第十二章 光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

光纖通信與數(shù)字傳輸南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)多為點到點的傳輸系統(tǒng)，只能提供基本的傳送功能，而且業(yè)務(wù)的配置、保護倒換等功能都需要由網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)或人工進行配置，因此網(wǎng)絡(luò)配置和更新都較為復(fù)雜，難以適應(yīng)各種新業(yè)務(wù)的需求。光纖通信向網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展，要求光網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)用戶的需求，由包括信令和路由機制在內(nèi)的控制平面動態(tài)地建立和拆除連接的功能，形成智能化光網(wǎng)絡(luò)。本章主要從城域光網(wǎng)絡(luò)和自動交換光網(wǎng)絡(luò)等方面加以介紹。本章教學(xué)課時為2學(xué)時。通信與信息工程學(xué)院212.1光聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述通信網(wǎng)絡(luò)正發(fā)生著深刻的變化，光通信技術(shù)作為通信網(wǎng)絡(luò)中最重要的傳送技術(shù)，扮演著越來越重要的作用。未來的通信網(wǎng)絡(luò)正向著智能化、寬帶化、以IP為核心等方向發(fā)展。作為下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN，NextGenerationNetwork）中下一代傳送網(wǎng)的主要實現(xiàn)形式，光通信技術(shù)在傳輸距離、容量等方面繼續(xù)發(fā)展的同時，也向著網(wǎng)絡(luò)化和智能化管理方向發(fā)展。通信與信息工程學(xué)院3圖12-1光傳送網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)示意通信與信息工程學(xué)院412.2城域光網(wǎng)絡(luò)一般認為，城域光網(wǎng)絡(luò)是一種主要面向企事業(yè)用戶的、最大可覆蓋城市及其郊區(qū)范圍的、可提供豐富業(yè)務(wù)并支持多種通信協(xié)議的本地公用網(wǎng)絡(luò)。它可以提供話音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)，其中又以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為重點。城域光網(wǎng)絡(luò)在整個光網(wǎng)絡(luò)中處于核心光網(wǎng)絡(luò)和接入光網(wǎng)絡(luò)之間，把接入網(wǎng)中企業(yè)與私人客戶的各種協(xié)議、數(shù)據(jù)等無縫和靈活地連接到運營商的骨干網(wǎng)。通信與信息工程學(xué)院5城域光網(wǎng)絡(luò)的特點面向公用網(wǎng)應(yīng)用和多用戶環(huán)境，具有一定的QoS保障要求。具有向用戶提供多業(yè)務(wù)、多速率、多種服務(wù)質(zhì)量的接入能力，同時具有向運營商提供可管理、支持多種運營服務(wù)方式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演變的能力。支持多種客戶層信號，能夠快速地提供客戶層信號所需的帶寬。業(yè)務(wù)范圍廣，包括數(shù)據(jù)、語音和圖象等，是全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。傳輸距離可擴展為100~200km。與長途網(wǎng)相比具有較低的成本，其成本的關(guān)鍵是節(jié)點的數(shù)量及業(yè)務(wù)的種類和大小。通信與信息工程學(xué)院6圖12-2城域光網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)城域核心層CoreLevel城域匯聚(邊緣)層EdgeLevel城域接入層AccessLevel通信與信息工程學(xué)院7城域光網(wǎng)絡(luò)主要業(yè)務(wù)互聯(lián)業(yè)務(wù)專線業(yè)務(wù)接入業(yè)務(wù)增值業(yè)務(wù)通信與信息工程學(xué)院8表12-1城域技術(shù)比較Ethernet傳統(tǒng)SDHATMWDMMSTP多業(yè)務(wù)承載能力對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)好TDM較差對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)支持較差較好完全透明好網(wǎng)絡(luò)可靠性一般好較好較好好容量較大較大較大巨大較大技術(shù)成熟度成熟成熟成熟成熟成熟成本較低較高較高高適中擴展性好中等較差差較好通信與信息工程學(xué)院912.2.2多業(yè)務(wù)傳送平臺MSTP在城域網(wǎng)建設(shè)中，能夠滿足多業(yè)務(wù)（主要是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電路交換業(yè)務(wù)）傳送要求的、基于SDH技術(shù)的多業(yè)務(wù)傳送技術(shù)稱為基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺實現(xiàn)技術(shù)，簡稱狹義MSTP技術(shù)，其基本功能模型見圖12-3所示。通信與信息工程學(xué)院10圖12-3基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點基本功能模型通信與信息工程學(xué)院11基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送技術(shù)特點SDH技術(shù)在國內(nèi)外都到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為傳送網(wǎng)的核心技術(shù)。在SDH的基礎(chǔ)上提供對多種業(yè)務(wù)的支持，可以繼承SDH的諸多優(yōu)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡，有著突出的技術(shù)優(yōu)勢和市場優(yōu)勢?；赟DH的多業(yè)務(wù)傳送平臺MSTP具有將分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高效地映射到SDH虛容器的能力，并可以采用SDH物理層保護使承載的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)一樣具有高可靠性。通信與信息工程學(xué)院12圖12-4狹義MSTP協(xié)議棧模型通信與信息工程學(xué)院131.MSTP技術(shù)的發(fā)展歷程第一代MSTP：提供以太網(wǎng)點到點透傳。第二代MSTP：支持以太網(wǎng)二層交換。第三代MSTP：支持以太網(wǎng)QoS。通信與信息工程學(xué)院142.MSTP關(guān)鍵技術(shù)虛級聯(lián)VCAT

鏈路容量調(diào)整機制LCAS

通用成幀規(guī)程GFP通信與信息工程學(xué)院15級聯(lián)和虛級聯(lián)VC的級聯(lián)概念是在ITU-TG.7070中定義的，分為相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)兩種。SDH中用來承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是連續(xù)的，共用相同的通道開銷（POH），此種情況稱為相鄰級聯(lián)，有時也直接簡稱為級聯(lián)。若SDH中用來承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的各個VC在SDH的幀結(jié)構(gòu)中是獨立的，其位置可以靈活處理，此種情況稱為虛級聯(lián)。通信與信息工程學(xué)院16級聯(lián)和虛級聯(lián)（續(xù)）從原理上講，可以將級聯(lián)和虛級聯(lián)都看成是把多個小的容器組合為一個比較大的容器來傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的技術(shù)。通過級聯(lián)和虛級聯(lián)技術(shù)，可以實現(xiàn)對以太網(wǎng)帶寬和SDH虛通道之間的速率適配。尤其是虛級聯(lián)技術(shù)，可以將從VC-4到VC-12等不同速率的小容器進行組合利用，能夠做到非常小顆粒的帶寬調(diào)節(jié)，相應(yīng)的級聯(lián)后的最大帶寬也能在很小的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。虛級聯(lián)技術(shù)的特點就是實現(xiàn)了使用SDH經(jīng)濟有效地提供合適大小的信道給數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，避免了帶寬的浪費。虛級聯(lián)的實現(xiàn)只需要源節(jié)點和終端節(jié)點支持。通信與信息工程學(xué)院17級聯(lián)和虛級聯(lián)的區(qū)別相鄰級聯(lián)是在同一個STM-N中，利用相鄰的C-4級聯(lián)成為VC-4-Xc，成為一個整體結(jié)構(gòu)進行傳輸。虛級聯(lián)是將分布在同一STM-N中的不相鄰VC-4（包括低階VC）或分布在不同STM-N中的VC-4（可能同一路由，也可不同路由）按級聯(lián)的方法，構(gòu)成一個虛擬的大結(jié)構(gòu)VC-4-Xv。通信與信息工程學(xué)院18虛級聯(lián)可以顯著提高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載效率業(yè)務(wù)類型速率（Mb/s）相鄰級聯(lián)虛級聯(lián)以太網(wǎng)10VC-320%VC-12-5v92%快速以太網(wǎng)100VC-467%VC-3-3v100%千兆以太網(wǎng)1000VC-4-16c42%VC-4-7v95%ATM25VC-350%VC-12-12v96%光纖通道1000VC-4-16c42%VC-4-7v95%通信與信息工程學(xué)院19鏈路容量調(diào)整機制LCAS鏈路容量調(diào)整機制LCAS是在ITU-TG.7042中定義的一種可以在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下動態(tài)調(diào)整虛級聯(lián)個數(shù)的功能，它所提供的是平滑地改變傳送網(wǎng)中虛級聯(lián)信號帶寬以自動適應(yīng)業(yè)務(wù)帶寬需求的方法。LCAS是一個雙向的協(xié)議，它通過實時地在收發(fā)節(jié)點之間交換表示狀態(tài)的控制包來動態(tài)調(diào)整業(yè)務(wù)帶寬?？刂瓢鼙硎镜臓顟B(tài)有固定、增加、正常、EOS（表示這個VC是虛級聯(lián)信道的最后一個VC）、空閑和不使用六種。通信與信息工程學(xué)院20LCAS技術(shù)特點LCAS可以將有效負負荷自動映射到可用的VC上，從而實現(xiàn)帶寬的連續(xù)調(diào)整，不僅提高了帶寬指配速度、對業(yè)務(wù)無損傷，而且當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，無須人工介入，在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下顯著提高網(wǎng)絡(luò)利用率。一般情況下，系統(tǒng)可以實現(xiàn)在通過網(wǎng)管增加或者刪除虛級聯(lián)組中成員時，保證“不丟包”；即使是由于“斷纖”或者“告警”等原因產(chǎn)生虛級聯(lián)組成員刪除時，也能夠保證只有少量丟包。LCAS具體實現(xiàn)是利用K4字節(jié)，虛級聯(lián)所使用的K4字節(jié)中控制字段的含義見表12-2所示。通信與信息工程學(xué)院21表12-2LCAS使用字節(jié)內(nèi)容數(shù)值命令含義0000FIXED表示這一端用固定帶寬（non-LCASmode）0001ADD表示這個成員要加入到VCG中0010NORM正常傳輸0011EOS序列終止標示和正常傳輸0101IDLE表示這個成員不在VCG中或其要從VCG中刪除1111DNU不可用通信與信息工程學(xué)院22通用成幀規(guī)程GFPGFP是在ITU-TG.7041中定義的一種鏈路層標準。它既可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送可變長數(shù)據(jù)包，又可以傳送固定長度的數(shù)據(jù)塊，是一種簡單而又靈活的數(shù)據(jù)適配方法。GFP采用了與ATM技術(shù)相似的幀定界方式，可以透明地封裝各種數(shù)據(jù)信號，利于多廠商設(shè)備互聯(lián)互通；GFP引進了多服務(wù)等級的概念，實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)計復(fù)用和QoS功能。通信與信息工程學(xué)院23GFP封裝方法GFP采用不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝方法對不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行封裝，包括GFP－F和GFP－T兩種方式。GFP－F封裝方式適用于分組數(shù)據(jù)，把整個分組數(shù)據(jù)（PPP、IP、RPR、以太網(wǎng)等）封裝到GFP負荷信息區(qū)中，對封裝數(shù)據(jù)不做任何改動，并根據(jù)需要來決定是否添加負荷區(qū)檢測域。GFP-T封裝方式則適用于采用8B/10B編碼的塊數(shù)據(jù)，從接收的數(shù)據(jù)塊中提取出單個的字符，然后把它映射到固定長度的GFP幀中。通信與信息工程學(xué)院24GFP幀類型通信與信息工程學(xué)院25圖12-5GFP用戶幀格式通信與信息工程學(xué)院26MSTP智能適配層雖然在第二代MSTP中也支持以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，但卻不能提供良好的QoS支持，其中一個主要原因就是因為現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)是無連接的。為了能夠在以太網(wǎng)業(yè)務(wù)中引入QoS，第三代MSTP在以太網(wǎng)和SDH/SONET之間引入了一個智能適配層，并通過該智能適配層來處理以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的QoS要求。智能適配層的實現(xiàn)技術(shù)主要有多協(xié)議標簽交換（MPLS）和彈性分組環(huán)（RPR）兩種。通信與信息工程學(xué)院27圖12-6MPLS為適配層的MSTP通信與信息工程學(xué)院28圖12-7RPR內(nèi)核的MSTP協(xié)議結(jié)構(gòu)通信與信息工程學(xué)院29內(nèi)嵌RPR的MSTP節(jié)點功能模型通信與信息工程學(xué)院3012.3自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASONASON最早是在2000年3月由ITU-T的Q19/13研究組正式提出，相關(guān)標準化工作進展迅速。ITU-T先后制訂出G.807（自動交換傳送網(wǎng)絡(luò)功能需求）、G.8080（自動交換光網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）以及后續(xù)的ASON相關(guān)標準，IETF（因特網(wǎng)工程任務(wù)組）、OIF（光互聯(lián)網(wǎng)論壇）等組織也正在積極擴展通用多協(xié)議標記交換GMPLS協(xié)議，使其能成為ASON的路由和信令協(xié)議。通信與信息工程學(xué)院3112.3.1概述ASON核心思想是在路由和信令控制下，完成自動交換連接功能的新一代光網(wǎng)絡(luò)，是一種標準化了的智能光傳送網(wǎng)，代表了未來智能光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流方向，是下一代智能光傳送網(wǎng)絡(luò)的典型代表。ASON首次將信令和選路引入傳送網(wǎng)，通過智能的控制層面來建立呼叫和連接，實現(xiàn)了真正意義上的路由設(shè)置、端到端業(yè)務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)自動恢復(fù)。通信與信息工程學(xué)院3212.3.2ASON的基本結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)ASON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心特點就是支持電子交換設(shè)備動態(tài)地向光網(wǎng)絡(luò)申請帶寬資源，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)分布模式動態(tài)變化的需求，通過信令系統(tǒng)或者管理平面自主地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干預(yù)。采用自動交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，原來復(fù)雜的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以變得簡單和扁平化，光網(wǎng)絡(luò)層可以直接承載業(yè)務(wù)，避免了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)升級時受到的多重限制。ASON的優(yōu)勢集中表現(xiàn)在其組網(wǎng)應(yīng)用的動態(tài)、靈活、高效和智能方面。支持多粒度、多層次的智能，提供多樣化、個性化的服務(wù)是ASON的核心特征。通信與信息工程學(xué)院33圖12-8ASON的體系結(jié)構(gòu)通信與信息工程學(xué)院34ASON中的連接在ASON中，一共定義了三種不同的連接：永久性連接（PC，PermanentConnection）交換式連接（SC，SwitchedConnection）軟永久性連接（SPC，Soft-permanentConnection）通信與信息工程學(xué)院35圖12-9交換連接示意圖通信與信息工程學(xué)院36ASON控制平面結(jié)構(gòu)控制平面是ASON的核心。就其實質(zhì)而言，控制平面是一個IP網(wǎng)絡(luò)。也就是說ASON控制平面實際上是一個能實現(xiàn)對下層傳送網(wǎng)進行控制的IP網(wǎng)絡(luò)?？刂破矫嬷饕ㄐ帕顓f(xié)議、路由協(xié)議和鏈路資源管理等。信令協(xié)議用于分布式連接的建立、維護和拆除等管理；路由協(xié)議為連接的建立提供選路服務(wù)；鏈路資源管理用于鏈路管理，包括控制信道和傳送鏈路的驗證和維護。通信與信息工程學(xué)院37圖12-10ASON控制平面節(jié)點結(jié)構(gòu)組件通信與信息工程學(xué)院38ASON路由與信令A(yù)SON信令采用的分布式控制DCM模型如圖12-11所示，該模型是分析和討論ASON信令工作機制的基礎(chǔ)。通信與信息工程學(xué)院39圖12-11分布式呼叫和連接管理模型通信與信息工程學(xué)院40圖12-12ASON網(wǎng)絡(luò)路由工作框架通信與信息工程學(xué)院41圖12-13路由組件構(gòu)成示意通信與信息工程學(xué)院42ASON自動發(fā)現(xiàn)機制

ASON自動發(fā)現(xiàn)包括鄰居發(fā)現(xiàn)和業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。鄰居發(fā)現(xiàn)過程是許多域內(nèi)IP路由協(xié)議的基本功能。光網(wǎng)絡(luò)中的鄰居發(fā)現(xiàn)則是由其它的自動發(fā)現(xiàn)機制來實現(xiàn)的。ASON自動發(fā)現(xiàn)機制，實際上是通過標準化的信令協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源（包括拓撲資源和業(yè)務(wù)資源）的自動識別，自動發(fā)現(xiàn)新增的節(jié)點設(shè)備并能對其屬性和和可支持功能進行確認，通過實時更新拓撲結(jié)構(gòu)圖并根據(jù)最新的拓撲和業(yè)務(wù)流量來綜合確定最優(yōu)路由。自動發(fā)現(xiàn)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲的實時更新以及自動確定設(shè)備所能支持的功能。通信與信息工程學(xué)院43圖12-14層鄰接發(fā)現(xiàn)和物理媒體鄰接發(fā)現(xiàn)SNTP子網(wǎng)連接終端點CTP連接終端點AP接入點TTP通道終端點通信與信息工程學(xué)院44圖12-15UNI自動發(fā)現(xiàn)示意通信與信息工程學(xué)院4512.3.3通用多協(xié)議標記交換GMPLSGMPLS（通用多協(xié)議標簽交換）由MPLS擴展而來，它對MPLS的標簽及LSP（標簽交換路徑）建立機制進行了擴展，從而產(chǎn)生了通用的標簽及通用LSP（GLSP）。GMPLS除了支持具有分組交換能力的接口，還支持具有時分、空分以及波長交換能力的接口。同時，GMPLS為光網(wǎng)絡(luò)提供了強有力的控制平面，從而使光