城域光網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及未來發(fā)展

     城域光網(wǎng)絡(luò)的定位及發(fā)展?fàn)顩r
     近年來，國內(nèi)各大運(yùn)營商紛紛提出了各自的城域網(wǎng)建設(shè)計(jì)劃，其目的是為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，即在長途骨干網(wǎng)與用戶接入網(wǎng)之間消除“斷層”現(xiàn)象。因?yàn)槌怯蚓W(wǎng)將分布在不同地點(diǎn)（企業(yè)、機(jī)關(guān)、智能小區(qū)、商住樓、賓館、學(xué)校等）的用戶業(yè)務(wù)進(jìn)行最大程度的整合、梳理、匯聚后，再送往骨干層，從而使網(wǎng)絡(luò)層次變得非常清晰，效率也得到極大提升。
     從城域光網(wǎng)絡(luò)和城域業(yè)務(wù)網(wǎng)的關(guān)系來看，如果光網(wǎng)絡(luò)只是完成對(duì)業(yè)務(wù)信號(hào)的透明傳送功能，即不具備動(dòng)態(tài)帶寬分配能力和一定的智能性，那么，業(yè)務(wù)層自身的壓力就非常巨大。以往數(shù)據(jù)設(shè)備主要依靠光纖直連方式組網(wǎng)，傳送設(shè)備愛莫能助?，F(xiàn)在，老運(yùn)營商正在修正建網(wǎng)思路，新運(yùn)營商則開始在城域接入和匯聚層直接采用多業(yè)務(wù)傳送設(shè)備來分擔(dān)業(yè)務(wù)層的壓力，而且在某種程度上，可以減少設(shè)備投資和提高網(wǎng)絡(luò)的性價(jià)比。
城域業(yè)務(wù)網(wǎng)可以分為骨干層、匯聚層和接入層3個(gè)層次。與之相對(duì)應(yīng)，根據(jù)容量大小，城域光網(wǎng)絡(luò)的接入層和匯聚層可以采用SDH2.5Gbit/s速率及以下的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）；骨干層可以靈活選用SDH10Gbit/s速率左右的MSTP，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)可以采用城域WDM或OADM系統(tǒng)。
     綜觀國內(nèi)城域光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可以分為以下4個(gè)階段。
     一是雛形階段。在此階段，SDH設(shè)備采用數(shù)量較少的通道對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)透明傳送，可以為運(yùn)營商提供遠(yuǎn)程局域網(wǎng)互聯(lián)，通常并不對(duì)外開展運(yùn)營，同時(shí)，城域WDM僅僅采用背靠背的OTM設(shè)備組建環(huán)網(wǎng)，整體性能較弱。
     二是靈活階段。此階段SDH已經(jīng)演化成為符合國際要求的MSTP，除以太網(wǎng)透?jìng)鞴δ芡?，還能提供L2交換以及ATM業(yè)務(wù)的接入和匯聚功能，同時(shí)，城域WDM已經(jīng)采用OADM組建環(huán)網(wǎng)，自適應(yīng)的多業(yè)務(wù)接入、子速率匯聚、多跨距組合、光層保護(hù)等功能。
     三是動(dòng)態(tài)階段。即在此階段，RPR處理功能已經(jīng)融入MSTP，可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、公平的帶寬分配、更加嚴(yán)格的CoS和QoS以及愈發(fā)安全的用戶隔離功能。同時(shí)，城域OADM/OXC可以綜合光交叉和電交叉的處理方式，并可基于G.709OTN制式對(duì)所有客戶層信號(hào)進(jìn)行專家級(jí)快捷而動(dòng)態(tài)的處理。
    四是智能階段。即在地域光網(wǎng)絡(luò)底層向上增加智能化的控制層面，從而快速響應(yīng)業(yè)務(wù)層的帶寬申請(qǐng)及更多地采用交換式連接來建立SDH電路或波長通道，還能根據(jù)實(shí)際運(yùn)營的需要隨時(shí)拆除、更新或重建信路或通道，為帶寬租用和光虛擬專網(wǎng)等運(yùn)營場(chǎng)合提供智能化的策略。
基于SDH的MSTP
     目前，各運(yùn)營商的城域光網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從采用單純的SDH設(shè)備轉(zhuǎn)向采用SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）。MSTP可以實(shí)現(xiàn)包括155/622Mbit/s、2.5Gbit/s和10Gbit/s等多種速率。一方面，MSTP保留了固有的SDH交叉能力和傳統(tǒng)的SDH/PDH業(yè)務(wù)接口，繼續(xù)滿足話音業(yè)務(wù)的需求；另一方面，MSTP提供ATM處理、Ethernet透?jìng)饕约癊thernet或RPR的L2交換功能來滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的匯聚、梳理、整合的需要。
MSTP可以提供ATM處理模塊并能針對(duì)ATM業(yè)務(wù)接入，如多點(diǎn)DSLAM接入到BAS（或ATM骨干交換機(jī)）的應(yīng)用場(chǎng)合，通過VP/VC信元交換和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，將在若干節(jié)點(diǎn)分別接入的多個(gè)155Mbit/s時(shí)隙收斂到SDH環(huán)的一個(gè)155Mbit/s時(shí)隙，實(shí)現(xiàn)N∶1業(yè)務(wù)收斂功能，節(jié)省了帶寬資源，同時(shí)所有業(yè)務(wù)可以共享ATM的VP－Ring保護(hù)。此外，ATM處理模塊還可以提供PVC專線和ATM組播業(yè)務(wù)。
    MSTP可以提供以太網(wǎng)的透明傳送功能，將來自用戶以太網(wǎng)的信號(hào)不經(jīng)過L2交換直接映射到SDH的虛容器（VC）中，然后通過SDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)傳送。目前，10Mbit/s、FE甚至GE業(yè)務(wù)可以通過多種途徑在網(wǎng)絡(luò)中傳送，如10Mbit/s和FE業(yè)務(wù)可以采用VC－12或VC－3的虛級(jí)聯(lián)方式承載，而GE業(yè)務(wù)則可采用VC－4或VC－3/STS－1連續(xù)級(jí)聯(lián)的方式來承載。EthernetoverSDH的映射協(xié)議除采用PPP/HDLC或LAPS外，也可支持通用成幀規(guī)程GFP。
    MSTP可以提供L2交換功能，在一個(gè)或多個(gè)用戶的以太網(wǎng)接口與一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的基于SDHVC－N的鏈路之間，提供基于EthernetMAC的交換，實(shí)現(xiàn)基于端口的VLAN、基于IDTag的VLAN和虛擬網(wǎng)橋功能、全雙工流量控制、帶寬共享、端口匯聚及相應(yīng)的STP處理和保護(hù)等。
     MSTP中具有新型的鏈路容量自動(dòng)調(diào)整策略。如果承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的VCG（由多個(gè)VC成員組成）中的一些VC通道發(fā)生故障或出現(xiàn)告警指示信號(hào)AIS，則可以根據(jù)相互的握手協(xié)議將此VC成員暫時(shí)刪除，從而自動(dòng)降低承載帶寬，同時(shí)保證所承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的丟包率和時(shí)延可以降到最低程度；如果告警消失或故障恢復(fù)，則所承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將恢復(fù)到最初的配置帶寬。
    從本質(zhì)上來講，彈性分組環(huán)RPR（基于IEEE802.17制式）是跟SDH和現(xiàn)行MSTP全面競(jìng)爭(zhēng)的一種技術(shù)，但MSTP可以一定程度融合RPR技術(shù)，如將RPR設(shè)計(jì)成為MSTP的一種嵌入式功能模塊，從而實(shí)現(xiàn)帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、公平的帶寬分配、嚴(yán)格的業(yè)務(wù)分級(jí)CoS、服務(wù)質(zhì)量保障QoS以及真正意義上的用戶隔離等功能。此功能模塊提供的接口主要是802.3MAC，即傳統(tǒng)的以太網(wǎng)接口，可以進(jìn)行802.3MAC到802.17MAC的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)“MACinMAC”，L2交換或橋接中繼功能可以在模塊中靈活選用，可以基于802.3，亦可基于802.17。RPRMAC可以通過GFP封裝規(guī)程映射到SDH的VC－N中去，在VC故障情況下，LCAS功能同樣適用這種場(chǎng)合。
     此外，RPR具備自己專用的保護(hù)策略，如環(huán)回和主導(dǎo)方式（主導(dǎo)的方式由于需要故障節(jié)點(diǎn)向全網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)公告故障信息其他節(jié)點(diǎn)因此調(diào)整自己的業(yè)務(wù)流向，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大的網(wǎng)上，可能導(dǎo)致超過50ms的保護(hù)倒換時(shí)間），如果要與SDH保護(hù)協(xié)同起來，同理需要拖延時(shí)間機(jī)制來保證。
城域OADM
     城域OADM系統(tǒng)可以最大程度地滿足大容量和節(jié)省光纖資源的需求，但是，要得到規(guī)模商用，必須保證較低的成本和提供波長可配置能力、自適應(yīng)/多業(yè)務(wù)OTU、子速率匯聚和完善的保護(hù)倒換功能。
城域OADM的基本結(jié)構(gòu)主要包括串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)混合方式。并聯(lián)結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)上對(duì)上下路波長和直通波長同等地進(jìn)行光復(fù)用和光解復(fù)用處理；串聯(lián)結(jié)構(gòu)在節(jié)點(diǎn)上只對(duì)需要上下路的波長進(jìn)行處理，而對(duì)直通波長則不進(jìn)行光復(fù)用和光解復(fù)用處理，因此對(duì)于上下路的波長而言具有一定的次序問題；串并聯(lián)混合方式就是前面兩種方式的綜合處理。總體來說，并聯(lián)方式相對(duì)串聯(lián)方式更有利于實(shí)現(xiàn)波長在線升級(jí)。此外，城域OADM的波長上下方式可以是固定的，也可以是可配置的，根據(jù)具體需求靈活選用。
    城域OADM系統(tǒng)應(yīng)該提供自適應(yīng)的OTU單元，包括100Mbit/s、ESCON、FICON、Fiberchannel、GE、2.5Gbit/s以及10Gbit/s等。如ESCON可以用于企業(yè)網(wǎng)的大型主機(jī)互聯(lián)；FiberChannel主要針對(duì)大型存儲(chǔ)系統(tǒng)互聯(lián)，為今后存儲(chǔ)網(wǎng)（SAN）的興起做好鋪墊。不論何種接口，2.5Gbit/s速率以下的Transponder應(yīng)通過軟件的方式設(shè)置接口屬性，而不必更換硬件電路。這樣，在接口升級(jí)或修改配置時(shí)，就顯得十分方便和靈活，并且最大程度地節(jié)省了運(yùn)營商的投資。
    城域OADM的子速率匯聚功能可以將4個(gè)622Mbit/s速率合并到一個(gè)2.5Gbit/s波長通道，或?qū)蓚€(gè)GE合并到一個(gè)2.5Gbi/s波長通道，也可將16個(gè)155Mbit/s速率合并到一個(gè)2.5Gbit/s波長通道；同樣，可將8個(gè)GE合并到一個(gè)10Gbit/s波長通道，或是將4個(gè)2.5Gbit/s合并到一個(gè)10Gbit/s波長通道，這樣，最大程度地節(jié)省帶寬，保護(hù)了運(yùn)營商的投資。
    城域網(wǎng)OADM可以實(shí)現(xiàn)共享保護(hù)。城域網(wǎng)OADM可以實(shí)現(xiàn)二纖雙向光通道共享保護(hù)、二纖單向和二纖雙向光復(fù)用段共享保護(hù)等，而且相對(duì)光通道共享保護(hù)成本還要低。但是，利用城域OADM環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能其難點(diǎn)在于，如果光纖中斷或工作通路出現(xiàn)故障，保護(hù)信號(hào)的路由可能與原正常工作時(shí)的路由大相徑庭，這就對(duì)光功率和光信噪比的預(yù)算提出了較高的要求，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作的難度較大。如果出現(xiàn)多點(diǎn)故障的情況，難度將無法想像。
    很長一段時(shí)間以來，對(duì)于城域CWDM褒貶不一，首先，20nm左右的波長間隔使得無制冷激光器、層數(shù)甚少的濾波器得到應(yīng)用，成本有所下調(diào)；其次，有人認(rèn)為沒必要進(jìn)行光功率均衡使得主波長通道的概念大大弱化，而實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)接入，子速率（或子波長）復(fù)用僅僅成為一種補(bǔ)充手段。然而，沒有寬帶EDFA做后盾，如果設(shè)計(jì)成OADM組建傳輸距離較長的環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)保護(hù)能力大打折扣。此外，如果城域網(wǎng)中沒有新型的高性能光纖鋪設(shè)，水峰區(qū)域難以逾越，波長數(shù)的擴(kuò)展也是一大瓶頸。但是，不管怎樣，城域CWDM作為城域光網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)分支或現(xiàn)行城域傳送設(shè)備的補(bǔ)充手段，應(yīng)該得到重視。
    對(duì)未來城域智能光網(wǎng)絡(luò)的思考
    目前，客戶層網(wǎng)絡(luò)和傳送網(wǎng)絡(luò)之間只是物理上的連接，或稱為“硬連接”，傳送網(wǎng)絡(luò)只是將客戶層信號(hào)從一端傳送到另一端，而這樣的通道一旦建立，很長時(shí)間內(nèi)都不會(huì)輕易改變。而智能化就要做到客戶層網(wǎng)絡(luò)需要多大的帶寬，在向傳送網(wǎng)絡(luò)提起申請(qǐng)后即可實(shí)現(xiàn)，而且連接通道可以根據(jù)需要改變路由，也可以隨時(shí)被拆除和重建。
     此外，目前在城域光網(wǎng)絡(luò)中，新運(yùn)營商希望向老運(yùn)營商租用一些帶寬，如適量的SDH電路或波長通道。這樣，老運(yùn)營商就是一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的管理者，他們與新運(yùn)營商之間同樣需要一個(gè)智能化的帶寬分配過程，如管理有序就可以提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效益。
    城域網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)期目標(biāo)是：采用自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)ASON的體制，在現(xiàn)有的SDH/MSTP以及未來城域OADM/OXC/OTN的傳送平面上，引入一個(gè)智能化的、通過軟交換信令實(shí)現(xiàn)的控制平面，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的SDH電路配置、光波長路由配置和靈活的各級(jí)帶寬分配。
     以SDH為例，傳統(tǒng)的SDH電路配置實(shí)際上是在網(wǎng)管系統(tǒng)的強(qiáng)行干預(yù)下而實(shí)現(xiàn)的永久性連接，耗時(shí)、耗力，效率不高，即使配置成功后也不會(huì)輕易更改。智能光網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)就是將傳統(tǒng)的永久性連接改造成為永久性軟連接甚至交換式連接。業(yè)務(wù)層設(shè)備根據(jù)自身的需要，通過UNI信令發(fā)起帶寬申請(qǐng)，控制層面的各智能網(wǎng)元內(nèi)部設(shè)置呼叫控制器、連接控制器、路由控制器、協(xié)議控制器、策略控制器及鏈路資源管理器等構(gòu)件，分工協(xié)作，共同完成智能控制功能。智能網(wǎng)元間通過I－NNI或E－NNI信令協(xié)議處理，采取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自動(dòng)識(shí)別以及自動(dòng)鄰居發(fā)現(xiàn)等機(jī)制迅捷建立連接通道，快速為業(yè)務(wù)層網(wǎng)絡(luò)建立承載通路，而且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要，已建立的通路可以隨時(shí)被釋放和拆除或倒換到新的連接通路。這樣，整個(gè)傳送網(wǎng)就從原來傻瓜式的、靜態(tài)的網(wǎng)絡(luò)升華為交換式的、可以直接進(jìn)行帶寬租賃和直接進(jìn)行盈利的智能光網(wǎng)絡(luò)。
     對(duì)于網(wǎng)管系統(tǒng)來講，兩個(gè)層面都需要管理，如光網(wǎng)絡(luò)層面的網(wǎng)元硬件故障需要上報(bào)網(wǎng)管系統(tǒng)，而控制層面的故障也需要上報(bào)給網(wǎng)管系統(tǒng)。由于增設(shè)了智能控制層面，所以網(wǎng)管系統(tǒng)的“配置管理”可以大大弱化。
GMPLS即通用的MPLS，在原MPLS的體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，除了包交換外，還將TDM交換和光空分交換囊括進(jìn)來，并針對(duì)光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了改進(jìn)。GMPLS的初衷是自成一套“對(duì)等模型”體制，但現(xiàn)在看來，作為ASON控制層面的信令處理比較合適。毋庸置疑，GMPLS的CR－LDP和RSVP－TE會(huì)成為兩種主流的信令協(xié)議。
    智能光網(wǎng)絡(luò)的具體商用就是帶寬租賃、批發(fā)及光虛擬專網(wǎng)等，應(yīng)該說，在業(yè)務(wù)多樣化和高度競(jìng)爭(zhēng)的城域網(wǎng)環(huán)境中將會(huì)發(fā)揮重要作用。