智能光网络在美国的最新发展

    为保障数据传输品质、满足电信用户需求，美国国家科学基金会联合超级计算机网络公司和NationalLambdaRail公司进行相关实验，在智能光网络中引入光波自律技术。目前，美国采用光波自律技术的智能光网络已投入商用，并引起业界的广泛关注。

    目前，IPTV及视频下载业务在美国发展的红红火火，互联网的应用导致用户对带宽需求越来越大，促使美国尽快建设下一代互联网（IPv6）。并且，美国HDTV也取得长足进展（有线电视公司和电信公司都在力推HDTV）。但是，在互联网中传输IPTV，利用流媒体技术常会出现图像流停顿现象，类似数据通信中的瞬断。为了保障高品质的图像传输，人们常常采用资源预留技术保障通信效果，而在实际应用中，互联网上的话务量是很难预估的。

    为解决这个难题，美国在2006年进行了光波长容量自动调整技术试验工程，把经由光交叉连接设备上的两个路由器间的链路层链路进行调整，使其流出、流入的数据流依据应用实际的话务量大小自行对波长容量进行调整，达到平衡话务量的目的，以满足光IP网的发展需求，藉以提高网络的方便性和经济性，为IPTV、HDTV和其他视频大发展以及IPv6网络建设奠定基础。该项工程由美国国家科学基金会赞助，并由超级计算机网络公司和NationalLambdaRail公司主持，现已取得新的进展。

    新技术产生背景

    将IP由全光网络承载并通过资源预留技术，以保障电信用户的需求，这需要网络既能保障通信质量又方便易用。在这种情况下，GMPLS（通用多协议标签交换）技术应运而生。

    GMPLS技术具有开放式7层结构，能够进行点对点的波长容量设定和消除。该技术通过对用户应用的波长容量进行资源预留，并依据预留利用状况对波长进行控制，其技术框图如图1所示。

    IP由全光网络承载主要由光交叉连接设备、路由器（L2/L3链路层/网络层)等设备以及一些控制管理设备来承担。网络资源管理系统依据应用地需求，由超级程序机得到波长预留通知对波长进行预留工作，进而同光交叉连接设备和具备GMPLS协议的L2/L3设备联合实现对波长容量的设定和消除。这是目前世界上智能光网络普遍采用的技术。

    资源预留技术虽然能解决业务发展的需求，但互联网中的话务量变化是很难预测的，预先进行预留的网络资源不一定会与发展相吻合，因此常常会产生预留资源（链路）超出或是不足的问题，人们迫切需要更好的办法，让网络中通路的安排能够根据话务量的变化自动进行变动，这就是光波长自律技术要解决的问题，也是人们长期追求的目标。

    网络经营者在用户实际使用之前要想确切地估计到通信状况，特别是话务量状况和容许时延等技术指标是非常困难的，因此，网络经营者对波长容量作确切地预留是非常不容易办到的。另一方面，从应用自身来看，通过对实际通信状况进行监视，并根据监视结果对预留波长进行调整，目前技术上还达不到这种水平，即网络控制机能还做不到这一点。

    这样，只能通过对实用中的通信状况地监视，让网络自身具备适当的波长需求判断能力，并据此进行波长调整，这就是当今网络控制技术的发展目标，即波长容量自律调整技术，美国最近进行了这方面的工程实验。

    美国试验网介绍

    试验线路由芝加哥开始，途经西雅图市、洛杉矶市，最终到达圣地亚哥市。芝加哥到圣地亚哥市之间，一条光纤线路上承载的信息量是10Gbit/s(图2中实线部分)，现在要在此基础上，依据话务量变化，自动增加一条光纤线路(图2中虚线部分)，使承载的信息量加大一倍；或者依据话务量需要自动再把这条增加的光纤线路撤除掉。试验网线路图如图2所示。

    芝加哥市安装了2台光交叉机和1台L2/L3设备（即路由器），圣地亚哥市安装了1台光交叉机和1台L2/L3设备，上述3台光交叉机构成三角形配置；L2/L3设备到SAGE发信侧(SAGETx)间，以及L2/L3设备到SAGE受信侧(SAGERx)间分别用２条GigabitEthernet（GbE）链路连接起来，同传输GMPLS／O-UNI协议的控制信号网络，共同组成试验线路网。

    试验用的光交叉机是由8×8平面光波回路型光开关组成的开关单元、具备10GbE接口的接口单元和具备有GMPLS功能的光交叉机控制系统(NE-Mgr)三部分组成，同时光交叉机还配有架前终端（用作测试和维护）。具有GMPLS功能的光交叉机控制系统(NE-Mgr)利用GSMP（通用转换管理协议），控制光开关进行波长交叉连接，进而NE-Mgr与控制服务器一起，利用GMPLS／O-UNI协议，对波长进行调整与控制。

    本试验中的控制服务器，每4秒就会对网中话务量进行一次测试，网络设定当第1条光纤线路上的信息量超过800Mbit/s时，第2条光纤线路就会被启动；反之，当第1条光纤线路与第2条光纤线路上的信息量少于350Mbit/s的情况下，第2条光纤线路就会被撤除掉。试验网络设备构成见图3。

    试验中还搭建了图像监视系统(SAGE)，以试验高清晰度电视的传输效果，SAGE的构成见图4。

    当空闲空间管理器收到用户接收图像的指令后，就对图像发送侧的图像发送单元和图像接收侧的图像接收器单元间流通的图像进行控制，并把图像接收单元接收到的图像在显示器指定的范围内显示出来，以利于指导工程试验。

    IP是今后发展方向，而光IP网的出现适应了这种需求。美国这次试验工程采用了IEEE802.3ad协议，以太网接口成为主流，一改过去以SDH接口为主的状况，全面满足网络IP发展需要，这对IPTV和下一代网络的发展都至关重要，美国的试验已引起业界的广泛关注。

    市场应用情况及发展预测

    在美国采用光波自律技术的智能光网络已投入商用。AT＆T在2007年底已开始将现有网络流量向升级后的高速骨干网转移。AT＆T升级后的高速骨干网具有40Gbit/s的传输速率，是目前网络传输速率的4倍，同时该公司还对骨干路由器进行升级，这意味着AT＆T的用户将可以更快的速率下载在线视频、照片、音乐等大型文件。AT＆T已经在美国铺设了8万多公里的高速骨干网，其高速骨干网的最终目标是实现100Gbit/s的传输速率，同时AT&T公司也还在大力发展用户光纤系统。

    Verizon公司除积极发展骨干光网络之外，更是花大气力去发展用户光纤系统。2007年2月，Verizon与康宁公司组建联合攻关小组，采用康宁公司新型柔软型光纤，解决多层建筑中安装光纤的难题，通过光纤技术，向用户提供速度更高的互联网连接、更高质量的视频内容以及更好的网络交互能力。

    智能光网络由两层结构(两层结构即光纤网络和路由网络)组成，它不仅含有包交换节点，而且还有TDM(时分复用)节点、LSC(波长交换)节点，甚至FSC(光纤交换)节点。包交换节点可以在任何需要的时候为自己建立一条通达到其他包交换节点的电路、波道甚至光纤通道，而这只是需要发起一个GMPLS的信令过程（在O-UNI配合下)即可完成。这对网络经营者说来，只需先建好光纤网络和路由器网络，即可构筑智能光网络，而这些正是电信公司的强项，也是为什么美国电信公司积极建设智能光网络的原因。

    在智能光网络技术方面，美、日等发达国家走在世界前列。值得注意的是，在美、日新的智能光网络技术里，资源预留技术有逐渐从这些国家淡出的趋向，同时，过去业界倡导的用光交换技术去构筑智能光网络的想法近期也已被光波长自律技术所替代。

    由于互联网宽带业务在发达国家急速增长，特别是由于IPTV(含HDTV)和视频下载业务激增，已经出现上行、下行具有相同带宽、提供给用户的带宽足够大等新需求，这对传输网提出了新的要求。作为传输网主体的光传输网，今后的发展方向将是建立在光波长自律基础上的智能光网络。

    而在对光波长的自我调整具体技术方面，各国不尽相同，美国主要是靠由网络服务器集中控制(设定话务量门限)实现，而日本则是用客户端服务器和网络服务器分散控制来实现。这两种实现方式都在发展，至于未来的网络更趋向于那一种技术，还需要进一步的观察研究。

    相关链接
   
    美国试验网背景介绍
    NationalLambdaRail：NationalLambdaRail由美国领先的研究型大学和技术公司建立，是美国的高速国家计算机网络，运行在光缆上，它是第一个横贯大陆的以太网网络。NationalLambdaRail这个名字被发展这个网络的研究机构组织共享，并设置系统日期，计划继续发展它。LambdaRail与Abilene网络相似，但是LambdaRail允许比Abilene进行更深入的实验。

    TeraGrid：TeraGrid由美国国家科学基金会（NFS）发起，其在2001年8月资助5300万美元支持4个站点：国家超级计算应用中心(NCSA)、圣地亚哥超级计算机中心(SDSC)、Argonne国家实验室(ANL)和高级计算机研究中心(CACR)。2002年10月，匹兹堡超级计算中心加入，NFS追加35万美元增补资金。2003年9月TeraGrid又增加了4个站点，NSF相应地增加了10万美元。TeraGrid主要的合作伙伴是IBM、Intel和Qwest通信。

    TeraGrid项目将为开放的科学研究建立和部署世界上最大、最全面的分布式基础设施。该项目的开发已持续多年，到2004年底建成以后，TeraGrid拥有在9个站点上20万亿次的计算速度、能够管理和存储1015字节数据的数据管理机制、高解析度的可视化环境和网格计算工具包。所有资源将通过迄今为止最快的研究网络带宽—40Gbit/s的专用网络完整地连接起来。

（助理编辑：文静）