IP over WDM,IP over WDM技術(shù)是什么意思

近年來(lái)，寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速。當(dāng)前，ATM和SDH都能支持IP，分別稱(chēng)之為基于ATM的IP網(wǎng)（IP over ATM）和基于SDH的IP網(wǎng)（IP over SDH），兩者各有特點(diǎn)。IP over ATM利用ATM速度快、容量大、多業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)及IP簡(jiǎn)單、靈活、易擴(kuò)充和統(tǒng)一性的特點(diǎn)，可以達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。但當(dāng)IP業(yè)務(wù)繁忙時(shí)或出現(xiàn)大量不均衡、突發(fā)性業(yè)務(wù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生ATM降載。另外，IP over ATM還具有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳輸效率低和開(kāi)銷(xiāo)損失大等缺點(diǎn)，這就使人們把眼光轉(zhuǎn)向IP over SDH。IP over SDH是直接在SDH上傳送IP業(yè)務(wù)，它提高了傳輸效率，易于實(shí)現(xiàn)IP多路廣播。但它不適于多業(yè)務(wù)平臺(tái)，不能完全保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），這又促使人們努力尋找另一種新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)來(lái)替代上述兩種IP傳送技術(shù)。隨著波分復(fù)用設(shè)備、吉比特和太比特路由交換機(jī)相繼問(wèn)世，IP over WDM技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

IP over WDM也叫光因特網(wǎng)或IP優(yōu)化光互連網(wǎng)，是指直接在光網(wǎng)上運(yùn)行的因特網(wǎng)。它是一種由高性能WDM設(shè)備、吉比特和太比特路由交換組成的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，綜合利用IP技術(shù)和基于WDM的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，交換機(jī)與路由器之間可通過(guò)光纖直接相連或連至光網(wǎng)絡(luò)層。IP over WDM充分利用WDM技術(shù)所帶來(lái)的巨大傳送帶寬和高速路由交換機(jī)的強(qiáng)大交換能力，合理地在IP層與光學(xué)層之間實(shí)現(xiàn)流量工程、保護(hù)恢復(fù)、QoS和網(wǎng)絡(luò)管理等的優(yōu)化配置，形成一種簡(jiǎn)單高效的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這里，高性能網(wǎng)絡(luò)路由器替代了傳統(tǒng)的提供控制波長(zhǎng)接入、交換、選路和保護(hù)倒換等功能的ATM和SDH交換和復(fù)用設(shè)備。光網(wǎng)絡(luò)層（即服務(wù)層）可為包括SDH網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備在內(nèi)的客戶(hù)層設(shè)備提供波長(zhǎng)路由。采用IP over WDM技術(shù)，可減少網(wǎng)絡(luò)各層間的中間冗余部分，減少SDH、ATM和IP等各層間的功能重疊，減少設(shè)備操作、維護(hù)和管理費(fèi)用。同時(shí)，由于省去了ATM層和SDH層，所以傳輸效率高，額外開(kāi)銷(xiāo)低，簡(jiǎn)化了網(wǎng)管，并可與IP的不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)量特性相匹配，充分利用帶寬，大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的成本，從而間接地降低了用戶(hù)獲得多媒體通信業(yè)務(wù)的費(fèi)用。顯然，這是一種最直接、最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，非常適用于超大型IP骨干網(wǎng)。

1 IP over WDM的原理和特點(diǎn)

1.1 IP over WDM的原理

IP over WDM的基本工作原理是光纖直接與光耦合器相連，耦合器把各波長(zhǎng)分開(kāi)或組合，輸入和輸出端都用簡(jiǎn)單的光纖連接器。在發(fā)送端，將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合（復(fù)用）送入一根光纖中傳輸；在接收端，又將組合光信號(hào)分開(kāi)（解復(fù)用）并送入不同的終端。因此，IP over WDM是一個(gè)真正的鏈路層數(shù)據(jù)網(wǎng)，可以通過(guò)指定波長(zhǎng)作旁路或直通連接，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)工程可以只在IP層完成。由于使用了指定的波長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)更靈活，并具有向光交換和全光選路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的可能。

IP over WDM網(wǎng)絡(luò)的主要部件除了激光器、光纖、光放大器和光耦合器外，還包括光再生器、光轉(zhuǎn)發(fā)器、光分插復(fù)用器（OADM）、光交叉連接器（OXC）和高速路由交換機(jī)。G.655光纖因其色散的非線(xiàn)性效應(yīng)小，最適合于WDM系統(tǒng)。高性能激光器是WDM系統(tǒng)中最昂貴的器件。光放大器主要采用EDFA，它能同時(shí)放大WDM所有波長(zhǎng)，但對(duì)平坦增益的要求較高。光耦合器用于將各波長(zhǎng)組合在一起或分解開(kāi)來(lái)，起復(fù)用和解復(fù)用作用。長(zhǎng)途W(wǎng)DM系統(tǒng)中有電再生中繼器，再生分R1、R2和R3三類(lèi)。光轉(zhuǎn)發(fā)器用于變換來(lái)自路由器或其它設(shè)備的光信號(hào)，并產(chǎn)生要插入光耦合器的正確波長(zhǎng)光信號(hào)。光分插復(fù)用器和光交叉連接設(shè)備在長(zhǎng)途W(wǎng)DM系統(tǒng)中運(yùn)用較廣泛。光交換機(jī)可使ADM和交叉連接設(shè)備作動(dòng)態(tài)配置。

在不纖上直接傳輸IP數(shù)據(jù)包需要選擇幀格式（即分幀方法），目前主要使用的兩種幀格式是SDH幀格式和以太網(wǎng)幀格式（即IP/SDH/WDM和IP/Ethernet/WDM）。IP over WDM的重疊模型和封裝。采用SDH幀格式時(shí)，報(bào)頭載有信令和足夠的網(wǎng)絡(luò)管理信息，便于網(wǎng)絡(luò)管理。但在路由器接口上，針對(duì)SDH幀的拆裝分害割（SAR）處理比較耗時(shí)，影響網(wǎng)絡(luò)吞吐量和性能，且價(jià)格也較昂貴。采用吉比特以太網(wǎng)幀格式（即直接在光纖上運(yùn)行吉比特以太網(wǎng)）是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。此種格式下，報(bào)頭包含的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息并不多，但由于沒(méi)有使用造價(jià)昂貴的再生設(shè)備，成本相對(duì)較低。由于使用了異步協(xié)議，對(duì)抖動(dòng)和時(shí)延并不敏感。同時(shí)，由于與主機(jī)的幀結(jié)構(gòu)相同，在路由器接口上無(wú)需對(duì)幀進(jìn)行拆裝分割操作和為了使數(shù)據(jù)幀同步的比特塞入操作。

1.2 IP over WDM的特點(diǎn)

IP over WDM具有如下特點(diǎn)：

（1）充分利用光纖的帶寬資源，極大提高了帶寬和相對(duì)傳輸速率；（2）對(duì)傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明，可傳送不同碼率的ATM、SDH和千兆以太網(wǎng)格式的業(yè)務(wù)；（3）不僅可與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來(lái)寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，具有可推廣性和高度生存性等特點(diǎn)；（4）目前尚未實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)化，一般取193.1THz為參考頻率，間隔為100GHz；（5）WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)與所傳輸信號(hào)的網(wǎng)管分離，但在光域上加上開(kāi)銷(xiāo)和光信號(hào)的處理技術(shù)還不完善，從而導(dǎo)致WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理尚不成熟；（6）目前，WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，還未形成光網(wǎng)。

2 IP over WDM協(xié)議規(guī)范

IP over WDM的分層模型，主要有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層、光網(wǎng)絡(luò)層及適配和管理功能組成。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)的處理和傳送；光網(wǎng)絡(luò)層負(fù)麗提供網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和光網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的組成設(shè)備主要包括ATM網(wǎng)絡(luò)層交換機(jī)和路由器等，光網(wǎng)絡(luò)層的組成設(shè)備主要是WDM終端、光放大器及光纖等。在IP over WDM光因特網(wǎng)中，高性能的數(shù)據(jù)互連設(shè)備（如交換機(jī)和路由器等）可直接與光纖相連，也可以連接在向各類(lèi)客戶(hù)（如ATM交換機(jī)、路由器或SDH網(wǎng)元設(shè)備等）提供光波長(zhǎng)路由的光網(wǎng)絡(luò)層上。

IP over WDM的協(xié)議模型，包括客戶(hù)導(dǎo)（IP層）協(xié)議、IP適配協(xié)議、光傳輸段協(xié)議、WDM光復(fù)用段協(xié)議和WDM光傳輸段協(xié)議等?？蛻?hù)層協(xié)議包括IPv4和IPv6等。IP適配層協(xié)義用于進(jìn)行IP多協(xié)議封裝、分組定界、差錯(cuò)檢測(cè)以及服務(wù)質(zhì)量控制等。光通路協(xié)議包括數(shù)字客戶(hù)適配、帶寬管理（比特率和數(shù)字格式透明）和連接性證實(shí)等功能。光復(fù)用段功能包括帶寬復(fù)用、線(xiàn)路故障分段、保護(hù)切換及其它傳送網(wǎng)維護(hù)功能。光傳輸段功能包括高速傳輸（色散補(bǔ)償）和光放大器故障分段等功能。

3 IP over WDM的應(yīng)用方案

目前，國(guó)際上對(duì)IP over WDM技術(shù)的研究十分活躍，主要體現(xiàn)在建立實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)和研究標(biāo)準(zhǔn)化等方面。同時(shí)，國(guó)外已有多家營(yíng)運(yùn)公司宣布建設(shè)自己的IP over WDM網(wǎng)絡(luò)。

1998年8月，美國(guó)Sprint宣布建設(shè)第一條OC-48的IP over WDM線(xiàn)路，其方式是采用Cisco12000GSR的2.5Gb/s接口，直接接入Ciena的長(zhǎng)途W(wǎng)DM系統(tǒng)。該系統(tǒng)與Sprint實(shí)現(xiàn)的基于ATM綜合點(diǎn)播網(wǎng)（ION）屬并行的、可相互補(bǔ)充的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案。

1998年8月，加拿大宣布建設(shè)第三代全國(guó)性光因特網(wǎng)計(jì)劃CAnet3，總投資達(dá)1.2億美元。它取消了ATM和SONET層，使IP直接在光網(wǎng)上運(yùn)行，其方式是采用32波長(zhǎng)的40Gb/s WDM，在全國(guó)范圍內(nèi)的10個(gè)千兆比匯接點(diǎn)之間，直接通過(guò)WDM傳送IP業(yè)務(wù)，被視為加拿大下一世紀(jì)發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。

1999年2月，GTS組建了歐洲第一個(gè)IP over WDM網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，首先在六個(gè)歐洲國(guó)家中展開(kāi)，對(duì)50個(gè)商業(yè)中心提供IP服務(wù)，并使這些城市與紐約相連。在以后的三年內(nèi)，歐洲12個(gè)城市之間開(kāi)展本地交換傳送，提供使用光纖的桌面到桌面的IP服務(wù)。

1999年3月，日本KDD公司利用美國(guó)與日本間的跨太平海底光纜，進(jìn)行了IP over WDM試驗(yàn)。

我國(guó)在擬實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中，也將采用IP over WDM技術(shù)，目前一些高校和研究機(jī)構(gòu)正在積極開(kāi)展此項(xiàng)研究。中國(guó)網(wǎng)絡(luò)通信有限公司的中國(guó)高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示范工程中，將采用IP over WDM技術(shù)構(gòu)建新一代高速寬帶網(wǎng)絡(luò)，其主要業(yè)務(wù)旨在提供寬帶IP批發(fā)業(yè)務(wù)、寬帶接入業(yè)務(wù)、IP電話(huà)業(yè)務(wù)及各種IP業(yè)務(wù)。

另外，1998年4月，Cisco、Ciena、Lucent、NTT、AT&T、3Com、Bellcore、HP、Qwest、Sprint、WorldCom網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備公司和運(yùn)營(yíng)公司成立光互連網(wǎng)論壇OIF，并與ITU-T、IETF和ATM訟壇等標(biāo)準(zhǔn)化組織合作制定光互連網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范。OIF的工作重點(diǎn)是解決光互連網(wǎng)方面問(wèn)題，并不涉及數(shù)據(jù)網(wǎng)和光網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的問(wèn)題，主要解決其間的互連和互操作。目前，OIF已確定用于描述光互連網(wǎng)的多協(xié)議參考模型，即光互連網(wǎng)重疊模型。此外，ITU-T也在對(duì)IP over WDM進(jìn)行各種標(biāo)準(zhǔn)化研究。

未來(lái)IP over WDM網(wǎng)絡(luò)應(yīng)方案，幾個(gè)千兆比骨干網(wǎng)路由器間通過(guò)OADM系統(tǒng)和OWDM終端復(fù)用器互連。OADM允許不同光網(wǎng)絡(luò)不同波長(zhǎng)的信號(hào)在不同地點(diǎn)分叉復(fù)用。當(dāng)然，OXC可以取代OADM，在更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

隨著未來(lái)越來(lái)越锪實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（例如話(huà)音業(yè)務(wù)）在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸，QoS和在失敗情況下快速恢復(fù)將成為未來(lái)IP網(wǎng)絡(luò)的中心問(wèn)題。