光網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)技術(shù)對比分析

　　一、引言

　　傳統的光網(wǎng)絡(luò )以環(huán)或線(xiàn)性拓撲為主，可提供復用段環(huán)保護、通道環(huán)保護、線(xiàn)性1:1復用段保護、線(xiàn)性1＋1復用段保護及端到端的SNCP保護等一系列保護措施，這些保護措施為業(yè)務(wù)提供了高度的可靠性和快速的保護恢復能力，使得SDH環(huán)網(wǎng)在過(guò)去的很長(cháng)時(shí)間內在本地網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)上得到了廣泛的應用。 但是，隨著(zhù)數據業(yè)務(wù)量的快速增長(cháng)，SDH環(huán)網(wǎng)也不斷暴露出其固有的缺點(diǎn)，特別是在業(yè)務(wù)量比較大且復雜的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)上。因此，采用網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)這一想法日益引起人們的興趣。本文將會(huì )對環(huán)形網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行一般性的對比分析，雖然對比分析主要以SDH網(wǎng)絡(luò )為主進(jìn)行，但分析過(guò)程很少涉及SDH所特有的技術(shù)，因而其基本原理和結論也完全適用于WDM網(wǎng)絡(luò )。

　　二、環(huán)形網(wǎng)與網(wǎng)狀網(wǎng)的分析對比

　　本文主要從網(wǎng)絡(luò )成本和資源利用情況、網(wǎng)絡(luò )生存性、擴展性以及網(wǎng)絡(luò )配置的難度、節點(diǎn)復雜度等幾個(gè)方面對光網(wǎng)絡(luò )中常用的兩種網(wǎng)絡(luò )結構環(huán)形網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行對比分析。

　　1．網(wǎng)絡(luò )成本及資源利用率

　　所謂環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，是指網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)節點(diǎn)通過(guò)兩個(gè)鏈路首尾連接起來(lái)，這樣就會(huì )構成一個(gè)封閉的環(huán)，環(huán)上每個(gè)節點(diǎn)的度都是2，一個(gè)節點(diǎn)數目為N的環(huán)形網(wǎng)絡(luò )所具有的鏈路數目也為N。在環(huán)形網(wǎng)絡(luò )中，任何兩個(gè)節點(diǎn)之間都有長(cháng)短兩條傳輸方向相反的路由，這就為網(wǎng)絡(luò )的保護提供了有力的物理基礎。

　　所謂網(wǎng)狀網(wǎng)，一般是指每個(gè)節點(diǎn)至少具有兩條鏈路同其他節點(diǎn)連接起來(lái)。網(wǎng)狀網(wǎng)的結構是復雜多變的，連通度要比環(huán)形網(wǎng)高。一個(gè)節點(diǎn)數目為N的網(wǎng)狀網(wǎng)所具有的鏈路數可能在N+1和N*(N-1)/2之間變化。特別是，當節點(diǎn)之間兩兩都有鏈路相互連接的時(shí)候，就成為全連通網(wǎng)狀網(wǎng)，鏈路的數目將達到N*(N-1)/2。

　　在構建一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )時(shí)，通常業(yè)務(wù)需求應該是已知的，這樣網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)就可以確定下來(lái)，如何選擇鏈路將節點(diǎn)相互連接起來(lái)就成為確定網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的關(guān)鍵。

　　網(wǎng)絡(luò )的成本主要由節點(diǎn)成本和鏈路成本構成，其中節點(diǎn)成本主要包括光接口、光收發(fā)器、交叉處理板、業(yè)務(wù)板卡等的成本，鏈路成本主要包括光放大器、光纖等的成本。對于相同的電路需求，采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)狀網(wǎng)所需的業(yè)務(wù)板卡基本是一致的。因此，對網(wǎng)絡(luò )成本的比較，應該主要從光接口、光收發(fā)器、光放大器、光纖的成本來(lái)進(jìn)行考慮，而這幾個(gè)都是與節點(diǎn)之間的鏈路一一對應、基本成正比的。所以考察網(wǎng)絡(luò )的成本可以主要從網(wǎng)絡(luò )中的鏈路數目來(lái)進(jìn)行比較。

　　圖1環(huán)形和網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結構

　　下面用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明環(huán)形網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)狀網(wǎng)的成本情況。

　　如圖1所示，網(wǎng)絡(luò )中有6個(gè)節點(diǎn)A、B、C、D、E和F，假設網(wǎng)絡(luò )中每條鏈路的容量為STM-16，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假定環(huán)上每段鏈路的16個(gè)STM-1通道中只有8個(gè)STM-1通道可以用做工作通道，鏈路另外一半容量留做保護資源。表1給出了兩種不同的業(yè)務(wù)需求。

　　對于表1（a）中的電路需求，易知圖1（a）所示的環(huán)形網(wǎng)絡(luò )可以滿(mǎn)足，但業(yè)務(wù)已經(jīng)幾乎占滿(mǎn)了整個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò )的容量。而對于圖1（b）所示的網(wǎng)狀網(wǎng)，由于結構比較復雜，不容易看出，為方便討論，可以將其劃分為兩個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò )A－B－D－E－A和A－C－D－F－A，如圖2所示。同時(shí)，將表1（a）中的電路也根據劃分后的兩個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分攤，如表2所示?？梢钥闯?，網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)行分割后的兩個(gè)環(huán)上的容量都只用到了50％左右，仍有很大擴容空間。環(huán)形網(wǎng)絡(luò )所需鏈路數目為6，網(wǎng)狀網(wǎng)所需鏈路數目為10，其資源利用率要比環(huán)形網(wǎng)絡(luò )低。

　　在電路需求有了一定增長(cháng)，成為如表1（b）所示的電路需求之后，對于圖1（a）所示的環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，就必須新建一個(gè)環(huán)，此時(shí)所需的鏈路數達到了2x6＝12個(gè)。對于圖1（b）所示的網(wǎng)狀網(wǎng)，類(lèi)似的對表1（b）中的電路進(jìn)行分割后，如表3所示，可以看出，分割后的兩個(gè)環(huán)上仍有足夠的容量承載新增的電路，網(wǎng)狀網(wǎng)所需鏈路數目仍為10個(gè)。此時(shí)，網(wǎng)狀網(wǎng)要比環(huán)形網(wǎng)資源利用率高。

　　表3對表1（b）中電路需求的分攤

　　從上面的例子可以看出，在電路需求比較小時(shí)，網(wǎng)絡(luò )上有足夠的空余容量，因此需要鏈路資源比較少的環(huán)形網(wǎng)絡(luò )在成本上具有優(yōu)勢。而在電路需求比較大時(shí)，網(wǎng)狀網(wǎng)相比環(huán)形網(wǎng)絡(luò )具有更大的成本優(yōu)勢，資源利用率更高。這主要是因為在環(huán)形網(wǎng)絡(luò )上，業(yè)務(wù)沒(méi)有捷徑可走，業(yè)務(wù)的工作路徑和保護路徑相加至少可以覆蓋一個(gè)完整的環(huán)網(wǎng)。而在網(wǎng)狀網(wǎng)中，可以在業(yè)務(wù)量比較大的節點(diǎn)之間建立“直達”通路，縮短了業(yè)務(wù)的工作和保護路徑，在上面的例子中，就體現為縮小了環(huán)的規模，包括環(huán)的總長(cháng)和環(huán)上節點(diǎn)的數量。

　　圖3保護業(yè)務(wù)進(jìn)行負荷分擔的情況

　　在上面的例子中，我們是按照所有鏈路都留出50％的容量作為保護資源來(lái)考慮的。對于環(huán)形網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)節點(diǎn)的度為2，工作和保護業(yè)務(wù)分別從節點(diǎn)的兩個(gè)方向流通，鏈路上必須有一半的容量留做保護通道。而對于網(wǎng)狀網(wǎng)，由于網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)的度可能大于2，保護業(yè)務(wù)可以在除工作路徑外的其他不只一個(gè)保護路徑上進(jìn)行負荷分擔，如圖3所示。這樣，鏈路中的備用資源比例就可以進(jìn)一步降低，能夠承載的電路數量就得到了增加，鏈路的資源利用率也得到了進(jìn)一步的提高，網(wǎng)絡(luò )的成本可以進(jìn)一步降低。

　　需要指出的是，以上的分析雖然是在SDH網(wǎng)絡(luò )的基礎上進(jìn)行的，但主要是基于網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行的，并不涉及SDH網(wǎng)絡(luò )中的特定技術(shù)，因此所得出的結論也同樣適用于WDM光網(wǎng)絡(luò )。只是在SDH網(wǎng)絡(luò )中，鏈路資源是指光纖、光放大器及光收發(fā)器等；在WDM光網(wǎng)絡(luò )中，鏈路資源指的是光纖、光放大器、合波/分波器、波長(cháng)轉換器等，成本要更高，而波道則對應于SDH網(wǎng)絡(luò )中端到端的業(yè)務(wù)通道。

　　2．網(wǎng)絡(luò )生存性

　　網(wǎng)絡(luò )生存性是指在發(fā)生故障的情況下，網(wǎng)絡(luò )仍能維持業(yè)務(wù)連續性的能力。網(wǎng)絡(luò )生存性技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò )保護和恢復技術(shù)，相應地，網(wǎng)絡(luò )從故障中恢復采用兩種機制，即保護機制和恢復機制。保護機制是指采用預先規劃的方法分配網(wǎng)絡(luò )資源，用硬件冗余來(lái)保證網(wǎng)絡(luò )對故障的恢復；恢復機制是指網(wǎng)絡(luò )失效后，動(dòng)態(tài)尋找可用資源并采用重選路由的方法繞過(guò)失效部件。

　　在環(huán)形網(wǎng)絡(luò )中，SDH自愈環(huán)提供兩纖單向通道倒換環(huán)UPSR、四纖雙向復用段倒換環(huán)BLSR/4以及兩纖雙向復用段倒換環(huán)BLSR/2等保護方法，使得網(wǎng)絡(luò )具有了快速的保護恢復能力，能夠實(shí)現50ms的業(yè)務(wù)恢復時(shí)間要求，表4對這幾種自愈環(huán)的性能進(jìn)行了比較。圖4給出了環(huán)形網(wǎng)絡(luò )中通道保護和復用段保護的基本原理。SDH網(wǎng)絡(luò )中的幾種自愈環(huán)技術(shù)也可以推廣到WDM環(huán)網(wǎng)中應用，而且其特征基本上是一樣的。

　　在網(wǎng)狀網(wǎng)中，由于網(wǎng)絡(luò )結構復雜，生存性問(wèn)題比環(huán)形網(wǎng)要復雜得多，一般是采用保護和恢復相結合的方法來(lái)保證其生存性，這樣一方面可以保證故障情況下的保護時(shí)間，同時(shí)又可以保證資源的合理利用，如圖4所示。根據重選路由的類(lèi)型，又可以分為基于通道的通道保護恢復和基于鏈路的復用段保護恢復。根據保護資源是否可以有多個(gè)工作通道共享，又分為專(zhuān)用保護恢復和共享保護恢復方式。一般來(lái)說(shuō)，預選路由的專(zhuān)用保護方法具有保護速度快的優(yōu)點(diǎn)，但因為其保護通道專(zhuān)用，導致資源利用率相對比較低。采用共享保護方式能夠提高網(wǎng)絡(luò )的性能，降低網(wǎng)絡(luò )阻塞率，提高資源利用率。

　　從整體上來(lái)說(shuō)，網(wǎng)狀網(wǎng)在生存性上與環(huán)形網(wǎng)絡(luò )相比，有如下優(yōu)點(diǎn)；

　　提供更多的保護恢復方式（1+1，1:1，動(dòng)態(tài)恢復等），可以滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)等級的需要；

　　更適用于共享保護恢復方式，所需的備用資源比較少，網(wǎng)絡(luò )資源利用率高；

　　節點(diǎn)間路徑的增多，使得網(wǎng)絡(luò )具有較強的抗多點(diǎn)失效能力，網(wǎng)絡(luò )生存性更高。

　　3．網(wǎng)絡(luò )擴展性

　　在環(huán)形網(wǎng)絡(luò )中，當需要加入一個(gè)新節點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò )中時(shí)，必須斷開(kāi)環(huán)上業(yè)務(wù)，對全網(wǎng)業(yè)務(wù)造成影響。而在網(wǎng)狀網(wǎng)中，新節點(diǎn)的加入只對新節點(diǎn)所連接的節點(diǎn)有影響，不需要中斷網(wǎng)絡(luò )上的現有業(yè)務(wù)，可以很方便的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )擴展。

　　從上述的例子可以看出，當網(wǎng)絡(luò )上容量不足需要擴容時(shí)，環(huán)形網(wǎng)絡(luò )需要對整個(gè)環(huán)進(jìn)行擴容，而在網(wǎng)狀網(wǎng)中，只需要對相應的跨段鏈路進(jìn)行擴容就可以了，大大節約了網(wǎng)絡(luò )的擴容成本。

　　此外，網(wǎng)狀網(wǎng)可以分區域、分步驟的采用新技術(shù)，逐步向新一代的網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)，而環(huán)形網(wǎng)必須以整個(gè)環(huán)為單位，限制了網(wǎng)絡(luò )的升級。

　　4．網(wǎng)絡(luò )配置和節點(diǎn)復雜程度

　　環(huán)形網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )結構單一，主要有通道倒換環(huán)和復用段倒換環(huán)兩種方式，在鏈路中對工作通道有足夠的保護資源預留，網(wǎng)絡(luò )規劃和故障后的倒換機制都比較簡(jiǎn)單，而且對節點(diǎn)的交叉能力要求比較低。

　　在網(wǎng)狀網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò )結構復雜多樣，不具有統一性，網(wǎng)絡(luò )規劃、工作路徑和保護路徑的選擇等都需要復雜的算法，特別在WDM光網(wǎng)絡(luò )中，還涉及到波長(cháng)轉換和分配的問(wèn)題。另外，在網(wǎng)絡(luò )中還需要一整套復雜的信令機制以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中大量的控制功能，這對節點(diǎn)的智能性也提出了要求。而且，在網(wǎng)狀網(wǎng)中，一個(gè)節點(diǎn)可能同時(shí)與其他多個(gè)節點(diǎn)相連接，對節點(diǎn)的交叉能力要求也比環(huán)形網(wǎng)中要高。

　　三、總結

　　從網(wǎng)絡(luò )成本和資源利用情況、網(wǎng)絡(luò )生存性、擴展升級來(lái)看，網(wǎng)狀網(wǎng)具有比環(huán)形網(wǎng)絡(luò )不可比擬的優(yōu)勢。這主要是由于環(huán)形網(wǎng)絡(luò )是以環(huán)為單位，整個(gè)環(huán)作為一個(gè)不可分割的整體，任何兩個(gè)節點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)（工作業(yè)務(wù)和保護業(yè)務(wù)）都會(huì )跨越整個(gè)環(huán)，環(huán)上任何一段鏈路都會(huì )對網(wǎng)絡(luò )上的業(yè)務(wù)造成影響。而在網(wǎng)狀網(wǎng)中，打破了這種捆綁，雖然在工作路徑和保護路徑之間仍有聯(lián)系，也可能還采用類(lèi)似環(huán)形網(wǎng)絡(luò )中的保護恢復方式，但由于網(wǎng)絡(luò )中控制機制的根本不同，這些聯(lián)系不像環(huán)形網(wǎng)絡(luò )中是捆綁在一起不可改變的，而可以根據需要進(jìn)行靈活的變更，當然這需要豐富的底層物理資源作保證。

　　另一方面，網(wǎng)狀網(wǎng)的這些優(yōu)勢是通過(guò)復雜的網(wǎng)絡(luò )規劃算法、路徑選擇算法、信令控制機制和節點(diǎn)的智能性、大交叉能力來(lái)取得的。令人欣喜的是，硬件技術(shù)的發(fā)展和以GMPLS信令為基礎的控制平面技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)為此提供了可靠的保證。

　　因此，在擁有功能完善的控制平面的智能光網(wǎng)絡(luò )中，可以采用網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)而不必擔心網(wǎng)絡(luò )配置的復雜多樣，也只有采用網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，才能在網(wǎng)絡(luò )中提供更多的資源，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )控制平面靈活快速提供多樣性業(yè)務(wù)的目的。