基于WDM的IP傳送技術

2019-11-03 09:06:48

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供稿：網友

易準

　　摘要: 目前最流行的ip傳送技術有三種，即IP over ATM，IP over SDH 或 IP over WDM。三種IP傳送技術都將在電信網發展的不同時期和網絡的不同部分發揮自己應有的作用，三者將會共存互補。但從面向未來的視角來看，IP over WDM 將是最具生命力的技術，其巨大的帶寬潛力和爆炸式增長的IP業務是相當匹配的，這種對IP業務最理想的傳送技術將會成為未來網絡特別是骨干網的主導傳送技術。

　　近年來,Internet的迅猛發展，促使IP 技術獲得以往通信和信息技術從未有過的高速發展。近幾年來，IP技術無論從網絡結構上，傳輸能力上還是業務開拓上都取得巨大的進展。TCP/IP是70年代作為網間互聯協議提出來的，在將近二十年的時間內，除了在美國局域網互聯中起到作用外，一直沒引起外部世界的重視。ITU-T 在很長一個時期內沒有接納這個標準。直到90年代初Web的出現從根本上改變了這種狀態，IP網獲得了急速的發展，相應的IP技術也獲得了急速的發展。

　　IP是網絡層協議，SDH、WDM是物理層傳送技術，在兩層之間需要一個數據鏈路層，數據鏈路層負責把物理層提供的信號轉換成網絡層所需要的信號，目前最流行的IP傳送技術有三種，即IP over ATM，IP over SDH 或 IP over WDM。

　　傳統的擴容方法是采用TDM（時分復用）方式，即對電信號進行時間分隔復用。無論是PDH的34 Mbit/s－140 Mbit/s－565 Mbit/s，還是SDH的155 Mbit/s－622 Mbit/s－2 488 Mbit/s－9 952 Mbit/s，都是按照這一原則進行的。據統計，當系統速率低于2．5 Gbit/s（含2．5 Gbit/s），系統每升級一次，每比特的傳輸成本下降30％左右。因此，在過去的系統升級中，人們首先想到并采用的是TDM技術。采用時分復用（TDM）方式是數字通信提高傳輸效率、降低傳輸成本的有效措施。但是隨著現代電信網對傳輸容量要求的急劇提高，利用TDM方式已日益接近硅和鎵砷技術的極限，例如對于現在的10 Gbit／s，TDM已沒有太多的潛力可挖，并且傳輸設備的價格也很高，光纖色度色散和極化模色散的影響也日益加重。人們正越來越多地把興趣從電復用轉移到光復用，即從光域上用各種復用方式來改進傳輸效率，提高復用速率。

　　從1996年起，最具代表性的就是波分復用（WDM）系統出現了。所謂WDM技術就是為了充分利用單模光纖低損耗區帶來的巨大帶寬資源，采用波分復用器（合波器），在發送端將不同波長的光載波合并起來并送入一根光纖進行傳輸。在接收端，再由一波分復用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復用方式。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立（不考慮光纖非線性時），因而雙向傳輸的問題很容易解決，只需將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可。根據波分復用器的不同，可以復用的波長數也不同，從2個至幾十個不等，這取決于所允許的光載波波長的間隔大小。

　　波分復用技術主要有以下特點：

　　(1) 可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。現在人們所利用的只是光纖低損耗頻譜（1 310 nm～1 550 nm）極少的一部分。即使全部利用摻餌光纖放大器（EDFA）的放大區域帶寬（1 530 nm～1 565 nm），也只是占用它帶寬1/6左右。WDM技術可以充分利用單模光纖的巨大帶寬（約25 THz）。

　　(2) 使N個波長復用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以節約大量光纖。

　　(3) 由于同一光纖中傳輸的信號波長彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業務信號的綜合和分離，包括數字信號和模擬信號，以及PDH信號和SDH信號的綜合與分離。

　　(4) 波分復用通道對數據格式是透明的，即與信號速率及電調制方式無關。在網絡擴充和發展中，是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業務的方便手段。

　　利用WDM技術選路來實現網絡交換和恢復從而可能實現未來透明的、具有高度生存性的光網絡。

　　IP與ATM的結合是面向連接的ATM與無連接IP的統一，也是選路與交換的優化組合，但其網絡結構復雜，開銷損失達25％以上。IP與SDH的結合則是將IP分組通過點到點協議直接映射到SDH幀，省掉了中間的ATM層，從而保留了因特網的無連接特征，簡化了網絡結構，提高了傳輸效率，但無優先級業務質量。IP over WDM的優勢在于其巨大的帶寬潛力，可以滿足IP 業務巨大的帶寬要求，并解決IP業務的不對稱性問題。WDM 系統的業務透明性可以兼容不同協議的業務，實現業務會聚。依靠WDM的高帶寬和簡單的優先級方案，還可以基本解決人們所關心的服務質量（QoS）問題。越來越多的人們認識到：IP over WDM 和IP over SDH 將成為大型IP高速骨干網的主要技術，以疏導高速率數據流。IP over SDH 和IP over WDM 的區別在于承載業務量的大小和適應不對稱業務的靈活性上。IP over SDH 傳送的顆粒"小"，更適合我國當前的需要，技術上比較成熟，而且標準化程度高。而IP over WDM 則與"光網絡"相結合，適用于"透明"城域網內IP的互聯或未來大型IP骨干網的核心匯接。從發展來看，IP over WDM 無疑代表著網絡發展的方向，它將"光網絡"的發展和IP相結合，可以充分利用"光網絡"的"透明傳輸"優越性和光纖的巨大帶寬，但是目前它的顆粒"太大"，沒有低于2.5 Gbit/s 的接口，但隨著低速WDM 接口的出現，它在城域網上應用會越來越多。

　　IP over WDM 的思路是:不僅省掉了ATM層,也省掉了中間的SDH層，將IP直接放在光路上傳輸。顯然,這是一種最簡單直接的體系結構,省掉了中間的ATM層和SDH層,簡化了層次,減少了網絡設備和功能重疊,減輕了網管復雜性,特別是網絡配置的復雜性;額外的開銷最低,傳輸速率最高;通過業務量工程設計,可以與IP的不對稱業務量特性相匹配，還可利用光纖環路的保護光纖吸收突發業務,盡量避免緩存,減少延時;由于省掉了昂貴的ATM交換機和大量普通SDH復用設備,簡化了網管,又采用了波分復用,其成本可比傳統電路交換網降低一到兩個數量級!

　　如何實現IP直接映射到光網絡層，有一種正在研究的新方案――波長分組方案。該方案直接將分組映射到WDM光鏈路上，將分組定界和物理層結合起來。采用一種新的稱之為高速同步幀(HSSF)的結構，如圖：

圖： HSSF 幀結構

　　HSSF采用SDH125－μs幀結構，為鏈路故障和性能管路提供鏈路狀態標識。HSSF簡化了前向糾錯(FEC)功能的實現。FEC提高了在WDM系統中的性噪比。簡而言之，HSSF實現了于IP over SDH的幀結構，但去除了不必要的SDH功能和開銷（如凈負荷指針技術）。IP over WDM的最大優勢在于巨大的帶寬潛力，目前商用化的WDM系統的容量已達到了400GB/S.顯然，只有這樣的高速率才有可能與未來的巨大的IP業務量相匹配，其他任何技術都不可能與其相比?！　DM的另一個重要特點是有多達數十上百個可用波道，各個波道信號間可以彼此隔離，因而很容易地兼容不同性質和協議的業務，起到業務匯集作用。網絡管理者不再需要在同一電路上設法混合各種業務，從而有可能不再需要采用復雜的ATM來匯集種業務，簡化了體系結構。至于服務質量問題，IP over WDM的解決思路是靠WDM的高帶寬和簡單的優先級方案。按排隊理論，只有網絡利用率超過75％時才需要QoS。當網絡利用率低于70%時隊列很短或根本不存在排隊，常常只需要簡單的優先級方案即可,于是將高質量實時業務放在隊列前面即可保證QoS。實際業務預測表明，未來業務量中真正高質量的實時業務是少數，因而采用簡單的優先級方案和高帶寬WDM來處理QoS問題是有一定道理的。

　　綜上所述，網絡解決方案多種多樣，三種IP傳送技術都將在電信網發展的不同時期和網絡的不同部分發揮自己應有的作用，三者將會共存互補。但從面向未來的視角來看，IP over WDM 將是最具生命力的技術。其巨大的帶寬潛力和爆炸式增長的IP業務是相當匹配的，這種對IP業務最理想的傳送技術將會成為未來網絡特別是骨干網的主導傳送技術。

----《通信世界》