从光纤通信技术本身的发展来看

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第,7,章 光 网 络,1,第,7,章 光 网 络,从光纤通信技术本身的发展来看，光网络可以分为三代。,第一代光网络中，光只是用来实现大容量传输，所有的交换、路由和其他智能控制都是在电层面上实现的，,SONET/SDH,就是第一代的光网络。,光传送网,(OTN),和全光网络,(AON),可以分别认为是第二代光网络和第三代光网络。,本章首先介绍,SONET/SDH,作为理解光网络的基础，然后讲解属于第三代网络技术的光突发交换技术和智能光网络。,7.1 SONET / SDH,1985,年，,Bellcore,提出了同步光纤网,(Synchronous Optical Network, SONET),标准，美国国家标准协会,(ANSI),通过了一系列有关,SONET,的标准。,1989,年，国际电报电话咨询委员会,CCITT,接受了,SONET,概念并制定了同步数字系列,(Synchronous Digital Hierarchy, SDH),标准，使之成为不仅适合于光纤也适合于微波和卫星传输的通用技术体制。,7.1 SONET / SDH,与,SONET,有细微差别，,SDH/SONET,定义了一组在光纤上传输光信号的速率和格式，通常统称为光同步数字传输网，是宽带综合数字网,B-ISDN,的基础之一。,SDH/SONET,都采用了时分复用,(Time Division Multiplexing, TDM),技术，是同步系统，由主时钟控制。两者都用于骨干网传输，是对沿袭应用的准同步数字系列,(Pseudo-synchronous Digital Hierarchy, PDH),的一次革命。,SDH,多用于中国和欧洲，而,SONET,多用于北美和日本。,7.1.1 SONET,的物理配置,在,SONET,标准中，按照设备的功能和它们之间连接的关系，把连接分为了段,(Section),、线路,(Line),和通道,(Path),。,“段”,指的是直接连接相邻设备的连接关系，即点到点的链路，如再生器与同步传输信号,(Synchronous Transport Signal, STS),复用器、再生器与再生器、添加,/,丢弃复用器与再生器之间的连接属于段连接；,“线路”,是指连接两个,SONET,复用器设备之间的连接，如,STS,复用器与添加,/,丢弃复用器之间的连接；,7.1.1 SONET,的物理配置,而,“通道”,则是指两个,STS,复用器之间的端到端的连接，如图,7.1,所示。,对于只由两个,STS,复用器直接连接构成的,SONET,系统，段、线路和通道是相同的。,图,7.1 SONET,系统,7.1.1 SONET,的物理配置,SONET,系统主要包括三种设备：再生器,(Regenerator),、添加,/,丢弃复用器,(Add-Drop Multilexer, ADM),和,STS,复用器。,其中，,再生器,就是转发器，接收光信号，整形后转发出去。,添加,/,丢弃复用器,也称分插复用器，其主要功能是向通道中添加信号，并可以从通道中提取出需要的信号。,STS,复用器,在,SONET,系统中的位置处于边缘，有两个功能：实现电信号与光信号的相互转换和信号的复用,/,解复用。,7.1.2,传输格式和速率,图,7.2,给出了,SONET,的基本帧结构。这是一个由,9,行、,90,列字节构成的二维结构。基本,SONET,帧的周期为,125,s,，因此基本,SONET,信号的传输速率为：,STS-1 = (90,字节,/,行,)(9,行,/,帧,)(8,比特,/,字节,)(125,s/,帧,) = 51.84 Mb/s,。,图,7.2 SONET,中,STS-1,的基本帧格式,7.1.2,传输格式和速率,该信号称为,STS-1,信号，所有的,SONET,信号都是,STS-1,信号速率的整数倍，,STS-,N,信号的比特速率是,51.84 Mb/s,的,N,倍。,当采用,STS-N,信号调制光源时，先对逻辑,STS-N,信号进行扰码以减少长连,0,和长连,1,，便于在接收机中进行时钟恢复。经过电光变换后的物理层光信号称为光载波,(Optical Carry, OC-N),。,实际上采用,OC-N,链路表示,SONET,链路更为普遍。,N,值在,1 255,之间变化的生成算法都已提出，但,ANSI T1.105,标准认可的,N,仅为,1, 3, 12, 24, 48,和,192,。,7.1.2,传输格式和速率,在,SDH,中基本速率等于,STS-3,，即,155.22 Mb/s,，称为同步传输模式,(Synchronous Transport Mode, STM-1),，更高的速率表示为,STM-M,。,ITU-T,建议支持的,M,值为,1, 4, 14,和,64,，它们相当于,SONET,的,OC-,N,信号。,类似于,SONET,，,SDH,也先对逻辑信号进行扰码，但不同的是，,SDH,不区分逻辑电信号（如,SONET,中的,STS-N,）和物理光信号（如,OC-N,），这些信号都标记为,STM-M,。,7.1.2,传输格式和速率,表,7.1,给出了常用的,OC-N,与,STM-M,值和对应关系。,表,7.1,常用的,SONET,和,SDH,传输速率,SONET,等级,电 等 级,线路速率,(Mb/s),相应的,SDH,OC-1,STS-1,54.84,OC-3,STS-3,155.52,STM-1,OC-12,STS-12,622.08,STM-4,OC-24,STS-24,1244.16,STM-8,OC-48,STS-48,2488.32,STM-16,OC-96,STS-96,4976.64,STM-32,OC-192,STS-192,9953.28,STM-64,7.1.2,传输格式和速率,如图,7.2,所示，帧结构中的前,3,列传输的开销字节承载了网管信息，剩下的,87,列承载了用户数据，称为同步有效载荷封装,(Synchronous Payload Envelope, SPE),和,9,个字节的通道开销,(Path OverHead, POH),。,POH,支持性能监视、统计、信号标记、寻迹功能和一个用户通道。,这,9,个通道开销字节总是排成,1,列，它们可以出现在,SPE,中的任何位置。,值得注意的是，,SONET/SDH,的同步字节间插复用特性，可以实现光网络中信息通道的分插复用。,7.1.2,传输格式和速率,当,N,值大于,1,时，帧结构的列数是原来的,N,倍，而行数仍然为,9,行，如图,7.3,所示。,图,7.3 SONET,的,STS-,N,帧的基本结构,7.1.3,光接口,为了保证不同制造商的设备能够互联，,SONET,和,SDH,规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传输距离的特征。表,7.2,给出了标准定义的,6,种传输距离，它们在,SONET,和,SDH,中所用的称谓各不相同。,表,7.2 SONET,和,SDH,规范和称谓,传 输 距 离,SONET,称谓,SDH,称谓,光 纤 种 类,2 km,短距离,局间,渐变折射率光纤,15 km,中距离,短途,常规非色散位移单模光纤,40 km,（,1310 nm,）,长距离,长途,色散位移光纤,7.1.3,光接口,SONET,和,SDH,规范提出了光源特性、接收灵敏度以及不同类型光纤传输距离的特征。标准定义的,6,种传输距离，它们在,SONET,和,SDH,中所用的称谓各不相同。,（续） 表,7.2 SONET,和,SDH,规范和称谓,传 输 距 离,SONET,称谓,SDH,称谓,光 纤 种 类,80 km,（,1550 nm,）,长距离,长途,色散位移光纤,120 km,（,1550 nm,）,长距离,甚长途,色散位移光纤,160 km,（,1550 nm,）,长距离,超长途,色散位移光纤,7.1.3,光接口,针对于表,7.3,中不同等级的损耗和色散特性，可以采用的光源包括发光二极管,(LED),、多横纵模,(Multiple Longitudinal Mode, MLM),激光器和单纵模,(Single Longitudinal Mode, SLM),激光器。在,ANSI T1.105.06,和,ITU-T G.957,中给出了光源的各种谱参数。,表,7.3,波长范围和光纤损耗,传 输 距 离,1310 nm,窗口,1550 nm,窗口,1310 nm,处损耗,1550 nm,处损耗,15 km,1260 1360 nm,1430 1580 nm,3.5 dB/km,未规定,40 km,1260 1360 nm,1430 1580 nm,0.8 dB/km,0.5 dB/km,80 km,1280 1335 nm,1480 1580 nm,0.5 dB/km,0.3 dB/km,7.1.3,光接口,表,7.4,给出了传输速率从基群到,OC-48,或,STM-16,（传输速率为,2.5Gb/s,）的光功率。,系统的误码率指标在速率低于,1 Gb/s,时不超过,10-10,，而当速率更高或系统性能要求更高时不超过,10-12,，该性能的链路功率损伤不大于,1dB,。,具体表,7.4,见书中,134,页给出的数值。,7.1.4 SONET/SDH,环网络,SONET,和,SDH,通常配置成环状拓扑。当设备或链路发生故障时，可以采用环回分集实现不中断业务保护。,SONET/SDH,环也称为自愈环,(,Self Healing Ring,),。,SONET/SDH,环可以分为,8,种可能的类型，而每一种类型均有两种可以互换的结构。它们具有三个主要特征：,（,1,）环上连接结点的光纤可以是二纤，也可以是四纤；,（,2,）数据流可以沿顺时针单方向传输，也可以沿两个方向传输；,（,3,）保护切换既可以采用线路切换，也可以采用通道切换方案。,在,8,种可能的环类型组合中，,SONET,和,SDH,网络中最普遍的两种结构是：,二纤单向线路切换环,(UPSR),和二纤,/,四纤双向线路切换环,(BLSR),7.1.4 SONET/SDH,环网络,如图,7.4,(,a,),所示，在双纤单向自愈环配置中包括两个通道，即主用通道（简称主通道，图,7.4,(,a,),中用实线表示）和保护通道（也称为副通道或备用通道，图,7.4(a),中用虚线表示）。,一般情况下，单向环中数据流沿主通道顺时针方向传输。例如，从结点,1,到结点,3,的连接使用了链路,1,和链路,2,，而从结点,3,到结点,1,的数据流则通过链路,3,和链路,4,传输。因此，两个结点间的通信利用了环的整个周长方向上特定的带宽容量。若结点,1,和结点,3,在,OC-12,环上以,OC-3,速率交换信息，则它们只使用了环中主通道容量的,1/4,。在单向环中，逆时针通道作为可变路由，以便在链路或结点出现故障时保护通道。,7.1.4 SONET/SDH,环网络,为了实现保护，从发送结点发出的光信号同时输入主通道光纤和副通道光纤，这样就建立了一个指定的保护通道，数据流在保护通道中逆时针传输，如图,7.4(b),所示，称为通过链路,5,和链路,6,的,1, 3,结点之间通道保护。,如图,7.4(b),所示，从某个结点发出的同样的信号以不同的方向和传输延时到达目的地。接收机通常选择来自主通道的信号，当然它也在不断比较两个方向信号的正确性，在出现一个通道信号丢失或性能劣化时马上选择另一路信号。因此，每一个通道都是基于信号性能而独立切换的。例如，一旦链路,2,中断或是结点,2,出现设备故障，则结点,3,将切换到保护通道，以接收来自结点,1,的信号。,7.1.4 SONET/SDH,环网络,(,a,),双纤单向通道与逆向保护通道,(,b,),结点,1,到结点,3,主副通道数据流,图,7.4,双纤单向自愈环原理图,7.1.4 SONET/SDH,环网络,图,7.5,给出了四纤双向,自愈环原理图。,其中，两个主用光纤环（标注为,1 p,到,8 p,）用于常规双向通信，而另外两个辅助光纤环用于保护的备用环路（标注为,1 s,到,8 s,）。,与二纤单向自愈环不同，四纤双向自愈环在容量上占有优势，因为它使用了两倍于前者的光纤，而且两个结点之间的业务仅在环的一部分中传输。,7.1.4 SONET/SDH,环网络,首先看一下结点,1,和结点,3,之间的连接情况，从结点,1,到结点,3,的数据流按顺时针方向沿链路,1p,和,2p,传输，而从结点,3,到结点,1,的返回路径上，数据流是按逆时针方向沿链路,7p,和,8p,传输的。因此，结点,1,和结点,3,之间的信息交换不会占用另一半环中的主用通道的带宽资源，从而提高了带宽利用率。,图,7.5,四纤双向自愈环原理图,7.1.4 SONET/SDH,环网络,为了了解四纤双向自愈环中备用链路的功能及其通用性，首先考虑一下主环上结点,3,与结点,4,中某个发送或接收电路板失效的情况。此时，受影响的结点检测到无光后，将与之相连的两根主通道光纤切换到备用通道光纤，如图,7.6,所示。因此，结点,3,与结点,4,之间的保护段也成为了主用双向环的一部分。,图,7.6,收发器或线路故障时四纤双向自愈环再配置过程,7.1.4 SONET/SDH,环网络,现在假设一个结点完全失效，或是某一路中所有的主通道光纤都失效，这是有可能发生在两个结点之间所有光纤位于相同的光缆护套中的情况。此时，失效段两端的结点都将其收发设备从主通道切换到备用通道，从而将数据流反向传输到目的地，结果再一次形成封闭的环，而不会影响正常的数据传输，但此时主通道和备用通道的光纤都使用了，如图,7.7,所示。,图,7.7,在结点失效或光缆故障时四纤双向自愈环再配置,7.1.5,SONET/SDH,网络,利用,SONET/SDH,设备可以构成不同的网络结构，如图,7.8,所示。例如，配置成点对点链路、总线型拓扑、单向自愈环、双向自愈环和环际互联。,图,7.8 SONET/SDH,网络结构原理图,7.1.5,SONET/SDH,网络,分插复用器是一个重要的,SONET/SDH,网络设备。它是一个完全同步的、面向字节的复用器，可以分接和插入,OC-,N,信号中的子信道。图,7.9,从概念上阐述了,ADM,的功能。若干个,OC-12,和,OC-3,信道复用到一个,OC-48,信道。,图,7.9 ADM,的功能,7.1.5,SONET/SDH,网络,ONET/SDH,结构也可以采用,WDM,。如图,7.10,所示，一个,DWDM,系统由,n,个不同波长的,OC-192,主干环构成。从每一个,OC-192,发送机输出的不同波长光波，首先通过衰减器进行功率均衡，然后送入,WDM,复用器，通过可选的后置光放大器进行放大后，送入光纤传输。,图,7.10,由,n,个波长的,OC-192,主干环构成的,DWDM,设备,7.2,光交换系统,光交换技术的发展在某种程度上也决定了全光通信的发展。,光交换技术也是,一种光纤通信技术，它是指不经过任何光/电转换，,在,光域直接将输入的光信号交换到不同的输出端。,光交换技术可分成光路光交换和分组光交换两种类型。,随着光器件技术的发展，光交换技术的最终发展趋势将是光控光交换。,7.2.1,成熟的光交换技术,研究得最多、最成熟的是,光路交换,(Optical Circuit Switching, OCS),，它是一种面向连接的交换技术，网络需要为每一个连接请求建立从源端到目的端的光路（每一个链路上均需要分配一个专用波长）。,交换过程共分三个阶段：,(1),链路建立阶段,(2),链路保持阶段,(3),链路拆除阶段。,光路交换系统所涉及的技术可分为,:,交换技术,(TDPS),、空分交换技术,(SDPS),、波分,/,频分交换技术,(W/FDPS),、码分交换技术,(CDPS),和复合型交换技术。,7.2.1,成熟的光交换技术,1,时分光交换技术,时分光交换系统采用光器件或光电器件作为时隙交换器，通过光读,/,写门对光存储器的受控有序读,/,写操作完成交换动作，如图,7.11,所示。,图,7.11,时分光交换原理图,7.2.1,成熟的光交换技术,2,空分光交换技术,空分光交换是,由开关矩阵实现的，开关矩阵结点可以由机械、电或光进行控制，按要求建立物理通道，使输入端任一信道与输出端任一信道相连，完成信息的交换。,各种机械、电或光控制的相关器件均可以构成空分光交换。构成光矩阵的开关有铌酸锂定向耦合器、微机电系统,MEMS,等。,SDPS,的基本原理是：,将光交换组成门阵列开关，并适当控制门阵列开关，即可在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路，如图,7.12,所示为两路输入、两路输出的空分光交换。,7.2.1,成熟的光交换技术,在铌酸锂交换单元中，以铌酸锂为基片，在基片上进行钛扩散，形成折射率逐渐增加的光波导，即光通路，再焊上电极后便可以将它作为光交换元件使用了。,通过控制电极上的电压，就可以得到平行和交叉两种交换状态。,图,7.12,空分光交换原理图,7.2.1,成熟的光交换技术,3,波分光交换,波分交换即信号通过不同的波长，选择不同的网络通路来实现，由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用器,/,去复用器、波长选择空间开关和波长互换器（波长开关）组成，其原理如图,7.13,所示。,图,7.13,波分光交换原理图,7.2.2,光分组交换,从长远来看，全光的分组交换,OPS,是光交换的发展方向。,OPS,是一种面向非连接的交换方式，采用单向预约机制，在进行数据传输前不需要建立路由、分配资源。相比,OCS,，,OPS,有着很高的资源利用率和很强的适应突发数据的能力。,光分组交换系统根据对控制包头处理及交换粒度的不同，又可以分为光分组交换技术、光突发交换技术和光标记分组交换技术。,7.2.2,光分组交换,1,光分组交换技术,它以光分组作为最小的交换颗粒，数据包的格式为固定长度的光分组头、净荷（用户数据部分）和保护时间三部分。,2,光突发交换技术,它的特点是数据分组和控制分组独立传送，在时间上和信道上都是分离的，它采用单向资源预留机制，以光突发作为最小的交换单元。,3,光标记分组交换技术,光标记分组交换技术也称为多协议波长交换,(MPS,或,MPLmS),，它是,MPLS,技术与光网络技术的结合。,7.2.3,光突发交换技术,光分组交换技术与电分组技术相比，光分组交换技术经历了近十年的研究，却还没有达到实用化，,主要有两大原因：,(1),缺乏深度和快速光记忆器件，在光域难以实现与电路由器相同的光路由器；,(2),相对于成熟的硅工业而言，光分组交换的集成度很低，,1997,年，由,Chunming Qiao,和,J.S Tunnor,分别提出的一种,新的光交换技术,光突发交换，,作为由电路交换到分组交换技术的过渡技术，通过增加信令的复杂性来避开光同步和光存储的困难，并且结合了电路交换和分组交换两者的优点且克服了两者的部分缺点。,7.2.3,光突发交换技术,1,光突发交换基本概念,突发,(Burst),的最初定义是指语音的一次进发或者一段数据信息。突发交换就是交换粒度介于电路交换和分组交换之间的一种交机制。,1997,年提出的一种光交换方式，既结合了光电路交换和光分组交换的优点，又克服了两者的不足，并且易于实现，能很好地支持突发数据流。,在光突发交换中，突发为一些,IP,包组成的超长,IP,包，这些,IP,包可以来自传统,IP,网中不同的电,IP,路由器。,光突发交换中的突发控制分组,(Burst Control Packet, BCP),作用相当于分组交换的分组头，但网络对该头信息的传递路径与对净荷数据的传送路径在物理信道上是相互分离的，每一个突发对应一个控制分组。,7.2.3,光突发交换技术,在,OBS,中，突发数据从源结点到目的结点始终在光域内传输，而控制信息在每一个结点都需要光,/,电,/,光的变换以及电处理。,另外，,OBS,可以通过合理设置突发数据流与控制分组之间的偏置时间,(Offset Time),，而执行,QoS,功能。控制分组和数据流都不需要执行光同步和光存储。,可以看出，这种突发交换技术充分发挥了现有的光子技术和电子技术的特长，实现成本相对较低，非常适合于在承载未来的具有高突发性的数据流的局域网,(LAN),中应用。,7.2.3,光突发交换技术,2,光突发交换系统结构和网络模型,(1),光突发交换系统结构,OBS,的概念起源于以前的电子突发交换网。,OBS,的主要特点包括：,采用带外信令方式，即数据信道与控制信道在物理上分离；,数据在,OBS,网中保持为光信号，而控制信号必须采用电子方式处理，即经过每一个结点控制信号都必须经历光,/,电,/,光的转换；,通常采用单向无应答的预约方式；突发长度可变；,在交换结点上并非一定要使用光缓存器等。,7.2.3,光突发交换技术,图,7.14,示出了光突发交换系统中的结点和网络结构。,图,7.14,光突发交换系统的结构和各结点单元的功能,7.2.3,光突发交换技术,OBS,体系结构包含三层：核心光突发交换层（核心光层）、光突发聚集层（边缘分配光层）和接入层。,核心光层,由全光核心路由器构成，完成光分组数据的传送、路由和,OBS,网络管理，核心网络的核心,OBS,结点无需任何处理，就可以进行突发数据的透明交换。,边缘分配光层,由光,/,电的边缘路由器构成，负责来自或发送接入层数据的分发服务，它们之间由,WDM,链路相连；在边缘结点收集来自接入网的数据流，并汇聚成较大的数据单元（即突发包）。,接入层,是,OBS,层的用户层，可以为目前存在的各种网络，如,IP, ATM, SDH,等，也可以是终端用户。,7.2.3,光突发交换技术,(2),光突发交换网络的分层参考模型,OBS,网络的分层参考模型如图,7.15,所示。,光突发交换网络的分层参考模型分为电接入层、,OBS,层和物理层。,OBS,层可以分为数据汇聚子层、网络子层、链路子层和波长汇聚子层。,图,7.15 OBS,网络的分层参考模型,7.2.3,光突发交换技术,各层的功能如下：,数据汇聚子层的功能是,电接入层和光层间比特率的适配，包括上层数据的汇聚、分类和整形，以及突发数据分组的组装和拆卸；,网络子层的功能是,突发分组的路由，主要包括控制分组的生成与偏置时间的设置，以及在中间结点通过控制分组的信息和网络的状况（资源、拓扑等）进行路由和通道调度；,链路子层,主要完成电队列的管理和完成电光转换；波长汇聚子层完成波长分配、再分配或波长转换，以及完成波长的复用,/,解复用；,物理层,实现光比特的透明传输、放大和光交换。,7.2.3,光突发交换技术,(3),光突发交换网络的工作原理,如图,7.14,所示，典型,OBS,网络的工作原理可以简单地描述如下：在,OBS,网络的边缘处，将抵达的,IP,包封装成突发。光突发的传输和交换资源通常是通过单向预约的方式进行的，即数据比预约请求稍后发出，而无需等待资源成功预约的应答。,一方面，在这种预约方式下，即便是网络没有足够的资源突发也会接入，从而引起突发的丢弃；另一方面，由于无需等待应答信号，这种信令方式能使网络时延大大降低。,预约请求（即控制包）是在一独立的信道传送，且比相应的突发提前了一个偏置时延。这个偏置时延必须足够大。,7.2.3,光突发交换技术,3,光突发交换网的结点结构和关键技术,(1),边缘结点的关键技术,边缘结点中要实现的关键技术主要有以下几项：, 数据接入、分类和汇聚,突发交换网边缘结点的结构如图,7.16,所示。,在这种结构中，主要是通过两个缓冲和一个大型的电交换矩阵来完成数据的速率适配和数据分类。,输出缓冲队列的长度确定了突发分组长度的上限，突发分组的长度是影响网络性能的一个重要因素。,7.2.3,光突发交换技术,图,7.16,突发交换网边缘结点结构,7.2.3,光突发交换技术,为了满足支持实时数据的需要，边缘结点缓冲一般支持突发数据分组的动态生成。,突发分组生成后，在发送前必须提前一个偏置时间先发送一个控制分组。控制分组和数据分组发送的偏置时间是保证网络效率的关键因素，, 数据的突发接收,光突发交换的突发特性不可避免地会引入突发接收和突发同步的问题。,边缘结点接收到的各突发帧可能来自不同的其他结点，它们的时钟、相位和振幅都不相同，因此每一帧都要进行时钟相位的快速锁定和判决阈值的快速恢复。,7.2.3,光突发交换技术,(2),核心结点关键技术,虽然边缘结点负担了突发交换网中的大部分工作，但核心结点仍然起着无可替代的作用。图,7.14,给出了核心结点的基本结构。, 资源预留策略,现在，资源预留方式是根据突发分组结束指示和资源分配时间来区分的，主要有三种方式：,在第一种方式中，控制分组中不包含突发分组长度，资源的释放由专门的控制分组来决定，,JIT(Just In Time),预留机制就属于这一类，这种方式复杂度最低，但效率不高；,第二种方式叫做,RLD(Reserve a Limited Duration),，控制分组中包含有突发数据分组长度信息，这种方式复杂性中等，效率很高；,7.2.3,光突发交换技术,第三种方式叫做,RFD(Reserve a Fixed Duration),，它通过数据分组中的开始预留时间和结束预留时间来预留资源。与,RLD,不同的是，它可以通过对预留时间的设置实现突发分组的,QoS,，这种方式复杂性最高。,恰量时间,(Just Enough Time, JET),协议是基于,RFD,在光域中的突发交换控制协议。它采用了两种独特的特性，即偏置时间和延迟预留。, 竟争解决方案,为了处理当多个分组同时到达同一个输出端口时，竞争解决方案是必需的，这是所有分组交换方式必然会遇到的问题，即所谓的外部阻塞。,比较典型的解决方式是通过缓存其他冲突的分组，只允许一个输出。在,OBS,与,OPS,中，竞争解决方案有光缓存、波长变换和偏射路由，或者其中多种技术融合。,7.2.4,光交换技术的发展趋势,光交换中广泛应用的各种光开关、光存储器都是由相关无源器件和有源光逻辑器件两类器件制作而成的。,光开关是各种光通信系统实现高功能、高可靠性、提高维护和使用效率必不可少的光器件。光开关大致可分为采用,LiNbO3,、聚合物、半导体材料的光开关和具有可移动机理的机械光开关。,今后光开关研究的方向是改善其性能，并将光开关集成以便增大光开关阵列的规模。光纤型微机电光开关损耗低，适于用做保护恢复。,7.2.4,光交换技术的发展趋势,市场和用户是决定光网络去向何方的重要因素。目前光的电路交换技术已发展得较为成熟，进入了实用化阶段。光分组交换成为被广泛关注和研究的热点。,在更加实用化的光缓存器件和光逻辑器件产生以前，对两者要求不是很高的,OBS,以及,OMPLS,技术作为,OPS,的过渡性解决方案，将会成为市场的主流。,光网络已经由过去的点到点,WDM,链路发展到今天面向连接的,OADM/OXC,和自动交换光网络,(ASON),，再演进到下一代,DWDM,基础上宽带电路交换与分组交换融合的智能光网络。光交换技术的发展将会在其中起到决定性的作用。,7.3,智能光网络,1,ASON,网络基本概念,在市场和网络建设的驱动下，以,WDM,为基础的光层组网技术和以,IP,为基础的网络智能化技术迅速发展并结合，形成了自动交换光网络,(ASON),。它是当用户发出请求时，由信令网控制实现光传送网内链路的连接,/,拆线、交换、传送等一系列功能的新一代光网络。,事实上，这种自动完成网络连接的智能化网络称为自动交换传送网,(ASTN),更为确切。,ASON,实际上是,ASTN,技术在光网络中的一种应用实例。可以认为,ASON,是智能光网络的具体代表，是一种标准化的智能光网络。,7.3,智能光网络,ASON,代表了光通信网络技术新的发展阶段和未来的演进方向。,ASON,的特性就在于它首次在传输网络中引入了信令的概念，同时将数据网和传输网管理的优点融合在一起，进而实现了实时动态网络管理。,ASON,控制技术的应用带来了许多新的网络特征，提供了更多的网络功能。,其中，最主要的新特点包括：,(1),呼叫和连接过程的分离,(2),自动资源发现机制的出现,(3),网络生存性技术的新特征,7.3,智能光网络,2,ASON,网络体系结构,基于,WDM,的光互联网络,(Optical Internetworking),又称为,IP,优化互联网络或,IP over optical,网络。,从网络体系结构上看，四层结构中的独立,ATM,层和,SDH,层将会逐步消失，但其基本功能不会消亡，将会分别融入,IP/MPLS,层和,WDM/OTN,层中去。整个功能结构层次将变得更加简单，趋向扁平化的两层结构，如图,7.17,所示。,图,7.17 IP over WDM,网络发展趋势,7.3,智能光网络,IP over WDM,技术不仅是,IP,与光网络在传输形式上的融合，而且体现了,IP,控制功能向光网络的渗透。图,7.18,给出了两种基本模型：重叠模型,(Overlay),和对等模型。,图,7.18 IP over WDM,的对等模型和层叠模型,7.3,智能光网络,ASON,与传统的光传送网相比，创造性地引入了更加智能化的控制平面，从而使光网络能够在信令的控制下完成网络连接的自动建立、资源的自动发现等过程。,ASON,主要由三个独立的平面组成，分别是传送平面、控制平面和管理平面。下面主要介绍传送片面。,ASON,结点设备传送平面,主要完成的功能包括信号传输、交叉连接、故障管理、保护和恢复等。,控制平面,是,ASON,特点体现，是区别于传统光网络的主要标志，其基本功能包括提供呼叫控制、呼叫许可控制、连接管理、连接控制、连接许可控制，支持网络到网络接口,（,UNI/NNI,）接口及与其他网络互联等。,ASON,的管理平面,包括对传送平面的管理和控制平面的管理。,7.3,智能光网络,3,ASON,网络智能光结点的功能,ASON,最大的特点就是在功能上引入了控制层，这就要求传送层有“智能”的硬件配置。不仅如此，还要求传送层的网络也具有一定的连通度，使得控制层可以利用一定的流量算法实现网络的最优化。,为了能够很好地实现,ASON,的各项功能，除了要有一个好的控制平面和管理平面外，同时还要求其网络结点具有以下功能：,要有满足用户需要的端口数；要具有严格无阻塞的全连接能力；能够支持多址广播；可提供波长变换能力；采用模块化设计，可以根据用户的需求加以调整；设备自身要具有较高的可靠性，关键部分要有,1+1,冗余设计；具有丰富的软件功能和控制功能，支挣,ASON,控制平面的信令协议、路由选择协议和带宽分配管理协议；可实现保护和恢复。,7.3,智能光网络,4,ASON,光交换结点的结构,光网络中传送平面体系结构如图,7.19,所示。,图,7.19,光网络中传送平面体系结构示意图,7.3,智能光网络,光结点传送平面交叉连接的功能和特性与一定的体系结构紧密相关。,根据光信号的分割复用方式，光的交叉连接可以分为空分、时分和波分三种。,由于现有光器件的性能和技术水平以及成本因素的限制，波分,+,空分的交叉连接体系结构是比较成熟的光结点传送平面实现方案。,即,首先通过,波长解复用器将每一个光纤链路中的各波长通道分开，,然后通过,空间开关矩阵完成这些波长通道的交叉连接，,最后再通过,波长复用器将所需波长通道合路到相应的光纤链路中去。,7.3,智能光网络,此外，为了满足多带宽粒度（波长、波带、光纤）交叉连接的需要，,可以建立多层次的光结点传送平面体系结构,光纤级交叉连接、光波长通道级交叉连接、本地交叉连接及适配处理层。,其中，本地交叉连接及适配处理层完成本地业务的上下路，同时实现波长变换、信号再生、汇聚、广播等功能，如图,7.20,所示。,图,7.20,电交换连接方案,7.3,智能光网络,ASON,的传送平面是采用全光交换,(O/O/O),的结点构成，还是采用光电光交换,(O/E/O),的结点构成，亦或是采用,O/E/O+O/O/O,的混合结构，在光通信领域一直有争议。,对于,ASON,的传送平面的核心交换结构，全光方式和光电光方式各有其优缺点。,在目前的情况下，两者都可满足,ASON,所规定的结点功能需求，而且两者互为补充。在组网时应根据具体的情况，包括具体应用和传送模式，采用不同的方式。,7.3,智能光网络,当前核心光网络中仍然是,O/E/O,的方案，如图,7.20,所示。,电交叉不具有速率和协议透明性，不具有平滑升级性；但电层可以处理丰富的开销，对信号性能的监测和管理能力强，而且能够实现信号的电再生，能对子波长通道级别的带宽颗粒进行梳理。,电交叉连接的核心器件是电交叉芯片，其技术和工艺成熟，成本低，但需要与相应的光,/,电、电,/,光收发模块配套，涉及高速信号电路设计及互连。,7.3,智能光网络,O/E/O,方案,的主要组成方式为电交换矩阵加光接口，可以将光信号转换成电信号，在交换之前可以首先进行电再生。,O/O/O,方案,的主要组成方式为光交换矩阵加光接口。在输入与输出接口之间为光波长进行选路，光交换矩阵可以使用多种新型技。这种方式目前不能对信号实时再生。,这两种方案目前在光网络中都有所应用，但是目前的市场需求主要是从成本方面进行考虑，因此,O/E/O,方案为目前主要的实现方案，但,O/O/O,方案可以提供很好的扩展支持能力。,7.3,智能光网络,未来的,O/E/O+O/O/O,方案是一种混合的交换结点结构，如图,7.21,所示。,其中的电交叉具有智能交换能力，采用优化的业务整合能力可以获得最低的接口成本，提供最大的带宽服务。全光交叉提供波长服务，具有较高的流量特性，它只有在高线路速率时才能获得很好的成本效益。,图,7.21,未来的,O/E/O+O/O/O,交换方案,7.3,智能光网络,5,多粒度结点技术,传统的光结点设备一般是在单一波长粒度下实现光的交叉连接及波长变换等功能的。尽管这样的结点连接能力很强，但是交叉规模受限，成本高，灵活性差，扩展比较困难。,在下一代智能光网络中一个管理域可能有几十甚至几百个结点，样，进入结点的大部分业务会在较大粒度上交叉后继续传输。,多粒度光交换技术,正是适应这种需求的，并避免了上述由于单波长交换所带来问题的一种有效的手段，更加符合未来光网络应用的实际特点。,7.3,智能光网络,6,ASON,的发展展望,引入自动交换光网络的有很多明显好处。,ASON,的概念自提出以来，受到了国际学术界、工业界和相关标准化组织的广泛关注，其相关的草案建议不断地被修改、补充和更新。,目前进行,ASON,标准研究工作的国际标准组织有：国际电信联盟标准部,(ITU-T),、光互联网论坛,(OIF),、互联网工程任务组,(IETF),、光域业务互联,(ODSI) IEEE 802.3ae,等。 各组织分别侧重于,ASON,的不同领域，已形成一个统一的通用,ASON,标准。,7.3,智能光网络,在国际上，,各大公司和研究机构也纷纷投入巨大精力进行研究，有些早期非标准的,ASON,产品已经问世并开始网络运行。,在国内，,一些高等院校和业内公司也正在对,ASON,进行跟踪研究，在传送网与接入网标准研究组制定“十五”规划的相关会议上，自动交换光网络的发展成为会议的一个主要讨论议题。,国家“十五”、“,863”,计划紧紧抓住这一有利时机，制定了,ASON,研究目标和计划，目前正处于积极研究阶段。,