為適應未來(lái)而設計 的SONET/SDH

在最初部署語(yǔ)音通信時(shí)，SONET/SDH 就已在當今服務(wù)供應商網(wǎng)絡(luò )的部署中發(fā)揮了重要作用，其將語(yǔ)音、視頻及數據在強大可靠的單個(gè)傳輸機制上進(jìn)行了完美組合。然而，當今部署的眾多設備架構均無(wú)法充分進(jìn)行擴展來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)不斷增長(cháng)的數據需求。此外，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數量不斷呈指數增長(cháng)，配置并管理這些網(wǎng)絡(luò )正變得日趨復雜。在當今注重低成本的服務(wù)供應商環(huán)境中，電信運營(yíng)商正在尋求削減資金及運營(yíng)支出的方法。他們需要對其現有 SONET/SDH 基礎設施進(jìn)行無(wú)縫擴展，以便不斷提高容量，同時(shí)還能輕松提供并維持各種業(yè)務(wù)。

三種關(guān)鍵技術(shù)的提高將使服務(wù)供應商在保留語(yǔ)音收入的同時(shí)，還能輕松對其現有 SONET/SDH 基礎設施進(jìn)行調整并擴展到以數據為中心的未來(lái)世界。第一，新的交換結構技術(shù)可向現有及新型平臺――容量可達160 G、320 G、640 G以及更高――提供無(wú)縫的在服務(wù)可擴展性（in-service scalability），而無(wú)需從根本上更改架構。第二，對多播服務(wù)及更靈活端口布局不斷增長(cháng)的需求已增加了連接供應軟件的復雜性；眾多系統廠(chǎng)商正在尋求簡(jiǎn)化并增強供應軟件的方法，因此可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò )性能。最后，SONET/SDH 系統中的端口卡與交換結構之間的標準接口將促進(jìn) ASSP 與 ASIC 廠(chǎng)商之間的互操作性，使系統設計人員能夠靈活地添加使用標準接口的獨特服務(wù)，同時(shí)簡(jiǎn)化系統管理。

分層架構（sliced architecture）可提供出眾的可擴展性

SONET/SDH 交換系統一般采用兩種交換架構中的一種：?jiǎn)渭壔蚨嗉?。使用單級架構通常?huì )創(chuàng )建較小型的疏導結構（grooming fabric）。就特定技術(shù)類(lèi)型而言，單級架構一般固定在帶寬中，如果不升至多級架構，則無(wú)法對其進(jìn)行擴展。由于只有一個(gè)交換元素，因此該系統可輕松進(jìn)行實(shí)施。另一方面，多級結構一般基于時(shí)間、空間、時(shí)間的三級架構，可在物理限制中輕松進(jìn)行擴展。雖然該方法能夠滿(mǎn)足帶寬的可擴展性要求，但需要更多的器件數、更高的功率，而且還會(huì )增加軟件復雜性。例如，利用一個(gè)結構元素來(lái)設計的 SONET/SDH 系統可提供 160G 的交換容量。若要將該結構擴展到 640 G需要12個(gè)這樣的交換元素（在三列中有四個(gè)器件）。即，交換結構的系統成本和功率會(huì )增加12倍，而在累積容量中一般僅增加4倍。

另一種方案是采用分層架構。分層架構可從一個(gè)單元素架構開(kāi)始進(jìn)行線(xiàn)性擴展，從而顯著(zhù)降低了構建可與其多級結構相媲美的大型結構所需的器件數。本質(zhì)上，分層架構可在單級中的多個(gè)并行交換元素間分布數據路徑，每一元素均以亞粒度級（sub-granular level）疏通流量。例如，在上述的擴展問(wèn)題中，我們希望將交換結構的匯集容量從 160 G增加到 640 G。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，如果每個(gè)線(xiàn)路卡與結構卡之間有四個(gè)數據鏈接，則我們希望的上述情況一般便會(huì )實(shí)現（每個(gè)鏈接將以 622Mbit/s 或 2488Mbit/s 的速度運行）。在分層架構中，線(xiàn)路卡的每一數據字節均可在四個(gè)數據鏈接間進(jìn)行擴展，因此第一個(gè)鏈接可承載比特（bits）1和比特2，第二個(gè)鏈接可承載比特3和比特4，依此類(lèi)推。后續時(shí)隙中的后續字節可以相似的方式進(jìn)行分配。由于每個(gè)鏈接上可放置每個(gè)字節的兩個(gè)位，因此這被稱(chēng)為雙位分層。這樣，四個(gè)結構元素一次可兩位兩位地交換數據，以便在出口線(xiàn)路卡（egress line card）處進(jìn)行重新裝配。采用這種分層技術(shù)，該架構僅通過(guò)利用四個(gè)結構元素便可線(xiàn)性擴展到 640 G，而一個(gè)三級非分層架構將至少需要12個(gè)。

在該架構中有著(zhù)許多重要的發(fā)現。首先，每個(gè)結構元素均為來(lái)往于通用端口／時(shí)隙的交換數據。因此，每個(gè)交換元素可執行相同任務(wù)，還可共享通用矩陣配置。第二，每個(gè)線(xiàn)路卡必須能夠標記通過(guò)多個(gè)數據接口的數據，并可在出口線(xiàn)路卡處重新組合該數據。第三，該結構元素自身必須能夠以子粒度級進(jìn)行尋址與交換。盡管這確實(shí)增加了元素自身設計的復雜性，但總體吞吐量與字節可尋址元素是相同的，即只增加交換粒度；雙位分層元素（功率與大?。┑奈锢硖匦耘c字節可尋址元素類(lèi)似。最后，在升級過(guò)程中不改變基礎架構：由于可并行處理數據，因此整個(gè)元素組可作為單個(gè)器件。

快速而靈活的服務(wù)提供

交換架構設計中要解決的最大問(wèn)題之一是如何防止阻塞。當輸入端口／時(shí)隙沒(méi)有被連接到所要求的輸出端口／時(shí)隙時(shí)，即使端口此時(shí)可用，也會(huì )出現阻塞。在雙播流量（bicast traffic）極為普通（例如針對環(huán)應用）的SONET/SDH 系統中，這一問(wèn)題尤為嚴重。對諸如視頻等多播服務(wù)與日俱增的要求進(jìn)一步加劇了這一問(wèn)題的嚴重性。交換結構阻塞性能分三類(lèi)：阻塞、可重排無(wú)阻塞以及嚴格無(wú)阻塞。在嚴格無(wú)阻塞結構中，對所有的連接都可進(jìn)行配置，而不必考慮其中配置連接的順序。在可重排無(wú)阻塞結構中，某些連接可能被阻塞，但始終有可能對現有連接進(jìn)行重排以提供交換資源。在阻塞結構中，重排可能會(huì )減少一些阻塞問(wèn)題，但不可能解決所有可能的連接。對于上述類(lèi)別的每一種，阻塞行為對特定類(lèi)型的流量而言都是特定的。例如，就雙播流量而言，結構可能是可重排無(wú)阻塞的，但對于多播來(lái)說(shuō)可能是阻塞的。

在單個(gè)元素結構中，通過(guò)使用共享核心內存元素可輕松解決阻塞問(wèn)題。在內存元素中，每個(gè)輸出端口／時(shí)隙均可同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)所有的輸出端口／時(shí)隙，因此其屬于針對所有流量形式的嚴格無(wú)阻塞類(lèi)型。共享內存元素還具有其它優(yōu)勢，即配置起來(lái)極其簡(jiǎn)單，您只需針對每個(gè)輸出端口／時(shí)隙配置源端口／時(shí)隙即可，這極大地降低了軟件的復雜性。但是，正如上述所討論的，對單個(gè)元素結構進(jìn)行擴展非常困難。在多級結構中，很難在實(shí)踐中對阻塞或無(wú)阻塞性能進(jìn)行驗證。即使單個(gè)結構元素自身屬于嚴格無(wú)阻塞類(lèi)型，這也不必作為整體擴展到該結構中。過(guò)去，通過(guò)將端口布局限制、多播限制、連接重排以及內部結構加速等進(jìn)行完美結合，SONET/SDH 系統設計人員已創(chuàng )建了實(shí)用的多級結構實(shí)施。隨著(zhù)潛在連接數目的不斷增長(cháng)，基于數據的 SONET/SDH 系統需要消除這種限制。

分層架構的一個(gè)重要屬性是交換元素組整體可作為單個(gè)元素。這與多級方法不同，如果每個(gè)單獨元素自身是一個(gè) 160G 的共享內存元素，則該組將作為容量為 640G 的單個(gè)共享內存元素。分層架構具有能夠將單芯片內存元素向更高容量、多芯片架構擴展的優(yōu)勢，同時(shí)保持配置的簡(jiǎn)易性以及單芯片設計的任意多播功能。這在軟件復雜性方面將實(shí)現顯著(zhù)的節約，同時(shí)也將實(shí)現更快、更確定的供應時(shí)間。供應時(shí)間可降低至通過(guò)微處理器接口在新配置中載入所消耗的時(shí)間。

標準接口可簡(jiǎn)化系統開(kāi)發(fā)與管理

可將 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò )元素分成四個(gè)基本功能平面：數據、控制、定時(shí)及開(kāi)銷(xiāo)。盡管其中大部分主要應用于數據平面，但當網(wǎng)絡(luò )元素擴展到更大容量時(shí)，其它功能平面也必須進(jìn)行擴展。例如，眾多 SONET/SDH 系統采用由基于單個(gè)線(xiàn)路卡的微處理器（可與中央處理器硬連接）組成的控制器組合。微控制器可處理本地配置和中斷處理，并可向中央處理器報道統計數據及事件。中央處理器在網(wǎng)絡(luò )元素層上依次執行配置管理及異常處理。隨著(zhù)數據平面匯集容量的不斷增加，對控制器復雜性的需求也日益增加。通常，控制器本身缺乏復雜性，需要進(jìn)行擴充。相似的分析適用于 SONET/SDH 開(kāi)銷(xiāo)的 DCC 字節中的信號發(fā)送。當端口數量增加時(shí)，信號發(fā)送系統的負擔便會(huì )加重，應需要進(jìn)行重新設計。眾多系統設計人員將此作為把每個(gè)功能平面集成到一個(gè)通用接口的良機，其它功能子系統可共享該通用接口，就如同各種 PC 的功能子系統共享一個(gè)通用共享總線(xiàn)一樣。這種動(dòng)機隱藏在擴展的 SONET/SDH 串行接口或 ESSI 中。ESSI 可定義用于 SONET/SDH 系統的信號發(fā)送標準，并可將控制、定時(shí)及開(kāi)銷(xiāo)管理集成到通用物理接口中。

OIF TDM 到 5 級結構接口 (TFI-5) 的超集 ESSI 可定義三個(gè)功能層：幀、傳輸及路徑。幀層可定義如 SONET/SDH 成幀器與交換結構之間串行線(xiàn)路的物理操作。與 SONET/SDH 中的段層相似，幀層僅存在于物理端點(diǎn)間，例如從成幀器上的發(fā)送端到交換元素上的接收端。電信號信令、成幀、加擾、鏈接錯誤監控及幀同步均嵌入在幀層中。幀層的用途是為網(wǎng)絡(luò )元素各組件間的物理互操作性提供參考點(diǎn)。目前，ESSI 幀層可定義以 622.08 Mbit/s 和 2488.32 Mbit/s 速率運行的串行鏈接。ESSI 幀層可與廣泛的串行技術(shù)兼容，包括 CML 和 LVDS。ESSI 傳輸層可定義基于 ESSI 的系統間的字節透明度，并可直接對應系統中的 STS-N 接口。邏輯層可針對每個(gè)客戶(hù)機信號進(jìn)行定義，并可從入口定位器／映射器擴展到出口定位器／映射器。ESSI 傳輸層的所有組件均可未終結地通過(guò)交換矩陣，包括開(kāi)銷(xiāo)。如果使用交給矩陣分層模式，則還可在傳輸層對該模式進(jìn)行定義。這表明傳輸層可在多個(gè)物理鏈接上進(jìn)行定義，一般為2的冪次方。ESSI 路徑層包括 H1-H3 指針字節、整個(gè) STS-N 有效負載及相關(guān)的路徑開(kāi)銷(xiāo)。針對路徑識別、設備狀態(tài)及路徑狀態(tài)可對其它字節進(jìn)行定義。

可將 ESSI 中的多個(gè)開(kāi)銷(xiāo)字節定義為通用端口，其可用于實(shí)施針對其它功能子系統的專(zhuān)有信號發(fā)送 (proprietary signaling)。由于基于 ESSI 的器件允許訪(fǎng)問(wèn) ESSI 開(kāi)銷(xiāo)，因此在幀層源與匯點(diǎn)（成幀器與交換結構）處可提取并插入傳輸開(kāi)銷(xiāo)。這些技術(shù)的應用范圍包括DCC 字節的集中采集、處理及生成，或控制器綜合通道的實(shí)施。從較小 CPE 設備到大型 MSPP 及 DXC，這種方法在設計及管理 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò )元素方面提供了更大的靈活性，同時(shí)保留標準接口，以允許未來(lái)的擴充。

隨著(zhù)系統容量不斷增加以迎合日益增長(cháng)的帶寬要求，采用分層內存架構的新型交換技術(shù)正將這些系統變得更加經(jīng)濟高效。擴展的 SONET/SDH 串行接口標準化或 ESSI將進(jìn)一步降低系統的成本及復雜性，從而將多個(gè)功能子系統集中到一個(gè)物理子系統中。采用這些關(guān)鍵技術(shù)的多業(yè)務(wù)供應平臺 (MSPP) 將提供史無(wú)前例的在服務(wù)可擴展性、動(dòng)態(tài)服務(wù)供應及更高的網(wǎng)絡(luò )可管理性。新一代疏導架構將使 SONET/SDH 系統容量可從小型光纖接入及邊緣網(wǎng)絡(luò )升級到大型城域光纖核心網(wǎng)絡(luò )，從而簡(jiǎn)化了配置、管理及保護切換所需的