1 引言

隨著互聯網技術的迅速發展，因特網協議（IP）已經成為數據通信的主流協議，這樣必然需要架構適合IP業務的承載網絡來解決傳統數據網絡所面臨的問題。

由于波分復用（WDM）傳輸技術日趨成熟，并且與其它傳輸技術相比具有很大的優勢。因此，IPoverWDM光網絡成為一種必然的選擇。然而，現階段IPoverWDM光網絡的建設技術上還不成熟，因此GMPLS、T-MPLS和ASON技術的結合成為IPoverWDM光網絡的研究熱點。

2 IPoverWDM光網絡的協議規范

IPoverWDM光網絡就是直接在光上運行的因特網，其網絡結構有3種基本模型：

①重疊模型，對已有光網絡設備的改動較少，近期能夠實現。

②對等模型，僅能工作在IP層與光傳送層具有同一操作管理實體的情況下。

③擴展模型，是前面兩種模型優點的融合。

IPoverWDM的分層模型主要有光網絡層、數據網絡層及適配和管理功能組成，如圖1所示。光網絡層負責提供通道；數據網絡層提供數據的處理和傳送；層間適配和管理用于適配數據網絡和光網絡，包括保護和恢復、配置管理、性能管理、連接管理和會話管理等。在連接過程中，數據網絡單元和光網絡單元通過相應的協議進行協商，以提供連接所需要的帶寬。連接管理過程如圖2。



常用的保護和恢復功能是：光網絡層具有保護功能；光網絡層沒有保護功能，而IP業務層有保護功能；光網絡層和IP業務層都具有保護和恢復功能。

IPoverWDM的協議模型包括IP層協議、IP適配層協議、光通路層協議、WDM光復用段協議和WDM光傳輸段協議?？蛻魧訁f議包括IPv4和IPv6等；IP適配層協議用于進行IP多協議封裝、差錯檢測、分組定界以及服務質量控制等；光復用段功能包括線路故障分段、帶寬復用、保護切換及其它傳送網維護；光傳輸段功能包括高速傳輸和光放大器故障分段等。IPoverWDM的幀結構有兩種形式：以太網幀格式和SDH幀格式。

⑴ 以太網幀格式

目前局域網中主要采用以太網幀結構，此種格式下報頭包含的網絡狀態信息不多，但由于沒有使用造價昂貴的再生設備，因而成本相對較低。由于使用的是"異步"協議，故對抖動和定時不如SDH幀敏感。由于與主機的幀結構相同，因而在路由器接口上需對幀拆裝分割、使數據幀和傳輸幀同步的比特塞入操作。


⑵ SDH幀格式

目前網絡再生設備大多采用SDH幀格式。此種格式下報頭載有信令和足夠的網絡管理信息，便于網絡管理。但在路由器接口上針對SDH幀的拆裝分割處理耗時，且采用SDH幀格式的轉發器和再生器造價昂貴。現正在制定一種新的幀結構標準，稱作"SlimSDH"。它提供SDH幀的許多功能是在報頭位置、幀大小和分組大小匹配方面使用了更新的技術。

3 IPoverWDM光網絡技術

分組光交換技術是一種IPoverWDM光網絡技術，由于其目前還不成熟，因此現有的分組交換單元是由電信號來控制，即電控光交換。其中，光的電路交換技術（OCS）已發展得較成熟，進入實用化階段。但是，OCS光網絡沒有擺脫電路交換的局限性，且無法承載IP數據業務，所以光交換技術的最終發展趨勢是光控光交換。分組光交換系統的關鍵技術包括：光分組交換技術（OPS）、光突發交換技術（OBS）和光多協議標記交換技術（OMPLS）。

⑴ OPS

交換原理如圖3所示，交換系統在輸入接口完成光分組讀取和同步功能，并將小部分光功率送入控制單元，來完成如光分組頭的識別和凈荷定位等功能；光交換矩陣為經過同步的光分組選擇路由，最后輸出接口完成光分組頭的重寫和光分組再生。OPS有著很強的適應突發數據和承載IP數據業務的能力，但其存在交換節點處難以實現精確同步和光緩存器技術還不成熟的問題。因此，OPS在短時間內難以實現。

⑵ OBS

作為電路交換到分組交換的過渡，OBS克服了OPS的缺點，并且比OCS提高了資源利用率和資源分配的靈活性。光突發分組為可變長度，其突發數據包含2種分組：承載路由信息的控制分組和承載業務的數據分組。OBS網絡的邊緣處抵達的IP包將被封裝成突發，首先在控制波長上發送控制分組，而在另一個不同波長上發送數據分組，如圖4所示。控制分組中的控制信息要通過路由器的電子處理，數據分組則直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸。這樣就實現數據信道的帶寬資源的動態分配。



⑶ OMPLS

主要應用在IP包的全光標記交換。IP包在核心光網絡的接入處，邊緣路由器通過標記對IP包重新包封；在核心光網絡內部，全光核心路由器通過波長轉換和標記交換，對新的IP包選路和傳遞；IP包在核心光網絡輸出處，邊緣路由器移去副載波復用標記，并進行一次波長轉換。IP包標記交換簡化了IP包的傳輸，并支持其他協議。

4 IPoverWDM光網絡的實現方案

為了適應IPoverWDM的需要，IETF推出了側重控制的GMPLS技術；為了解決IP網絡是無連接的，不滿足網絡高可靠性要求的問題，ITU-T提出了面向連接并側重傳輸的T-MPLS技術。因此，將兩種技術結合是IPoverWDM光網絡的一種解決方案。同時，智能光網絡（ASON）是ITU-T提出的實現向全光網過渡的、能夠提供動態連接建立的，具有相當智能的下一代光網絡。將ASON和GMPLS結合，讓它們發揮各自的優勢，是IPvoerWDM光網絡發展的趨勢。

4.1 GMPLS+T-MPLS實現方案

標準化組織IETF推出了可用于光層的通用多協議標記交換（GMPLS）技術，GMPLS正是多協議標記交換（MPLS）向光網絡擴展的產物，使其可以對分組、TDM時隙、波長組和光纖等用標記進行統一標記，使得GMPLS不但可以支持分組和ATM信元，而且可支持WDM光網絡。GMPLS對標記交換路徑進行了修補和補充，并且設計了一個全新的鏈路管理協議，用以充分利用WDM光網絡的資源和解決光網絡中的各種鏈路的管理問題。未來的傳送網將會有許多不同的網元構成，存在多種交換層面，而GMPLS能為這些交換層面提供統一的控制平面，對傳輸網進行控制管理。

ITU-T提出的傳送MPLS（T-MPLS）技術（2006年ITU-T日內瓦會議上對T-MPLS達成了廣泛的共識）是為了滿足IP業務可靠性的要求。同時，它也是為了適應傳送網架構的需要，簡化MPLS的、一種面向連接的分組傳送體系，其結構如圖5所示。T-MPLS控制面的功能包括業務接納、信令控制、路由控制、保護恢復等；傳送面負責將客戶數據及信令數據的適配和轉發；管理平面提供對傳送平面、控制平面和系統整體的管理功能。T-MPLS作為中間適配層，既能夠針對3層的IP數據包，又能針對2層的數據業務，其面向連接的特性能夠充分保證上層業務所提出的質量要求，能夠獨立于相應的業務層進行操作。采用T-MPLS技術后，未來的核心網絡可以簡化為一個純光層面和一個電層面：光層面主要是波長的交換；電層面則是固定速率業務在ODU數據單元交換和分組業務在T-MPLS上的交換。



T-MPLS側重傳輸，它增強了傳輸功能，刪掉了不必要的功能，進一步發展了OAM和智能控制面技術；GMPLS側重控制，它只需發起一個GMPLS信令，分組交換節點可以在需要時建立一條通向其它分組交換節點的波道。有了T-MPLS針對分組傳送網的新技術，再加上GMPLS強大的控制功能，必將適應傳送網的發展方向。因此，GMPLS和T-MPLS技術共同作用成為IPoverWDM光網絡的一種解決方案。

4.2 ASON+GMPLS實現方案

IPoverWDM應用技術的不斷深入和發展，對光網絡智能化的需求也將越來越受到業界的重視，而TMPLS傳輸網絡只是一條預先配置好的物理線路，分組交換節點不能按照資源需求動態地配置傳輸網絡內部的物理線路資源。為了能適應未來IPoverWDM光網絡能夠動態地配置網絡資源和傳送信令的要求，智能光網絡（ASON）技術被引入IPoverWDM光網絡。

考慮到全光網在目前難以實現，ITU-T轉向實現全光網的一種過渡型網絡——ASON,其結構如圖6所示。ASON通過定義UNI以及網絡到網絡接口，可以支持多種廠商的設備，支持多種不同的技術。ASON管理平面采用分布式的域間網絡管理來對這些接口進行管理，實現了綜合的網絡管理。



ASON技術的出現是光傳送網絡向智能化方向的發展，通過在傳統傳輸網絡中引人智能化的控制平面，以網絡信令方式將數據網和傳送網結合在一起，進而實現了實時動態網絡管理。ASON能提供比目前的光網絡快速的光通道建立，并且提供多種粒度的信道服務和靈活的管理功能。

ASON管理平面通過對接口的管理，綜合了IP和WDM的網絡管理的功能；采用分布式的域間網絡管理，實現了綜合網絡管理的新理念。ASON控制面使光網絡產生了很大的變化，而GMPLS（側重控制）就是實現ASON網絡控制面的最佳協議，它提供了一種多層次的控制平面的互操作。因此，GMPLS和ASON技術相結合，發揮它們各自的優勢，使IPvoerWDM光網絡具有智能化，這是IPvoerWDM光網絡發展的趨勢。

5 結語

IPoverWDM光網絡具有諸多優勢，它是光網絡的發展的必然方向。IP技術與WDM技術的結合，使IP數據流直接進入光通道，有利于充分利用WDM的大容量與IP統計復用的優勢，真正達到IP優化的目的。雖然現在IPoverWDM網絡實現起來還有些困難，但GMPLS、T-MPLS和ASON技術的完善，為目標的實現提供了較好的選擇方案，這對于IPoverWDM光網絡的發展有重要的影響。