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0431-81702023
光學工程
新一代光網絡的關鍵技術

1.概述

上個世紀末、新世紀以來,全球電信市場產生了泡沫,光網絡市場發生了嚴重的衰退,運營商也不再盲目追求大容量和高帶寬,而是更為注重資金支出(CAPEX)、運營支出(OPEX)以及投資回報(ROI)等財務指標,更為看重系統設備的性能價格比,更為重視多業務解決方案,更為關注能夠節省人工費用的智能化配置和調度功能。經過幾年的磨礪和震蕩,2004年以來,光網絡市場復蘇的跡象尤為明顯。

光網絡畢竟是基礎網絡,一旦業務有所增長,光網絡的承載壓力就會相應增大。如果說長途光網絡追求高帶寬、大容量的話,那么城域光網絡則追求多業務和靈活性。迄今為止,全球長途光網絡的帶寬趨于飽和甚至過剩,運營商在長途光網絡上的投資比例逐漸減少或保持穩定。然而,由于實際工程的緊迫需要,超長距離傳輸引起了各方面的強烈關注,一些技術瓶頸也得到了解決,商用化步伐正在加快。此外,包括存儲網(SAN)業務在內的數據業務正在興起,圖像和多媒體業務頗具潛力、必成氣候。眾多運營商正朝多業務運營商(MSO)方向演進,語音、數據和圖像的齊頭并進使得“TriplePlay”這個字眼非常炫目。運營商如火如荼建設城域網,真正目的是為了實現網絡優化,是為了在長途骨干網與用戶接入網之間消除“斷層”現象。我們知道,城域光網絡是城域業務網絡的承載體,如果光網絡(比如傳統的SDH和WDM)只是“傻瓜式”地傳送業務信號,那么業務層的壓力就非常巨大。現在,老牌運營商正在修正他們的建網思路,新興運營商更是一步到位,均采用新一代的光網絡設備跟業務層設備進行聯合組網。

2.關于新一代光網絡

這里不提下一代光網絡,就是為了不讓大家認為是遙遠的事情。換言之,新一代光網絡的說法更實用、更貼切。

由于話音業務和TDM業務不可能即刻消失得無影無蹤,“新一代SDH”盡管被歸為過渡技術,但的確具備頑強的生命力,那種“SDH從一種系統退化到一種接口”的說法為時尚早,尤其是針對第三世界和次發達地區得運營商。新一代SDH的兩大特性就是多業務和智能化,多業務表現在從SDH演化為MSTP,智能化表現為引入GMPLS/ASON控制平面來實現帶寬的靈活分配、業務的端到端調度以及動態的保護和恢復功能。

一直以來,業界對WDM的要求就是大容量和透明傳送。但新一代WDM設備除能提供大容量、高帶寬、長距離傳輸的同時,還能提供對多業務的快速接入和自身的光層保護能力。

3.關于新一代WDM網絡

長距離傳輸是新一代WDM網絡的關鍵技術之一。目前,全世界范圍內的知名光通信系統廠商均提供超大容量、超長距離傳輸的DWDM系統,支持SDH/SONET/GE等多種業務接口,容量可以平滑擴展到T比特級別,波長范圍覆蓋C+L波段,可在G.652、G.655光纖上實現幾千公里的無電中繼傳輸。其關鍵技術包括:分布式Raman與EDFA的混合放大技術、超強帶外FEC技術、NRZ及RZ調制碼型、動態功率均衡、分布式色散管理技術等。其中,分布式Raman放大器具備大增益帶寬、增益平坦、可根據信號分布自動調整增益頻譜等特點。目前,針對Raman放大器的新標準G.665已經在ITU-TSG15獲準通過。

新一代WDM網絡的亮點之一就是針對城域網有諸多獨特的設計,包括多業務OTU、T-MUX、光層保護等。舉例來說,城域WDM可以不依賴于客戶層(比如SDH)的保護倒換設施,而具備自身的光復用段共享保護和光通道共享保護能力。部分城域OADM設備采用串行/并行光開關綜合設計方式,利用獨特的“升級接口”真正保證“在線升級”而不會中斷現有業務。此外,針對城域接入網絡的應用場合,運營商可以選購緊湊型、高性價比的CWDM設備,從而實現快速的容量擴展和網絡優化。

4.關于新一代SDH網絡

談到新一代SDH,大家理所當然地想到MSTP設備,它可以基于SDH的多種線路速率實現,包括155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s等。一方面,MSTP保留了SDH固有的交叉能力和傳統的SDH/PDH業務接口,繼續滿足TDM業務的需求;另一方面,MSTP提供ATM處理、以太網透傳、以太網L2交換、RPR處理、MPLS處理等功能來滿足對數據業務的匯聚、梳理和整合的需求。當前,多數MSTP首選GFP用以提供優良的封裝規程,而虛級聯和LCAS則適應了不同的帶寬顆粒需要并且可以在一定范圍內進行鏈路容量調整。除以太網功能外,MSTP的RPR功能模塊克服了原有以太網倒換速度慢的缺點,可以實現50ms之內的迅捷的保護倒換,此外,RPR還提供了公平算法來保證鏈路帶寬的合理利用,最大程度防止鏈路擁塞的情況。而利用MPLS功能可以將MSTP的組網能力從環網延伸到格型網,可以通過偽線(PW)方式將客戶端的多種業務(包括以太網、ATM和幀中繼)進行接入和匯聚,再通過隧道(Tunnel)方式匯聚到核心數據網絡,最終形成“全程全網”的MPLS,將MPLS的優勢發揮到極致。長期以來,大客戶數據專線/專網業務是部分運營商的重要收入來源,采用MSTP設備可實現數據業務的點對點、點對多點以及多點對多點的組網,可以開展EPL、EVPL、EPLAN、EVPLAN等VPN業務,并根據客戶的具體需要提供相應的CoS以及QoS能力,尤其是利用MPLS功能組建的L2VPN(比如VPLS)相對傳統的TDM專線,性價比要高得多。

5.關于智能光網絡

多年以來,在電信界人士的心目中,光網絡只涉及客戶層信號的傳送、復用、交叉連接、管理和生存性處理,通常不含交換功能。而且,光網絡跟“智能網”掛不上鉤,或者說只具備在網管強行干預下的低級智能。然而,我們放眼業務層網絡,無論是固定網絡還是移動網絡,均有“交換”做基礎,所以沒有“動態交換”的概念,智能無從談起。因此,在光網絡中引入“動態交換”的概念是本領域技術的一次重大變革。但是,光網絡自身沒有固有的信令和路由協議來支持智能化,只能借鑒其它領域的相關協議(比如數據領域的MPLS)。

不管是固定交換網、移動交換網、固定數據網還是光傳送網,要實現智能化,都需要引入一個控制平面或控制實體,這個控制平面/控制實體的核心構件務必依托于軟件,務必依賴多種信令和路由協議來實現的。無疑,設備制造商可以采用私有協議來實現這個控制平面,但私有協議難以實現多廠家、多子網、多運營域、多管理域之間的互連互通,所以有必要對智能光網絡進行標準化。眾所周知,如果沒有世界統一的標準,任何智能網都不可能規模商用,PSTN、GSM、GPRS以及CDMA、CDMA1x正是依靠標準化的協議實現了智能網的規模商用。現在,我們高興地看到,在智能光網絡領域,ITU-T正在大力制定、完善和推動ASON標準,IETF組織正在全力推進GMPLS標準,而OIF也不遺余力地在光互連(比如O-UNI)方面做文章。

業務層的智能網可以直接面向老百姓和終端用戶開展業務,比如網上銀行、自動記賬卡、語音信箱、預付費等。在新形勢下,如果說智能光網絡提供業務的話,那么其業務就是帶寬,可以提供帶寬的租賃、批發等,當然,也可以根據客戶的需要實現O-VPN和BOD等業務形式。鑒于光網絡的特殊性,這樣的業務不會直接面向終端用戶,但是老牌運營商可以向新興運營商提供這樣的業務、大型運營商可以向小型運營商提供這樣的業務、長途運營商可以向城域運營商提供這樣的業務。盡管如此,我們仍要清醒地看到,智能光網絡的初期應用目標并非直接面向業務,而是在故障情況下提供快速的保護和恢復,并采用標準的信令和協議實現“端到端業務配置”。

目前,客戶層網絡(包括傳統PSTN交換機、ATM交換機、IP路由器甚至圖像處理設備等)和光網絡之間只有物理上的連接(可稱為“硬連接”或“永久性連接”),光網絡只是機械地將客戶信號從一端傳送到另一端。這樣的承載通道一旦建立,幾個月、半年、一年甚至更長時間內不會輕易改變。以SDH網絡為例,傳統的SDH電路配置實際上是在網管系統的強行干預下實現永久性連接的,耗時(可能需要若干天)、耗力(需要一定數量而富有經驗的機房維護開通人員)、總體效率低下,即使電路配置成功也難以更改。而智能化的需求是:客戶層網絡和光網絡之間應存在“軟連接”,客戶層網絡需要多大的帶寬,應該向光網絡發起申請,光網絡迅速響應申請,并及時地提供一條最佳的連接通道,而且這樣的連接通道可以根據需要改變路由,也可以隨時被拆除和重建。

開發和使用以ASON為代表的智能光網絡設備,目標就是將傳統的永久性連接(PC)改造成為軟永久性連接(SPC)甚至交換式連接(SC),使得客戶設備根據自身的需要,通過用戶網絡接口(UNI)發起帶寬申請。智能光網絡設備的控制單元內部設置了多種功能件,包括呼叫控制器、連接控制器、路由控制器、協議控制器、策略控制器、鏈路資源管理器、發現代理以及終結適配器等構件等,各種控制器件嚴格分工并協同工作,共同完成智能化控制功能。分布在各站點的控制單元之間通過I-NNI或E-NNI協議通信,迅捷地建立連接通道,實時地為業務層網絡建立承載通路。毋庸置疑,對已經建立的通路可以隨時釋放和拆除,或在故障情況下倒換到新的連接通路。對于網管系統來講,兩個平面都要管理。舉例來說,光網絡傳送平面的傳輸損傷(誤碼、抖動、漂移等)需要上報給網管系統,而控制層面的故障(比如信令網故障、呼叫失敗、連接失敗、超時等)也需要上報給網管系統。由于增設了智能的控制層面,所以網管系統五大管理功能之一的“配置管理”可以大大弱化。智能光網絡設備的主流協議均來源于GMPLS,只是在原MPLS的體系結構基礎上進行了針對光網絡特性的功能擴展,其中,信令協議首選RSVP-TE,路由協議首選OSPF-TE、DDRP等。

此外,網上現有的客戶設備已經成熟、穩定地運行,要讓這些設備為智能光網絡的引入而大動干戈是不切實際的,解決辦法是采用“智能代理”策略。比如客戶設備通過一個簡單易行的接口接入UNI-C,而UNI-C再通過標準的UNI-N接口接入到智能光網絡,這樣,對現有客戶設備的改動就降到了最低。同理,傳統光網絡跟智能光網絡之間的銜接也可以采用這種方式。總體說來,從現有光網絡演進到智能光網絡是一個長期的過程,絕非一蹴而就。

 


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