光网状网----解决带宽的最佳方案

恋々风

光网络从长途网向城域环网的扩展以及向用户驻地网的渗透，使语音和数据用户可以享受到大容量带宽的服务。但是，由于Internet数据业务量的增加，导致对网络带宽的需求迅速增长，而现有的光网络主要是以SDH环网结构为基础的，该结构能否满足新世纪带宽的需求，这是一个值得探讨的问题。

一、光网状网的提出
    SDH环网结构已经是一个成熟的技术，成千上万资金用来投资SDH环网设备，例如： ADM、DXC等。环网结构有许多特点，最突出的特点是其自愈能力，即：在环网络工作通道发生故障时，环网络就会在50ms内自动地（由内置于系统的软件）倒换到保护通道，使业务信息得到正常传送。环网结构能够很好地适合话音业务。但是，随着信息技术的迅猛发展，SDH环网结构的局限性逐渐显露出来。
    1．SDH环网结构提供的带宽不能满足数据业务爆炸式发展的需要。随着个人计算机和Internet的普及，Internet业务迅速增长，数据业务平均以每年25~40%增长率增长，并且数据业务量最终将超过语音业务量。另外，其它更新的业务也在不断出现。例如：带宽出租业务，且出租带宽大于自用带宽，形成额外的容量需求；可视图文、电视购物、电视会议、HDTV、交互式有线电视等视频应用不断增长；电子商务、电子邮件及其它高速率业务等层出不穷。所有这些业务的实现，都必须依赖传输网络快速而有效地提供比语音业务宽得多的带宽。
    2．环网结构是以可预测的本地话务量为基础而设计的，而话务量模型在现实中又是分等级的。例如：如果你住在南京，你会更多地和南京的用户打电话，而很少会与拉萨的某个用户打电话。相应地，时分复用方式采用了复杂的分等级的时分复用，语音编码和交换速率均为64kbit/s。而数据业务在现实中是没有等级的，它具有随机性、任意性、不可预测性和分散性，很难预测数据业务量来自何方。例如：当你进入一Web主页，该Web服务器是在美国，你也许会认为数据就来自美国，而事实上数据是来自中国的服务器。因此，新的宽带网络必须具有快速动态的带宽配置和灵活的服务质量(QoS)机理，为数据业务及时提供所要求的带宽。
    3．Internet业务的指数增长和越来越多的不可预测的带宽需求模式的出现，使网络结构的可扩展性变得极其重要。
    另一方面，光通信技术的发展导致了光设备承载业务容量的指数增长。从1996年16波的DWDM开始，光通信技术发展非常之快，以至于产生了能支持数百个波的DWDM设备，加上光缆技术的发展，由此引发了一个宽带浪潮，对核心网产生了巨大的冲击。再有，象OC-48s高速率的光通道必须采用频率复用，而不是时隙复用，是数百个，而不是数十个波长的复用，是交换集成的ADM 功能，而不是单个的ADM。在组网方面，如果用点到点的WDM把SDH环网重叠起来进行组网，将产生一个不可扩展的网络结构。因此，运营商正在寻求更好的网络拓扑结构，而且越来越多的运营商已经找到了一个解决方案，即光网状网的结构。光网状网适合Internet数据流，而不是用于可预测的语音话务的点到点的连接。
    综上所述，SDH环网结构所提供的带宽能够很好地适用于语音业务，却难以适应当今迅速发展的数据业务。随着光通信技术的迅速发展，SDH环网结构将会逐步变成边缘网络，而光网状网（optical mesh）将逐步成为下一代核心网或城域网络的主要结构。

二、实现光网状网的关键技术
    从理论上讲，光网状网中的某一个节点都有一条直达的路径到达其余的每个节点。换言之，在任意两个节点之间都存在着一条直达的路径。以光交叉连接设备（OXC）为基础的光网状网，利用IP和基于SDH机理的结合，来提供带宽的动态配置和快速确定性的共享保护。
    OXC是光网状网的核心技术，也是光网状网中最复杂的节点设备。光层上的保护、恢复以及分布式网管都与其息息相关。OXC交换的是全光信号，它在网络节点实现波与波之间的交换，即速率高于2.5Gbit/s的光信号间的交换。利用分布式网管，OXC应能够完成大型网络的恢复功能。另外，OXC还能实现网络的可重构性和可扩展性。所谓可重构性是指可以根据通信容量的要求，利用网管系统，实现恢复、建立、拆除光波长连接。即：动态地改变网络结构，可为突发业务提供临时连接，从而充分利用网络资源，提高网络的可靠性，并可实现网络在光层上的自愈。所谓可扩展性是指在新的节点加入时，不影响原有的网络结构和原有的各节点的设备，从而降低成本。网络可同时扩展用户、容量和种类。目前，设计OXC的最好技术是微电子机械系统（MEMS）技术，该技术解决了OXC发展中容量限制的最大问题。根据RHK的预测：到2003年，建设光网状网所需的OXC的市场份额将达到18亿美元。

三、光网状网的优势
    光网状网拓扑的优点主要有以下五个方面。
    1．具有良好的可移植性和可扩展性
    环网是一个不灵活的结构。最典型的SONET OC-192BLSR环不能传输OC-192 Internet骨干网中继电路。一方面，越来越多的路由器生产厂商正在提供OC-192接口，而另一方面，根据现有的技术，网络运行商又不能够把OC-192设备与现有的基于ADM的环网相连接，使得用户层的设备永远不可能获得最宽的带宽。因此，要把现有的环网结构演变到Internet网络结构来满足IP业务量爆炸式的需求时就会产生问题。另一方面，光网状拓扑以最高线路速率提供业务，能够与IP路由器实现无缝连接，接受路由器的动态请求和为拥挤或阻塞的路由提供带宽。
    2．配置速度快
    由于利用Internet网查找非本地网站就好象查找本地网站一样。因此，Internet业务的迅速增长的同时，也正在快速地增加对长途网络容量的需求。以环网为基础的网络中，一条长途电路要通过许多环，使用昂贵和效率不高的背靠背的支路相互连接起来，而且为了配置某一长途电路，要求在所有相关的环中同时具有可用的带宽。实际上，配置该电路所需要的带宽不可能在所有的环中存在的，因此，运行商必须等到所需带宽的网络建成后才能实现有关电路的配置。与此同时，在其它环中，可用的带宽却空闲着，造成环中的可用的工作容量的浪费。结果，该电路的配置过程非常慢，甚至要以月来计，由此导致不能够快速响应带宽需求的迅速变化。很显然，这将不适应Internet更新的应用所要求的带宽有求必应情况。
    利用IP协议所固有的动态机理，光网状结构使点击带宽的解决方案成为可能。例如：在光网状网中，建立一条新业务的路由，网络管理员只需要利用软件程序“绘制”出路由，然后“点击”即可。接着，在指定的路由两端分别安装发送和接收设备，而不用改变路由之间的设备。点击带宽变得越来越重要有下列两个方面原因。
    （1） 随着带宽价格迅速下降，运营商需要寻找其它的方法来改变自身的处境。
    （2）  随着需求模式越来越难以预测，运营商必须能够根据需要配置带宽，以防止部分网络发生严重阻塞。
    3．容量利用率高
    一些可用的容量存在在环网中某一部分，但不是在整个环。如果要扩大容量，必须配置一个新的波长，而不能够利用环中未用的那部分容量。结果，在环中不是所有的工作容量都能够用来承载业务，而且，仍然必须为没有业务承载的容量提供专用的保护带宽。例如：由A、B、C、D四个节点组成的环网速率是OC-192，即使节点A和节点B之间只用了OC-48的容量，这两个节点之间多余的容量也只能空闲着。在网状结构中，可以根据需要，灵活的配置容量。例如：由A、B、C、D四个节点组成的网状网中，节点A到节点B之间可以以OC-48的速率运行，而节点A到节点C可以传输OC-192速率；为了完全保护业务，环网可以获得50%容量利用。相比之下，网状结构用于保护业务的带宽要比环网少，例如：A节点有4个出口路由，可以将其中的一个路由的数据恢复请求分配到其它三个路由中去，而不是象环网中仅用一个路由，这样每条路由中用于数据恢复的带宽就减少到33%。总而言之，如果使用现有的光纤，把环网演变到网状结构可以提供70%以上容量利用率，同时还能提供智能、灵活的共享保护。
    BLSR环协议是用来指定用于改进环网带宽利用率的附加容量和额外业务。额外业务是指定使用环网中可用的专用保护带宽，并且在环网中的任何地方出现故障时优先占有。然而，没有网络数据库来支持端到端额外业务电路配置，优先占有业务服务在环网中是体现不出来的。相比之下，光网状网利用端到端动态配置的支持，提供特有的能力来利用优先占有业务。例如，一个路由器为解决拥塞，请求临时带宽，可以根据请求，配置优先使用的电路。持续时间短的优先业务可以利用空闲的保护容量，而对可靠性没有什么重大的影响。优先使用业务事件发生的可能性是非常低的。另外，UNI现在被定义为OIF，使得持续时间短的优先业务获得快速配置。
    4．具有网络恢复功能
    光网状网结构也支持服务质量（QoS）特性，这对于代表当代传输需求特点的混合语音、数据和Internet业务具有更大的意义。由于在光网状网中每个节点存在多个路由，因此。一旦某节点发生故障或光缆中断，业务可以很容易地被转换到另一条通路上。配置电路时可以考虑恢复的优先级和恢复的次数。这一灵活性避免了环网中采用的一种模式。另外，光网状网与主要用于承载话音业务的堆积式环网所提供的恢复次数是相同的。
    5．运营成本低
    随着带宽价格迅速下降，建设一个网络的成本超过其产生的收入的时代正在迅速到来。而光网状网结构与环网结构相比，由于前者中间没有光电转换器，数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，因而，运营节约的资金可高达60%。如果一个具有专用的后备带宽环网的容量（取决于节点连通性程度和需求模式）与光网状网的容量相似，那么，环网所用的线路板是网状网的两到四倍。
    随着电子商务的迅速应用和Internet业务的指数增长，很显然，网络正处在新世纪的起点，用户对带宽和新的更复杂的业务的需求正在迅速上升，要满足新的带宽需求，就必须要求网络具有下列特征：快捷的点击配置，基于恢复的服务质量（QoS ），最小的单位比特成本。更新的业务的提供商正在提供以前所没有的商务选择。使用光网状网，运营商不必负债购买一大堆设备来使另一波长工作在重叠的环网上，光网络是解决新世纪带宽最佳方案，现有的SDH环网结构可能束缚了运营商的在将来取得成功的能力，运营商必须评估其网络结构，决定是否沿着传统的环网结构走下去，还是建设光网状网结构，现在作出的选择对运营商在未来的竞争中将产生重大影响。那么，如何建设光网状网呢？

四、光网状网的实施探讨
    光网状网是解决带宽需求的最佳方案，但是，建设光网状网应该根据具体情况，循序渐进，逐步实施。以无锡市为例，首先，必须进一步加强无锡市光缆网的建设，为最终建成光网状网打下坚实的基础。无锡电信经过十几年的高速发展，已经实现了无锡市本地网汇接局之间的光缆的网状连接；在汇接局与端局、端局与端局、端局与模块局之间也实现了光缆的环型或星型连接；无锡到江阴和宜兴也分别建有架空和埋设光缆；另外，还建成了部分接入光缆网等。这些光缆网通过PDH和SDH等传输设备与交换机或数据等设备连接起来，很好地适应了话音业务和部分窄带数据业务。但是，随着数据业务的迅速发展，建设一个适合宽带城域网的光缆网已迫在眉睫。正如前面所述，光网状网是解决带宽的最佳方案，而且宽带城域光缆网应该建立在现有的本地光缆网基础上。为此，必须根据光网状网的拓扑要求，在现有光缆网的物理拓扑的基础上，对光纤类型和组网方式作合理且有预见性的规划和完善。
    1．对无锡宽带城域网的骨干中继层的建设。根据光通信技术的发展、带宽需求等情况，逐步采用大芯数（例如：144芯）光缆组成网状结构或环状结构。同时，对于距离较长的中继（例如：无锡到江阴和宜兴的距离分别为40公里和60公里左右），适时、超前铺设G.655光缆，以便适应将来10Gbit/s或40Gbit/s速率的传输。
    2．加强光纤接入网的建设，为光网状网所提供的带宽延伸到用户端打好基础。考虑到有效益的投资，首先做到光纤到大客户。例如：政府机关、学校、大集团企业（含大的乡镇企业）、三星级以上宾馆酒店等。其次，让光纤尽可能靠近用户，尤其是12层以上商住楼、高档住宅小区等。
    3．对于工作年限已快到25~30年，并且接头比较多、衰耗大的光缆应该及时拆除，并根据需要铺设新光缆；加快把带有光缆终端合的光缆直接连接到ODF架的工作，以便规范光缆的管理，方便调度和连接。
    总之，在光缆网建设时，一方面要考虑光纤的类型和组网方式。即尽量选择下一代非零色散光纤和技术寿命长的新型全波光纤。组网时，先建城域骨干中继光缆网，再建用户接入网。先建环网，再建网状网；另一方面，又要考虑市场的需求情况，适度超前发展。向光网状网演进的步骤可以分为3步。
    1．对于光纤资源紧张、距离较长而且铺设成本高的中继光缆，可以用DWDM对其扩容。例如：无锡到江阴和宜兴的光缆芯数比较少，就可以用DWDM对其增容，拓展其带宽
    2．在OADM技术成熟后，逐步建设城域光自愈环状网。实现控制波长的上下和直通、保护倒换和配置等功能。
    3．一旦OXC进入实用以后，就可以根据市场需求，进行城域光网状网的规模建设。实现网络的动态调整、可靠的网络保护/恢复以及自动配线和监控等功能。
    在上述过程中，要注意设备的横向兼容性和纵向平滑升级，以便降低成本。
最后，将来无锡城域光网状网目标应该是：以比现在更低的价格提供接入带宽，家庭带宽达到2M/10M/100Mbit/s，企业带宽达到100M/155M/622M/2.5G/10Gbit/s。
    虽然光网状网在目前还尚未进入实用阶段，但是，光网状网是解决带宽的最佳方案是毫无疑问的。根据有关报道，通过光因特网下载2.5小时的电影“泰坦尼克号”，只需1/15s已成为现实。这一速度对于网迷们无疑会产生一个巨大的震撼和吸引力。可以预言，随着信息技术的迅速发展，光网状网的到来并非遥不可及。