第十二章 光联网技术

光纤通信与数字传输南京邮电大学通信与信息工程学院光联网技术传统的光纤通信系统多为点到点的传输系统，只能提供基本的传送功能，而且业务的配置、保护倒换等功能都需要由网络管理系统或人工进行配置，因此网络配置和更新都较为复杂，难以适应各种新业务的需求。光纤通信向网络化和智能化方向发展，要求光网络能够根据用户的需求，由包括信令和路由机制在内的控制平面动态地建立和拆除连接的功能，形成智能化光网络。本章主要从城域光网络和自动交换光网络等方面加以介绍。本章教学课时为2学时。通信与信息工程学院212.1光联网技术概述通信网络正发生着深刻的变化，光通信技术作为通信网络中最重要的传送技术，扮演着越来越重要的作用。未来的通信网络正向着智能化、宽带化、以IP为核心等方向发展。作为下一代网络（NGN，NextGenerationNetwork）中下一代传送网的主要实现形式，光通信技术在传输距离、容量等方面继续发展的同时，也向着网络化和智能化管理方向发展。通信与信息工程学院3图12-1光传送网层次结构示意通信与信息工程学院412.2城域光网络一般认为，城域光网络是一种主要面向企事业用户的、最大可覆盖城市及其郊区范围的、可提供丰富业务并支持多种通信协议的本地公用网络。它可以提供话音、数据、图像、视频等多媒体综合业务，其中又以IP为代表的数据业务为重点。城域光网络在整个光网络中处于核心光网络和接入光网络之间，把接入网中企业与私人客户的各种协议、数据等无缝和灵活地连接到运营商的骨干网。通信与信息工程学院5城域光网络的特点面向公用网应用和多用户环境，具有一定的QoS保障要求。具有向用户提供多业务、多速率、多种服务质量的接入能力，同时具有向运营商提供可管理、支持多种运营服务方式和网络技术演变的能力。支持多种客户层信号，能够快速地提供客户层信号所需的带宽。业务范围广，包括数据、语音和图象等，是全业务网络。传输距离可扩展为100~200km。与长途网相比具有较低的成本，其成本的关键是节点的数量及业务的种类和大小。通信与信息工程学院6图12-2城域光网分层结构城域核心层CoreLevel城域汇聚(边缘)层EdgeLevel城域接入层AccessLevel通信与信息工程学院7城域光网络主要业务互联业务专线业务接入业务增值业务通信与信息工程学院8表12-1城域技术比较Ethernet传统SDHATMWDMMSTP多业务承载能力对数据业务好TDM较差对数据业务支持较差较好完全透明好网络可靠性一般好较好较好好容量较大较大较大巨大较大技术成熟度成熟成熟成熟成熟成熟成本较低较高较高高适中扩展性好中等较差差较好通信与信息工程学院912.2.2多业务传送平台MSTP在城域网建设中，能够满足多业务（主要是数据业务和电路交换业务）传送要求的、基于SDH技术的多业务传送技术称为基于SDH的多业务传送平台实现技术，简称狭义MSTP技术，其基本功能模型见图12-3所示。通信与信息工程学院10图12-3基于SDH的多业务传送节点基本功能模型通信与信息工程学院11基于SDH的多业务传送技术特点SDH技术在国内外都到了广泛的应用，已经成为传送网的核心技术。在SDH的基础上提供对多种业务的支持，可以继承SDH的诸多优点，实现网络的平滑过渡，有着突出的技术优势和市场优势。基于SDH的多业务传送平台MSTP具有将分组数据业务高效地映射到SDH虚容器的能力，并可以采用SDH物理层保护使承载的数据业务和TDM业务一样具有高可靠性。通信与信息工程学院12图12-4狭义MSTP协议栈模型通信与信息工程学院131.MSTP技术的发展历程第一代MSTP：提供以太网点到点透传。第二代MSTP：支持以太网二层交换。第三代MSTP：支持以太网QoS。通信与信息工程学院142.MSTP关键技术虚级联VCAT

链路容量调整机制LCAS

通用成帧规程GFP通信与信息工程学院15级联和虚级联VC的级联概念是在ITU-TG.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，共用相同的通道开销（POH），此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级联。若SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理，此种情况称为虚级联。通信与信息工程学院16级联和虚级联（续）从原理上讲，可以将级联和虚级联都看成是把多个小的容器组合为一个比较大的容器来传送数据业务的技术。通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。尤其是虚级联技术，可以将从VC-4到VC-12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小颗粒的带宽调节，相应的级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费。虚级联的实现只需要源节点和终端节点支持。通信与信息工程学院17级联和虚级联的区别相邻级联是在同一个STM-N中，利用相邻的C-4级联成为VC-4-Xc，成为一个整体结构进行传输。虚级联是将分布在同一STM-N中的不相邻VC-4（包括低阶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）按级联的方法，构成一个虚拟的大结构VC-4-Xv。通信与信息工程学院18虚级联可以显著提高数据业务承载效率业务类型速率（Mb/s）相邻级联虚级联以太网10VC-320%VC-12-5v92%快速以太网100VC-467%VC-3-3v100%千兆以太网1000VC-4-16c42%VC-4-7v95%ATM25VC-350%VC-12-12v96%光纤通道1000VC-4-16c42%VC-4-7v95%通信与信息工程学院19链路容量调整机制LCAS链路容量调整机制LCAS是在ITU-TG.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。控制包所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS（表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC）、空闲和不使用六种。通信与信息工程学院20LCAS技术特点LCAS可以将有效负负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽指配速度、对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。一般情况下，系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，保证“不丢包”；即使是由于“断纤”或者“告警”等原因产生虚级联组成员删除时，也能够保证只有少量丢包。LCAS具体实现是利用K4字节，虚级联所使用的K4字节中控制字段的含义见表12-2所示。通信与信息工程学院21表12-2LCAS使用字节内容数值命令含义0000FIXED表示这一端用固定带宽（non-LCASmode）0001ADD表示这个成员要加入到VCG中0010NORM正常传输0011EOS序列终止标示和正常传输0101IDLE表示这个成员不在VCG中或其要从VCG中删除1111DNU不可用通信与信息工程学院22通用成帧规程GFPGFP是在ITU-TG.7041中定义的一种链路层标准。它既可以在字节同步的链路中传送可变长数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。GFP采用了与ATM技术相似的帧定界方式，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互联互通；GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。通信与信息工程学院23GFP封装方法GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP－F和GFP－T两种方式。GFP－F封装方式适用于分组数据，把整个分组数据（PPP、IP、RPR、以太网等）封装到GFP负荷信息区中，对封装数据不做任何改动，并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。GFP-T封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据，从接收的数据块中提取出单个的字符，然后把它映射到固定长度的GFP帧中。通信与信息工程学院24GFP帧类型通信与信息工程学院25图12-5GFP用户帧格式通信与信息工程学院26MSTP智能适配层虽然在第二代MSTP中也支持以太网业务，但却不能提供良好的QoS支持，其中一个主要原因就是因为现有的以太网技术是无连接的。为了能够在以太网业务中引入QoS，第三代MSTP在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层，并通过该智能适配层来处理以太网业务的QoS要求。智能适配层的实现技术主要有多协议标签交换（MPLS）和弹性分组环（RPR）两种。通信与信息工程学院27图12-6MPLS为适配层的MSTP通信与信息工程学院28图12-7RPR内核的MSTP协议结构通信与信息工程学院29内嵌RPR的MSTP节点功能模型通信与信息工程学院3012.3自动交换光网络ASONASON最早是在2000年3月由ITU-T的Q19/13研究组正式提出，相关标准化工作进展迅速。ITU-T先后制订出G.807（自动交换传送网络功能需求）、G.8080（自动交换光网络体系结构）以及后续的ASON相关标准，IETF（因特网工程任务组）、OIF（光互联网论坛）等组织也正在积极扩展通用多协议标记交换GMPLS协议，使其能成为ASON的路由和信令协议。通信与信息工程学院3112.3.1概述ASON核心思想是在路由和信令控制下，完成自动交换连接功能的新一代光网络，是一种标准化了的智能光传送网，代表了未来智能光网络发展的主流方向，是下一代智能光传送网络的典型代表。ASON首次将信令和选路引入传送网，通过智能的控制层面来建立呼叫和连接，实现了真正意义上的路由设置、端到端业务调度和网络自动恢复。通信与信息工程学院3212.3.2ASON的基本结构和关键技术ASON网络结构的核心特点就是支持电子交换设备动态地向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务分布模式动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自主地去建立或者拆除光通道，而不需要人工干预。采用自动交换光网络技术之后，原来复杂的多层网络结构可以变得简单和扁平化，光网络层可以直接承载业务，避免了传统网络中业务升级时受到的多重限制。ASON的优势集中表现在其组网应用的动态、灵活、高效和智能方面。支持多粒度、多层次的智能，提供多样化、个性化的服务是ASON的核心特征。通信与信息工程学院33图12-8ASON的体系结构通信与信息工程学院34ASON中的连接在ASON中，一共定义了三种不同的连接：永久性连接（PC，PermanentConnection）交换式连接（SC，SwitchedConnection）软永久性连接（SPC，Soft-permanentConnection）通信与信息工程学院35图12-9交换连接示意图通信与信息工程学院36ASON控制平面结构控制平面是ASON的核心。就其实质而言，控制平面是一个IP网络。也就是说ASON控制平面实际上是一个能实现对下层传送网进行控制的IP网络。控制平面主要包括信令协议、路由协议和链路资源管理等。信令协议用于分布式连接的建立、维护和拆除等管理；路由协议为连接的建立提供选路服务；链路资源管理用于链路管理，包括控制信道和传送链路的验证和维护。通信与信息工程学院37图12-10ASON控制平面节点结构组件通信与信息工程学院38ASON路由与信令ASON信令采用的分布式控制DCM模型如图12-11所示，该模型是分析和讨论ASON信令工作机制的基础。通信与信息工程学院39图12-11分布式呼叫和连接管理模型通信与信息工程学院40图12-12ASON网络路由工作框架通信与信息工程学院41图12-13路由组件构成示意通信与信息工程学院42ASON自动发现机制

ASON自动发现包括邻居发现和业务发现。邻居发现过程是许多域内IP路由协议的基本功能。光网络中的邻居发现则是由其它的自动发现机制来实现的。ASON自动发现机制，实际上是通过标准化的信令协议实现网络资源（包括拓扑资源和业务资源）的自动识别，自动发现新增的节点设备并能对其属性和和可支持功能进行确认，通过实时更新拓扑结构图并根据最新的拓扑和业务流量来综合确定最优路由。自动发现可以实现网络拓扑的实时更新以及自动确定设备所能支持的功能。通信与信息工程学院43图12-14层邻接发现和物理媒体邻接发现SNTP子网连接终端点CTP连接终端点AP接入点TTP通道终端点通信与信息工程学院44图12-15UNI自动发现示意通信与信息工程学院4512.3.3通用多协议标记交换GMPLSGMPLS（通用多协议标签交换）由MPLS扩展而来，它对MPLS的标签及LSP（标签交换路径）建立机制进行了扩展，从而产生了通用的标签及通用LSP（GLSP）。GMPLS除了支持具有分组交换能力的接口，还支持具有时分、空分以及波长交换能力的接口。同时，GMPLS为光网络提供了强有力的控制平面，从而使光