基于WDM的IP傳送技術(shù)

易準

　　摘要: 目前最流行的IP傳送技術(shù)有三種，即IP over ATM，IP over SDH 或 IP over WDM。 三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的作用，三者將會共存互補。但從面向未來的視角來看，IP over WDM 將是最具生命力的技術(shù)，其巨大的帶寬潛力和爆炸式增長的IP業(yè)務(wù)是相當(dāng)匹配的，這種對IP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會成為未來網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。

　　近年來,Internet的迅猛發(fā)展，促使IP 技術(shù)獲得以往通信和信息技術(shù)從未有過的高速發(fā)展。近幾年來，IP技術(shù)無論從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，傳輸能力上還是業(yè)務(wù)開拓上都取得巨大的進展。TCP/IP是70年代作為網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議提出來的，在將近二十年的時間內(nèi)，除了在美國局域網(wǎng)互聯(lián)中起到作用外，一直沒引起外部世界的重視。ITU-T 在很長一個時期內(nèi)沒有接納這個標準。直到90年代初Web的出現(xiàn)從根本上改變了這種狀態(tài)，IP網(wǎng)獲得了急速的發(fā)展，相應(yīng)的IP技術(shù)也獲得了急速的發(fā)展。

　　IP是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，SDH、WDM是物理層傳送技術(shù)，在兩層之間需要一個數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)把物理層提供的信號轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)層所需要的信號，目前最流行的IP傳送技術(shù)有三種，即IP over ATM，IP over SDH 或 IP over WDM。

　　傳統(tǒng)的擴容方法是采用TDM（時分復(fù)用）方式，即對電信號進行時間分隔復(fù)用。無論是PDH的34 Mbit/s－140 Mbit/s－565 Mbit/s，還是SDH的155 Mbit/s－622 Mbit/s－2 488 Mbit/s－9 952 Mbit/s，都是按照這一原則進行的。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)系統(tǒng)速率低于2．5 Gbit/s（含2．5 Gbit/s），系統(tǒng)每升級一次，每比特的傳輸成本下降30％左右。因此，在過去的系統(tǒng)升級中，人們首先想到并采用的是TDM技術(shù)。采用時分復(fù)用（TDM）方式是數(shù)字通信提高傳輸效率、降低傳輸成本的有效措施。但是隨著現(xiàn)代電信網(wǎng)對傳輸容量要求的急劇提高，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術(shù)的極限，例如對于現(xiàn)在的10 Gbit／s，TDM已沒有太多的潛力可挖，并且傳輸設(shè)備的價格也很高，光纖色度色散和極化模色散的影響也日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復(fù)用轉(zhuǎn)移到光復(fù)用，即從光域上用各種復(fù)用方式來改進傳輸效率，提高復(fù)用速率。

　　從1996年起， 最具代表性的就是波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)出現(xiàn)了。所謂WDM技術(shù)就是為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，采用波分復(fù)用器（合波器），在發(fā)送端將不同波長的光載波合并起來并送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復(fù)用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），因而雙向傳輸?shù)膯栴}很容易解決，只需將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可。根據(jù)波分復(fù)用器的不同，可以復(fù)用的波長數(shù)也不同，從2個至幾十個不等，這取決于所允許的光載波波長的間隔大小。

　　波分復(fù)用技術(shù)主要有以下特點：

　　(1) 可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍�，F(xiàn)在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜（1 310 nm～1 550 nm）極少的一部分。即使全部利用摻餌光纖放大器（EDFA）的放大區(qū)域帶寬（1 530 nm～1 565 nm），也只是占用它帶寬1/6左右。WDM技術(shù)可以充分利用單模光纖的巨大帶寬（約25 THz）。

　　(2) 使N個波長復(fù)用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節(jié)約大量光纖。

　　(3) 由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務(wù)信號的綜合和分離，包括數(shù)字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。

　　(4) 波分復(fù)用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)。在網(wǎng)絡(luò)擴充和發(fā)展中，是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業(yè)務(wù)的方便手段。

　　利用WDM技術(shù)選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡(luò)。

　　IP與ATM的結(jié)合是面向連接的ATM與無連接IP的統(tǒng)一，也是選路與交換的優(yōu)化組合，但其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開銷損失達25％以上。IP與SDH的結(jié)合則是將IP分組通過點到點協(xié)議直接映射到SDH幀，省掉了中間的ATM層，從而保留了因特網(wǎng)的無連接特征，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了傳輸效率，但無優(yōu)先級業(yè)務(wù)質(zhì)量。IP over WDM的優(yōu)勢在于其巨大的帶寬潛力，可以滿足IP 業(yè)務(wù)巨大的帶寬要求，并解決IP業(yè)務(wù)的不對稱性問題。WDM 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)透明性可以兼容不同協(xié)議的業(yè)務(wù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)會聚。依靠WDM的高帶寬和簡單的優(yōu)先級方案，還可以基本解決人們所關(guān)心的服務(wù)質(zhì)量（QoS）問題。越來越多的人們認識到：IP over WDM 和IP over SDH 將成為大型IP高速骨干網(wǎng)的主要技術(shù)，以疏導(dǎo)高速率數(shù)據(jù)流。IP over SDH 和IP over WDM 的區(qū)別在于承載業(yè)務(wù)量的大小和適應(yīng)不對稱業(yè)務(wù)的靈活性上。IP over SDH 傳送的顆粒"小"，更適合我國當(dāng)前的需要，技術(shù)上比較成熟，而且標準化程度高。而IP over WDM 則與"光網(wǎng)絡(luò)"相結(jié)合，適用于"透明"城域網(wǎng)內(nèi)IP的互聯(lián)或未來大型IP骨干網(wǎng)的核心匯接。從發(fā)展來看，IP over WDM 無疑代表著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，它將"光網(wǎng)絡(luò)"的發(fā)展和IP相結(jié)合，可以充分利用"光網(wǎng)絡(luò)"的"透明傳輸"優(yōu)越性和光纖的巨大帶寬，但是目前它的顆粒"太大"，沒有低于2.5 Gbit/s 的接口，但隨著低速WDM 接口的出現(xiàn)，它在城域網(wǎng)上應(yīng)用會越來越多。

　　IP over WDM 的思路是:不僅省掉了ATM層,也省掉了中間的SDH層，將IP直接放在光路上傳輸。顯然,這是一種最簡單直接的體系結(jié)構(gòu),省掉了中間的ATM層和SDH層,簡化了層次,減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和功能重疊,減輕了網(wǎng)管復(fù)雜性,特別是網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜性;額外的開銷最低,傳輸速率最高;通過業(yè)務(wù)量工程設(shè)計,可以與IP的不對稱業(yè)務(wù)量特性相匹配，還可利用光纖環(huán)路的保護光纖吸收突發(fā)業(yè)務(wù),盡量避免緩存,減少延時;由于省掉了昂貴的ATM交換機和大量普通SDH復(fù)用設(shè)備,簡化了網(wǎng)管,又采用了波分復(fù)用,其成本可比傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)降低一到兩個數(shù)量級!

　　如何實現(xiàn)IP直接映射到光網(wǎng)絡(luò)層，有一種正在研究的新方案――波長分組方案。該方案直接將分組映射到WDM光鏈路上，將分組定界和物理層結(jié)合起來。采用一種新的稱之為高速同步幀(HSSF)的結(jié)構(gòu)，如圖：

圖： HSSF 幀結(jié)構(gòu)

　　HSSF采用SDH125－μs幀結(jié)構(gòu)，為鏈路故障和性能管路提供鏈路狀態(tài)標識。HSSF簡化了前向糾錯(FEC)功能的實現(xiàn)。FEC提高了在WDM系統(tǒng)中的性噪比。簡而言之，HSSF實現(xiàn)了于IP over SDH的幀結(jié)構(gòu)，但去除了不必要的SDH功能和開銷（如凈負荷指針技術(shù)）。IP over WDM的最大優(yōu)勢在于巨大的帶寬潛力，目前商用化的WDM系統(tǒng)的容量已達到了400GB/S.顯然，只有這樣的高速率才有可能與未來的巨大的IP業(yè)務(wù)量相匹配，其他任何技術(shù)都不可能與其相比。　　WDM的另一個重要特點是有多達數(shù)十上百個可用波道，各個波道信號間可以彼此隔離，因而很容易地兼容不同性質(zhì)和協(xié)議的業(yè)務(wù)，起到業(yè)務(wù)匯集作用。網(wǎng)絡(luò)管理者不再需要在同一電路上設(shè)法混合各種業(yè)務(wù)，從而有可能不再需要采用復(fù)雜的ATM來匯集種業(yè)務(wù)，簡化了體系結(jié)構(gòu)。至于服務(wù)質(zhì)量問題，IP over WDM的解決思路是靠WDM的高帶寬和簡單的優(yōu)先級方案。按排隊理論，只有網(wǎng)絡(luò)利用率超過75％時才需要QoS。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)利用率低于70%時隊列很短或根本不存在排隊，常常只需要簡單的優(yōu)先級方案即可,于是將高質(zhì)量實時業(yè)務(wù)放在隊列前面即可保證QoS。實際業(yè)務(wù)預(yù)測表明，未來業(yè)務(wù)量中真正高質(zhì)量的實時業(yè)務(wù)是少數(shù)，因而采用簡單的優(yōu)先級方案和高帶寬WDM來處理QoS問題是有一定道理的。

　　綜上所述，網(wǎng)絡(luò)解決方案多種多樣，三種IP傳送技術(shù)都將在電信網(wǎng)發(fā)展的不同時期和網(wǎng)絡(luò)的不同部分發(fā)揮自己應(yīng)有的作用，三者將會共存互補。但從面向未來的視角來看，IP over WDM 將是最具生命力的技術(shù)。其巨大的帶寬潛力和爆炸式增長的IP業(yè)務(wù)是相當(dāng)匹配的，這種對IP業(yè)務(wù)最理想的傳送技術(shù)將會成為未來網(wǎng)絡(luò)特別是骨干網(wǎng)的主導(dǎo)傳送技術(shù)。

----《通信世界》