融合网络

---

---

如今基于TDM的传输网络旨在为主要的语音和基线服务提供可靠的性能和可靠性。诸如SDH之类的成熟技术已得到广泛部署，为语音和专线应用提供了可扩展到每秒千兆位的超高容量传输。SDH自愈环能够在网络故障后数十毫秒内实现服务级恢复。所有这些功能都得到完善的全球标准的支持，从而实现了高度的多供应商互操作性。

当今的网络

与当今基于TDM的传输网络（以及在某种程度上与ATM网络）相比，“尽力而为”的IP网络通常缺乏保证高可靠性和可预测性能的方法。大多数传统IP网络提供的尽力而为服务，具有不可预测的延迟、抖动和丢包，这是通过统计复用实现最大链路利用率所付出的代价。链路利用率（例如，每个带宽单位的用户数量）一直是数据网络的重要指标，因为这些链路通常通过TDM传输网络上的租用电路承载。

鉴于数据流量的固有突发性，TDM传输的固定带宽管道可能不是一个理想的有效解决方案。但是，传统上，这种低效率的重要性不如基于TDM的传输网络提供商的网络可靠性和拥塞隔离功能重要。

对高带宽和差异化数据服务的日益增长的需求正在挑战这种基于TDM的传输和尽力而为分组网络的双架构模型。通过过度配置网络带宽并保持网络负载较低来扩展尽力而为网络的实用性并不划算。

此外，由于零星的需求增长，这种方法并非总是能够实现或保证，并且对于对未充分利用的设施的经济约束最敏感的网络接入域来说，这是一个特殊的问题。因此，总的来说，当今的数据服务提供商没有网络基础设施支持来提供特定于客户的差异化服务保证和相应的服务级别协议。

下一代网络

下一代网络架构将采用传输网络和增强的服务层，以经济高效、可靠且可扩展的方式发展，并以互补且互操作的方式协同工作。这些下一代网络将显着增加并最大程度地共享骨干网络基础设施容量，并为新兴数据应用提供复杂的差异化服务。

传输网络使服务层能够更有效地运行，使它们免受物理拓扑的限制，从而专注于满足服务需求这一足够大的挑战。因此，作为众多服务层增强功能的补充，光传输网络将提供一个统一的、优化的、高容量、高可靠性带宽管理层，并为具有保证质量的更高容量数据服务创建所谓的“光数据网络”解决方案。

光传输网络：实用视角

自从WDM快速且成功地商业化以来，光网络的愿景就吸引了研究人员和网络规划师的想象力。在光传输网络的最初愿景中，一个灵活、可扩展且健壮的传输网络应运而生，满足不断扩展的各种客户端信号及其同样多样的服务需求（灵活性和可扩展性以及生存能力，以及比特率和协议独立性）。

能够满足到本世纪末不断增长的带宽需求的传输基础设施的承诺确实令人着迷，其中波长取代时隙成为在网络中提供可靠的高带宽服务传输的媒介。但什么是光网络？答案多种多样，实际上近年来一直在发展。早期对光网络的尝试侧重于光透明度和全球范围内光透明网络的设计。

实用解决方案

在没有可行的“全光”解决方案的情况下，光网络的更实用解决方案需要光电子器件来支持光信号再生和光信号性能监控。在所谓的全光网络中，信号完全在光域中穿过网络，没有任何形式的光电处理。这意味着所有信号处理——包括信号再生、路由和波长交换——完全在光域中进行。

由于模拟工程的局限性（例如，在设计良好的数字系统中，限制因素是原始模拟消息波形转换为数字形式的精度）以及考虑到目前全光处理技术的现状，全球甚至全国范围的全光网络的概念在实践中是无法实现的。

特别是，光网络元件中可能需要光电转换，以防止传输损伤的累积——这些损伤是由诸如光纤色散和非线性、非理想平坦增益放大器的级联、光信号串扰以及级联非平坦滤波器引起的传输频谱变窄等因素造成的。光电转换还可以支持波长交换，这目前是全光域中一项具有挑战性的功能。

简而言之，在没有可商购的器件能够在全光域中执行信号再生以减轻损伤累积并支持波长转换的情况下，在近期实用的光网络架构中应该预计会有一些光电转换。由此产生的光网络架构可以通过光透明（或全光）子网来表征，这些子网受功能增强的光电子器件的限制，如上图所示。

客户端信号透明度

除了模拟网络工程之外，实用考虑因素将继续决定OTN的最终实现。其中最重要的考虑因素是网络运营商希望在未来的传输基础设施中实现高度的客户端信号透明度。

“客户端信号透明度”是什么意思？具体而言，对于打算在OTN上传输的所需客户端信号集，定义了用于将这些信号作为光通道（OCh）服务器信号的有效载荷来承载的单个映射。OTN中预期的信号包括传统SDH和PDH信号，以及基于分组的流量，如互联网协议（IP）、ATM、GbE和简单数据链路（SDL）。一旦客户端信号在OTN的入口处映射到其OCh服务器信号，部署此类网络的运营商就不需要详细了解（或访问）客户端信号，直到它在网络出口处被解映射。

光网络入口和出口点应限定OTN客户端信号透明度的域。因此，实现客户端信号透明度的最重要因素是消除OTN入口和出口点之间所有特定于客户端的设备和处理。幸运的是，更容易在入口/出口处接受依赖于客户端的设备，因为它通常是按服务进行分配的。

通过数字封装的光传输网络

DWDM技术的广泛使用给服务提供商带来了一个新的挑战：如何经济高效地管理越来越多的波长，以便为其最终客户提供快速可靠的服务。要有效地管理波长或OCh，需要光网络支持每个波长或OCh级别的运营、管理和维护（OAM）功能。

ITU(T)建议G872定义了以开销形式实现的OCh级OAM的一些功能，但没有指定如何承载此开销。到目前为止，支持信号再生以及监控、分析和管理OCh（波长）的唯一可行方法是依赖于整个网络中的SDH信号和设备。这要求WDM系统中每个波长上的信号都采用SDH格式。

光通道（波长）

利用DWDM系统中现有的光电再生点，使用数字封装技术的概念将提供类似于SDH的功能和可靠性，但适用于任何客户端信号，使我们更接近于实现光传输网络的最初愿景。

数字封装技术提供了ITU(T)建议G.872中概述的网络管理功能，以支持OTN。这些功能包括光层性能监控、前向纠错（FEC）以及每个波长的环保护和网络恢复，所有这些功能都独立于输入信号格式，如下面的图所示。

最近有人提出使用每个“围绕”OCh客户端的数字（或TDM）封装来支持通道相关的OCh开销的概念，并且实际上已将其作为OCh定义的基础。该方案将利用OCh再生需求为OCh客户端增加额外的容量。当然，一旦我们有了以数字方式向OCh客户端信号添加开销的方法，就可以利用它来支持所有OCh级OAM需求。

特别是，数字添加的开销使得解决OTN的主要性能监控问题变得非常简单，即以独立于客户端的方式提供对误码率（BER）的访问。并且，通过可选地使用FEC，数字封装方法可以显着增强客户端信号的BER性能，进一步最大程度地减少对光电转换的需求。

增强传输网络性能的一种方法是使用FEC，目前某些设备中提供了该功能。因此，数字封装技术的附加优势是可以选择支持FEC以增强系统裕度。

OCh帧结构

在功能方面，OCh有效载荷和OAM应与FEC机制分离。这允许在整个网络中端到端地承载有效载荷和OAM，同时在不同的链路上使用不同的FEC方案。一个明显的例子是海底和陆地链路之间的链路。在前者中，正在研究用于下一代系统的新FEC码。

下图展示了所提出的OCh基本帧结构，以及可能包含在OCh帧结构中的功能类型。虽然有人可能会认为此提议与全光网络的长期目标不一致，但我们不应期望再生需求会消失。

再生点之间的距离将继续增加；但是，在信号交接点处仍然需要再生。结合使用光监督信道（OSC）来管理光透明子网络中的OCh，数字封装将支持跨越国家或全球OTN的OCh（波长）的端到端管理。

3R再生（整形、定时和放大）是通过光电转换和反之实现的，并且数字封装提议利用了这一点。如果全光3R再生可用，情况是否会发生变化？如果全光再生能够添加开销，则论点不变；只会改变再生器的实现方式。

如果光再生器无法添加开销，则OCh开销的需求不会消失。光再生器只会增加光电再生点之间的潜在距离，并且数字封装将透明地穿过它们。使用数字封装对光传输网络演进的影响可能非常深远，尤其是在数据网络趋势的背景下。

协议栈选择

IP协议显然是当今数据通信网络中的汇聚层，可以预见的是，它将在未来几年将此作用扩展到多业务网络。IP可以通过各种数据链路层协议和底层网络基础设施传输。下图显示了IP映射到WDM网络基础设施的一些可能的协议栈或映射。

什么是IP over WDM？

下图中标记为a、b和d的协议栈是当今最常部署的。它们使用经典的IP over ATM over SDH映射（如图(a)所示）；SDH上的分组（POS）（如图(b)所示）；或经典且扩展良好的IP over以太网（如图(d)所示）。情况(e)和(f)使用简单数据链路（SDL），这是一种最近提出的作为POS替代方案的新数据链路层。标记为(c)的协议栈是情况(a)的替代方案，其中消除了中间SDH层，并执行了ATM信元到WDM的直接映射。

这些不同的协议栈在带宽开销、速率可扩展性、流量管理和QoS方面提供了不同的功能。声称任何一种特定的映射都代表IP over WDM是极其不诚实的。

IP的一个主要优势在于数据链路层协议的多样性和IP映射到不同底层网络基础设施的方式，并且这种特性不会消失。相反，很有可能提出新的、创新的和更高效的协议映射来传输IP数据包。对于低带宽和低可靠性网络，这种情况已经存在，对于高带宽和高可靠性的光网络也将如此。这种观点也符合“一切皆基于IP，IP无处不在”的愿景。