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為保障數(shù)據(jù)傳輸品質(zhì)、滿足電信用戶需求，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)聯(lián)合超級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公司和NationalLambdaRail公司進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在智能光網(wǎng)絡(luò)中引入光波自律技術(shù)。目前，美國(guó)采用光波自律技術(shù)的智能光網(wǎng)絡(luò)已投入商用，并引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。
目前，IPTV及視頻下載業(yè)務(wù)在美國(guó)發(fā)展的紅紅火火，互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用導(dǎo)致用戶對(duì)帶寬需求越來越大，促使美國(guó)盡快建設(shè)下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPv6）。并且，美國(guó)HDTV也取得長(zhǎng)足進(jìn)展（有線電視公司和電信公司都在力推HDTV）。但是，在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸IPTV，利用流媒體技術(shù)常會(huì)出現(xiàn)圖像流停頓現(xiàn)象，類似數(shù)據(jù)通信中的瞬斷。為了保障高品質(zhì)的圖像傳輸，人們常常采用資源預(yù)留技術(shù)保障通信效果，而在實(shí)際應(yīng)用中，互聯(lián)網(wǎng)上的話務(wù)量是很難預(yù)估的。
為解決這個(gè)難題，美國(guó)在2006年進(jìn)行了光波長(zhǎng)容量自動(dòng)調(diào)整技術(shù)試驗(yàn)工程，把經(jīng)由光交叉連接設(shè)備上的兩個(gè)路由器間的鏈路層鏈路進(jìn)行調(diào)整，使其流出、流入的數(shù)據(jù)流依據(jù)應(yīng)用實(shí)際的話務(wù)量大小自行對(duì)波長(zhǎng)容量進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到平衡話務(wù)量的目的，以滿足光IP網(wǎng)的發(fā)展需求，藉以提高網(wǎng)絡(luò)的方便性和經(jīng)濟(jì)性，為IPTV、HDTV和其他視頻大發(fā)展以及IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。該項(xiàng)工程由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)贊助，并由超級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)公司和NationalLambdaRail公司主持，現(xiàn)已取得新的進(jìn)展。
新技術(shù)產(chǎn)生背景
將IP由全光網(wǎng)絡(luò)承載并通過資源預(yù)留技術(shù)，以保障電信用戶的需求，這需要網(wǎng)絡(luò)既能保障通信質(zhì)量又方便易用。在這種情況下，GMPLS（通用多協(xié)議標(biāo)簽交換）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
GMPLS技術(shù)具有開放式7層結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的波長(zhǎng)容量設(shè)定和消除。該技術(shù)通過對(duì)用戶應(yīng)用的波長(zhǎng)容量進(jìn)行資源預(yù)留，并依據(jù)預(yù)留利用狀況對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行控制，其技術(shù)框圖如圖1所示。
IP由全光網(wǎng)絡(luò)承載主要由光交叉連接設(shè)備、路由器（L2/L3鏈路層/網(wǎng)絡(luò)層)等設(shè)備以及一些控制管理設(shè)備來承擔(dān)。網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)依據(jù)應(yīng)用地需求，由超級(jí)程序機(jī)得到波長(zhǎng)預(yù)留通知對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)留工作，進(jìn)而同光交叉連接設(shè)備和具備GMPLS協(xié)議的L2/L3設(shè)備聯(lián)合實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)容量的設(shè)定和消除。這是目前世界上智能光網(wǎng)絡(luò)普遍采用的技術(shù)。
資源預(yù)留技術(shù)雖然能解決業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，但互聯(lián)網(wǎng)中的話務(wù)量變化是很難預(yù)測(cè)的，預(yù)先進(jìn)行預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)資源不一定會(huì)與發(fā)展相吻合，因此常常會(huì)產(chǎn)生預(yù)留資源（鏈路）超出或是不足的問題，人們迫切需要更好的辦法，讓網(wǎng)絡(luò)中通路的安排能夠根據(jù)話務(wù)量的變化自動(dòng)進(jìn)行變動(dòng)，這就是光波長(zhǎng)自律技術(shù)要解決的問題，也是人們長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。
網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者在用戶實(shí)際使用之前要想確切地估計(jì)到通信狀況，特別是話務(wù)量狀況和容許時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)是非常困難的，因此，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者對(duì)波長(zhǎng)容量作確切地預(yù)留是非常不容易辦到的。另一方面，從應(yīng)用自身來看，通過對(duì)實(shí)際通信狀況進(jìn)行監(jiān)視，并根據(jù)監(jiān)視結(jié)果對(duì)預(yù)留波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，目前技術(shù)上還達(dá)不到這種水平，即網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)能還做不到這一點(diǎn)。
這樣，只能通過對(duì)實(shí)用中的通信狀況地監(jiān)視，讓網(wǎng)絡(luò)自身具備適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)需求判斷能力，并據(jù)此進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)整，這就是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，即波長(zhǎng)容量自律調(diào)整技術(shù)，美國(guó)最近進(jìn)行了這方面的工程實(shí)驗(yàn)。
美國(guó)試驗(yàn)網(wǎng)介紹
試驗(yàn)線路由芝加哥開始，途經(jīng)西雅圖市、洛杉磯市，最終到達(dá)圣地亞哥市。芝加哥到圣地亞哥市之間，一條光纖線路上承載的信息量是10Gbit/s(圖2中實(shí)線部分)，現(xiàn)在要在此基礎(chǔ)上，依據(jù)話務(wù)量變化，自動(dòng)增加一條光纖線路(圖2中虛線部分)，使承載的信息量加大一倍；或者依據(jù)話務(wù)量需要自動(dòng)再把這條增加的光纖線路撤除掉。試驗(yàn)網(wǎng)線路圖如圖2所示。
芝加哥市安裝了2臺(tái)光交叉機(jī)和1臺(tái)L2/L3設(shè)備（即路由器），圣地亞哥市安裝了1臺(tái)光交叉機(jī)和1臺(tái)L2/L3設(shè)備，上述3臺(tái)光交叉機(jī)構(gòu)成三角形配置；L2/L3設(shè)備到SAGE發(fā)信側(cè)(SAGETx)間，以及L2/L3設(shè)備到SAGE受信側(cè)(SAGERx)間分別用２條GigabitEthernet（GbE）鏈路連接起來，同傳輸GMPLS／O-UNI協(xié)議的控制信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，共同組成試驗(yàn)線路網(wǎng)。
試驗(yàn)用的光交叉機(jī)是由8×8平面光波回路型光開關(guān)組成的開關(guān)單元、具備10GbE接口的接口單元和具備有GMPLS功能的光交叉機(jī)控制系統(tǒng)(NE-Mgr)三部分組成，同時(shí)光交叉機(jī)還配有架前終端（用作測(cè)試和維護(hù)）。具有GMPLS功能的光交叉機(jī)控制系統(tǒng)(NE-Mgr)利用GSMP（通用轉(zhuǎn)換管理協(xié)議），控制光開關(guān)進(jìn)行波長(zhǎng)交叉連接，進(jìn)而NE-Mgr與控制服務(wù)器一起，利用GMPLS／O-UNI協(xié)議，對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整與控制。
本試驗(yàn)中的控制服務(wù)器，每4秒就會(huì)對(duì)網(wǎng)中話務(wù)量進(jìn)行一次測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)設(shè)定當(dāng)?shù)?條光纖線路上的信息量超過800Mbit/s時(shí)，第2條光纖線路就會(huì)被啟動(dòng)；反之，當(dāng)?shù)?條光纖線路與第2條光纖線路上的信息量少于350Mbit/s的情況下，第2條光纖線路就會(huì)被撤除掉。試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成見圖3。
試驗(yàn)中還搭建了圖像監(jiān)視系統(tǒng)(SAGE)，以試驗(yàn)高清晰度電視的傳輸效果，SAGE的構(gòu)成見圖4。
當(dāng)空閑空間管理器收到用戶接收?qǐng)D像的指令后，就對(duì)圖像發(fā)送側(cè)的圖像發(fā)送單元和圖像接收側(cè)的圖像接收器單元間流通的圖像進(jìn)行控制，并把圖像接收單元接收到的圖像在顯示器指定的范圍內(nèi)顯示出來，以利于指導(dǎo)工程試驗(yàn)。
IP是今后發(fā)展方向，而光IP網(wǎng)的出現(xiàn)適應(yīng)了這種需求。美國(guó)這次試驗(yàn)工程采用了IEEE802.3ad協(xié)議，以太網(wǎng)接口成為主流，一改過去以SDH接口為主的狀況，全面滿足網(wǎng)絡(luò)IP發(fā)展需要，這對(duì)IPTV和下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展都至關(guān)重要，美國(guó)的試驗(yàn)已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。
市場(chǎng)應(yīng)用情況及發(fā)展預(yù)測(cè)
在美國(guó)采用光波自律技術(shù)的智能光網(wǎng)絡(luò)已投入商用。AT＆T在2007年底已開始將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)流量向升級(jí)后的高速骨干網(wǎng)轉(zhuǎn)移。AT＆T升級(jí)后的高速骨干網(wǎng)具有40Gbit/s的傳輸速率，是目前網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的4倍，同時(shí)該公司還對(duì)骨干路由器進(jìn)行升級(jí)，這意味著AT＆T的用戶將可以更快的速率下載在線視頻、照片、音樂等大型文件。AT＆T已經(jīng)在美國(guó)鋪設(shè)了8萬多公里的高速骨干網(wǎng)，其高速骨干網(wǎng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)100Gbit/s的傳輸速率，同時(shí)AT&T公司也還在大力發(fā)展用戶光纖系統(tǒng)。
Verizon公司除積極發(fā)展骨干光網(wǎng)絡(luò)之外，更是花大氣力去發(fā)展用戶光纖系統(tǒng)。2007年2月，Verizon與康寧公司組建聯(lián)合攻關(guān)小組，采用康寧公司新型柔軟型光纖，解決多層建筑中安裝光纖的難題，通過光纖技術(shù)，向用戶提供速度更高的互聯(lián)網(wǎng)連接、更高質(zhì)量的視頻內(nèi)容以及更好的網(wǎng)絡(luò)交互能力。
智能光網(wǎng)絡(luò)由兩層結(jié)構(gòu)(兩層結(jié)構(gòu)即光纖網(wǎng)絡(luò)和路由網(wǎng)絡(luò))組成，它不僅含有包交換節(jié)點(diǎn)，而且還有TDM(時(shí)分復(fù)用)節(jié)點(diǎn)、LSC(波長(zhǎng)交換)節(jié)點(diǎn)，甚至FSC(光纖交換)節(jié)點(diǎn)。包交換節(jié)點(diǎn)可以在任何需要的時(shí)候?yàn)樽约航⒁粭l通達(dá)到其他包交換節(jié)點(diǎn)的電路、波道甚至光纖通道，而這只是需要發(fā)起一個(gè)GMPLS的信令過程（在O-UNI配合下)即可完成。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者說來，只需先建好光纖網(wǎng)絡(luò)和路由器網(wǎng)絡(luò)，即可構(gòu)筑智能光網(wǎng)絡(luò)，而這些正是電信公司的強(qiáng)項(xiàng)，也是為什么美國(guó)電信公司積極建設(shè)智能光網(wǎng)絡(luò)的原因。
在智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面，美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家走在世界前列。值得注意的是，在美、日新的智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)里，資源預(yù)留技術(shù)有逐漸從這些國(guó)家淡出的趨向，同時(shí)，過去業(yè)界倡導(dǎo)的用光交換技術(shù)去構(gòu)筑智能光網(wǎng)絡(luò)的想法近期也已被光波長(zhǎng)自律技術(shù)所替代。
由于互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)在發(fā)達(dá)國(guó)家急速增長(zhǎng)，特別是由于IPTV(含HDTV)和視頻下載業(yè)務(wù)激增，已經(jīng)出現(xiàn)上行、下行具有相同帶寬、提供給用戶的帶寬足夠大等新需求，這對(duì)傳輸網(wǎng)提出了新的要求。作為傳輸網(wǎng)主體的光傳輸網(wǎng)，今后的發(fā)展方向?qū)⑹墙⒃诠獠ㄩL(zhǎng)自律基礎(chǔ)上的智能光網(wǎng)絡(luò)。
而在對(duì)光波長(zhǎng)的自我調(diào)整具體技術(shù)方面，各國(guó)不盡相同，美國(guó)主要是靠由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器集中控制(設(shè)定話務(wù)量門限)實(shí)現(xiàn)，而日本則是用客戶端服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分散控制來實(shí)現(xiàn)。這兩種實(shí)現(xiàn)方式都在發(fā)展，至于未來的網(wǎng)絡(luò)更趨向于那一種技術(shù)，還需要進(jìn)一步的觀察研究。
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美國(guó)試驗(yàn)網(wǎng)背景介紹
NationalLambdaRail：NationalLambdaRail由美國(guó)領(lǐng)先的研究型大學(xué)和技術(shù)公司建立，是美國(guó)的高速國(guó)家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)行在光纜上，它是第一個(gè)橫貫大陸的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。NationalLambdaRail這個(gè)名字被發(fā)展這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的研究機(jī)構(gòu)組織共享，并設(shè)置系統(tǒng)日期，計(jì)劃繼續(xù)發(fā)展它。LambdaRail與Abilene網(wǎng)絡(luò)相似，但是LambdaRail允許比Abilene進(jìn)行更深入的實(shí)驗(yàn)。
TeraGrid：TeraGrid由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NFS）發(fā)起，其在2001年8月資助5300萬美元支持4個(gè)站點(diǎn)：國(guó)家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心(NCSA)、圣地亞哥超級(jí)計(jì)算機(jī)中心(SDSC)、Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)和高級(jí)計(jì)算機(jī)研究中心(CACR)。2002年10月，匹茲堡超級(jí)計(jì)算中心加入，NFS追加35萬美元增補(bǔ)資金。2003年9月TeraGrid又增加了4個(gè)站點(diǎn)，NSF相應(yīng)地增加了10萬美元。TeraGrid主要的合作伙伴是IBM、Intel和Qwest通信。
TeraGrid項(xiàng)目將為開放的科學(xué)研究建立和部署世界上最大、最全面的分布式基礎(chǔ)設(shè)施。該項(xiàng)目的開發(fā)已持續(xù)多年，到2004年底建成以后，TeraGrid擁有在9個(gè)站點(diǎn)上20萬億次的計(jì)算速度、能夠管理和存儲(chǔ)1015字節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理機(jī)制、高解析度的可視化環(huán)境和網(wǎng)格計(jì)算工具包。所有資源將通過迄今為止最快的研究網(wǎng)絡(luò)帶寬—40Gbit/s的專用網(wǎng)絡(luò)完整地連接起來。
（助理編輯：文靜）
