维普资讯 http://www.cqvip.com 量界电伯 ２００２年第７期 光通信 换，近几年在光交换中引入了光标记交换 技术，该技术的关键在于光标记的产生、 通常理想情况下的全光网络应具备以下特性： ・光路的起始、终结点应不受，例如，不受光噪声累 取和识别等方面，其中有两种新方法：前 光标记法和高强度光脉冲光标记法。全光 积效应的，不受厂商的特定波长的等； ・与光路传输的信号种类、速率无关； 波长变换所需的设备愈少、容量愈小愈好； 支持多厂商产品的光网络环境； 易于升级扩容，可按需求随时扩展带宽。 ・络将向智能自动光交换网络演进。 ・题词：全光网络 自动光交换网络 ・能自动光交换网络 光标记交换 ￣－ｔｘａｃｔ： ｌｅ ｋｅｙ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏ— ｉｔｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｔｏ ｒｅｐｌａｃｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ 自动光交换网络 实现全光网络的关键之一是用光交换代替电交换，随 着微电子机械系统（ＭＥＭＳ）和可调谐激光器等能满足实用 需要的一些成熟光器件的出现，并研究出了一些更加实用 的方法以后，自动光交换网络走上了实用化的道路。实现光 层上的自动交换会给光网络带来以下好处： ・ｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ． ａｉｌａｂｌｅ．ＮＯＷ， ＡＳＯＮ ｈａｓ ｂｅｅｎ Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｌｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｂｏｔｔｌｅｎｅｃｋ ）ｂｌｅｍ ａｎｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｓｗｉｔｃｈ． ｎｅｗ ５ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｔｃｈ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ． ｌｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＯＬＳ ｉｓ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ， ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉ— ｎｔｉｆｉｃａｔｌｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｌａｂｅ１．ｗ ｍｅｔｈｏｄｓ：Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｔｗｏ ｐｒｅｓｅｔ ＯＬＳ ａｎｄ ｈｉｓｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉ１１ ｅ— 相互交换的流量工程使光网络资源动态分配、合理利 当网络性能下降时实施网络恢复，可维持较高优先级 自动地将数据业务、ＩＰ业务与光网络资源相连，使网 ｉｃａｆｌ ｐｕｌｓｅ ＯＬＳ．用； ・Ｉｖｅ ｔｏｗａｒｄｓ Ａ Ｉ’Ｎ． 【ｂｊｅｅｔ ｔｅｒｍｓ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋ ＡＳ０Ｎ 汀’Ｎ ０ＬＳ 别的业务； ・络具备更快的反应能力并具有低成本。 一３３— 维普资讯 http://www.cqvip.com —２００２—．Ｎｏ．７ 嘲删强 硼 分组包数据业务时效率低，因 此，运营商在积极地改变其网 络，以更好地适应电信业务从电 路交换到分组包交换的过渡，这 要求光层网络既完成传输功能 也完成交换功能 ３．数据包封技术 数字包封的实质是ＩＴＵ—Ｔ关 于光段开销的建议，其具体结构 如图２所示。 由图２可见，传输的业务信 图１ 自动光交换网络结构 １．自动光交换网络结构 时还完成到ＷＤＭ光链路的统计 复用，如图１中实线、虚线所示。 号位于光通路（简称光路）净负 荷中，其格式可以多种多样，与 光路彼此，只要满足固定码 图１示出了自动光交换网结 构的两个功能层。外层是电层网 速及带宽小于３Ｒ中继设备工作 带宽这两个条件，任何信号都可 为了简化光网络节点的包转 发过程，ＥＳ和ＣＳ间可以采用 ＭＰＬＳ技术。 ２．实现交换光网络的两种传 输方式 络，完成各种业务的汇聚和路由 功能；内层是交换光网络（ＳＯＮ）， 以这种方式在光网络 传输，并 能被网管系统管理和保护 ｊ ｆｉｊ ｆ 在段开销中没有指针一类的消 息指定信号帧的位置，故数字包 封满足了理想光网络应能传送 各种不同格式与码速信号的要 求。 完成光传输和交换功能。边缘交 换单元（ＥＳ）位于光电层交界处。 各种业务例如ＩＰ业务通过标准 的电层网络进入ＥＳ，ＥＳ完成业 务的汇聚与基本的路由功能，确 定输入的ＩＰ包转发到哪一个 有两种传输方式实现交换光 网络：一种是光透明包网络 （ＯＴＰＮ），它以固定长度包和同步 节点工作为基础；另一种是光突 发交换（ＯＢＳ），以可变长度包和 数字包封的一个重要特点是 ＥＳ，即边缘的ＥＳ要把传人的ＩＰ 包组装到目的地的ＥＳ的一个光 除净负荷外，还包括前向纠错 （ＦＥＣ）和光路维护管理（０ＡＭ）消 息两部分。ＦＥＣ的帧结构应符合 ＩＴＵ—Ｔ关于海底光缆系统的Ｇ． ９７５建议。运用ＦＥＣ可使ＤｗＤＭ 系统的波长数或光路数进一步 异步节点工作为基础。ＯＴＰＮ技 术目前存在明显的成本和技术 障碍，主要是由采用固定长度包 包中。在组装过程中ＩＰ包的等待 时间是关键，光包一旦组装完成 就进入交换光网络。ＳＯＮ把光包 引起的传输效率低．以及实现光 包的同步处理非常困难造成的。 ＯＢＳ技术介于电路和包交换之 间，为光网络发展开辟了新的途 从源ＥＳ交换传送到目的ＥＳ，目 的ＥＳ又将业务分解并分发到目 的电层网络。ＳＯＮ中的交换单元 增加，提高光路信号的码速，或 延伸光中继距离。 为了实现光层管理与维护、 光层保护与恢复，在全光网络研 究中曾提出过三种方法：监测光 称核心交换单元（ＣＳ），它们通过 ｗＤＭ光传送网络相连接。ＣＳ在 光域完成光包的交换与转发，同 表１ 三种光交换方式的比较 径。这两种方式和单纯的光波长 交换方式的比较见表１。 由于传统的ＴＤＭ网络处理 路（ＯＳＣ）、副载波调制（ＳＣＭ）和 光头字节（即数字包封），它们完 成管理与维护功能的优劣和特 点的比较见表２。由此可见，数字 孝雾骜方麓一 一渡长＿ｊｆ！Ｉ甩率 一延迟 实现难度 业务适应性 － ≯ ＿ 彝 ０ ｌｌｌ ｌ｜曩 ０ ： ｜｜ ——一≯ 大 小 低 一 衷 中 低 高 高 包封的方法最优、功能最完善。 ４．光标记交换技术 在全光网络的研究中对光分 ３４—— 维普资讯 http://www.cqvip.com 世界电值 用光子技术，而将 复杂的光包信头 处理留给电子技 术。由于目前在全 光时分多址交换 网中，同步、地址 识别等复杂的处 理功能均采用光 子技术，故不能实 图２数字包封结构 用。而在光突发交 换网络中，光包信 组交换网中的光数据分组或光 头的较复杂处理也是采用了电 数字包的处理通常考虑如下：将 子技术。目前研究较成熟的是光 光数字包主要分成两部分处理， 标记交换技术，其中有两种光标 其中包的净负荷部分采用不经 记新方法：前置光标记法和高强 过光一电一光处理的路由转发，可 度光脉冲光标记法。全光交换中 极大地提高数据包的转发速度 光交换是以光包为单位进行交 和网络节点的吞吐量，而将载有 换的。 地址和管理信息的光数字头等 （１）前置光标记法 字节，即需要作同步、帧识别和 在前置光标记法中设计的光 地址识别的字节另作较复杂的 包由低速率（６２２Ｍｂｉｔ／ｓ）的包头 光信号处理。这是因为目前光信 段和高速率（１０Ｇｂｉｔ／ｓ）的净负荷 号处理技术还处于初级发展阶 段构成，如图３所示。包头作为 段，不能实现非常复杂的光信号 光标记，置于净负荷的前面，二 处理，故有多种光包信头处理方 者间由光标或光包保护带 式，从而有不同的光分组交换网 （６４ｎｓ）与负荷保护带（６．４ｎｓ）分 技术，如光标记交换技术、全光 隔，光包之间有包间保护段。总 时分多址技术和光突发交换技 包宽为１．６ ｓ，净负荷约８００字 术等。在光标记交换网中，光标 节，占６４０ｎｓ；由于低速率的光包 记的写入、读取、删除和交换等 头／光标记占用了较多的包宽带 较简单的光包信头处理功能采 或信道资源，故净负荷的宽度受 表２ 三种光层管理方法的功能比较 功 能 监 光路 甚ｌＩ载波调锚 数字包封 Ｓ阴 （ＯＳＧ） （ＳＣＭ） （Ｄ．Ｗ） 光通遭层保护信号（ＡＰＳ） 有 有 追踪字节（ｍ） 有 有 Ｊ０ 服务质量（ＳＱＭ／ＢＱＩ） 有 Ｂｌ 前向纠错（ＦＥＣ） 有 信号标识（ＳＬ） 有 有 不能实现 接（ 瑚） 有 失效标识（ＦＤＩ／ＢＤＩ） 有 有 光通信 ，尽管大的净负荷宽度可节 约信道资源，但净负荷过宽会影 响光包交换的灵活性，故８００字 节是比较合适的。保护带的设置 是必要的，一方面可给光包对齐 留有余量，另一方面是为了兼容 电子电路。前置光标记法的优点 是光标记的产生、提取和识别都 比较容易实现，缺点是占用信道 资源较多，效率不高。 （２）高强度光脉冲光标记法 高强度光脉冲光标记法是利 用高强度包头作为光标记，利用 非线性光学介质的非线性效应 实现光标记的提取。在用高强度 光脉冲实现光标记的技术方法 中，光包由高速率（最高可达 ４０Ｇｂｉｔ／ｓ）低强度的净负荷和低 速率（最高６２２Ｍｂｉｔ／ｓ）高强度的 包头／光标记构成。二者有相同 的时钟并占用相同的时间段。光 标记脉冲与净负荷脉冲可以重 合，也可以不重合，这取决于光 标记的识别方式和光标记更新、 信号再生的方式。在重合的情况 下，要求光标记与净负荷信号有 一定的强度比，以利于二者在识 别、更新、再生时按此比例分离 与重合，因光标记脉冲要由净负 荷脉冲激发／放大。在不重合的 情况下，二者在识别、更新时需 完全分离，要在无净负荷脉冲时 加载光标记脉冲。但是，无论哪 种情况，加载光标记脉冲时都需 要对净负荷脉冲进行探测。利用 非线性光学介质在强场作用下 的克尔效应产生非线性门控作 用，使高低强度不同的光脉冲分 离开来，将高强度的光标记光脉 冲提取出来进行处理。目前的非 线性光学介质有单模光纤和半 导体光放大器（ＳＯＡ）两种。例如 一３５— 维普资讯 http://www.cqvip.com 图３ 前置光标记法光包结构 可利用单模光纤的非线性光纤 智能光交换网络 环路镜（ＮＯＬＭ）提取光标记，也 可以利用ＳＯＡ的非线性光学环 目前电信网络的智能绝大部 路镜或ＳＯＡ的四波混频（ＦＷＭ） 分仅存在于电层，而光层仅作为 效应提取光标记；前者ＮＯＬＭ结 简单的传送介质和载体。尽管大 构简单，后者器件的稳定性高、 容量的ＷＤＭ设备和ＯＸＣ设备 信号检出容易、效率较高。高强 已经应用，但光路或波长的连接 度光标记法的优点是它不占用 主要仍是人工配置。这种方式效 信道资源，光标记的产生较容 率低、操作复杂，容易发生差错， 易，但缺点是光标记的提取比较 从而严重地制约了网络的灵活 复杂。 性、可靠性、可用性和可扩张性。 光标记交换是光包交换 为此，一方面引入智能光网络管 （ＯＰＳ）的一种实现方式，国外的 理系统，以便自动发现线形、环 光标记交换关键技术的研究主 形、网孔拓扑的光传送网的拓扑 要集中在：光标记脉冲的产生、 结构与光纤的连接关系；自动地 光标记的复用与解复用以及光 配置网络，实现网络节点间路由 时钟提取等技术方面。光标记交 的自动调度配置，优化网络资源 换的实用化仍有一段路要走，尽 的分配，维护网络拓扑的完整一 管其技术还不够成熟，构成光标 致；实现光路的自动选择和动态 记交换系统的许多关键器件还 建立／释放，即对光路进行自动 处于实验室研究阶段，但此技术 迂回与保护；还可以进行故障的 正成为世界厂商与科研单位的 自动寻迹定位，完成光路的保护 研究热点。 与恢复，确保网络资源的释放与 国际上关于自动光交换网 利用。一句话，将光网络智能分 （ＡＳＯＮ）的标准主要有ＩＴＵ—Ｔ和 布到网元，通过网管系统软件设 光互联网论坛（ＯＩＦ）以及光域业 置，对光网络资源进行动态的分 务互连（ＯＤＳＩ）等针对重叠网的 配；使光网络从仅仅提供传输信 客户端／服务器模型，ＩＥＴＦ的对 道变成能提供全光业务的解决 等模型或混合模型，又称集成模 方案，成为能提供各种带宽应用 型。这４个标准主导了当前两种 与服务的智能全光网络。另一方 基本的光网络演进结构与发展 面将智能赋予自动光交换网络 思路。 也能达到同样的作用与目的。在 一３６一 传统的传送网中引入动态交换 是传送网技术的一次重大突破， 使传送网具备了自动选路和动 态管理的更高智能；并且能支持 多种客户信号，成为一种利用独 立的控制面实施动态配置连接 管理的全光网络。也就是说通过 智能光网络管理系统的软件控 制与智能光交换网络的应用使 得今天的光网络演进到智能自 动光交换网络。这样，运营者可 更加灵活、有效地进行网络恢 复、业务自动配置和流量管理， 开展新的业务与应用，例如提供 波长业务、光层组网、光虚拟专 用网（ＯＶＰＮ），以及带宽的交易 和转售等。 以光传送网ＯＴＮ为基础的 ＡＳＴＮ或ＡＳＯＮ在选路和信令控 制下完成自动交换功能的新一 代全光传送网就是智能光交换 网，简称智能光网络。它也是一 种具备标准化智能的光传送网。 ＩＴＵ—Ｔ在智能光网络领域的 主要工作是定义一个标准的自 动光交换网络体系结构。ＩＴＵ—Ｔ 已经完成或已有正式编号的建 议是： ・Ｇ．７０９（２００１）：光传送网接 口，定义用于网间互联的接口规 范、实际是光网络节点接口 （ＮＮＩ）。 ・Ｇ．７０７（２ｏ０ｌ０）：ＳＤＨ网络节 点接口。 ・Ｇ．９５９．１：光传送网（ＯＴＮ） 的物理层接口。 ・Ｇ．７８３（２０００）：ＳＤＨ设备功 能模型。 ・Ｇ．８０３０（２ｏ０ｌ０）：基于ＳＤＨ 的传送网网络结构。 ・Ｇ．８０５０（２ｏ００）：通用传送网 功能结构。 （下转第４６页） 尊 锶 臻 雾 雾 譬 —维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２．—Ｎｏ．７删但圈 冁聊弼 ＳＤＨ凭借其标准化的光接 的需求空间，ＳＤＨ还会继续发 展。 器工作在Ｃ波段或Ｌ波段，而城 域网中可能只利用了整个波段 其中８波或１６波。组波放大器 就只工作在这些工作波段，大大 降低了放大器的成本，推动了城 １５１、良好的自愈能力、强大的管 理功能等优良特性已成为当今 的主流传输手段，技术相当成 熟。ＳＤＨ的带宽也在不断提高， 城域网新技术 城域网的新技术日新月异。 可调谐激光器是一种新技术，常 规的激光器只能固定发送一种 目前马可尼商用ＳＤＨ系统的最 高速率已达到１０Ｇｂｉｔ／ｓ，４０Ｇｂｉｔ／ｓ 的ＳＤＨ产品也会很快步入市场。 域网的扩张。此外，４０Ｇ的ＳＤＨ 产品也逐渐商用化，使ＳＤＨ的 带宽进一步提升。圆 为适应数据业务发展的需要，马 波长，每一波都需要一个激光 可尼还推出了融合了ＡＴＭ、ＩＰ及 器，而可调谐的激光器可通过网 以太网技术、具备各类数据接口 管凋节所发送的波长，范围在４ 的新一代ＳＤＨ产品，得到了市场 波、８波、３２波不等，在提供ＯＴＵ 的积极响应，由于ＳＤＨ技术的成 备件上有广泛的应用。组波放大 熟性和电路方式业务还有很大 器是另一种新技术，常规的放大 （上接第３６页） 令分离。根据Ｇ．８０８０建议，就可 ・Ｇ．８７１（２０００）：光传送网建 从光路层和呼叫层两个层面看 议框架。 待一个光连接，从而使用分布式 ・Ｇ．８７２（１９９９）：光传送网体 的呼叫模型控制这些连接。与Ｇ． 系结构，这是光网络结构标准的 ８０８０有关的建议是：Ｇ．７７１３／Ｙ． 基础。该标准定义的光路层、光 １７０４分布式呼叫和连接管理，Ｇ． 复用段层、光传输段层３层中的 ７７１４／Ｙ．１７０５通用自动发现技 光路是智能光网络中最重要的 术，以及Ｇ．７７１２／Ｙ．１７０３数据通 部分，控制平面、信令就是对其 信网（ＤＣＮ）体系结构与规范等标 进行管理和控制的。 准。 ・Ｇ．８０７０（２００１）：其前身是 实际上智能光交换网的标准 Ｇ．ａｓｔｎ，提出自动光交换传送网 化工作远未完成。就连光传送网 的总体要求；尤其提供了一套可 （ＯＴＮ）的标准化也还没有完成， 在传送网中建立和释放连接的 例如ＯＴＮ体系结构文件Ｇ．８７２ 控制功能模块。 还在修订和扩充；关于ＯＴＮ保护 ・Ｇ．８０８０：其前身是Ｇ．ａｓｔｎ． 恢复的建议Ｇ．８４１和Ｇ．８４２还未 描述自动光交换网络控制平面 补充制订；关于网络管理信息模 的参考结构，以便满足建议Ｇ． 型和功能需求的建议Ｇ．８７４和 ８０７０所定义的要求。此建议给出 Ｇ．８７５也没有完成；定义中距离 一种客户端对服务器模型的光 ＯＴＮ功能的建议Ｇ．７９８也没有完 网络结构，定义了主要的功能模 成；规范ＯＴＮ的接口建议Ｇ．７０９ 块及其相互间的作用。人们可用 还需要定义复用和传送开销等 这些功能模块建立、维持和释放 等。通常认为第一代的智能光交 连接，允许将呼叫控制从连接控 换网是建立在ＯＴＮ的基础上的 制中分离出来，并允许路由和信 全光网络，然后再向智能光交换 ——４６．． 吴 放 马可尼公司 工程师 Ｗｕ Ｆａｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ，Ｍａｒｃｏｎｉ Ｃｏｒｐｏ— ｒａｔｉｏｎ 网演变。 结 语 以上概述了全光网络的发展 历程与发展趋势。尽管人们对智 能光交换网络的研究开发寄予 很大的热望、投人了相当的技术 力量，但智能光交换网络的未来 却存在许多不确定的因素。如果 进展到智能光交换网络可以为 网络运营商带来新的收人，而不 仅仅是降低运营成本的话，那时 才有可能加速智能光交换网络 的建设与应用。图 彭承柱 天津大学光纤技术研究 所外聘研究员．北京邮电大学现代 通信技术研究所高级技术顾问，国 家广电总局广播彰视信息网络中心 高级技术顾问 彭明宇 加拿大渥太华大学 研 究生
