□ 朗讯科技贝尔实验室基础科学研究院（中国） 金耀辉 刘芳 郑露滴
２０世纪９０年代以来，波分复用技术（ＷＤＭ）在电信网络中已经大规模部署，系统的传输容量每１２至１８个月增加一倍。然而，光网络的控制和管理依然停留在类似于ＳＤＨ网络的传统观念：光层在网络中仅仅是一个简单的传送介质，它的主要功能是给上层的电子设备如ＩＰ路由器和ＡＴＭ交换机提供静态的高速光通路，这些静态的光链路通常由手工配置，网络智能主要集中在电子层，光传送层被看成是一些不灵活的"哑"管道集合。在这样的传统模型下互联电子层和光层显然比较低效、复杂，而且容易发生错误，限制了网络的灵活性、可靠性和可扩展性。
下一代光网络"ＳＯＮ"改变了这种情况。"ＳＯＮ"的含义有很多种：Ｓｗｉｔｃｈｅｄ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ（交换的光网络）；Ｓｍａｒｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ（智能的光网络）；Ｓｏｆｔｗａｒｅ－ｂａｓｅｄ
Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ（基于软件的光网络）；Ｓｅｒｖｉｃｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ（面向业务的光网络）等等。这些含义实际上对应于技术的不同层面。例如，"交换"
强调的是硬件，指网络节点由大容量、无阻塞和透明的光交叉连接（ＯＸＣ）设备组成；而"智能"强调的是分布式控制，包括网络邻居自动发现、拓扑自动发现、分布式路由计算和光通路管理（建立、拆除和恢复）等?quot;基于软件"强调的是可重构性和可编程性；"面向业务"强调的是网络管理，包括虚拟专用网（ＶＰＮ）、服务水平协议（ＳＬＡ）、流量工程（ＴＥ）、安全认证、计费接口等等。本文将主要讨论ＯＸＣ的硬件结构和分布式智能控制以及目前的一些技术争论。"基于软件"和"面向业务"不在本文讨论范围之内。
一、ＯＸＣ硬件结构
毫无疑问，ＯＸＣ是构成下一代光网络的关键硬件。Ｃｉｅｎａ，Ｓｙｃａｍｏｒｅ和Ｔｅｌｌｉｕｍ等一些公司推出了基于传统ＡＳＩＣ技术的电子交换核心的ＯＸＣ，这类ＯＸＣ的显著优点是可以处理比波长粒度更小的带宽单元，适合目前的市场需求，比以全光交换技术构成的ＯＸＣ更易于管理。但是由于目前和将来的电信网络中将广泛采用ＷＤＭ技术，电子交换核心难以应付波长带宽的爆炸性增长。目前的ＡＳＩＣ技术水平最多只能支持５１２×５１２端口的电子交换核心，但潜在的市场却要求至少２倍于这样的容量。
全光交换减少了网络中的光－电－光转换，节省了大量的投资，透明的光交换使得用户速率更容易升级到未来的更高的传输速率。
到目前为止，实现全光交换的技术有很多种，例如：微光机电技术（ＭＥＭＳ）、液晶技术、气泡技术、热光技术、全息技术和声光技术等等。评价这些技术的参数主要有：交换矩阵规模；可扩展性；交换速度；损耗；功耗；可靠性；性能价格比等等。综合这些参数，ＭＥＭＳ是目前最有前途的一项技术。ＭＥＭＳ光交换矩阵由一个倾斜的微镜阵列构成，这些微镜可以是二维的或三维的。二维微镜阵列等效于ｃｒｏｓｓ－ｂａｒ开关，是第一代的ＭＥＭＳ光交换矩阵。三维微镜阵列通常由一对组成，光线从输入端口射入后被微镜反射两次，到达期望的输出端口，每一块微镜的倾斜位置两轴可调，可以精确控制在千分之几度以内。
二、分布智能控制
这里我们只考虑一个光网络管理域的情况，多管理域互联不在本文考虑范围。光网络的分布式智能控制包括以下几个方面：邻居发现、链路状态更新、路由计算、光通路管理和端到端保护与恢复。
１．邻居发现
邻居发现协议（ＮＤＰ）是在相邻的ＯＸＣ之间运行的一种简单协议，通过它可以自动发现与某个ＯＸＣ端口相连的其他ＯＸＣ。每一个ＯＸＣ端口运行ＮＤＰ与邻居ＯＸＣ相应端口的ＮＤＰ通讯，ＮＤＰ采用类似ＳＤＨ开销比特周期地将预先配置的本地端口属性传送给邻居ＮＤＰ，邻居ＮＤＰ收到这个信息后，记录相关信息，然后通过ＮＤＰ向相应ＯＸＣ传送应答消息。这样两个ＯＸＣ邻居就完成了自动发现过程。
２．链路状态更新
为了实现分布式路由计算，链路状态更新可以采用类似于ＯＳＰＦ中采用的方法。ＯＳＰＦ大多数功能可以被应用于光网络，但是考虑光网络自身的特性，ＯＳＰＦ也需要作一些修改和扩展。链路状态信息只包括链路束的参数，如数目、带宽和链路类型等，链路状态信息必需包括与恢复相关的参数。为了减少消息扩散开销，一个链路信息通告可以包含多个链路束。由于链路可用信息动态改变，必需采用灵活的策略触发链路状态更新。
３．路由计算
一条光通路的请求可以由电子层通过用户网络接口（ＵＮＩ）、其它管理域的边界节点通过网络接口（ＮＮＩ）或管理系统产生。这条光通路的请求应包括源节点和目的节点及端口、带宽需求、保护／恢复级别以及其它一些路由限制参数。通常这个请求发送给源节点，由源节点负责计算路由和建立光通路。有很多种算法可以实现约束路由计算。当保护／恢复级别是１＋１和共享保护时，保护路由必须考虑到回?quot;共享风险链路组"（ＳＲＬＧ）。
４．光通路管理
光通路管理包括光通路的建立和拆除，这可以通过分布式信令来实现。可以采用与ＭＰＬＳ信令--ＲＳＶＰ－ＴＥ或ＣＲ－ＬＤＰ相似的协议。尽管两者在具体操作上有一些不同，但都能够完成逐跳地从源节点到目的节点建立一条单向的标记交换通路（ＬＳＰ）。当然，并不是所有的ＭＰＬＳ信令协议的特性都需要被光网络继承下来。另一方面，光网络信令协议也必需引入一些新的特性，如：双向通路的建立；无波长转换下的波长连续性限制；共享保护通路的建立以及容错等。
５．端到端保护
端到端保护依赖于预先建立的保护通路。端到端恢复分为三个阶段：（１）故障检测；（２）将故障信息传递给源节点；（３）业务切换到保护通路。为了实现几十毫秒级的恢复时间，这三个阶段都必需非常快。端到端恢复在具体操作时又可以分为可恢复的和不可恢复的两种方式。可恢复的端到端保护指发生故障的业务通路在保护完成以后并不立即释放，而是等待故障排除；不可恢复的端到端保护指发生故障的业务通路在保护完成以后立即被释放。
三、技术争论
１．带内信令与带外信令
带内信令是指控制平面与数据平面共享同一物理媒质，例如利用ＳＤＨ复用段或再生段的ＤＣＣ通道，或者使用一个特定的波长通道作为控制平面的数据通信网络。带内信令的优点是节省数据通信网络投资，但是控制平面的风险与数据平面一样，安全性和可靠性较差。实际的电信网络中往往都采用带外信令，即控制平面和数据平面不在同一物理媒质，保证安全性和可靠性，７号信令网就是一个例子。
２．分布控制与集中管理
分布控制与集中管理的争论由来已久，实际上这也是计算机网络与电信网络之争。计算机网络是典型的分布式控制，它通过一系列路由协议如ＲＩＰ、ＯＳＰＦ和ＢＧＰ等来实现分布式动态路由，因此它的可扩展性和可靠性较好；而电信网络是典型的集中管理，例如电信管理网（ＴＭＮ）通过定义基本网络功能构件关系的标准接口使得网络或业务提供者能够快速地应用新业务、革新技术、降低成本和增强竞争性。
光网络的最初设计是从电信网络发展而来，然而为了适应爆炸性的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ发展需求，ＩＰ
ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ逐渐成为研究方向。考虑到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的业务特性，在光网络中采用分布控制可以有效地利用网络资源和实现快速的保护和恢复。但是这并不表示光网络管理可以完全抛弃集中管理，传统的ＴＭＮ方法在业务管理方面有很多优势，例如实现虚拟专用网（ＶＰＮ）、服务水平协议（ＳＬＡ）、流量工程（ＴＥ）、安全认证、计费接口等等。因此，下一代的光网络管理应该是分布智能和集中智能的有机结合。
３．重叠模型与对等模型
异构网络的互联模型在ＩＰ网络和ＡＴＭ网络已经有很多研究，主要有两种模型：重叠模型（Ｏｖｅｒｌａｙ
Ｍｏｄｅｌ）和对等模型（Ｐｅｅｒ Ｍｏｄｅｌ），类似地，光网络的控制面也可以分成这两种模型。
在重叠模型中，电子层的地址方案、路由协议和信令协议与光层的地址方案、路由协议和信令协议各自独立运行。这样的模型使得光网络允许多业务接入，每种业务网络有自己的地址方案、路由协议和信令协议。光网络给电子层提供点对点的连接；反过来，电子层可以看成光网络的客户层。
重叠模型又可以分成两个子模型：供给模型（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｅｄ ｍｏｄｅｌ）和交换模型（ｓｗｉｔｃｈｅｄ
ｍｏｄｅｌ）。供给模型中光通路由网络管理系统静态配置，因此不需要ＵＮＩ和电子层与光层间的路由信息交换，这种模型类似于ＡＴＭ中的永久虚电路（ＰＶＣ）；交换模型中光通路的端点由ＵＮＩ信令指定，电子层可以向光网络动态地申请带宽，类似于ＡＴＭ中交换虚电路（ＳＶＣ）。显然，电子层和光层需要进行某些信息交换，如电子层可达性信息。
在对等模型中，电子层和光层采用统一的控制平面，地址方案、路由协议和信令协议相同，因此没有ＵＮＩ协议。最近非常热门的通用多协议标记交换（ＧＭＰＬＳ）就是采用这种模型。它有以下一些优点：继承了ＭＰＬＳ控制平面和ＩＰ路由协议中的先进思想；避免了重新开发一套新的光网络控制面协议，实现了软件重用；简化网络管理；促进数据网络和传送网络的控制融合。
但是从网络运营情况出发，电子层和光层可能分属不同的运营商，传送网络不希望将自己的内部路由信息与数据网络共享，因此近期的发展方向应该是交换重叠模型，对等模型则是未来的发展目标。
本文从Ｌｕｃｅｎｔ提出的"ＳＯＮ"--下一代光网络的概念出发，讨论了构成下一代光网络的核心硬件ＯＸＣ和分布式智能控制以及目前的一些技术争论。最后，需要指出的是，"ＳＯＮ"并不是孤立的，它与很多标准化组织如ＩＥＴＦ、ＩＴＵ、ＯＩＦ和ＯＤＳＩ的方向是一致的。
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