光传送网组网技术的发展

组网需求和网络节点设备的开发通过市场的杠杆作用而互相促进。一方面网络节点设备开发的依据是组网需求，另一方面网络节点设备技术方面的进展又为组网提供了新的选择。面对2000年网络节点设备和光网络技术的新进展，光网络的组织、建设和管理有了更多新的选择。

　　90年代后期，光传送网组网出现了以下新的变化：

　　(1)随着波分复用(WDM)技术的应用而出现的光分插复用器(OADM)、光交叉连接器(OXC)，使网络的传送和交换有了新的选择，由过去单一的基于电的颗粒转化为现在两种方式并存??基于电的颗粒和基于光的颗粒方式。一个波长或一个VC-n都可以成为交叉的基本单位。
　　(2)路由器等基于包交换的设备直接进入传送网，促进了基于以太网标准的传输技术、弹性分组环(RPR)技术的兴起和发展。
　　(3)由于器件技术上的进展，WDM设备价格不断下降。一方面，器件技术上已做到波道间间隔小于50 GHz，使密集波分复用系统的波分复用波道数增加，满足了大容量系统的需求；另一方面，200 GHz以上的粗波分系统也已开始推出。
　　(4)WDM不再仅应用于骨干网，接入网也开始使用WDM无源光网络(PON)等技术。
　　(5)在接入网方面PON和以太网结合，发展为以太无源光网络技术。
　　(6)多业务传送平台集SDH传输、各种接口和容器的集散(Grooming)功能于一身，兼容PDH、SDH、ATM、以太网等，在基于电路交换和基于包或IP交换共存的若干年内，它是一个性能价格比更高的设备。
　　(7)前向纠错(FEC)技术被应用于设备的线路接口。
　　(8)数字包封技术使IP业务和其他业务直接进入光层成为可能。
　　(9)自动交换传送网/自动交换光网络(ASTN/ASON)的标准框架已经提出，成为业界关注的话题。

　　上述技术新变化导致了进入21世纪以来，在光传输网络领域的若干思考。因此，有3个方面的问题值得进行探讨：　　

　　(1)关于自动交换光网络。作为ASTN的一个子集，ASON的标准正逐渐形成。那么，目前建设ASON的时机还要多久才能到来？
　　(2)关于格状网拓扑。在格状物理拓扑中可以运行多种类型的虚拟子拓扑，如环形、线形等，从而在一个格状网中发挥各种拓扑的优势。这样，我们将如何选择进行组网？
　　(3)关于交叉的选择。光的以波长为单位的交叉或交换出现，同以往的在电子电路上操作的以VC-n为单位的交叉连接平分天下。组网时怎样选择才更合理？案中。　　

　　1 自动交换光网络

　　动交换光网络目前处于开发阶段，2000年以来，ASON从概念的提出到标准的开发，已经形成全新的技术体系，具有组网需求，其发展动态[1，2]如下。

(1)完成了G.8080建议。建议定义的ASON分为控制层、传输层和管理层3个平面，图1给出了3个平面的关系及接口UNI、I-NNI、E-NNI的定义。
(2)形成了自动交换光网络特有的控制平面结构，提出了系统策略控制与边界的关系。
(3)路由选择方案有分层选路、源及分步选路。
(4)提出了自动交换光网络新具有的管理能力。
(5)提出了地址分配策略。
(6)提出了保护和恢复机制。

　图1 G.8080 ASON功能平面关系图

　　由此可见，ASON的标准已经形成，但是还缺乏具体的规范。

　　按照ASON的标准，目前设备只能处于初步的开发阶段。例如ASON特有的控制平面，许多公司就各自有其开发成果，如Ciena的OSRP、朗讯的Optical tone、思科的UCP都可以看作是向此方向努力的步骤。

　　许多开发商和运营商都希望从现在起提供的和建设的节点设备就是ASON的网元，或者可以在今后简单过渡到ASON。从目前标准化工作的状况来看，由于缺乏具体的规范，还无法支持这种愿望。在这种情况下，目前进行的仍然是运营商同制造商一起参与促进ASON的标准化进程，下一步才是设备的生产和ASON的组网。

　　2 格状网拓扑中的子拓扑

　　光传输大规模的组网始于80年代末90年代初。基于当时的设备技术水平形成了组网的技术理念。伴随着SDH的发展，光网络从PDH的链形组网发展为环网、格状网。随着网络结构的日益复杂，自愈、网管功能也应运而生。这些基本概念在目前仍然没有过时。

　　组网的第1步，首先的选择是组网采用格状网(Mesh)还是环。表1所示为人们对格状网和环网的看法。从表1中可以看到90年代形成的对环网、格状网的看法是：由于必须采用复杂的恢复算法，导致网络节点设备如DXC、ADM等价格高、体积大、自愈时间长。付出这些代价，得到的是具有更高的带宽利用率和抗毁能力。因而，从经济的角度，以往组网首选的拓扑是环而不是格。如果网络在地理上要求更大的覆盖面，为了尽量地发挥环的优势，又发展出了环间互通，主环带分环等方式。而环间互通的保护又有其特殊要求。

表1 人们对格状网和环网的看法

　　进入21世纪，由于以下一些情况的出现，促使我们重新认识问题：

　　(1)光网络已经具有充分的覆盖面，光纤光缆不但已敷设到主要节点，而且许多节点还具有多个方向的光缆路由。

　　(2)城域网的需求进一步突出，而城域网一般是节点多，节点间距离短。许多地区经过大量建设，可以做到节点和节点间光缆能构成网格状的物理拓扑。

　　(3)大容量的节点交换设备出现，其中有基于光的波长的，也有基于电的VC-n的。它们可以不但支持通常的环、格的应用，而且还可以支持环和格的混合应用。

　　以上最后一点的原理可以简述如下：9个节点之间可以用光缆构成格状的物理拓扑，但是在任意几个两两相邻的节点之间都可以构成环，如图2所示。我们把它称为格状网中的子环。子环可以由3种方式组成：

图2 格状网中的子环

　　a.基于VC-n
　　节点为光交换机或交叉连接设备，具有光口，且交叉操作以VC-n为颗粒用电子电路实现。在每段光缆上又有两种情况：采用WDM系统中的同一个波长，或每段光缆只运行单波长。子环可以用一个VC-n或一个VC-n-Xc 组成。

　　b.基于波长
　　在由OXC作为节点，每段光纤采用波分复用方式复用的格状网中，一个子环可以由每一段光纤的同一个波长构成。

　　c.以上两种的重叠
　　即基于波长的OXC设备又包含有基于VC-n的交叉。

　　这可以用一个实例来说明，如用9个Ciena公司的光交换机??CoreDirector组成如图2的格。设备将WDM系统的每个波长或单波长的光信号转化为SDH电信号，以VC-3为颗粒进行交换。它可以允许用户将VC-3等级的级联容器组成子环(例如子环1为一个VC-3，标称容量51 Mbit/s；子环2为VC-3-4c ，标称容量155 Mbit/s)，运行环的保护机制，而子环余下的VC-3可以再组成若干子环或按格状网的恢复机制运行。这种分配和安排，用户只需在网管界面上设定就能实现。这样，一个从物理上看起来的格状网实际上包含了若干独立运行的逻辑上的子环和格状网，从而针对不同的需求既得到自愈时间短的优点，又可以充分利用带宽资源。这些环和格状网分别具有表1所列的相应优势和劣势。
发展到这一步，在组网过程中，可能考虑的拓扑有链、环、格和它们的混合。考虑的步骤是：

(1)根据敷设光缆资源、敷设计划和网络路由要求选择拓扑。
(2)根据网络路由要求选择拓扑，然后制订光缆的规设计划。
(3)当选择格状物理拓扑时，作为多种选择之一，如果设备可以支持，可以选择若干个子环和子格共存的拓扑。其中，将那些对倒换时间要求高的业务安放到子环内，而将其余的业务让格状子网承担。
(4)当选择环状网时，如果出现多个环相交于多点的情况，不妨作比较，按同样的路由要求组织一个格状网然后比较两个方案的优缺点。
(5)选择环状网结构或子环结构，又将从复用段共享保护和通道保护两者中选择保护方式。假如各节点之间的业务量分布非常平衡，复用段共享保护有一定优势，而在一般情况下业务分布相对集中，采用二纤环时，可以考虑将VC-n通道保护作为首选。

　　3 交叉的选择

　　目前的设备中交叉部分有两种类型：基于电子电路的以VC-n为颗粒的交叉和基于光开关的以波长为颗粒的交叉。

　　采用光交叉时，波分复用信号被分接为机内多条光纤上的单波长信号，再使用光开关进行交叉，然后复接到一条条WDM光纤上。除了光开关需要电的控制信号外，信号无需到达电层面。然而，当一个光波长(例如波长1)从一条输入光纤(例如第1条：L1)进入系统，从另一条(例如第4条：L4)输出时，如果该波长(如L4输出光纤的波长1)已经被占用，就必须把进入的光波长信号保持信息内容不变，波长换到另一个波长(例如波长1的内容转换到波长8)。目前，这一过程要经过电的处理才能实现。

　　光交叉的关键器件主要代表是微电子机械开关(MEMS)，有一维、二维和三维的，技术还在不断进展，售价有待降低。

　　相比之下，虽然电的交叉要经过光/电/光的变化，不如光交叉那么简单，但由于集成电路技术的不断提高，2000年以来已有大容量电交叉芯片进入市场，芯片大容量的规模和完善的性能大大减低了系统的复杂程度，而且基于电的交叉可将很小的颗粒合并成大的VC-n，每16个(或64个) VC-4可复用成一个STM-16(或64)，所以OEO系统的灵活性比光交叉方式好。相对于目前MEMS的发展，电交叉芯片集成电路的发展显得迅速些。

　　由此我们可以得出有关组网原则方面的结论：

　　光交叉主要定位于波分复用系统，适宜于交叉颗粒需要较大的组网。而电交叉(OEO)可以定位于波分复用和单波长的系统，特别适宜于要求小颗粒集散的节点。由此，可以决定设备开发、组网建设和运营的方向。

　　一个需要说明的问题是，光交叉和电交叉的适用范围并无严格的界限。目前的一种发展趋势是，网络的节点设备中可以集成光的交叉、电的交叉和各种交换功能，实现多种设备功能的集成。这种高度集成化的设备可以有效降低组网的复杂度，简化网络的管理，为网络资源更加有效地利用提供条件。如何在这种具有“多颗粒度交换”功能的网络中实现高效的业务疏导来降低网络的投资成本和运营成本，以及如何在多种粒度的环境中进行有效的网络故障恢复是目前研究的热点。

　　4 结论

　　适应ASON的需要是光网络开发和运营者的努力方向，目前处于标准的完善期，设备技术方面的发展为网络拓扑和组网提供了新的选择，值得重视。

　　参考文献

1 杨玉森.自动交换光网络(ASON)体系结构框架. ITU-T 2002年会议报告.2002,1
2 ITU-T. G.8080/Y.1304. Architecture for the Automatic Switched Optical Network (ASON). 2001,10
3 李秉钧.SDH自愈环保护方式选择.现代有线传输, 1999,3