实现IP over WDM光网络的解决方案

1 引言

随着互联网技术的迅速发展，因特网协议（IP）已经成为数据通信的主流协议，这样必然需要架构适合IP业务的承载网络来解决传统数据网络所面临的问题。

由于波分复用（WDM）传输技术日趋成熟，并且与其它传输技术相比具有很大的优势。因此，IPoverWDM光网络成为一种必然的选择。然而，现阶段IPoverWDM光网络的建设技术上还不成熟，因此GMPLS、T-MPLS和ASON技术的结合成为IPoverWDM光网络的研究热点。

2 IPoverWDM光网络的协议规范

IPoverWDM光网络就是直接在光上运行的因特网，其网络结构有3种基本模型：

①重叠模型，对已有光网络设备的改动较少，近期能够实现。
②对等模型，仅能工作在IP层与光传送层具有同一操作管理实体的情况下。
③扩展模型，是前面两种模型优点的融合。

IPoverWDM的分层模型主要有光网络层、数据网络层及适配和管理功能组成，如图1所示。光网络层负责提供通道；数据网络层提供数据的处理和传送；层间适配和管理用于适配数据网络和光网络，包括保护和恢复、配置管理、性能管理、连接管理和会话管理等。在连接过程中，数据网络单元和光网络单元通过相应的协议进行协商，以提供连接所需要的带宽。连接管理过程如图2。

常用的保护和恢复功能是：光网络层具有保护功能；光网络层没有保护功能，而IP业务层有保护功能；光网络层和IP业务层都具有保护和恢复功能。

IPoverWDM的协议模型包括IP层协议、IP适配层协议、光通路层协议、WDM光复用段协议和WDM光传输段协议。客户层协议包括IPv4和IPv6等；IP适配层协议用于进行IP多协议封装、差错检测、分组定界以及服务质量控制等；光复用段功能包括线路故障分段、带宽复用、保护切换及其它传送网维护；光传输段功能包括高速传输和光放大器故障分段等。IPoverWDM的帧结构有两种形式：以太网帧格式和SDH帧格式。

⑴ 以太网帧格式

目前局域网中主要采用以太网帧结构，此种格式下报头包含的网络状态信息不多，但由于没有使用造价昂贵的再生设备，因而成本相对较低。由于使用的是"异步"协议，故对抖动和定时不如SDH帧敏感。由于与主机的帧结构相同，因而在路由器接口上需对帧拆装分割、使数据帧和传输帧同步的比特塞入操作。

⑵ SDH帧格式

目前网络再生设备大多采用SDH帧格式。此种格式下报头载有信令和足够的网络管理信息，便于网络管理。但在路由器接口上针对SDH帧的拆装分割处理耗时，且采用SDH帧格式的转发器和再生器造价昂贵。现正在制定一种新的帧结构标准，称作"SlimSDH"。它提供SDH帧的许多功能是在报头位置、帧大小和分组大小匹配方面使用了更新的技术。

3 IPoverWDM光网络技术

分组光交换技术是一种IPoverWDM光网络技术，由于其目前还不成熟，因此现有的分组交换单元是由电信号来控制，即电控光交换。其中，光的电路交换技术（OCS）已发展得较成熟，进入实用化阶段。但是，OCS光网络没有摆脱电路交换的局限性，且无法承载IP数据业务，所以光交换技术的最终发展趋势是光控光交换。分组光交换系统的关键技术包括：光分组交换技术（OPS）、光突发交换技术（OBS）和光多协议标记交换技术（OMPLS）。

⑴ OPS

交换原理如图3所示，交换系统在输入接口完成光分组读取和同步功能，并将小部分光功率送入控制单元，来完成如光分组头的识别和净荷定位等功能；光交换矩阵为经过同步的光分组选择路由，最后输出接口完成光分组头的重写和光分组再生。OPS有着很强的适应突发数据和承载IP数据业务的能力，但其存在交换节点处难以实现精确同步和光缓存器技术还不成熟的问题。因此，OPS在短时间内难以实现。

⑵ OBS

作为电路交换到分组交换的过渡，OBS克服了OPS的缺点，并且比OCS提高了资源利用率和资源分配的灵活性。光突发分组为可变长度，其突发数据包含2种分组：承载路由信息的控制分组和承载业务的数据分组。OBS网络的边缘处抵达的IP包将被封装成突发，首先在控制波长上发送控制分组，而在另一个不同波长上发送数据分组，如图4所示。控制分组中的控制信息要通过路由器的电子处理，数据分组则直接在端到端的透明传输信道中传输。这样就实现数据信道的带宽资源的动态分配。

⑶ OMPLS

主要应用在IP包的全光标记交换。IP包在核心光网络的接入处，边缘路由器通过标记对IP包重新包封；在核心光网络内部，全光核心路由器通过波长转换和标记交换，对新的IP包选路和传递；IP包在核心光网络输出处，边缘路由器移去副载波复用标记，并进行一次波长转换。IP包标记交换简化了IP包的传输，并支持其他协议。

4 IPoverWDM光网络的实现方案

为了适应IPo