《電子技術(shù)應(yīng)用》
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實現(xiàn)IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的解決方案
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摘要: 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)來解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題。
Abstract:
Key words :

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)來解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所面臨的問題。

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。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。

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,對已有光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的改動較少,近期能夠?qū)崿F(xiàn)。

②對等模型,僅能工作在IP層與光傳送層具有同一操作管理實體的情況下。

③擴展模型,是前面兩種模型優(yōu)點的融合。

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)層負責提供通道;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),包括保護和恢復(fù)、配置管理、性能管理、連接管理和會話管理等。在連接過程中,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)單元和光網(wǎng)絡(luò)單元通過相應(yīng)的協(xié)議進行協(xié)商,以提供連接所需要的帶寬。連接管理過程如圖2。



常用的保護和恢復(fù)功能是:光網(wǎng)絡(luò)層具有保護功能;光網(wǎng)絡(luò)層沒有保護功能,而IP業(yè)務(wù)層有保護功能;光網(wǎng)絡(luò)層和IP業(yè)務(wù)層都具有保護和恢復(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)議用于進行IP多協(xié)議封裝、差錯檢測、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、保護切換及其它傳送網(wǎng)維護;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),此種格式下報頭包含的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息不多,但由于沒有使用造價昂貴的再生設(shè)備,因而成本相對較低。由于使用的是"異步"協(xié)議,故對抖動和定時不如SDH幀敏感。由于與主機的幀結(jié)構(gòu)相同,因而在路由器接口上需對幀拆裝分割、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SDH幀的拆裝分割處理耗時,且采用SDH幀格式的轉(zhuǎn)發(fā)器和再生器造價昂貴?,F(xiàn)正在制定一種新的幀結(jié)構(gòu)標準,稱作"SlimSDH"。它提供SDH幀的許多功能是在報頭位置、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來控制,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,進入實用化階段。但是,OCS光網(wǎng)絡(luò)沒有擺脫電路交換的局限性,且無法承載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,來完成如光分組頭的識別和凈荷定位等功能;光交換矩陣為經(jīng)過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和光分組再生。OPS有著很強的適應(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)點處難以實現(xiàn)精確同步和光緩存器技術(shù)還不成熟的問題。因此,OPS在短時間內(nèi)難以實現(xiàn)。

⑵ OBS

作為電路交換到分組交換的過渡,OBS克服了OPS的缺點,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)的邊緣處抵達的IP包將被封裝成突發(fā),首先在控制波長上發(fā)送控制分組,而在另一個不同波長上發(fā)送數(shù)據(jù)分組,如圖4所示。控制分組中的控制信息要通過路由器的電子處理,數(shù)據(jù)分組則直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸。這樣就實現(xiàn)數(shù)據(jù)信道的帶寬資源的動態(tài)分配。



⑶ OMPLS

主要應(yīng)用在IP包的全光標記交換。IP包在核心光網(wǎng)絡(luò)的接入處,邊緣路由器通過標記對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波長轉(zhuǎn)換和標記交換,對新的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)用標記,并進行一次波長轉(zhuǎn)換。IP包標記交換簡化了IP包的傳輸,并支持其他協(xié)議。

4 IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的實現(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)是無連接的,不滿足網(wǎng)絡(luò)高可靠性要求的問題,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,智能光網(wǎng)絡(luò)(ASON)是ITU-T提出的實現(xiàn)向全光網(wǎng)過渡的、能夠提供動態(tài)連接建立的,具有相當智能的下一代光網(wǎng)絡(luò)。將ASON和GMPLS結(jié)合,讓它們發(fā)揮各自的優(yōu)勢,是IPvoerWDM光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。

4.1 GMPLS+T-MPLS實現(xiàn)方案

標準化組織IETF推出了可用于光層的通用多協(xié)議標記交換(GMPLS)技術(shù),GMPLS正是多協(xié)議標記交換(MPLS)向光網(wǎng)絡(luò)擴展的產(chǎn)物,使其可以對分組、TDM時隙、波長組和光纖等用標記進行統(tǒng)一標記,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對標記交換路徑進行了修補和補充,并且設(shè)計了一個全新的鏈路管理協(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題。未來的傳送網(wǎng)將會有許多不同的網(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,對傳輸網(wǎng)進行控制管理。

ITU-T提出的傳送MPLS(T-MPLS)技術(shù)(2006年ITU-T日內(nèi)瓦會議上對T-MPLS達成了廣泛的共識)是為了滿足IP業(yè)務(wù)可靠性的要求。同時,它也是為了適應(yīng)傳送網(wǎng)架構(gòu)的需要,簡化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、保護恢復(fù)等;傳送面負責將客戶數(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3層的IP數(shù)據(jù)包,又能針對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,能夠獨立于相應(yīng)的業(yè)務(wù)層進行操作。采用T-MPLS技術(shù)后,未來的核心網(wǎng)絡(luò)可以簡化為一個純光層面和一個電層面:光層面主要是波長的交換;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。



T-MPLS側(cè)重傳輸,它增強了傳輸功能,刪掉了不必要的功能,進一步發(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GMPLS信令,分組交換節(jié)點可以在需要時建立一條通向其它分組交換節(jié)點的波道。有了T-MPLS針對分組傳送網(wǎng)的新技術(shù),再加上GMPLS強大的控制功能,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實現(xiàn)方案

IPoverWDM應(yīng)用技術(shù)的不斷深入和發(fā)展,對光網(wǎng)絡(luò)智能化的需求也將越來越受到業(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)點不能按照資源需求動態(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IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)能夠動態(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)在目前難以實現(xiàn),ITU-T轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)全光網(wǎng)的一種過渡型網(wǎng)絡(luò)——ASON,其結(jié)構(gòu)如圖6所示。ASON通過定義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)管理來對這些接口進行管理,實現(xiàn)了綜合的網(wǎng)絡(luò)管理。



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,進而實現(xiàn)了實時動態(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管理平面通過對接口的管理,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,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。

5 結(jié)語

IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)具有諸多優(yōu)勢,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)流直接進入光通道,有利于充分利用WDM的大容量與IP統(tǒng)計復(fù)用的優(yōu)勢,真正達到IP優(yōu)化的目的。雖然現(xiàn)在IPoverWDM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)起來還有些困難,但GMPLS、T-MPLS和ASON技術(shù)的完善,為目標的實現(xiàn)提供了較好的選擇方案,這對于IPoverWDM光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有重要的影響。

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