电信网络将具备动态重配置能力

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在任何时间为任何节点动态分配带宽的新技术正在被市场逐渐采纳。在欧洲和美国的教育研究网络中，按需分配带宽与自动资源管理等技术已经得到了广泛应用。
        在过去几年，电信运营商一直在考虑骨干网络的生存能力。现在他们感到为预期的收入值得部署更先进的网络。与此同时，高速数据业务、网格计算和三网融合等应用趋势不断推动着商业、科研和消费市场对带宽的需求。为了追随这些发展趋势，运营商的网络必须具备动态调整能力，充分有效地利用所有网络资源，保证它们不会被闲置。动态重配置交换光网络恰逢此时应运而生。它不仅能削减城域网络的数据流量瓶颈，而且使交换过程拥有自动、随需求变化和自愈能力，从而实现波长按需分配，为运营商提供了一种兼顾短、中、长期利益的技术手段。
        目前，电信运营商面临的关键问题是：应该如何部署动态重配置网络？以及到底什么时候才应该开始部署？
部署交换光网络
        对动态重配置光网络的探索至少开始于十年以前，但是直到最近两年人们才逐渐将其用于现实世界。动态重配置光网络首先应用于科研教育领域。而在电信领域，运营商正越来越多地关注这种技术的应用方式。
        网格计算是其中的一种应用方式。它将那些对带宽要求非常高的用户用网格互联起来，以综合利用他们的计算能力，这些用户的地理位置通常是分散的。由于科研机构对计算能力的巨大需求，网格计算已经得到了长足的发展。
        网格计算最成功的例子当属被称为“DRAGON”的动态重配置光网络。它由美国政府部署，全称为“基于动态资源分配的通用多协议标记交换光网络”，即Dynamic Resource Allocation over Generalized Multiprotoco Labe Switching Optica Networks。“DRAGON”是一个动态、稳定、易于管理的传输网络，支持众多合作者之间的协同科研工作与网格计算。这些共同建立“DRAGON”的合作者都隶属于美国国家科学基金会（NSF）。他们分别是麻省理工学院Haystack天文台、美国国家航空航天管理局Goddard太空飞行中心和Ames研究中心、美国海军天文台，以及第二代Internet混合包交换光基础网络（HOPI）。
        这一革命性的网络架构第一次部署了可商用的多协议可重配置光上下路复用器（ROADM）。它采用GMPLS网络通信管理协议，实现了每个自治网络域中端到端的控制，同时还可以在不同网络域之间快速、安全地建立起双向连接。
        在欧洲，GEANT2网络将由34个国家成立的30家独立研究教育机构用高达10Gbit/s的骨干网络连接起来。这张网络连接了欧洲各地的射电望远镜，允许天文学家采用干涉测量法获取天空图景，这幅图景将是前所未有的广阔与清晰。由于此项应用对带宽的需求可能超过1Gbit/sec，因此必须采用网格计算技术完成计算。在网格计算出现之前，干涉测量法只能依赖于磁带存贮器和不断来往于各研究所的运输车辆实现。除此之外，网格计算还正在逐渐进入医疗、气象及高能粒子物理等研究领域。
        过去，科研教育领域通常习惯于通过购买得到网络服务，但是在网格计算发展的初期，并没有可供他们购买的网络，因此只能建立属于自己的网格计算网络。这将为电信运营商带来新的商机。当然，不单是科研教育领域，企事业单位也紧随其后，准备部署网格计算网络。而且客户对存贮网络、IPTV和三网融合应用的需求量不断提高，也推动着网格计算的应用。
        不断增长的应用需求导致电信运营商开始扩建高度可升级的重配置交换光网络。而对充足的网络带宽、低廉的通信成本、易于实现的波长管理和服务的需求，也在推进先进网络功能组件的不断发展。这些网络能支持完全的波长级动态配置。它们将支持在一天的某个时间或一周的某一天对网络容量进行实时配给，而配给的方案则完全依赖于应用事件的驱动，比如某一时间的实况体育广播，或者要求极高带宽的临时服务等等。
光交换与控制
        WDM因其与生俱来的传输容量可扩展性与支持高增长业务等特性，已经成为电信运营商首选的传输技术。现在，为了在WDM网络中实现波长可重配置和功率平衡，他们又开始采用光交换和控制技术。

图1：采用二维和多维ROADM设备建立了光环形连接，使得可重配置和按需分配带宽成为现实。

        ROADM采用软件控制和功率自动平衡技术，保证光链路具备低成本、高性能、安装简单和可重配置等能力。其中，光功率自动平衡是新一代ROADM和DWDM网络的一项关键技术。它不需要手动调节，可以实现单波长的功率调整，从而控制因功率变化产生的误码、延长光器件的使用寿命。
        过去，电信运营商普遍认为实现按服务需求分配带宽（波长）这一目标非常困难。现在，ROADM将以上功能集成在一个可以很方便管理的实体中，为带宽需求密度巨大的业务提供了一个建立、维护、拆卸都很经济方便的运营方式，一举打消了运营商的担忧。这也是第一次，运营商可以为不同时间和地点的不同需求提供不同的带宽，甚至为它们动态的分配所需的波长。网络运作的复杂性大大降低，运营商不再需要为未知的带宽需求量而左右为难，设备被闲置的机会几乎为零，最终将真正实现需要多少就投入多少的美好目标。
        目前，ROADM通过一种环形子网实现波长分配。如果要将动态可重配置能力扩展到整个网络，就需要在所有节点间建立环形互联，最终实现整个光网络的网格形连接。要实现这个目标就需要多维ROADM设备。图1显示了运营商采用二维和多维ROADM设备建立光环形网。二维的ROADM通过两个网络端口分配工作波长和保护波长。而最近刚刚发展起来的多维ROADM具备多端口互联的能力，这是节点环形互联所必须的。因此，多维ROADM为光网格网络连接以及最终真正的端到端可重配置连接提供了必要条件。
        最新的“透明”ROADM技术将动态网络的灵活性提升到了新的水平。目前的ROADM网元一般只能从光纤端口上下路特定的波长，因此在需要分配波长时要手动建立光纤连接。而所谓“透明”性，就是指ROADM对波长是没有选择的，允许为光纤端口分配任意波长。最新的ROADM设备具备波长选择和调谐能力，因此可以实现波长“透明”。对电信运营商而言，“透明”的ROADM意味着简化的波长规划和更迅捷的波长配给。
智能化与可视化
        为了实现波长可重配置和动态平衡，网络必须采用光交换和控制技术，而这都要求光链路层具备智能管理和控制能力。同时，了解网络拓扑结构、可用波长以及硬件资源也是有效管理和变换波长所必需的。而且网络还必须有计算动态路由和传输信令的能力，以实现在不影响其它信道的条件下动态建立或关闭某些链路。
        最近，集中式网络管理工具已经被用于已有网络，以实现以上目标。其实GMPLS控制技术已经相当成熟。它在很多网络中都有应用，为网络提供分布式的管理智能。GMPLS控制平面保证了不同网络之间，可以按照带宽需求、优先级或者抢先请求来分配带宽。
        为了增强链路建立和拆除的能力，提高通信管理功能，包括互联网工程工作小组和ITU-T在内的标准化组织已经为GMPLS开发出了基于IP协议的扩展协议，比如资源预留协议、开放最短路径路由协议等。GMPLS控制平面与MPLS控制平面都属于包交换方式，采用标记交换路径（LSP）。在GMPLS中，LSP采用TDM电路交换方式，就像SONET采用同步传输信道一样。
图2显示了GMPLS控制平面和网络各组件的逻辑关系。其中关键的组件包括光链路层的光交换和传输部分，以及控制层的IP路由和信令功能部分。
        连接控制器用来管理控制平面的路由和信令传递。它常常与动态光组件并存，并同处一台设备中。用户网络接口（UNI）连接客户设备，支持自动资源请求。外部与内部网络互联接口（E-NNI和I-NNI）支持在不同电信网络中信令与路由的协同工作。UNI和NNI既可以采用G.709普通通信信道或光管理信道连接，又可以采用并行的以太网接口连接。当缺少UNI时，网络管理系统可以用于应答任意路径的初始请求，或者用于网络监控。
        电信运营商可以根据自己的升级需要在控制面采用不同的技术。另外，MPLS的控制面采用包交换设备，GMPLS基于光传输网络，它们之间的协同工作为未来的网络操作自动化带来了极大的可能性。

图2：GMPLS的控制平面将不同的网络技术统一在一起，具备统一管理和配置光传输层的能力。

未来的发展方向
        目前电信运营商的基础网络仍然以电路交换为基础。它们需要不断进化，以满足不断增长的高性能服务的要求。科研教育领域率先采用了新的网络，为运营商的发展指明了方向，即必须将数据、声音和视频统一在一个可升级、灵活、具备需求自适应能力的基础网络中。这一发展方向的前景是空前广阔的：
        极高的效率和极小的冗余保证了极高的网络利用率；
        采用资源优化和自动配置，降低网络操作、管理和维护（OAM）的成本；
        不需要提前精确预测带宽需求，将投资风险降至最小；
        快速的带宽配给能力创造新的赢利模式。
        因此，构建可重配置动态交换光网络必将成为当代电信运营商最重要的战略选择。