光傳送網組網技術的發展

組網需求和網絡節點設備的開發通過市場的杠桿作用而互相促進。一方面網絡節點設備開發的依據是組網需求，另一方面網絡節點設備技術方面的進展又為組網提供了新的選擇。面對2000年網絡節點設備和光網絡技術的新進展，光網絡的組織、建設和管理有了更多新的選擇。

90年代后期，光傳送網組網出現了以下新的變化：

(1)隨著波分復用(WDM)技術的應用而出現的光分插復用器(OADM)、光交叉連接器(OXC)，使網絡的傳送和交換有了新的選擇，由過去單一的基于電的顆粒轉化為現在兩種方式并存——基于電的顆粒和基于光的顆粒方式。一個波長或一個VC-n都可以成為交叉的基本單位。

(2)路由器等基于包交換的設備直接進入傳送網，促進了基于以太網標準的傳輸技術、彈性分組環(RPR)技術的興起和發展。

(3)由于器件技術上的進展，WDM設備價格不斷下降。一方面，器件技術上已做到波道間間隔小于50 GHz，使密集波分復用系統的波分復用波道數增加，滿足了大容量系統的需求；另一方面，200 GHz以上的粗波分系統也已開始推出。

(4)WDM不再僅應用于骨干網，接入網也開始使用WDM無源光網絡(PON)等技術。

(5)在接入網方面PON和以太網結合，發展為以太無源光網絡技術。

(6)多業務傳送平臺集SDH傳輸、各種接口和容器的集散(Grooming)功能于一身，兼容PDH、SDH、ATM、以太網等，在基于電路交換和基于包或IP交換共存的若干年內，它是一個性能價格比更高的設備。

(7)前向糾錯(FEC)技術被應用于設備的線路接口。

(8)數字包封技術使IP業務和其他業務直接進入光層成為可能。

(9)自動交換傳送網/自動交換光網絡(ASTN/ASON)的標準框架已經提出，成為業界關注的話題。

上述技術新變化導致了進入21世紀以來，在光傳輸網絡領域的若干思考。因此，有3個方面的問題值得進行探討：

(1)關于自動交換光網絡。作為ASTN的一個子集，ASON的標準正逐漸形成。那么，目前建設ASON的時機還要多久才能到來？

(2)關于格狀網拓撲。在格狀物理拓撲中可以運行多種類型的虛擬子拓撲，如環形、線形等，從而在一個格狀網中發揮各種拓撲的優勢。這樣，我們將如何選擇進行組網？

(3)關于交叉的選擇。光的以波長為單位的交叉或交換出現，同以往的在電子電路上操作的以VC-n為單位的交叉連接平分天下。組網時怎樣選擇才更合理？

1 自動交換光網絡

自動交換光網絡目前處于開發階段，2000年以來，ASON從概念的提出到標準的開發，已經形成全新的技術體系，具有組網需求，其發展動態[1，2]如下。

(1)完成了G.8080建議。建議定義的ASON分為控制層、傳輸層和管理層3個平面，圖1給出了3個平面的關系及接口UNI、I-NNI、E-NNI的定義。

(2)形成了自動交換光網絡特有的控制平面結構，提出了系統策略控制與邊界的關系。

(3)路由選擇方案有分層選路、源及分步選路。

(4)提出了自動交換光網絡新具有的管理能力。

(5)提出了地址分配策略。

(6)提出了保護和恢復機制。

由此可見，ASON的標準已經形成，但是還缺乏具體的規范。

按照ASON的標準，目前設備只能處于初步的開發階段。例如ASON特有的控制平面，許多公司就各自有其開發成果，如Ciena的OSRP、朗訊的Optical tone、思科的UCP都可以看作是向此方向努力的步驟。

許多開發商和運營商都希望從現在起提供的和建設的節點設備就是ASON的網元，或者可以在今后簡單過渡到ASON。從目前標準化工作的狀況來看，由于缺乏具體的規范，還無法支持這種愿望。在這種情況下，目前進行的仍然是運營商同制造商一起參與促進ASON的標準化進程，下一步才是設備的生產和ASON的組網。

2 格狀網拓撲中的子拓撲

光傳輸大規模的組網始于80年代末90年代初?；诋敃r的設備技術水平形成了組網的技術理念。伴隨著SDH的發展，光網絡從PDH的鏈形組網發展為環網、格狀網。隨著網絡結構的日益復雜，自愈、網管功能也應運而生。這些基本概念在目前仍然沒有過時。

組網的第1步，首先的選擇是組網采用格狀網(Mesh)還是環。表1所示為人們對格狀網和環網的看法。從表1中可以看到90年代形成的對環網、格狀網的看法是：由于必須采用復雜的恢復算法，導致網絡節點設備如DXC、ADM等價格高、體積大、自愈時間長。付出這些代價，得到的是具有更高的帶寬利用率和抗毀能力。因而，從經濟的角度，以往組網首選的拓撲是環而不是格。如果網絡在地理上要求更大的覆蓋面，為了盡量地發揮環的優勢，又發展出了環間互通，主環帶分環等方式。而環間互通的保護又有其特殊要求。

進入21世紀，由于以下一些情況的出現，促使我們重新認識問題：

(1)光網絡已經具有充分的覆蓋面，光纖光纜不但已敷設到主要節點，而且許多節點還具有多個方向的光纜路由。

(2)城域網的需求進一步突出，而城域網一般是節點多，節點間距離短。許多地區經過大量建設，可以做到節點和節點間光纜能構成網格狀的物理拓撲。

(3)大容量的節點交換設備出現，其中有基于光的波長的，也有基于電的VC-n的。它們可以不但支持通常的環、格的應用，而且還可以支持環和格的混合應用。

以上最后一點的原理可以簡述如下：9個節點之間可以用光纜構成格狀的物理拓撲，但是在任意幾個兩兩相鄰的節點之間都可以構成環，如圖2所示。我們把它稱為格狀網中的子環。子環可以由3種方式組成：

a.基于VC-n

節點為光交換機或交叉連接設備，具有光口，且交叉操作以VC-n為顆粒用電子電路實現。在每段光纜上又有兩種情況：采用WDM系統中的同一個波長，或每段光纜只運行單波長。子環可以用一個VC-n或一個VC-n-Xc 組成。

b.基于波長

在由OXC作為節點，每段光纖采用波分復用方式復用的格狀網中，一個子環可以由每一段光纖的同一個波長構成。

c.以上兩種的重疊

即基于波長的OXC設備又包含有基于VC-n的交叉。

這可以用一個實例來說明，如用9個Ciena公司的光交換機——CoreDirector組成如圖2的格。設備將WDM系統的每個波長或單波長的光信號轉化為SDH電信號，以VC-3為顆粒進行交換。它可以允許用戶將VC-3等級的級聯容器組成子環(例如子環1為一個VC-3，標稱容量51 Mbit/s；子環2為VC-3-4c ，標稱容量155 Mbit/s)，運行環的保護機制，而子環余下的VC-3可以再組成若干子環或按格狀網的恢復機制運行。這種分配和安排，用戶只需在網管界面上設定就能實現。這樣，一個從物理上看起來的格狀網實際上包含了若干獨立運行的邏輯上的子環和格狀網，從而針對不同的需求既得到自愈時間短的優點，又可以充分利用帶寬資源。這些環和格狀網分別具有表1所列的相應優勢和劣勢。

發展到這一步，在組網過程中，可能考慮的拓撲有鏈、環、格和它們的混合?？紤]的步驟是：

(1)根據敷設光纜資源、敷設計劃和網絡路由要求選擇拓撲。

(2)根據網絡路由要求選擇拓撲，然后制訂光纜的規設計劃。

(3)當選擇格狀物理拓撲時，作為多種選擇之一，如果設備可以支持，可以選擇若干個子環和子格共存的拓撲。其中，將那些對倒換時間要求高的業務安放到子環內，而將其余的業務讓格狀子網承擔。

(4)當選擇環狀網時，如果出現多個環相交于多點的情況，不妨作比較，按同樣的路由要求組織一個格狀網然后比較兩個方案的優缺點。

(5)選擇環狀網結構或子環結構，又將從復用段共享保護和通道保護兩者中選擇保護方式。假如各節點之間的業務量分布非常平衡，復用段共享保護有一定優勢，而在一般情況下業務分布相對集中，采用二纖環時，可以考慮將VC-n通道保護作為首選。

3 交叉的選擇

目前的設備中交叉部分有兩種類型：基于電子電路的以VC-n為顆粒的交叉和基于光開關的以波長為顆粒的交叉。

采用光交叉時，波分復用信號被分接為機內多條光纖上的單波長信號，再使用光開關進行交叉，然后復接到一條條WDM光纖上。除了光開關需要電的控制信號外，信號無需到達電層面。然而，當一個光波長(例如波長1)從一條輸入光纖(例如第1條：L1)進入系統，從另一條(例如第4條：L4)輸出時，如果該波長(如L4輸出光纖的波長1)已經被占用，就必須把進入的光波長信號保持信息內容不變，波長換到另一個波長(例如波長1的內容轉換到波長8)。目前，這一過程要經過電的處理才能實現。

光交叉的關鍵器件主要代表是微電子機械開關(MEMS)，有一維、二維和三維的，技術還在不斷進展，售價有待降低。

相比之下，雖然電的交叉要經過光/電/光的變化，不如光交叉那么簡單，但由于集成電路技術的不斷提高，2000年以來已有大容量電交叉芯片進入市場，芯片大容量的規模和完善的性能大大減低了系統的復雜程度，而且基于電的交叉可將很小的顆粒合并成大的VC-n，每16個(或64個) VC-4可復用成一個STM-16(或64)，所以OEO系統的靈活性比光交叉方式好。相對于目前MEMS的發展，電交叉芯片集成電路的發展顯得迅速些。

由此我們可以得出有關組網原則方面的結論：

光交叉主要定位于波分復用系統，適宜于交叉顆粒需要較大的組網。而電交叉(OEO)可以定位于波分復用和單波長的系統，特別適宜于要求小顆粒集散的節點。由此，可以決定設備開發、組網建設和運營的方向。

一個需要說明的問題是，光交叉和電交叉的適用范圍并無嚴格的界限。目前的一種發展趨勢是，網絡的節點設備中可以集成光的交叉、電的交叉和各種交換功能，實現多種設備功能的集成。這種高度集成化的設備可以有效降低組網的復雜度，簡化網絡的管理，為網絡資源更加有效地利用提供條件。如何在這種具有“多顆粒度交換”功能的網絡中實現高效的業務疏導來降低網絡的投資成本和運營成本，以及如何在多種粒度的環境中進行有效的網絡故障恢復是目前研究的熱點。

4 結論

適應ASON的需要是光網絡開發和運營者的努力方向，目前處于標準的完善期，設備技術方面的發展為網絡拓撲和組網提供了新的選擇，值得重視?！?/p>

參考文獻

1 楊玉森.自動交換光網絡(ASON)體系結構框架. ITU-T 2002年會議報告.2002，1

2 ITU-T. G.8080/Y.1304. Architecture for the Automatic Switched Optical Network (ASON). 2001，10

3 李秉鈞.SDH自愈環保護方式選擇.現代有線傳輸， 1999，3

(收稿日期：2002-03-05)

作者簡介

李秉鈞，信息產業部電信第五研究所教授級高工，博士生導師。長期從事電信傳輸的技術研究和產品開發。

石兵，大唐電信光通信分公司工程師，在職博士生。研究方向為光通信網絡。