下一代传送网的技术发展趋势浅析

　　关键词： 下一代传送网的技术
　　摘要： 下一代传送网的技术发展趋势浅析
　　一、引言
　　传送网是整个电信网的基础，它为整个网络所承载的业务提供传输通道和传输平台。随着近年来电信业务对带宽需求的不断提高，光传送网络的规模在不断扩大，为业务网提供了巨大的带宽资源，同时在网络的生存性、可扩展性方面也有了巨大的进步。
　　作为网络的传送层面，下一代传送网的目标就是为了满足下一代网络的传送需求。结合下一代网络的特征，如基于分组技术，能够提供包括电信业务在内的多种业务，在业务相关功能与传送层传送相关功能分离的基础上，能够利用多种宽带、有QoS支持能力的传送技术等方面的特征，下一代传送网应当满足从分组到波长的传送需求，同时支持多种业务：利用高速率、大容量的传送技术提供充足的带宽资源；具有端到端的业务等级和透明的传输能力；引入控制平面，解决网络智能性和动态性的结合，同时提供与传统网络互通的能力。总之，下一代传送网的特征将随着下一代网络和业务的发展而逐步明确，与业务的密切结合是下一代传送网的一个重要特征。
　　发展到今天，光传送网已经在带宽和容量上能够满足业务网的需求，起码在技术上已经不是不可解决的问题，需要考虑的则是投资与回报的关系等运营方面的问题。下一代传送网应该向什么方向发展呢？对于下一代的说法，可谓是仁者见仁，智者见智的问题，在不同时期有不同的内涵。综合近年来的发展，一般认为下一代光传送网的技术趋势主要体现在以下几方面。
　　二、传送网的智能化
　　目前，无论是制造商还是运营商都一致认为传送网智能化是传送网发展的方向之一。这是由于近几年来，随着IP业务的爆炸性增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大，而且由于IP业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切。主要靠人工配置网络连以优化网络资源连接的原始方法耗时费力、容易出错，不仅难以满足现代网络和新业务拓展的要求，也难以适应市场竞争的需要。于是，一种能够自动完成网络连接的新型网络概念——智能的自动交换光网络（ASON）应运而生。ASON是利用独立的控制平面来实施动态配置连接管理的网络，而过去传送网只涉及客户层信号的传送、复用、交叉连接、监控和生存性处理，通常不含交换功能，只具备较低的智能。因此，在传统的传送网中引入动态交换的概念不仅是几十年来传送网概念的重大历史性突破，也是传送网技术的一次重要突破，使传送网具备了自动选路和管理的更高智能。而且，这类新型网络的一个重要特点是支持多种客户信号，是一种独立于客户和技术的网络。
　　ASON指的是以SDH和光传送网（OTN）为基础的自动交换传送网，它用控制平面来完成配置和连接管理的光传送网，以光纤为物理传输媒质，SDH和OTN等光传输系统构成的具有智能的光传送网。根据其功能可分为传送平面、控制平面和管理平面，这三个平面相对独立，互相之间又协调工作。
　　与传统传送技术相比，ASON技术的最大特点是引入了控制平面，控制平面的主要功能是通过信令来支持建立、拆除和维护端到端连接的能力，并通过选路来选择最合适的路径，以及与此紧密相关的需要提供适当的名称和地址机制。
　　目前，ASON设备指的是在大容量交叉连接设备或MSTP设备为传送平面，内嵌控制平面而成的设备，可以是光或者电产交叉矩阵，基本上以光电光交叉连接矩阵为主，只有少数厂家支持全光矩阵。其中，控制平面采用内嵌或外置的方式实现，初期部分厂商采用外置方式将控制平面移植到传送平面的设备上，逐步形成内嵌的控制平面。目前，ASON网络中的各种接口尚不成熟，UNI接口的标准由OIF开发，UNI 1.0的互操作性演示已经进行过了，UNI 1.0 Release2的互操作性试验也将于2004年6月进行。E-NNI的规范由0IF正在进行规范，将于2004年6月进行互操作性演示。I-NNI的规范正在开发，各厂家采用私有方式实现的可能性更大一些。目前的ASON设备可以通过集中或分布式的保护恢复方式来提供多种级别的业务，同时能够提供一些智能化的业务，如端到端的业务配置、SLA等，有利于网络的运行、维护和管理。总之，ASON设备的现状是以关注功能为主，对于协议一致性和接口等的互通性方面的追求并不是关注的重点。
　　从网络演进来看，ASON网络主要有两种演进的模型，分别是重叠模型和对等模型，重叠模型是ITU，OIF和ODSI等国际标准组织和准标准组织所支持的网络演进结构。基本思路是将光传送层特定的控制智能完全放在光传送层独立实施，无须客户层干预，客户层和光传送层成为两个基本独立的智能网络层，而光传送层将成为一个开放的通用传送平台，可以为包括IP层在内的所有客户层提供动态互联。这种模型有两个独立的控制平面，一个在核心光网络，而另一个在客户层，两者之间不交换路由信息，独立选路，最大限度地实现了光网络层和客户层的控制分离。它的优点是：实现统一透明的传送平台，支持多客户层信号；传送层完成客户的连接要求可以屏蔽光传送层的网络拓扑细节；允许光传送层和客户层独立演进，这样光传送层可以继续快速演进；采用子网分割后，运营者既可以充分利用原有基础设施，又可以在网络其他部分引入新技术；采用这种方式后，在网络运营商和客户层信号间有一个清晰的分界点。缺点是：功能重叠，两个层面部需要有网管和控制功能；扩展性受限，为了实现数据转发，需要在边缘设备间建立点到点的网状连接，管理两个独立的物理网的成本较高，带宽利用率较低，存在额外的帧开销；两个层面存在两个分离的地址空间，因此需要复杂的地址解析。目前，这种模型最适合那些传统的已具有大量SDH网络基础设施而同时又需要支持分组化数据的网络运营商。
　　对等模型是IETF支持的网络演进结构，是一种集成的方式，基本思路是将IP层用于MPLS通道的选路和信令略作修改后直接应用于光传送层的连接控制。特点是将光传送层的控制智能转移到IP层，由IP层来实施端到端的控制。这种模型的优点是：光传送网和IP网可以看作一个集成的网络，维持单个拓扑，光交换机和标记交换路由器具有统一的选路区域：两者之间可以自由地交换所有信息并运行同样的选路和信令协议，实现一体化的管理和流量工程；统一的控制面可以消除管理的复杂性。缺点是：这种模型难以支持传统的非IP业务，失去了对业务的透明性；为了实现路由器对光传送层的全面控制，必须对客户层开放光传送层的网络拓扑等细节；光层面的物理大故障（例如光缆切断）会导致光开关的频繁动作，不仅使路由器选路工作量负担过重，还会影响路由稳定性；难以形成统一的选路和保护恢复控制，这种模型使IP和光传送层之间有大量的；状态和控制信息需要交换。这种模型较适合那些新兴的同时拥有光网络和IP网的ISP运营商。从长远看，也适合于传统的电信运营商。从网络应用来看，骨干网目前采用大量的环网和点到点系统，只是部分采用了数字交叉连接设备。随着传送网向网状网演进的趋势越来越明显，通过映入智能光网络技术来增强网络的生存性，同时提高光通道的调度效率，并提供差异化的长途传送服务，通告网络的可维护性和可管理性。同时，可以在局部网络引进部分ASON设备，首先在域内实现部分的ASON功能，在设备和技术成熟之后逐步向全网扩展。城域传送网是ASON网络应用的一个较好舞台，目前城域传送网主要以环形拓扑为主，业务基于保护实现，故障保护时间为50ms.随着城域范围内数据业务越来越多，网络的目标恢复时间延长，业务的突发性和不可预见性增强，主要的应用是通过多种保护方式提供多种等级的业务，解决电路调度频繁、开通实现紧急、电路需求的不确定性等问题。综合认为，ASON设备会首先在城域核心层引入，逐步向汇聚和接入层扩展。
　　三、高速率大容量
　　为业务网络提供高速率、大容量的传输通道始终是传送网的一个重要任务。从TDM技术的发展来看，从SDH技术出现以来，传输速率为STM-1/4/16的设备层出不穷，到了STM-64曾经出现过一些争论和犹豫，但是事实证明该项技术在技术成熟程度和性价比方面都有很大优势，也在世界范围内得到了广泛的应用。目前存在争议的是40Gbit/s的TDM技术，部分厂商已经推出了产品，但受到目前市场低迷的影响，许多厂商也放弃或延缓了这方面的研发计划，而作为一项新技术，它的发展还需要经历一段时间。从WDM技术的发展来看，WDM系统的通路数由早期的4波发展到8波、16波直到今天的160波商用系统，如何尽可能高效地利用光纤的可用带宽，可以通过减小波长间隔、使用更宽的光纤带宽来实现。这也不可避免地对光纤等传输媒质进行更新，但由于目前传输容量对于业务网来说已经足够，这方面的研究和实用化受到市场驱动的影响会有相当长的一段路要走。
　　TDM40Gbit/s系统中所采用的技术包括：低速率信号的复用和整合，一般是4个10Gbit/s信号的整合或者是16路2.5Gbit/s信号的整合（或复用）；单边带调制解调技术，压缩40Gbit/s调制信号带宽，充分利用光纤的有效传输频带，提高频带利用率：RZ码或CS-RZ码传输技术，有效延长传输距离；低噪声线路放大技术，40Gbit/s对系统的信噪比要求比10Gbit/s系统约提高6dB之多，通常在40Gbit/s系统中在线路放大器中插入噪声抑制器滤除放大器的噪声延长无电再生传输距离；采用新型光纤，由于40Gbit/s高速信号对色散和非线性效应的敏感性更高，现有的实验系统大多采用新型光纤（如Teralight，Pureguide等）。
　　从国外相关实验室和产品的报道，基于40Gbit/sDWDM系统的波长数在80波甚至更高，传输距离基本上定位在1000km以上。从这些技术参数来看，对于该项技术的应用定位在干线网中，目前尚无该类系统在实际网络上商用的报道。受到全球经济下滑，电信业发展不景气的影响，相信该项技术的应用还会有一段路要走，而且还要取决于TDM40Gbit/s技术的发展和应用情况。
　　四、多业务能力
　　由于城域传送网的特殊情况，运营商应采取适当超前的城域光传送网解决方案，以便于在中长期发展中获得足够的竞争优势，这就要求建设具有超强扩展能力、多业务支持性、经济性、灵活性、透明性和可管理性的城域光传送网络平台，来持续满足不断发展的市场需求。目前，可选的技术主要有基于SDH的MSTP，DWDM环网，RPR技术和CWDM系统，对于这些技术应根据具体的建设地区情况，灵活选择，以便每一项技术都能够发挥自己的优势。这些技术的共同特点就是在解决城域TDM业务的传送需求的基础上，又同时能够解决以太网业务、ATM业务和存储局域网等其他业务的传送需求，也就是具有多种业务的传送能力。在对各项城域传送网技术加强研究的同时，还应当认真考虑城域光传送网与城域数据网之间的关系。由于设备在功能方面的融合越来越多，探讨采用怎样的组网方式才能够发挥技术的先进性又使用户得到实惠才是技术发展和技术选择的目的。
　　基于SDH的MSTP技术是目前发展最快，城域内最被看好的多业务传送技术。MSTP是基于SDH的传送技术，支持VC级的交叉，支持多种业务接口，有多种完善的保护机制的设备，它经历了从支持以太网业务透传到汇聚和二层交换功能，进一步增加中间适配层的历程。
　　内嵌RPR的MSTP解决了环路带宽公平分配，支持不同的业务类别，实现高的带宽利用率，同时也可提供环形保护机制。而内嵌MPLS的MSTP将为以太网业务提供服务质量、SLA增强和网络资源优化利用提供很好的支持，同时还在经历着从静态到动态的发展。许多设备厂家将在目前的SDH和MSTP传送平面的基础上，增加ASON的控制层面功能，实现电路的自动路由配置、网络拓扑发现、自动邻居发现、电路租赁、带宽按需分配等智能化的城域业务分配方式。从本质上来说，MSTP实际上是传送层为了解决多业务传输的一种解决方案。目前，尚在摸索良好的应用模式，在城域接入层进行多种业务的接入和传送是主要的应用，在核心和汇聚层以透传和汇聚为主。但是，城域传送网的情况千差万别，需要根据每个网络的现实情况进行选择，相信今后会有较好的发展。
　　五、光层组网能力
　　目前，传送网上采用的WDM系统多是点到点系统，适合网上话音业务为主的业务模式。将来以分组业务为主时，需要建立任意点到点的连接，网状网将是更加适合的网络结构。基于WDM的OTN网络将是未来发展的趋势，需要在WDM链路上提供有波长交换和上下功能的节点，如OADM和OXC等，并进一步提供波长自动配置、动态分配功能，以适应数据业务的突发性和不可预见性，进一步向自动交换光网络演进。全光网目前存在一些缺点首先是光波转换器的成本很高；其次是它的颗粒太大，一般都在2.5Gbit/s以上，因而不能在155Mbit/s的水平上交换。所以，在现阶段全光网既难以实现又不实用。但是，用全光交换来取代光-电-转换，以波长来选择路由实现透明网络，都是效率和业务实现方式上的极大进步，可以解决目前网上仅有点到点的系统，尚未在光层形成网络能力的问题。因此，人们还是在这个美好的梦想上倾注了大量的精力，并已经有了一些商用化的产品。但从目前的技术成熟程度和市场情况来看，大规模全光网络的建设尚需等待时机，有公司分析认为在2000年之前，是强调传输容量的时代；在2000-2004年，是强调成本优化的时代；而从2005年开始，才是全光路由及交换的光时代。
　　六、结束语
　　综上所述，下一代传送网的特征是高速率、大容量、长距离、智能化、多业务、网络化，与传统网络可以兼容，同时传送层面面临着多种技术的融合和发展，这是传送网发展历史上的一个重要转折。传送网作为传送层面，为NGN业务提供承载，应当更加关注业务对于传送层面的需求，不能仅仅关注本层面的技术演进和发展。相信随着NGN网络的需求进一步明确，下一代传送网的发展趋势和演进策略会越来越明确。