基于WDM的IP传送技术

tian7163

　　摘要: 目前最流行的IP传送技术有三种，即IP over ATM，IP over SDH 或 IP over WDM。 三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的作用，三者将会共存互补。但从面向未来的视角来看，IP over WDM 将是最具生命力的技术，其巨大的带宽潜力和爆炸式增长的IP业务是相当匹配的，这种对IP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。


　　近年来,Internet的迅猛发展，促使IP 技术获得以往通信和信息技术从未有过的高速发展。近几年来，IP技术无论从网络结构上，传输能力上还是业务开拓上都取得巨大的进展。TCP/IP是70年代作为网间互联协议提出来的，在将近二十年的时间内，除了在美国局域网互联中起到作用外，一直没引起外部世界的重视。ITU-T 在很长一个时期内没有接纳这个标准。直到90年代初Web的出现从根本上改变了这种状态，IP网获得了急速的发展，相应的IP技术也获得了急速的发展。


　　IP是网络层协议，SDH、WDM是物理层传送技术，在两层之间需要一个数据链路层，数据链路层负责把物理层提供的信号转换成网络层所需要的信号，目前最流行的IP传送技术有三种，即IP over ATM，IP over SDH 或 IP over WDM。


　　传统的扩容方法是采用TDM（时分复用）方式，即对电信号进行时间分隔复用。无论是PDH的34 Mbit/s－140 Mbit/s－565 Mbit/s，还是SDH的155 Mbit/s－622 Mbit/s－2 488 Mbit/s－9 952 Mbit/s，都是按照这一原则进行的。据统计，当系统速率低于2．5 Gbit/s（含2．5 Gbit/s），系统每升级一次，每比特的传输成本下降30％左右。因此，在过去的系统升级中，人们首先想到并采用的是TDM技术。采用时分复用（TDM）方式是数字通信提高传输效率、降低传输成本的有效措施。但是随着现代电信网对传输容量要求的急剧提高，利用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术的极限，例如对于现在的10 Gbit／s，TDM已没有太多的潜力可挖，并且传输设备的价格也很高，光纤色度色散和极化模色散的影响也日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用，即从光域上用各种复用方式来改进传输效率，提高复用速率。


　　从1996年起， 最具代表性的就是波分复用（WDM）系统出现了。所谓WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，采用波分复用器（合波器），在发送端将不同波长的光载波合并起来并送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），因而双向传输的问题很容易解决，只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。



　　波分复用技术主要有以下特点：


　　(1) 可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。现在人们所利用的只是光纤低损耗频谱（1 310 nm～1 550 nm）极少的一部分。即使全部利用掺饵光纤放大器（EDFA）的放大区域带宽（1 530 nm～1 565 nm），也只是占用它带宽1/6左右。WDM技术可以充分利用单模光纤的巨大带宽（约25 THz）。


　　(2) 使N个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以节约大量光纤。


　　(3) 由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号，以及PDH信号和SDH信号的综合与分离。


　　(4) 波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务的方便手段。



　　利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。


　　IP与ATM的结合是面向连接的ATM与无连接IP的统一，也是选路与交换的优化组合，但其网络结构复杂，开销损失达25％以上。IP与SDH的结合则是将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧，省掉了中间的ATM层，从而保留了因特网的无连接特征，简化了网络结构，提高了传输效率，但无优先级业务质量。IP over WDM的优势在于其巨大的带宽潜力，可以满足IP 业务巨大的带宽要求，并解决IP业务的不对称性问题。WDM 系统的业务透明性可以兼容不同协议的业务，实现业务会聚。依靠WDM的高带宽和简单的优先级方案，还可以基本解决人们所关心的服务质量（QoS）问题。越来越多的人们认识到：IP over WDM 和IP over SDH 将成为大型IP高速骨干网的主要技术，以疏导高速率数据流。IP over SDH 和IP over WDM 的区别在于承载业务量的大小和适应不对称业务的灵活性上。IP over SDH 传送的颗粒"小"，更适合我国当前的需要，技术上比较成熟，而且标准化程度高。而IP over WDM 则与"光网络"相结合，适用于"透明"城域网内IP的互联或未来大型IP骨干网的核心汇接。从发展来看，IP over WDM 无疑代表着网络发展的方向，它将"光网络"的发展和IP相结合，可以充分利用"光网络"的"透明传输"优越性和光纤的巨大带宽，但是目前它的颗粒"太大"，没有低于2.5 Gbit/s 的接口，但随着低速WDM 接口的出现，它在城域网上应用会越来越多。


　　IP over WDM 的思路是:不仅省掉了ATM层,也省掉了中间的SDH层，将IP直接放在光路上传输。显然,这是一种最简单直接的体系结构,省掉了中间的ATM层和SDH层,简化了层次,减少了网络设备和功能重叠,减轻了网管复杂性,特别是网络配置的复杂性;额外的开销最低,传输速率最高;通过业务量工程设计,可以与IP的不对称业务量特性相匹配，还可利用光纤环路的保护光纤吸取突发业务,尽量避免缓存,减少延时;由于省掉了昂贵的ATM交换机和大量普通SDH复用设备,简化了网管,又采用了波分复用,其成本可比传统电路交换网降低一到两个数量级!


　　如何实现IP直接映射到光网络层，有一种正在研究的新方案――波长分组方案。该方案直接将分组映射到WDM光链路上，将分组定界和物理层结合起来。采用一种新的称之为高速同步帧(HSSF)的结构，如图：






图： HSSF 帧结构



　　HSSF采用SDH125－μs帧结构，为链路故障和性能管路提供链路状态标识。HSSF简化了前向纠错(FEC)功能的实现。FEC提高了在WDM系统中的性噪比。简而言之，HSSF实现了于IP over SDH的帧结构，但去除了不必要的SDH功能和开销（如净负荷指针技术）。IP over WDM的最大优势在于巨大的带宽潜力，目前商用化的WDM系统的容量已达到了400GB/S.显然，只有这样的高速率才有可能与未来的巨大的IP业务量相匹配，其他任何技术都不可能与其相比。　　WDM的另一个重要特点是有多达数十上百个可用波道，各个波道信号间可以彼此隔离，因而很容易地兼容不同性质和协议的业务，起到业务汇集作用。网络管理者不再需要在同一电路上设法混合各种业务，从而有可能不再需要采用复杂的ATM来汇集种业务，简化了体系结构。至于服务质量问题，IP over WDM的解决思路是靠WDM的高带宽和简单的优先级方案。按排队理论，只有网络利用率超过75％时才需要QoS。当网络利用率低于70%时队列很短或根本不存在排队，常常只需要简单的优先级方案即可,于是将高质量实时业务放在队列前面即可保证QoS。实际业务预测表明，未来业务量中真正高质量的实时业务是少数，因而采用简单的优先级方案和高带宽WDM来处理QoS问题是有一定道理的。


　　综上所述，网络解决方案多种多样，三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的作用，三者将会共存互补。但从面向未来的视角来看，IP over WDM 将是最具生命力的技术。其巨大的带宽潜力和爆炸式增长的IP业务是相当匹配的，这种对IP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。