電信網(wǎng)絡(luò)將具備動態(tài)重配置能力

在任何時間為任何節(jié)點動態(tài)分配帶寬的新技術(shù)正在被市場逐漸采納。在歐洲和美國的教育研究網(wǎng)絡(luò)中，按需分配帶寬與自動資源管理等技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

在過去幾年，電信運營商一直在考慮骨干網(wǎng)絡(luò)的生存能力�，F(xiàn)在他們感到為預(yù)期的收入值得部署更先進的網(wǎng)絡(luò)。與此同時，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)格計算和三網(wǎng)融合等應(yīng)用趨勢不斷推動著商業(yè)、科研和消費市場對帶寬的需求。為了追隨這些發(fā)展趨勢，運營商的網(wǎng)絡(luò)必須具備動態(tài)調(diào)整能力，充分有效地利用所有網(wǎng)絡(luò)資源，保證它們不會被閑置。動態(tài)重配置交換光網(wǎng)絡(luò)恰逢此時應(yīng)運而生。它不僅能削減城域網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量瓶頸，而且使交換過程擁有自動、隨需求變化和自愈能力，從而實現(xiàn)波長按需分配，為運營商提供了一種兼顧短、中、長期利益的技術(shù)手段。

目前，電信運營商面臨的關(guān)鍵問題是：應(yīng)該如何部署動態(tài)重配置網(wǎng)絡(luò)？以及到底什么時候才應(yīng)該開始部署？

部署交換光網(wǎng)絡(luò)

對動態(tài)重配置光網(wǎng)絡(luò)的探索至少開始于十年以前，但是直到最近兩年人們才逐漸將其用于現(xiàn)實世界。動態(tài)重配置光網(wǎng)絡(luò)首先應(yīng)用于科研教育領(lǐng)域。而在電信領(lǐng)域，運營商正越來越多地關(guān)注這種技術(shù)的應(yīng)用方式。

網(wǎng)格計算是其中的一種應(yīng)用方式。它將那些對帶寬要求非常高的用戶用網(wǎng)格互聯(lián)起來，以綜合利用他們的計算能力，這些用戶的地理位置通常是分散的。由于科研機構(gòu)對計算能力的巨大需求，網(wǎng)格計算已經(jīng)得到了長足的發(fā)展。

網(wǎng)格計算最成功的例子當屬被稱為“DRAGON”的動態(tài)重配置光網(wǎng)絡(luò)。它由美國政府部署，全稱為“基于動態(tài)資源分配的通用多協(xié)議標記交換光網(wǎng)絡(luò)”，即Dynamic Resource Allocation over Generalized Multiprotoco Labe Switching Optica Networks。“DRAGON”是一個動態(tài)、穩(wěn)定、易于管理的傳輸網(wǎng)絡(luò)，支持眾多合作者之間的協(xié)同科研工作與網(wǎng)格計算。這些共同建立“DRAGON”的合作者都隸屬于美國國家科學(xué)基金會（NSF）。他們分別是麻省理工學(xué)院Haystack天文臺、美國國家航空航天管理局Goddard太空飛行中心和Ames研究中心、美國海軍天文臺，以及第二代Internet混合包交換光基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（HOPI）。

這一革命性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)第一次部署了可商用的多協(xié)議可重配置光上下路復(fù)用器（ROADM）。它采用GMPLS網(wǎng)絡(luò)通信管理協(xié)議，實現(xiàn)了每個自治網(wǎng)絡(luò)域中端到端的控制，同時還可以在不同網(wǎng)絡(luò)域之間快速、安全地建立起雙向連接。

在歐洲，GEANT2網(wǎng)絡(luò)將由34個國家成立的30家獨立研究教育機構(gòu)用高達10Gbit/s的骨干網(wǎng)絡(luò)連接起來。這張網(wǎng)絡(luò)連接了歐洲各地的射電望遠鏡，允許天文學(xué)家采用干涉測量法獲取天空圖景，這幅圖景將是前所未有的廣闊與清晰。由于此項應(yīng)用對帶寬的需求可能超過1Gbit/sec，因此必須采用網(wǎng)格計算技術(shù)完成計算。在網(wǎng)格計算出現(xiàn)之前，干涉測量法只能依賴于磁帶存貯器和不斷來往于各研究所的運輸車輛實現(xiàn)。除此之外，網(wǎng)格計算還正在逐漸進入醫(yī)療、氣象及高能粒子物理等研究領(lǐng)域。

過去，科研教育領(lǐng)域通常習慣于通過購買得到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，但是在網(wǎng)格計算發(fā)展的初期，并沒有可供他們購買的網(wǎng)絡(luò)，因此只能建立屬于自己的網(wǎng)格計算網(wǎng)絡(luò)。這將為電信運營商帶來新的商機。當然，不單是科研教育領(lǐng)域，企事業(yè)單位也緊隨其后，準備部署網(wǎng)格計算網(wǎng)絡(luò)。而且客戶對存貯網(wǎng)絡(luò)、IPTV和三網(wǎng)融合應(yīng)用的需求量不斷提高，也推動著網(wǎng)格計算的應(yīng)用。

不斷增長的應(yīng)用需求導(dǎo)致電信運營商開始擴建高度可升級的重配置交換光網(wǎng)絡(luò)。而對充足的網(wǎng)絡(luò)帶寬、低廉的通信成本、易于實現(xiàn)的波長管理和服務(wù)的需求，也在推進先進網(wǎng)絡(luò)功能組件的不斷發(fā)展。這些網(wǎng)絡(luò)能支持完全的波長級動態(tài)配置。它們將支持在一天的某個時間或一周的某一天對網(wǎng)絡(luò)容量進行實時配給，而配給的方案則完全依賴于應(yīng)用事件的驅(qū)動，比如某一時間的實況體育廣播，或者要求極高帶寬的臨時服務(wù)等等。

光交換與控制

WDM因其與生俱來的傳輸容量可擴展性與支持高增長業(yè)務(wù)等特性，已經(jīng)成為電信運營商首選的傳輸技術(shù)。現(xiàn)在，為了在WDM網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)波長可重配置和功率平衡，他們又開始采用光交換和控制技術(shù)。

圖1：采用二維和多維ROADM設(shè)備建立了光環(huán)形連接，使得可重配置和按需分配帶寬成為現(xiàn)實。

ROADM采用軟件控制和功率自動平衡技術(shù)，保證光鏈路具備低成本、高性能、安裝簡單和可重配置等能力。其中，光功率自動平衡是新一代ROADM和DWDM網(wǎng)絡(luò)的一項關(guān)鍵技術(shù)。它不需要手動調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)單波長的功率調(diào)整，從而控制因功率變化產(chǎn)生的誤碼、延長光器件的使用壽命。

過去，電信運營商普遍認為實現(xiàn)按服務(wù)需求分配帶寬（波長）這一目標非常困難�，F(xiàn)在，ROADM將以上功能集成在一個可以很方便管理的實體中，為帶寬需求密度巨大的業(yè)務(wù)提供了一個建立、維護、拆卸都很經(jīng)濟方便的運營方式，一舉打消了運營商的擔憂。這也是第一次，運營商可以為不同時間和地點的不同需求提供不同的帶寬，甚至為它們動態(tài)的分配所需的波長。網(wǎng)絡(luò)運作的復(fù)雜性大大降低，運營商不再需要為未知的帶寬需求量而左右為難，設(shè)備被閑置的機會幾乎為零，最終將真正實現(xiàn)需要多少就投入多少的美好目標。

目前，ROADM通過一種環(huán)形子網(wǎng)實現(xiàn)波長分配。如果要將動態(tài)可重配置能力擴展到整個網(wǎng)絡(luò)，就需要在所有節(jié)點間建立環(huán)形互聯(lián)，最終實現(xiàn)整個光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格形連接。要實現(xiàn)這個目標就需要多維ROADM設(shè)備。圖1顯示了運營商采用二維和多維ROADM設(shè)備建立光環(huán)形網(wǎng)。二維的ROADM通過兩個網(wǎng)絡(luò)端口分配工作波長和保護波長。而最近剛剛發(fā)展起來的多維ROADM具備多端口互聯(lián)的能力，這是節(jié)點環(huán)形互聯(lián)所必須的。因此，多維ROADM為光網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)連接以及最終真正的端到端可重配置連接提供了必要條件。

最新的“透明”ROADM技術(shù)將動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的靈活性提升到了新的水平。目前的ROADM網(wǎng)元一般只能從光纖端口上下路特定的波長，因此在需要分配波長時要手動建立光纖連接。而所謂“透明”性，就是指ROADM對波長是沒有選擇的，允許為光纖端口分配任意波長。最新的ROADM設(shè)備具備波長選擇和調(diào)諧能力，因此可以實現(xiàn)波長“透明”。對電信運營商而言，“透明”的ROADM意味著簡化的波長規(guī)劃和更迅捷的波長配給。

智能化與可視化

為了實現(xiàn)波長可重配置和動態(tài)平衡，網(wǎng)絡(luò)必須采用光交換和控制技術(shù)，而這都要求光鏈路層具備智能管理和控制能力。同時，了解網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、可用波長以及硬件資源也是有效管理和變換波長所必需的。而且網(wǎng)絡(luò)還必須有計算動態(tài)路由和傳輸信令的能力，以實現(xiàn)在不影響其它信道的條件下動態(tài)建立或關(guān)閉某些鏈路。

最近，集中式網(wǎng)絡(luò)管理工具已經(jīng)被用于已有網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)以上目標。其實GMPLS控制技術(shù)已經(jīng)相當成熟。它在很多網(wǎng)絡(luò)中都有應(yīng)用，為網(wǎng)絡(luò)提供分布式的管理智能。GMPLS控制平面保證了不同網(wǎng)絡(luò)之間，可以按照帶寬需求、優(yōu)先級或者搶先請求來分配帶寬。

為了增強鏈路建立和拆除的能力，提高通信管理功能，包括互聯(lián)網(wǎng)工程工作小組和ITU-T在內(nèi)的標準化組織已經(jīng)為GMPLS開發(fā)出了基于IP協(xié)議的擴展協(xié)議，比如資源預(yù)留協(xié)議、開放最短路徑路由協(xié)議等。GMPLS控制平面與MPLS控制平面都屬于包交換方式，采用標記交換路徑（LSP）。在GMPLS中，LSP采用TDM電路交換方式，就像SONET采用同步傳輸信道一樣。
圖2顯示了GMPLS控制平面和網(wǎng)絡(luò)各組件的邏輯關(guān)系。其中關(guān)鍵的組件包括光鏈路層的光交換和傳輸部分，以及控制層的IP路由和信令功能部分。

連接控制器用來管理控制平面的路由和信令傳遞。它常常與動態(tài)光組件并存，并同處一臺設(shè)備中。用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）連接客戶設(shè)備，支持自動資源請求。外部與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)接口（E-NNI和I-NNI）支持在不同電信網(wǎng)絡(luò)中信令與路由的協(xié)同工作。UNI和NNI既可以采用G.709普通通信信道或光管理信道連接，又可以采用并行的以太網(wǎng)接口連接。當缺少UNI時，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)可以用于應(yīng)答任意路徑的初始請求，或者用于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

電信運營商可以根據(jù)自己的升級需要在控制面采用不同的技術(shù)。另外，MPLS的控制面采用包交換設(shè)備，GMPLS基于光傳輸網(wǎng)絡(luò)，它們之間的協(xié)同工作為未來的網(wǎng)絡(luò)操作自動化帶來了極大的可能性。

圖2：GMPLS的控制平面將不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)統(tǒng)一在一起，具備統(tǒng)一管理和配置光傳輸層的能力。

未來的發(fā)展方向

目前電信運營商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)仍然以電路交換為基礎(chǔ)。它們需要不斷進化，以滿足不斷增長的高性能服務(wù)的要求�？蒲薪逃�領(lǐng)域率先采用了新的網(wǎng)絡(luò)，為運營商的發(fā)展指明了方向，即必須將數(shù)據(jù)、聲音和視頻統(tǒng)一在一個可升級、靈活、具備需求自適應(yīng)能力的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中。這一發(fā)展方向的前景是空前廣闊的：

極高的效率和極小的冗余保證了極高的網(wǎng)絡(luò)利用率；

采用資源優(yōu)化和自動配置，降低網(wǎng)絡(luò)操作、管理和維護（OAM）的成本；

不需要提前精確預(yù)測帶寬需求，將投資風險降至最��；

快速的帶寬配給能力創(chuàng)造新的贏利模式。

因此，構(gòu)建可重配置動態(tài)交換光網(wǎng)絡(luò)必將成為當代電信運營商最重要的戰(zhàn)略選擇。