《電子技術(shù)應(yīng)用》
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實(shí)現(xiàn)IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案[圖]
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摘要: 實(shí)現(xiàn)IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案[圖],1引言隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,因特網(wǎng)協(xié)議(IP)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)通信的主流協(xié)議,這樣必然需要架構(gòu)適合
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1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,因特網(wǎng)協(xié)議(IP)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)通信的主流協(xié)議,這樣必然需要架構(gòu)適合IP業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所面臨的問(wèn)題。

由于波分復(fù)用(WDM)傳輸技術(shù)日趨成熟,并且與其它傳輸技術(shù)相比具有很大的優(yōu)勢(shì)。因此,IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)成為一種必然的選擇。然而,現(xiàn)階段IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)技術(shù)上還不成熟,因此GMPLS、T-MPLS和ASON技術(shù)的結(jié)合成為IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。

2 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)范

IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)就是直接在光上運(yùn)行的因特網(wǎng),其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有3種基本模型:

①重疊模型,對(duì)已有光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的改動(dòng)較少,近期能夠?qū)崿F(xiàn)。
     ②對(duì)等模型,僅能工作在IP層與光傳送層具有同一操作管理實(shí)體的情況下。
     ③擴(kuò)展模型,是前面兩種模型優(yōu)點(diǎn)的融合。

IPoverWDM的分層模型主要有光網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層及適配和管理功能組成,如圖1所示。光網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)提供通道;數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)的處理和傳送;層間適配和管理用于適配數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò),包括保護(hù)和恢復(fù)、配置管理、性能管理、連接管理和會(huì)話管理等。在連接過(guò)程中,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)單元和光網(wǎng)絡(luò)單元通過(guò)相應(yīng)的協(xié)議進(jìn)行協(xié)商,以提供連接所需要的帶寬。連接管理過(guò)程如圖2。

實(shí)現(xiàn)<a class=IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案" src="http://files.chinaaet.com/images/20110818/897991c4-4902-483e-b978-c35ffbadb7d4.jpg" />

常用的保護(hù)和恢復(fù)功能是:光網(wǎng)絡(luò)層具有保護(hù)功能;光網(wǎng)絡(luò)層沒(méi)有保護(hù)功能,而IP業(yè)務(wù)層有保護(hù)功能;光網(wǎng)絡(luò)層和IP業(yè)務(wù)層都具有保護(hù)和恢復(fù)功能。

IPoverWDM的協(xié)議模型包括IP層協(xié)議、IP適配層協(xié)議、光通路層協(xié)議、WDM光復(fù)用段協(xié)議和WDM光傳輸段協(xié)議??蛻魧訁f(xié)議包括IPv4和IPv6等;IP適配層協(xié)議用于進(jìn)行IP多協(xié)議封裝、差錯(cuò)檢測(cè)、分組定界以及服務(wù)質(zhì)量控制等;光復(fù)用段功能包括線路故障分段、帶寬復(fù)用、保護(hù)切換及其它傳送網(wǎng)維護(hù);光傳輸段功能包括高速傳輸和光放大器故障分段等。IPoverWDM的幀結(jié)構(gòu)有兩種形式:以太網(wǎng)幀格式和SDH幀格式。

⑴ 以太網(wǎng)幀格式

目前局域網(wǎng)中主要采用以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu),此種格式下報(bào)頭包含的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息不多,但由于沒(méi)有使用造價(jià)昂貴的再生設(shè)備,因而成本相對(duì)較低。由于使用的是"異步"協(xié)議,故對(duì)抖動(dòng)和定時(shí)不如SDH幀敏感。由于與主機(jī)的幀結(jié)構(gòu)相同,因而在路由器接口上需對(duì)幀拆裝分割、使數(shù)據(jù)幀和傳輸幀同步的比特塞入操作。

⑵ SDH幀格式

目前網(wǎng)絡(luò)再生設(shè)備大多采用SDH幀格式。此種格式下報(bào)頭載有信令和足夠的網(wǎng)絡(luò)管理信息,便于網(wǎng)絡(luò)管理。但在路由器接口上針對(duì)SDH幀的拆裝分割處理耗時(shí),且采用SDH幀格式的轉(zhuǎn)發(fā)器和再生器造價(jià)昂貴。現(xiàn)正在制定一種新的幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn),稱作"SlimSDH"。它提供SDH幀的許多功能是在報(bào)頭位置、幀大小和分組大小匹配方面使用了更新的技術(shù)。

3 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

分組光交換技術(shù)是一種IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)技術(shù),由于其目前還不成熟,因此現(xiàn)有的分組交換單元是由電信號(hào)來(lái)控制,即電控光交換。其中,光的電路交換技術(shù)(OCS)已發(fā)展得較成熟,進(jìn)入實(shí)用化階段。但是,OCS光網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有擺脫電路交換的局限性,且無(wú)法承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),所以光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢(shì)是光控光交換。分組光交換系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括:光分組交換技術(shù)(OPS)、光突發(fā)交換技術(shù)(OBS)和光多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)(OMPLS)。

⑴ OPS

交換原理如圖3所示,交換系統(tǒng)在輸入接口完成光分組讀取和同步功能,并將小部分光功率送入控制單元,來(lái)完成如光分組頭的識(shí)別和凈荷定位等功能;光交換矩陣為經(jīng)過(guò)同步的光分組選擇路由,最后輸出接口完成光分組頭的重寫(xiě)和光分組再生。OPS有著很強(qiáng)的適應(yīng)突發(fā)數(shù)據(jù)和承載IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的能力,但其存在交換節(jié)點(diǎn)處難以實(shí)現(xiàn)精確同步和光緩存器技術(shù)還不成熟的問(wèn)題。因此,OPS在短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案

⑵ OBS

作為電路交換到分組交換的過(guò)渡,OBS克服了OPS的缺點(diǎn),并且比OCS提高了資源利用率和資源分配的靈活性。光突發(fā)分組為可變長(zhǎng)度,其突發(fā)數(shù)據(jù)包含2種分組:承載路由信息的控制分組和承載業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)分組。OBS網(wǎng)絡(luò)的邊緣處抵達(dá)的IP包將被封裝成突發(fā),首先在控制波長(zhǎng)上發(fā)送控制分組,而在另一個(gè)不同波長(zhǎng)上發(fā)送數(shù)據(jù)分組,如圖4所示??刂品纸M中的控制信息要通過(guò)路由器的電子處理,數(shù)據(jù)分組則直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸。這樣就實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源的動(dòng)態(tài)分配。

實(shí)現(xiàn)IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案

⑶ OMPLS

主要應(yīng)用在IP包的全光標(biāo)記交換。IP包在核心光網(wǎng)絡(luò)的接入處,邊緣路由器通過(guò)標(biāo)記對(duì)IP包重新包封;在核心光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部,全光核心路由器通過(guò)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換和標(biāo)記交換,對(duì)新的IP包選路和傳遞;IP包在核心光網(wǎng)絡(luò)輸出處,邊緣路由器移去副載波復(fù)用標(biāo)記,并進(jìn)行一次波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換。IP包標(biāo)記交換簡(jiǎn)化了IP包的傳輸,并支持其他協(xié)議。

4 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方案

為了適應(yīng)IPoverWDM的需要,IETF推出了側(cè)重控制的GMPLS技術(shù);為了解決IP網(wǎng)絡(luò)是無(wú)連接的,不滿足網(wǎng)絡(luò)高可靠性要求的問(wèn)題,ITU-T提出了面向連接并側(cè)重傳輸?shù)腡-MPLS技術(shù)。因此,將兩種技術(shù)結(jié)合是IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的一種解決方案。同時(shí),智能光網(wǎng)絡(luò)(ASON)是ITU-T提出的實(shí)現(xiàn)向全光網(wǎng)過(guò)渡的、能夠提供動(dòng)態(tài)連接建立的,具有相當(dāng)智能的下一代光網(wǎng)絡(luò)。將ASON和GMPLS結(jié)合,讓它們發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),是IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。

4.1 GMPLS+T-MPLS實(shí)現(xiàn)方案

標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF推出了可用于光層的通用多協(xié)議標(biāo)記交換(GMPLS)技術(shù),GMPLS正是多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)向光網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的產(chǎn)物,使其可以對(duì)分組、TDM時(shí)隙、波長(zhǎng)組和光纖等用標(biāo)記進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記,使得GMPLS不但可以支持分組和ATM信元,而且可支持WDM光網(wǎng)絡(luò)。GMPLS對(duì)標(biāo)記交換路徑進(jìn)行了修補(bǔ)和補(bǔ)充,并且設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的鏈路管理協(xié)議,用以充分利用WDM光網(wǎng)絡(luò)的資源和解決光網(wǎng)絡(luò)中的各種鏈路的管理問(wèn)題。未來(lái)的傳送網(wǎng)將會(huì)有許多不同的網(wǎng)元構(gòu)成,存在多種交換層面,而GMPLS能為這些交換層面提供統(tǒng)一的控制平面,對(duì)傳輸網(wǎng)進(jìn)行控制管理。

ITU-T提出的傳送MPLS(T-MPLS)技術(shù)(2006年ITU-T日內(nèi)瓦會(huì)議上對(duì)T-MPLS達(dá)成了廣泛的共識(shí))是為了滿足IP業(yè)務(wù)可靠性的要求。同時(shí),它也是為了適應(yīng)傳送網(wǎng)架構(gòu)的需要,簡(jiǎn)化MPLS的、一種面向連接的分組傳送體系,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。T-MPLS控制面的功能包括業(yè)務(wù)接納、信令控制、路由控制、保護(hù)恢復(fù)等;傳送面負(fù)責(zé)將客戶數(shù)據(jù)及信令數(shù)據(jù)的適配和轉(zhuǎn)發(fā);管理平面提供對(duì)傳送平面、控制平面和系統(tǒng)整體的管理功能。T-MPLS作為中間適配層,既能夠針對(duì)3層的IP數(shù)據(jù)包,又能針對(duì)2層的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),其面向連接的特性能夠充分保證上層業(yè)務(wù)所提出的質(zhì)量要求,能夠獨(dú)立于相應(yīng)的業(yè)務(wù)層進(jìn)行操作。采用T-MPLS技術(shù)后,未來(lái)的核心網(wǎng)絡(luò)可以簡(jiǎn)化為一個(gè)純光層面和一個(gè)電層面:光層面主要是波長(zhǎng)的交換;電層面則是固定速率業(yè)務(wù)在ODU數(shù)據(jù)單元交換和分組業(yè)務(wù)在T-MPLS上的交換。

實(shí)現(xiàn)IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案

T-MPLS側(cè)重傳輸,它增強(qiáng)了傳輸功能,刪掉了不必要的功能,進(jìn)一步發(fā)展了OAM和智能控制面技術(shù);GMPLS側(cè)重控制,它只需發(fā)起一個(gè)GMPLS信令,分組交換節(jié)點(diǎn)可以在需要時(shí)建立一條通向其它分組交換節(jié)點(diǎn)的波道。有了T-MPLS針對(duì)分組傳送網(wǎng)的新技術(shù),再加上GMPLS強(qiáng)大的控制功能,必將適應(yīng)傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。因此,GMPLS和T-MPLS技術(shù)共同作用成為IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的一種解決方案。

4.2 ASON+GMPLS實(shí)現(xiàn)方案

IPoverWDM應(yīng)用技術(shù)的不斷深入和發(fā)展,對(duì)光網(wǎng)絡(luò)智能化的需求也將越來(lái)越受到業(yè)界的重視,而TMPLS傳輸網(wǎng)絡(luò)只是一條預(yù)先配置好的物理線路,分組交換節(jié)點(diǎn)不能按照資源需求動(dòng)態(tài)地配置傳輸網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的物理線路資源。為了能適應(yīng)未來(lái)IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)能夠動(dòng)態(tài)地配置網(wǎng)絡(luò)資源和傳送信令的要求,智能光網(wǎng)絡(luò)(ASON)技術(shù)被引入IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)。

考慮到全光網(wǎng)在目前難以實(shí)現(xiàn),ITU-T轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)全光網(wǎng)的一種過(guò)渡型網(wǎng)絡(luò)——ASON,其結(jié)構(gòu)如圖6所示。ASON通過(guò)定義UNI以及網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)接口,可以支持多種廠商的設(shè)備,支持多種不同的技術(shù)。ASON管理平面采用分布式的域間網(wǎng)絡(luò)管理來(lái)對(duì)這些接口進(jìn)行管理,實(shí)現(xiàn)了綜合的網(wǎng)絡(luò)管理。

實(shí)現(xiàn)IP over WDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案

ASON技術(shù)的出現(xiàn)是光傳送網(wǎng)絡(luò)向智能化方向的發(fā)展,通過(guò)在傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中引人智能化的控制平面,以網(wǎng)絡(luò)信令方式將數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳送網(wǎng)結(jié)合在一起,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理。ASON能提供比目前的光網(wǎng)絡(luò)快速的光通道建立,并且提供多種粒度的信道服務(wù)和靈活的管理功能。

ASON管理平面通過(guò)對(duì)接口的管理,綜合了IP和WDM的網(wǎng)絡(luò)管理的功能;采用分布式的域間網(wǎng)絡(luò)管理,實(shí)現(xiàn)了綜合網(wǎng)絡(luò)管理的新理念。ASON控制面使光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了很大的變化,而GMPLS(側(cè)重控制)就是實(shí)現(xiàn)ASON網(wǎng)絡(luò)控制面的最佳協(xié)議,它提供了一種多層次的控制平面的互操作。因此,GMPLS和ASON技術(shù)相結(jié)合,發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢(shì),使IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)具有智能化,這是IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)勢(shì),它是光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展的必然方向。IP技術(shù)與WDM技術(shù)的結(jié)合,使IP數(shù)據(jù)流直接進(jìn)入光通道,有利于充分利用WDM的大容量與IP統(tǒng)計(jì)復(fù)用的優(yōu)勢(shì),真正達(dá)到IP優(yōu)化的目的。雖然現(xiàn)在IPoverWDM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)起來(lái)還有些困難,但GMPLS、T-MPLS和ASON技術(shù)的完善,為目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了較好的選擇方案,這對(duì)于IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有重要的影響。

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