光通信技术向电信级以太网发展

2008/06/16,业界对光网络系统的投资正从SONET/SDH向基于WDM的以太网转移。这种网络目前被认为是最适合扩展网络容量，以适应电信级以太网和三重业务的技术。借助于WDM光传输的巨大带宽，下一代网络的设计者可以提高以太网交换技术的效率。
　　本文将回顾光通信技术支持以太网包交换业务的发展过程，比较主要WDM以太网传输技术的带宽利用率，描述电信级以太网的主要标准，并说明建设与维护一个基于WDM的光传输网络的成本。

　　向基于WDM的以太网发展

　　SONET/SDH出现于上世纪九十年代初。作为TDM的承载网络，它为点对点传输作了专门优化。可以说，SONET/SDH是应用最广泛的光网络标准。Infonetics研究预测，用于SONET/SDH建设的光网络
　　设备投资于2006年达到顶峰，然后会逐渐向基于WDM的以太网转移。
　　很多因素促成了这一转变。其中最主要的原因是，相对TDM传输而言，通过以太网以IP包交换形式传输的数据量增长非常迅速，而SONET/SDH只为点对点传输优化，并不适用于承载以太网汇聚业务。另一个原因是，10Gbit/s以太网接口的出现，为以太网传输提供了经济的方法。
　　最近，由于能提供确定性的网络、低于50毫秒的恢复时间和强壮的OA&M功能，运营商对基于
　　SONET/SDH的以太网设备的兴趣越来越浓厚。随着网络传输容量的不断增长，SONET/SDH最高每环10Gbit/s的容量已不能满足需求，因此人们引入了WDM光路交换技术，实现了在一根光纤中同时传输多路SONET/SDH。由于必须传输管控信息，需要增加很多与客户无关的接口，导致这种堆环结构的造价非常高。
　　ITU-T光传输网络(OTN)G.709标准已经公布十年多，实现了在点对点结构中光复用器的互通。OTN支持光纤通道、ESCON、SONET/SDH和以太网结构，为它们提供了灵活的OA&M和前向纠错性能。不过，OTN并未针对以太网传输优化。OTN-1容器定义为一个2.5Gbit/s负载，要想使用一个吉比特以太网接口，就必须将其映射到这个OTN-1上，容量浪费非常大。
　　基于WDM的以太网消除了以太网传输的中间层(SONET、OTN)，提高了包交换业务的带宽利用率。最近，大多数电信设备供应商对外公布了他们研发的相关产品。基于WDM的以太网将第二层以太交换的高效率和WDM的高带宽相结合，同时具备确定性、低于50毫秒的恢复时间和强壮的OAM功能。

　　主要标准

　　目前，已有和正在发展的标准主要关注将以太网从一个企业级协议向运营商业务和传输协议转变。
　　1998年为局域和城域网络制定的IEEE 802.1q标准面世。这一标准为原始的以太网增加了虚拟桥接局域网(VLAN)功能。VLAN允许在一个共享链路上隔离不同以太网广播域间的传输。同年也颁布了为以太网业务优先级别进行标识的IEEE 802.1p标准，为同一连接中不同传输流定义了相对优先级。
　　IETF为多协议标记交换(MPLS)制定的标准还包括与传输相关的内容，但这一标准只允许以太网业务的点对点连接。而IETF后来颁布的虚LAN业务(VPLS)则为MPLS添加了点对多点连接功能。
　　2004年，城域以太网论坛(MEF)参考非常成功的帧中继业务标准，制定发布了电信级以太网业务的技术规范，其速率远远高于T1和DS3。
　　MEF定义了以太网专用线路(EPL)，可以提供被称为约定信息速率(CIR)的点对点专用以太网链路。现在，由于EPL属于电路交换模式，很多运营商都可以在已有的SONET/SDH和OTN传输系统上提供EPL，而不需要以太网汇聚、交换或相对较高的QoS要求。
　　而以太网LAN(E-LAN)定义为点对多点的第二层以太网业务。市场研究机构Vertical Systems Group预测，由于大量企业用户从帧中继向电信级以太网业务转换，E-LAN将成为未来发展最快的
　　以太网业务。问题是，在基于电路交换的结构中，每一个E-LAN接入线路都必须与第二层交换连接，导致带宽被浪费，部署E-LAN的成本增加很多。
　　E-LAN常被用作高层业务(如IPTV)的基础传输。此时，类似于广播的业务必须经过多个点对点连接实现传输，无形中降低了带宽使用率。
　　最近，ITU-T和IEEE的建议都提出了光包交换技术。其中传输MPLS(T-MPLS)是ITU提出的标准。这一标准定义了传输级MPLS的功能，并着重定义了包传输网络的OAM和保护切换等功能。
　　电信级骨干网桥接(PBB)和电信级骨干网传输(PBT)(又被称作PBB-TE)，是IEEE提出的标准。在PBB，或称为MAC-in-MAC技术中，用户的以太网MAC地址和负载被封装进运营商的以太网帧中，然后通过运营商的MAC地址实现网络中的交换与传输。
　　而PBT技术为端到端以太网传输提供了工具，保证了以太网业务通过电信级以太光传输网络时的QoS。PBB/PBT的目的是提供低成本的二层交换和以太网汇聚设备，以便为电信级以太网业务提供合适的网络。

　　带宽利用率

　　基于WDM的以太网技术已经极大地提高了光通信的带宽利用率。目前大多数已部署的WDM平台采用电路交换的形式，即每个波长用作一个点对点连接。因此，为了维持一个点对点光链路，就必须专门配备两个收发器。
　　最早的基于WDM的以太网系统将单个1Gbit/s或10Gbit/s以太网接口直接映射到一个波长里，作为一路信号收发。这种方法实现简单，但带宽利用率很低。
　　20Gbit/s的数据从核心网过来。路由器通过城域电信级以太光传输网络将数据传递到接入节点。由于数据带宽大于传输容量，2.5Gbit/s的单路波长已经不够用，必须部署10Gbit/s，结果导致备用容量的上升以及成本的增加。
　　为了提高带宽利用率，光路交换供应商开发了以太网接口疏导模块，静态地将多路以太网接口映射到一个波长中。例如，有些系统可以将多个1Gbit/s以太网接口合并到一个10Gbit/s波长中。这种方法确实提高了一部分带宽利用率，但由于不论是否有传输需求，每个接口都占用了部分带宽，导致利用率仍然不高。
　　最近，有些供应商已经为光路交换平台增加了二层包交换模块。这些系统允许任意一个以太网接口中的包交换到预先指配的波长中，从而降低了以太网接口的数量，提高了带宽利用率。这种方法相对疏导系统确实有所改进，但仍存在带宽浪费。
　　光突发交换(OBS)已经逐渐成为光路交换的替代技术。两种交换技术的主要区别在于，光突发交换仅仅需要一半数量的收发器。光路交换为每两个接入点指配一对专用收发器，而突发交换为每个接入点配置一个突发收发器，就可以实现一个环上任意节点间的包传输。这种技术提高了光域的包复用效率，每个收发器共享了所有节点的带宽，传输容量可以实时进行再分配。
　　OBS具备低于50毫秒恢复的能力，能够提供确定性的、类似电路的以太网包传输能力。

　　总拥有成本

　　传统的组网开支分为基本建设开支和运营开支，它们共同构成了电信级光以太网的总成本。

　　光通信系统的基本建设费用主要由需要部署的收发器数量决定，它们的价格一般是整个网络中最贵的。同样的，包交换系统的基本建设费主要由高速以太网接口数量决定。只有争取最少的收发器和接口数量，才能最大限度地降低建设成本。
　　通过提高光路交换的连接性，具备接口疏导和二层交换能力的波分复用以太网可以减少路由器端的以太网接口。
　　采用光路交换的光以太网平台需要为每一个点对点连接指配两个专用收发器，而突发交换系统一个节点只需要一个收发器。这使得OBS网络与光路交换结构相比，所需的收发器减少了一半。
　　电信级光以太网的运营成本包括包业务设施的运营成本和光收发传输设施的运营成本。其中，光收发传输设施的运营成本主要由固定运维成本决定，其形式主要是业务维护合同，一般是整个系统资产投资的固定百分比。当然，计划升级、增加新容量和重置网络容量也会增加运营成本。
　　网络设计者不仅要考虑目前已经提供的以太网业务(主要指EPL)，还要考虑传统传输网络提供E-LAN业务的需求。在光路交换网络中点对多点连接必须占用回程线路，因此采用E-LAN业务的用户越多，传输网络的结构就越复杂。
　　目前，基于WDM的以太网技术已经成为承载电信级以太网业务和三重业务的最佳技术。而这种技术的不同方案可以提供不同级别的带宽利用率和成本。通过将T-MPLS或PBT的电路控制模式、以太网的高效率和WDM的大容量结合，电信级光以太网传输技术将变得更加有效。

来源:光波通信