下一代傳送網(wǎng)的技術發(fā)展趨勢淺析

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關鍵詞： 下一代傳送網(wǎng)的技術

　　摘要： 下一代傳送網(wǎng)的技術發(fā)展趨勢淺析

　　一、引言

　　傳送網(wǎng)是整個電信網(wǎng)的基礎，它為整個網(wǎng)絡所承載的業(yè)務提供傳輸通道和傳輸平臺。隨著近年來電信業(yè)務對帶寬需求的不斷提高，光傳送網(wǎng)絡的規(guī)模在不斷擴大，為業(yè)務網(wǎng)提供了巨大的帶寬資源，同時在網(wǎng)絡的生存性、可擴展性方面也有了巨大的進步。

　　作為網(wǎng)絡的傳送層面，下一代傳送網(wǎng)的目標就是為了滿足下一代網(wǎng)絡的傳送需求。結合下一代網(wǎng)絡的特征，如基于分組技術，能夠提供包括電信業(yè)務在內(nèi)的多種業(yè)務，在業(yè)務相關功能與傳送層傳送相關功能分離的基礎上，能夠利用多種寬帶、有QoS支持能力的傳送技術等方面的特征，下一代傳送網(wǎng)應當滿足從分組到波長的傳送需求，同時支持多種業(yè)務：利用高速率、大容量的傳送技術提供充足的帶寬資源；具有端到端的業(yè)務等級和透明的傳輸能力；引入控制平面，解決網(wǎng)絡智能性和動態(tài)性的結合，同時提供與傳統(tǒng)網(wǎng)絡互通的能力。總之，下一代傳送網(wǎng)的特征將隨著下一代網(wǎng)絡和業(yè)務的發(fā)展而逐步明確，與業(yè)務的密切結合是下一代傳送網(wǎng)的一個重要特征。

　　發(fā)展到今天，光傳送網(wǎng)已經(jīng)在帶寬和容量上能夠滿足業(yè)務網(wǎng)的需求，起碼在技術上已經(jīng)不是不可解決的問題，需要考慮的則是投資與回報的關系等運營方面的問題。下一代傳送網(wǎng)應該向什么方向發(fā)展呢？對于下一代的說法，可謂是仁者見仁，智者見智的問題，在不同時期有不同的內(nèi)涵。綜合近年來的發(fā)展，一般認為下一代光傳送網(wǎng)的技術趨勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。

　　二、傳送網(wǎng)的智能化

　　目前，無論是制造商還是運營商都一致認為傳送網(wǎng)智能化是傳送網(wǎng)發(fā)展的方向之一。這是由于近幾年來，隨著IP業(yè)務的爆炸性增長，對網(wǎng)絡帶寬的需求不僅變得越來越大，而且由于IP業(yè)務量本身的不確定性和不可預見性，對網(wǎng)絡帶寬的動態(tài)分配要求也越來越迫切。主要靠人工配置網(wǎng)絡連以優(yōu)化網(wǎng)絡資源連接的原始方法耗時費力、容易出錯，不僅難以滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡和新業(yè)務拓展的要求，也難以適應市場競爭的需要。于是，一種能夠自動完成網(wǎng)絡連接的新型網(wǎng)絡概念——智能的自動交換光網(wǎng)絡（ASON）應運而生。ASON是利用獨立的控制平面來實施動態(tài)配置連接管理的網(wǎng)絡，而過去傳送網(wǎng)只涉及客戶層信號的傳送、復用、交叉連接、監(jiān)控和生存性處理，通常不含交換功能，只具備較低的智能。因此，在傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)中引入動態(tài)交換的概念不僅是幾十年來傳送網(wǎng)概念的重大歷史性突破，也是傳送網(wǎng)技術的一次重要突破，使傳送網(wǎng)具備了自動選路和管理的更高智能。而且，這類新型網(wǎng)絡的一個重要特點是支持多種客戶信號，是一種獨立于客戶和技術的網(wǎng)絡。

　　ASON指的是以SDH和光傳送網(wǎng)（OTN）為基礎的自動交換傳送網(wǎng)，它用控制平面來完成配置和連接管理的光傳送網(wǎng)，以光纖為物理傳輸媒質(zhì)，SDH和OTN等光傳輸系統(tǒng)構成的具有智能的光傳送網(wǎng)。根據(jù)其功能可分為傳送平面、控制平面和管理平面，這三個平面相對獨立，互相之間又協(xié)調(diào)工作。

　　與傳統(tǒng)傳送技術相比，ASON技術的最大特點是引入了控制平面，控制平面的主要功能是通過信令來支持建立、拆除和維護端到端連接的能力，并通過選路來選擇最合適的路徑，以及與此緊密相關的需要提供適當?shù)拿Q和地址機制。

　　目前，ASON設備指的是在大容量交叉連接設備或MSTP設備為傳送平面，內(nèi)嵌控制平面而成的設備，可以是光或者電產(chǎn)交叉矩陣，基本上以光電光交叉連接矩陣為主，只有少數(shù)廠家支持全光矩陣。其中，控制平面采用內(nèi)嵌或外置的方式實現(xiàn)，初期部分廠商采用外置方式將控制平面移植到傳送平面的設備上，逐步形成內(nèi)嵌的控制平面。目前，ASON網(wǎng)絡中的各種接口尚不成熟，UNI接口的標準由OIF開發(fā)，UNI 1.0的互操作性演示已經(jīng)進行過了，UNI 1.0 Release2的互操作性試驗也將于2004年6月進行。E-NNI的規(guī)范由0IF正在進行規(guī)范，將于2004年6月進行互操作性演示。I-NNI的規(guī)范正在開發(fā)，各廠家采用私有方式實現(xiàn)的可能性更大一些。目前的ASON設備可以通過集中或分布式的保護恢復方式來提供多種級別的業(yè)務，同時能夠提供一些智能化的業(yè)務，如端到端的業(yè)務配置、SLA等，有利于網(wǎng)絡的運行、維護和管理?？傊?，ASON設備的現(xiàn)狀是以關注功能為主，對于協(xié)議一致性和接口等的互通性方面的追求并不是關注的重點。

　　從網(wǎng)絡演進來看，ASON網(wǎng)絡主要有兩種演進的模型，分別是重疊模型和對等模型，重疊模型是ITU，OIF和ODSI等國際標準組織和準標準組織所支持的網(wǎng)絡演進結構。基本思路是將光傳送層特定的控制智能完全放在光傳送層獨立實施，無須客戶層干預，客戶層和光傳送層成為兩個基本獨立的智能網(wǎng)絡層，而光傳送層將成為一個開放的通用傳送平臺，可以為包括IP層在內(nèi)的所有客戶層提供動態(tài)互聯(lián)。這種模型有兩個獨立的控制平面，一個在核心光網(wǎng)絡，而另一個在客戶層，兩者之間不交換路由信息，獨立選路，最大限度地實現(xiàn)了光網(wǎng)絡層和客戶層的控制分離。它的優(yōu)點是：實現(xiàn)統(tǒng)一透明的傳送平臺，支持多客戶層信號；傳送層完成客戶的連接要求可以屏蔽光傳送層的網(wǎng)絡拓撲細節(jié)；允許光傳送層和客戶層獨立演進，這樣光傳送層可以繼續(xù)快速演進；采用子網(wǎng)分割后，運營者既可以充分利用原有基礎設施，又可以在網(wǎng)絡其他部分引入新技術；采用這種方式后，在網(wǎng)絡運營商和客戶層信號間有一個清晰的分界點。缺點是：功能重疊，兩個層面部需要有網(wǎng)管和控制功能；擴展性受限，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，需要在邊緣設備間建立點到點的網(wǎng)狀連接，管理兩個獨立的物理網(wǎng)的成本較高，帶寬利用率較低，存在額外的幀開銷；兩個層面存在兩個分離的地址空間，因此需要復雜的地址解析。目前，這種模型最適合那些傳統(tǒng)的已具有大量SDH網(wǎng)絡基礎設施而同時又需要支持分組化數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡運營商。

　　對等模型是IETF支持的網(wǎng)絡演進結構，是一種集成的方式，基本思路是將IP層用于MPLS通道的選路和信令略作修改后直接應用于光傳送層的連接控制。特點是將光傳送層的控制智能轉(zhuǎn)移到IP層，由IP層來實施端到端的控制。這種模型的優(yōu)點是：光傳送網(wǎng)和IP網(wǎng)可以看作一個集成的網(wǎng)絡，維持單個拓撲，光交換機和標記交換路由器具有統(tǒng)一的選路區(qū)域：兩者之間可以自由地交換所有信息并運行同樣的選路和信令協(xié)議，實現(xiàn)一體化的管理和流量工程；統(tǒng)一的控制面可以消除管理的復雜性。缺點是：這種模型難以支持傳統(tǒng)的非IP業(yè)務，失去了對業(yè)務的透明性；為了實現(xiàn)路由器對光傳送層的全面控制，必須對客戶層開放光傳送層的網(wǎng)絡拓撲等細節(jié)；光層面的物理大故障（例如光纜切斷）會導致光開關的頻繁動作，不僅使路由器選路工作量負擔過重，還會影響路由穩(wěn)定性；難以形成統(tǒng)一的選路和保護恢復控制，這種模型使IP和光傳送層之間有大量的；狀態(tài)和控制信息需要交換。這種模型較適合那些新興的同時擁有光網(wǎng)絡和IP網(wǎng)的ISP運營商。從長遠看，也適合于傳統(tǒng)的電信運營商。從網(wǎng)絡應用來看，骨干網(wǎng)目前采用大量的環(huán)網(wǎng)和點到點系統(tǒng)，只是部分采用了數(shù)字交叉連接設備。隨著傳送網(wǎng)向網(wǎng)狀網(wǎng)演進的趨勢越來越明顯，通過映入智能光網(wǎng)絡技術來增強網(wǎng)絡的生存性，同時提高光通道的調(diào)度效率，并提供差異化的長途傳送服務，通告網(wǎng)絡的可維護性和可管理性。同時，可以在局部網(wǎng)絡引進部分ASON設備，首先在域內(nèi)實現(xiàn)部分的ASON功能，在設備和技術成熟之后逐步向全網(wǎng)擴展。城域傳送網(wǎng)是ASON網(wǎng)絡應用的一個較好舞臺，目前城域傳送網(wǎng)主要以環(huán)形拓撲為主，業(yè)務基于保護實現(xiàn)，故障保護時間為50ms.隨著城域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務越來越多，網(wǎng)絡的目標恢復時間延長，業(yè)務的突發(fā)性和不可預見性增強，主要的應用是通過多種保護方式提供多種等級的業(yè)務，解決電路調(diào)度頻繁、開通實現(xiàn)緊急、電路需求的不確定性等問題。綜合認為，ASON設備會首先在城域核心層引入，逐步向匯聚和接入層擴展。

　　三、高速率大容量

　　為業(yè)務網(wǎng)絡提供高速率、大容量的傳輸通道始終是傳送網(wǎng)的一個重要任務。從TDM技術的發(fā)展來看，從SDH技術出現(xiàn)以來，傳輸速率為STM-1/4/16的設備層出不窮，到了STM-64曾經(jīng)出現(xiàn)過一些爭論和猶豫，但是事實證明該項技術在技術成熟程度和性價比方面都有很大優(yōu)勢，也在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。目前存在爭議的是40Gbit/s的TDM技術，部分廠商已經(jīng)推出了產(chǎn)品，但受到目前市場低迷的影響，許多廠商也放棄或延緩了這方面的研發(fā)計劃，而作為一項新技術，它的發(fā)展還需要經(jīng)歷一段時間。從WDM技術的發(fā)展來看，WDM系統(tǒng)的通路數(shù)由早期的4波發(fā)展到8波、16波直到今天的160波商用系統(tǒng)，如何盡可能高效地利用光纖的可用帶寬，可以通過減小波長間隔、使用更寬的光纖帶寬來實現(xiàn)。這也不可避免地對光纖等傳輸媒質(zhì)進行更新，但由于目前傳輸容量對于業(yè)務網(wǎng)來說已經(jīng)足夠，這方面的研究和實用化受到市場驅(qū)動的影響會有相當長的一段路要走。

　　TDM40Gbit/s系統(tǒng)中所采用的技術包括：低速率信號的復用和整合，一般是4個10Gbit/s信號的整合或者是16路2.5Gbit/s信號的整合（或復用）；單邊帶調(diào)制解調(diào)技術，壓縮40Gbit/s調(diào)制信號帶寬，充分利用光纖的有效傳輸頻帶，提高頻帶利用率：RZ碼或CS-RZ碼傳輸技術，有效延長傳輸距離；低噪聲線路放大技術，40Gbit/s對系統(tǒng)的信噪比要求比10Gbit/s系統(tǒng)約提高6dB之多，通常在40Gbit/s系統(tǒng)中在線路放大器中插入噪聲抑制器濾除放大器的噪聲延長無電再生傳輸距離；采用新型光纖，由于40Gbit/s高速信號對色散和非線性效應的敏感性更高，現(xiàn)有的實驗系統(tǒng)大多采用新型光纖（如Teralight，Pureguide等）。

　　從國外相關實驗室和產(chǎn)品的報道，基于40Gbit/sDWDM系統(tǒng)的波長數(shù)在80波甚至更高，傳輸距離基本上定位在1000km以上。從這些技術參數(shù)來看，對于該項技術的應用定位在干線網(wǎng)中，目前尚無該類系統(tǒng)在實際網(wǎng)絡上商用的報道。受到全球經(jīng)濟下滑，電信業(yè)發(fā)展不景氣的影響，相信該項技術的應用還會有一段路要走，而且還要取決于TDM40Gbit/s技術的發(fā)展和應用情況。

　　四、多業(yè)務能力

　　由于城域傳送網(wǎng)的特殊情況，運營商應采取適當超前的城域光傳送網(wǎng)解決方案，以便于在中長期發(fā)展中獲得足夠的競爭優(yōu)勢，這就要求建設具有超強擴展能力、多業(yè)務支持性、經(jīng)濟性、靈活性、透明性和可管理性的城域光傳送網(wǎng)絡平臺，來持續(xù)滿足不斷發(fā)展的市場需求。目前，可選的技術主要有基于SDH的MSTP，DWDM環(huán)網(wǎng)，RPR技術和CWDM系統(tǒng)，對于這些技術應根據(jù)具體的建設地區(qū)情況，靈活選擇，以便每一項技術都能夠發(fā)揮自己的優(yōu)勢。這些技術的共同特點就是在解決城域TDM業(yè)務的傳送需求的基礎上，又同時能夠解決以太網(wǎng)業(yè)務、ATM業(yè)務和存儲局域網(wǎng)等其他業(yè)務的傳送需求，也就是具有多種業(yè)務的傳送能力。在對各項城域傳送網(wǎng)技術加強研究的同時，還應當認真考慮城域光傳送網(wǎng)與城域數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的關系。由于設備在功能方面的融合越來越多，探討采用怎樣的組網(wǎng)方式才能夠發(fā)揮技術的先進性又使用戶得到實惠才是技術發(fā)展和技術選擇的目的。

　　基于SDH的MSTP技術是目前發(fā)展最快，城域內(nèi)最被看好的多業(yè)務傳送技術。MSTP是基于SDH的傳送技術，支持VC級的交叉，支持多種業(yè)務接口，有多種完善的保護機制的設備，它經(jīng)歷了從支持以太網(wǎng)業(yè)務透傳到匯聚和二層交換功能，進一步增加中間適配層的歷程。

　　內(nèi)嵌RPR的MSTP解決了環(huán)路帶寬公平分配，支持不同的業(yè)務類別，實現(xiàn)高的帶寬利用率，同時也可提供環(huán)形保護機制。而內(nèi)嵌MPLS的MSTP將為以太網(wǎng)業(yè)務提供服務質(zhì)量、SLA增強和網(wǎng)絡資源優(yōu)化利用提供很好的支持，同時還在經(jīng)歷著從靜態(tài)到動態(tài)的發(fā)展。許多設備廠家將在目前的SDH和MSTP傳送平面的基礎上，增加ASON的控制層面功能，實現(xiàn)電路的自動路由配置、網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)、自動鄰居發(fā)現(xiàn)、電路租賃、帶寬按需分配等智能化的城域業(yè)務分配方式。從本質(zhì)上來說，MSTP實際上是傳送層為了解決多業(yè)務傳輸?shù)囊环N解決方案。目前，尚在摸索良好的應用模式，在城域接入層進行多種業(yè)務的接入和傳送是主要的應用，在核心和匯聚層以透傳和匯聚為主。但是，城域傳送網(wǎng)的情況千差萬別，需要根據(jù)每個網(wǎng)絡的現(xiàn)實情況進行選擇，相信今后會有較好的發(fā)展。

　　五、光層組網(wǎng)能力

　　目前，傳送網(wǎng)上采用的WDM系統(tǒng)多是點到點系統(tǒng)，適合網(wǎng)上話音業(yè)務為主的業(yè)務模式。將來以分組業(yè)務為主時，需要建立任意點到點的連接，網(wǎng)狀網(wǎng)將是更加適合的網(wǎng)絡結構?；赪DM的OTN網(wǎng)絡將是未來發(fā)展的趨勢，需要在WDM鏈路上提供有波長交換和上下功能的節(jié)點，如OADM和OXC等，并進一步提供波長自動配置、動態(tài)分配功能，以適應數(shù)據(jù)業(yè)務的突發(fā)性和不可預見性，進一步向自動交換光網(wǎng)絡演進。全光網(wǎng)目前存在一些缺點首先是光波轉(zhuǎn)換器的成本很高；其次是它的顆粒太大，一般都在2.5Gbit/s以上，因而不能在155Mbit/s的水平上交換。所以，在現(xiàn)階段全光網(wǎng)既難以實現(xiàn)又不實用。但是，用全光交換來取代光-電-轉(zhuǎn)換，以波長來選擇路由實現(xiàn)透明網(wǎng)絡，都是效率和業(yè)務實現(xiàn)方式上的極大進步，可以解決目前網(wǎng)上僅有點到點的系統(tǒng)，尚未在光層形成網(wǎng)絡能力的問題。因此，人們還是在這個美好的夢想上傾注了大量的精力，并已經(jīng)有了一些商用化的產(chǎn)品。但從目前的技術成熟程度和市場情況來看，大規(guī)模全光網(wǎng)絡的建設尚需等待時機，有公司分析認為在2000年之前，是強調(diào)傳輸容量的時代；在2000-2004年，是強調(diào)成本優(yōu)化的時代；而從2005年開始，才是全光路由及交換的光時代。

　　六、結束語

　　綜上所述，下一代傳送網(wǎng)的特征是高速率、大容量、長距離、智能化、多業(yè)務、網(wǎng)絡化，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡可以兼容，同時傳送層面面臨著多種技術的融合和發(fā)展，這是傳送網(wǎng)發(fā)展歷史上的一個重要轉(zhuǎn)折。傳送網(wǎng)作為傳送層面，為NGN業(yè)務提供承載，應當更加關注業(yè)務對于傳送層面的需求，不能僅僅關注本層面的技術演進和發(fā)展。相信隨著NGN網(wǎng)絡的需求進一步明確，下一代傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢和演進策略會越來越明確。