机制与SDH不同，必须确保TDM时钟可以透明传输到对端。第二个挑战来自RPR定义的是一个环网结构下的技术，无法工作在复杂的网络环境下（甚至是环间互联），而实际的城域网络环境则是十分复杂的。
RPR技术适合于以数据业务为主、TDM业务为辅的网络，其应用范围将逐渐扩大，适合于新建网络。
3）城域WDM光网络
WDM技术不仅提高了光纤利用率，而且在业务信号复杂多变的城域网中对信号具有透明性，它可以对从不同设备出来的信号不进行速率和帧结构调整，直接进行透明传输。这可给用户、特别是租用波长的用户以最大的灵活性。同时，不同波长间的信号互不干涉，每个波长都可以自己灵活上下。WDM技术主要应用于城域骨干网。
城域OADM环网可以承载大量客户的多种协议和多种速率的业务，每个波长承载一种业务的方式将很快耗尽波长，为提高每个波长的带宽利用率，应尽量避免低速率业务单独占用一个光波长通道。一种新兴的经济有效的方法是将多个低速率客户信号复用到一个波长信道中，该技术被称为子波长复用，从而实现了每个波长携带多种业务。这种子波长复用器降低了城域网WDM系统的应用门槛，可以直接容纳低速率信号，给组网带来了灵活性。WDM环网解决了两个重要问题：光纤短缺和多业务的透明传输。成本是限制其应用的重要因素，目前它主要用来保护那些SDH还无法保护的业务，如ESCON、Fiber Channel等。
在目前的光网络中，数据业务的提供需要经过4层处理：首先将业务映射进IP包，并以ATM信元封装，然后将ATM信元映射进SDH帧，最后转换为光信号在光网络上传送（采用WDM/DWDM方式）。随着IP业务的飞速发展，这种结构的缺点日益暴露。人们开始研究将ATM层和SDH层从4层结构中剥离出去，将其功能融合到IP/MPLS层和WDM/OTN（光传送网）层中，将IP业务直接在WDM光路上传送（即IP over Optical，目前主要为IP over WDM/DWDM）。在传统的光网络中引入信令控制和动态交换功能，将IP层和光网络层置于同一控制平面下,对光网络实施配置连接管理，在此思想下，一种能够自动完成网络连接的新型网络ASON（自动交换光网络）应运而生。
4）自动交换光网络
ASON是在IP over DWDM基础上发展起来的，底层仍为OTN，主要的不同就是在OTN上引入了控制平面。控制平面通过信令交换完成对传送平面的动态控制。控制平面的引入带来了以下好处：
● 迅速实现业务提供，允许网络资源动态分配路由和带宽；
● 容易管理，业务提供者无需为新的传输技术系统的配置管理而开发维护操作支持系统软件；
● 具有扩展的信令能力，增加了补充业务；
● 在出现故障时可实现快速的保护与恢复，比通常的传送网节省了冗余容量和资源；
● 控制平面的协议比管理平面的协议有更丰富的原语组，可用于各种传输技术。
当然，传统光网络在向两层结构（IP层和光网络层）的过渡中，需要有一种统一的资源控制方法来实现两个层面间的有机组合。控制协议该如何选择？考虑到IP网络的智能性，可以把IP网络中的部分协议经适当扩展后引进来。目前，ASON使用的协议主要有：在选路上使用OSPF、IS-IS（域内）、BGP（域间）等，其中OSPF在实际应用中由于都选择最短路径链路作为其传输链路，可能会造成某一条链路出现拥塞的情况，所以建议使用受限最短路径优先（CSPF）协议。另外，为节省标签资源，IETF开发了LMP（链路管理协议），以实现链路的识别和捆绑，此协议还可用于自动连接与业务的发现。在信令上可使用带有流量工程能力的RSVP-TE（资源预留协议）、CR-LDP（受限标签分配协议）和MPLS、GMPLS等。
用MPLS和GMPLS实现统一
传统光网络向下一代光网络演进的本质就是要实现分组与光的融合。传统的IP网络只能提供尽力而为的业务，QoS和流量管理难以保证，但它简单灵活，具有较高的智能性，并且成本低廉。因此在下一代光网络中，需要对这两种网络进行无缝融合，充分利用光网络的巨大带宽和IP网络的智能性，建立一个经济高效、灵活、可扩展和支持QoS的智能化光传送网络。
在现有的光网络上增加一层控制平面，用来为用户建立连接、提供服务和对底层进行控制，以提高网络的运营效率，实现IP网络与光网络的互联互通。为此，人们提出将MPLS作为光网络的控制平面，主要基于以下的考虑：
● MPLS与光网络的工作原理及过程，OXC与标签交换路由器（LSR）之间、OCT（光信道路径）与LSR之间存在相似之处；
● 可以利用现有大量成熟的MPLS协议、硬软件资源和经验，从而节省开发新控制平面和信令所投入的时间和资金；
● 可以在IP路由器上最终实现DWDM，从而提高网络容量，为建立下一代光网络铺平道路；
● 下一代光网络的数据业务主要为IP业务，如果开发一个非IP控制平面，将会使光网络层的控制平面与客户层的控制平面相分离，不利于网络的融合。
为了使MPLS适应时分复用、波分复用等不同的应用环境，以支持在电路交换网中建立连接，IETF对MPLS中标签的概念和形式进行了相应的扩展，将时分系统和空间交换系统涵盖了进来，推出了通用标签交换——GMPLS。
与MPLS相比，GMPLS增加了很多新功能：
1、时隙、虚通道和波长等均可作为标签。GMPLS所管理的对象不仅是分组，还可以是FR、ATM、SDH和WDM等，且这些设备上的接口还可以细分为PSC（分组交换功能）、TSC（TDM交换功能）、LSC（波长交换功能）和FSC（光纤交换功能）等多种类型。
2、可以为离散单位分配带宽，因为时隙、波长和光纤等都是离散单位。
3、具有下行按需标签分配和使用上行标签的双向LSP建立能力，并且可以通过从上游节点向下游节点传送建议标签来简化倒换过程、减少双向LSP的建立时延。
4、可以设置标签组，以缩小下游标签的选择范围。
5、在选路邻接上附加了转发邻接。
当然，在引入GMPLS控制平面后，对传统数据通信网络（DCN）也提出了新的要求，特别是电路交换网络。首先，DCN必须保证能为控制器之间提供控制信息的传送，能够直接或间接地为两个LSR提供交换控制信息的信道；其次，所提供的信道必须是可靠的、安全的；最后，DCN必须支持IP，且必须具有较高的可靠性和QoS，以避免用户数据业务出错而影响控制数据，确保控制信息的顺利发送。
作者：杨霖 中国网通研究院 陈朝辉 广东电信佛山市分公司 来源：光波通信
城域网的发展阶段
综观国内各运营商城域光网络的发展，可以分为以下4个阶段：
1）雏形阶段。在此阶段，SDH设备采用较少的通道透明传送以太网业务，可以为运营商提供远程局域网互联，通常并不对外开展运营，同时，城域WDM仅仅采用背靠背的OTM设备组建环网，整体性能较弱。
2）灵活阶段。此阶段SDH设备已经演化成为符合国际标准的MSTP，除以太网透传功能外，还能提供L2交换以及ATM业务的接入和汇聚，同时，城域WDM已经采用OADM组建环网，具备多业务接入、子波长汇聚、多跨距组合、光层保护等功能。
3）动态阶段。在此阶段，RPR处理功能已经融入MSTP，可以实现以太网带宽的统计复用、公平的带宽分配、更加严格的CoS和QoS以及更安全的用户隔离功能。同时，城域OADM/OXC可以综合光交叉和电交叉的处理方式，并可按照G.709 OTN标准对所有客户层信号进行快捷和动态的处理。
4）智能阶段。此阶段在城域光网络中增加了智能化的控制层面，从而可以快速响应业务层的带宽申请，并更多地采用交换式连接来建立SDH电路或波长通道，还能根据实际运营的需要随时拆除、更新或重建路由或通道。为带宽租用和光虚拟专网等提供智能化策略。
城域网的技术演进
具体而言，如何使传统的城域网络过渡到能满足用户的多业务、高效能的城域光网络上，就技术而言我们认为可以通过下列步骤逐步实现：
1）SDH多业务传送平台
SDH多业务传送平台（MSTP）是目前广泛应用的产品。为了适应城域网多业务的需求，SDH从单纯支持2Mb/s、155Mb/s等话音业务接口向支持以太网和ATM等多业务接口演进，将多种不同业务通过VC或VC级联方式映射入SDH时隙进行处理。SDH多业务平台将传送节点与各种业务节点融合在一起，各厂商只是融合程度不同。
MSTP的出发点是将2层或3层的功能作为SDH附加功能来完成的，其对2层或ATM层的处理都是与SDH处理相分离的，但都可以映射到SDH的VC时隙进行重组。从功能上看，MSTP除了具有SDH功能外，还具有2层、MAC层和ATM功能。
MSTP比较适合于已经敷设大量SDH网的运营公司，它可以方便有效地支持分组数据业务，实现从电路交换网到分组网的过渡，适合支持混合型业务特别是以TDM业务为主的混合型业务，同时可以保证网络管理的统一性。
2）弹性分组环技术
正在由IEEE 802.17工作组制定的弹性分组环（RPR）技术，吸收了吉比特以太网的经济性、SDH系统50ms环保护特性。RPR采用类似以太网的帧格式，结合MPLS标记，基于MAC高速交换，简化IP前传。RPR技术可以支持更细的带宽粒度，网络成本较低，可以承载具有突发性的IP业务，同时支持传统语音传送，有比较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。RPR环是在整个环上实现公平机制而不是在单独链路上，容易实行全局的公平机制。服务供应商可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点的速率。带宽策略允许在无拥塞的情况下，把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两个节点，没有SDH那种固定电路系统的不灵活性，同时又比点到点的以太网更加有效。
目前RPR标准尚未完成，其中的一个重要问题是对时钟的透明传输，RPR同步机制与SDH不同，必须确保TDM时钟可以透明传输到对端。第二个挑战来自RPR定义的是一个环网结构下的技术，无法工作在复杂的网络环境下（甚至是环间互联），而实际的城域网络环境则是十分复杂的。
RPR技术适合于以数据业务为主、TDM业务为辅的网络，其应用范围将逐渐扩大，适合于新建网络。
3）城域WDM光网络
WDM技术不仅提高了光纤利用率，而且在业务信号复杂多变的城域网中对信号具有透明性，它可以对从不同设备出来的信号不进行速率和帧结构调整，直接进行透明传输。这可给用户、特别是租用波长的用户以最大的灵活性。同时，不同波长间的信号互不干涉，每个波长都可以自己灵活上下。WDM技术主要应用于城域骨干网。
城域OADM环网可以承载大量客户的多种协议和多种速率的业务，每个波长承载一种业务的方式将很快耗尽波长，为提高每个波长的带宽利用率，应尽量避免低速率业务单独占用一个光波长通道。一种新兴的经济有效的方法是将多个低速率客户信号复用到一个波长信道中，该技术被称为子波长复用，从而实现了每个波长携带多种业务。这种子波长复用器降低了城域网WDM系统的应用门槛，可以直接容纳低速率信号，给组网带来了灵活性。WDM环网解决了两个重要问题：光纤短缺和多业务的透明传输。成本是限制其应用的重要因素，目前它主要用来保护那些SDH还无法保护的业务，如ESCON、Fiber Channel等。
在目前的光网络中，数据业务的提供需要经过4层处理：首先将业务映射进IP包，并以ATM信元封装，然后将ATM信元映射进SDH帧，最后转换为光信号在光网络上传送（采用WDM/DWDM方式）。随着IP业务的飞速发展，这种结构的缺点日益暴露。人们开始研究将ATM层和SDH层从4层结构中剥离出去，将其功能融合到IP/MPLS层和WDM/OTN（光传送网）层中，将IP业务直接在WDM光路上传送（即IP over Optical，目前主要为IP over WDM/DWDM）。在传统的光网络中引入信令控制和动态交换功能，将IP层和光网络层置于同一控制平面下,对光网络实施配置连接管理，在此思想下，一种能够自动完成网络连接的新型网络ASON（自动交换光网络）应运而生。
4）自动交换光网络
ASON是在IP over DWDM基础上发展起来的，底层仍为OTN，主要的不同就是在OTN上引入了控制平面。控制平面通过信令交换完成对传送平面的动态控制。控制平面的引入带来了以下好处：
● 迅速实现业务提供，允许网络资源动态分配路由和带宽；
● 容易管理，业务提供者无需为新的传输技术系统的配置管理而开发维护操作支持系统软件；
● 具有扩展的信令能力，增加了补充业务；
● 在出现故障时可实现快速的保护与恢复，比通常的传送网节省了冗余容量和资源；
● 控制平面的协议比管理平面的协议有更丰富的原语组，可用于各种传输技术。
当然，传统光网络在向两层结构（IP层和光网络层）的过渡中，需要有一种统一的资源控制方法来实现两个层面间的有机组合。控制协议该如何选择？考虑到IP网络的智能性，可以把IP网络中的部分协议经适当扩展后引进来。目前，ASON使用的协议主要有：在选路上使用OSPF、IS-IS（域内）、BGP（域间）等，其中OSPF在实际应用中由于都选择最短路径链路作为其传输链路，可能会造成某一条链路出现拥塞的情况，所以建议使用受限最短路径优先（CSPF）协议。另外，为节省标签资源，IETF开发了LMP（链路管理协议），以实现链路的识别和捆绑，此协议还可用于自动连接与业务的发现。在信令上可使用带有流量工程能力的RSVP-TE（资源预留协议）、CR-LDP（受限标签分配协议）和MPLS、GMPLS等。
用MPLS和GMPLS实现统一
传统光网络向下一代光网络演进的本质就是要实现分组与光的融合。传统的IP网络只能提供尽力而为的业务，QoS和流量管理难以保证，但它简单灵活，具有较高的智能性，并且成本低廉。因此在下一代光网络中，需要对这两种网络进行无缝融合，充分利用光网络的巨大带宽和IP网络的智能性，建立一个经济高效、灵活、可扩展和支持QoS的智能化光传送网络。
在现有的光网络上增加一层控制平面，用来为用户建立连接、提供服务和对底层进行控制，以提高网络的运营效率，实现IP网络与光网络的互联互通。为此，人们提出将MPLS作为光网络的控制平面，主要基于以下的考虑：
● MPLS与光网络的工作原理及过程，OXC与标签交换路由器（LSR）之间、OCT（光信道路径）与LSR之间存在相似之处；
● 可以利用现有大量成熟的MPLS协议、硬软件资源和经验，从而节省开发新控制平面和信令所投入的时间和资金；
● 可以在IP路由器上最终实现DWDM，从而提高网络容量，为建立下一代光网络铺平道路；
● 下一代光网络的数据业务主要为IP业务，如果开发一个非IP控制平面，将会使光网络层的控制平面与客户层的控制平面相分离，不利于网络的融合。
为了使MPLS适应时分复用、波分复用等不同的应用环境，以支持在电路交换网中建立连接，IETF对MPLS中标签的概念和形式进行了相应的扩展，将时分系统和空间交换系统涵盖了进来，推出了通用标签交换——GMPLS。
与MPLS相比，GMPLS增加了很多新功能：
1、时隙、虚通道和波长等均可作为标签。GMPLS所管理的对象不仅是分组，还可以是FR、ATM、SDH和WDM等，且这些设备上的接口还可以细分为PSC（分组交换功能）、TSC（TDM交换功能）、LSC（波长交换功能）和FSC（光纤交换功能）等多种类型。
2、可以为离散单位分配带宽，因为时隙、波长和光纤等都是离散单位。
3、具有下行按需标签分配和使用上行标签的双向LSP建立能力，并且可以通过从上游节点向下游节点传送建议标签来简化倒换过程、减少双向LSP的建立时延。
4、可以设置标签组，以缩小下游标签的选择范围。
5、在选路邻接上附加了转发邻接。
当然，在引入GMPLS控制平面后，对传统数据通信网络（DCN）也提出了新的要求，特别是电路交换网络。首先，DCN必须保证能为控制器之间提供控制信息的传送，能够直接或间接地为两个LSR提供交换控制信息的信道；其次，所提供的信道必须是可靠的、安全的；最后，DCN必须支持IP，且必须具有较高的可靠性和QoS，以避免用户数据业务出错而影响控制数据，确保控制信息的顺利发送。
作者：杨霖 中国网通研究院 陈朝辉 广东电信佛山市分公司 来源：光波通信
