1 引言
隨著互聯網技術的迅速發(fā)展，因特網協議（IP）已經成為數據通信的主流協議，這樣必然需要架構適合IP業(yè)務的承載網絡來解決傳統(tǒng)數據網絡所面臨的問題。
由于波分復用（WDM）傳輸技術日趨成熟，并且與其它傳輸技術相比具有很大的優(yōu)勢。因此，IPoverWDM光網絡成為一種必然的選擇。然而，現階段IPoverWDM光網絡的建設技術上還不成熟，因此GMPLS、T-MPLS和ASON技術的結合成為IPoverWDM光網絡的研究熱點。
2 IPoverWDM光網絡的協議規(guī)范
IPoverWDM光網絡就是直接在光上運行的因特網，其網絡結構有3種基本模型：
①重疊模型，對已有光網絡設備的改動較少，近期能夠實現。
②對等模型，僅能工作在IP層與光傳送層具有同一操作管理實體的情況下。
③擴展模型，是前面兩種模型優(yōu)點的融合。
IPoverWDM的分層模型主要有光網絡層、數據網絡層及適配和管理功能組成，如圖1所示。光網絡層負責提供通道；數據網絡層提供數據的處理和傳送；層間適配和管理用于適配數據網絡和光網絡，包括保護和恢復、配置管理、性能管理、連接管理和會話管理等。在連接過程中，數據網絡單元和光網絡單元通過相應的協議進行協商，以提供連接所需要的帶寬。連接管理過程如圖2。
常用的保護和恢復功能是：光網絡層具有保護功能；光網絡層沒有保護功能，而IP業(yè)務層有保護功能；光網絡層和IP業(yè)務層都具有保護和恢復功能。
IPoverWDM的協議模型包括IP層協議、IP適配層協議、光通路層協議、WDM光復用段協議和WDM光傳輸段協議。客戶層協議包括IPv4和IPv6等；IP適配層協議用于進行IP多協議封裝、差錯檢測、分組定界以及服務質量控制等；光復用段功能包括線路故障分段、帶寬復用、保護切換及其它傳送網維護；光傳輸段功能包括高速傳輸和光放大器故障分段等。IPoverWDM的幀結構有兩種形式：以太網幀格式和SDH幀格式。
⑴ 以太網幀格式
目前局域網中主要采用以太網幀結構，此種格式下報頭包含的網絡狀態(tài)信息不多，但由于沒有使用造價昂貴的再生設備，因而成本相對較低。由于使用的是"異步"協議，故對抖動和定時不如SDH幀敏感。由于與主機的幀結構相同，因而在路由器接口上需對幀拆裝分割、使數據幀和傳輸幀同步的比特塞入操作。
⑵ SDH幀格式
目前網絡再生設備大多采用SDH幀格式。此種格式下報頭載有信令和足夠的網絡管理信息，便于網絡管理。但在路由器接口上針對SDH幀的拆裝分割處理耗時，且采用SDH幀格式的轉發(fā)器和再生器造價昂貴。現正在制定一種新的幀結構標準，稱作"SlimSDH"。它提供SDH幀的許多功能是在報頭位置、幀大小和分組大小匹配方面使用了更新的技術。
3 IPoverWDM光網絡技術
分組光交換技術是一種IPoverWDM光網絡技術，由于其目前還不成熟，因此現有的分組交換單元是由電信號來控制，即電控光交換。其中，光的電路交換技術（OCS）已發(fā)展得較成熟，進入實用化階段。但是，OCS光網絡沒有擺脫電路交換的局限性，且無法承載IP數據業(yè)務，所以光交換技術的最終發(fā)展趨勢是光控光交換。分組光交換系統(tǒng)的關鍵技術包括：光分組交換技術（OPS）、光突發(fā)交換技術（OBS）和光多協議標記交換技術（OMPLS）。
⑴ OPS
交換原理如圖3所示，交換系統(tǒng)在輸入接口完成光分組讀取和同步功能，并將小部分光功率送入控制單元，來完成如光分組頭的識別和凈荷定位等功能；光交換矩陣為經過同步的光分組選擇路由，最后輸出接口完成光分組頭的重寫和光分組再生。OPS有著很強的適應突發(fā)數據和承載IP數據業(yè)務的能力，但其存在交換節(jié)點處難以實現精確同步和光緩存器技術還不成熟的問題。因此，OPS在短時間內難以實現。
⑵ OBS
作為電路交換到分組交換的過渡，OBS克服了OPS的缺點，并且比OCS提高了資源利用率和資源分配的靈活性。光突發(fā)分組為可變長度，其突發(fā)數據包含2種分組：承載路由信息的控制分組和承載業(yè)務的數據分組。OBS網絡的邊緣處抵達的IP包將被封裝成突發(fā)，首先在控制波長上發(fā)送控制分組，而在另一個不同波長上發(fā)送數據分組，如圖4所示。控制分組中的控制信息要通過路由器的電子處理，數據分組則直接在端到端的透明傳輸信道中傳輸。這樣就實現數據信道的帶寬資源的動態(tài)分配。
⑶ OMPLS
主要應用在IP包的全光標記交換。IP包在核心光網絡的接入處，邊緣路由器通過標記對IP包重新包封；在核心光網絡內部，全光核心路由器通過波長轉換和標記交換，對新的IP包選路和傳遞；IP包在核心光網絡輸出處，邊緣路由器移去副載波復用標記，并進行一次波長轉換。IP包標記交換簡化了IP包的傳輸，并支持其他協議。
4 IPoverWDM光網絡的實現方案
為了適應IPoverWDM的需要，IETF推出了側重控制的GMPLS技術；為了解決IP網絡是無連接的，不滿足網絡高可靠性要求的問題，ITU-T提出了面向連接并側重傳輸的T-MPLS技術。因此，將兩種技術結合是IPoverWDM光網絡的一種解決方案。同時，智能光網絡（ASON）是ITU-T提出的實現向全光網過渡的、能夠提供動態(tài)連接建立的，具有相當智能的下一代光網絡。將ASON和GMPLS結合，讓它們發(fā)揮各自的優(yōu)勢，是IPvoerWDM光網絡發(fā)展的趨勢。
4.1 GMPLS+T-MPLS實現方案
標準化組織IETF推出了可用于光層的通用多協議標記交換（GMPLS）技術，GMPLS正是多協議標記交換（MPLS）向光網絡擴展的產物，使其可以對分組、TDM時隙、波長組和光纖等用標記進行統(tǒng)一標記，使得GMPLS不但可以支持分組和ATM信元，而且可支持WDM光網絡。GMPLS對標記交換路徑進行了修補和補充，并且設計了一個全新的鏈路管理協議，用以充分利用WDM光網絡的資源和解決光網絡中的各種鏈路的管理問題。未來的傳送網將會有許多不同的網元構成，存在多種交換層面，而GMPLS能為這些交換層面提供統(tǒng)一的控制平面，對傳輸網進行控制管理。
ITU-T提出的傳送MPLS（T-MPLS）技術（2006年ITU-T日內瓦會議上對T-MPLS達成了廣泛的共識）是為了滿足IP業(yè)務可靠性的要求。同時，它也是為了適應傳送網架構的需要，簡化MPLS的、一種面向連接的分組傳送體系，其結構如圖5所示。T-MPLS控制面的功能包括業(yè)務接納、信令控制、路由控制、保護恢復等；傳送面負責將客戶數據及信令數據的適配和轉發(fā)；管理平面提供對傳送平面、控制平面和系統(tǒng)整體的管理功能。T-MPLS作為中間適配層，既能夠針對3層的IP數據包，又能針對2層的數據業(yè)務，其面向連接的特性能夠充分保證上層業(yè)務所提出的質量要求，能夠獨立于相應的業(yè)務層進行操作。采用T-MPLS技術后，未來的核心網絡可以簡化為一個純光層面和一個電層面：光層面主要是波長的交換；電層面則是固定速率業(yè)務在ODU數據單元交換和分組業(yè)務在T-MPLS上的交換。
T-MPLS側重傳輸，它增強了傳輸功能，刪掉了不必要的功能，進一步發(fā)展了OAM和智能控制面技術；GMPLS側重控制，它只需發(fā)起一個GMPLS信令，分組交換節(jié)點可以在需要時建立一條通向其它分組交換節(jié)點的波道。有了T-MPLS針對分組傳送網的新技術，再加上GMPLS強大的控制功能，必將適應傳送網的發(fā)展方向。因此，GMPLS和T-MPLS技術共同作用成為IPoverWDM光網絡的一種解決方案。
4.2 ASON+GMPLS實現方案
IPoverWDM應用技術的不斷深入和發(fā)展，對光網絡智能化的需求也將越來越受到業(yè)界的重視，而TMPLS傳輸網絡只是一條預先配置好的物理線路，分組交換節(jié)點不能按照資源需求動態(tài)地配置傳輸網絡內部的物理線路資源。為了能適應未來IPoverWDM光網絡能夠動態(tài)地配置網絡資源和傳送信令的要求，智能光網絡（ASON）技術被引入IPoverWDM光網絡。
考慮到全光網在目前難以實現，ITU-T轉向實現全光網的一種過渡型網絡——ASON,其結構如圖6所示。ASON通過定義UNI以及網絡到網絡接口，可以支持多種廠商的設備，支持多種不同的技術。ASON管理平面采用分布式的域間網絡管理來對這些接口進行管理，實現了綜合的網絡管理。
ASON技術的出現是光傳送網絡向智能化方向的發(fā)展，通過在傳統(tǒng)傳輸網絡中引人智能化的控制平面，以網絡信令方式將數據網和傳送網結合在一起，進而實現了實時動態(tài)網絡管理。ASON能提供比目前的光網絡快速的光通道建立，并且提供多種粒度的信道服務和靈活的管理功能。
ASON管理平面通過對接口的管理，綜合了IP和WDM的網絡管理的功能；采用分布式的域間網絡管理，實現了綜合網絡管理的新理念。ASON控制面使光網絡產生了很大的變化，而GMPLS（側重控制）就是實現ASON網絡控制面的最佳協議，它提供了一種多層次的控制平面的互操作。因此，GMPLS和ASON技術相結合，發(fā)揮它們各自的優(yōu)勢，使IPvoerWDM光網絡具有智能化，這是IPvoerWDM光網絡發(fā)展的趨勢。
5 結語
IPoverWDM光網絡具有諸多優(yōu)勢，它是光網絡的發(fā)展的必然方向。IP技術與WDM技術的結合，使IP數據流直接進入光通道，有利于充分利用WDM的大容量與IP統(tǒng)計復用的優(yōu)勢，真正達到IP優(yōu)化的目的。雖然現在IPoverWDM網絡實現起來還有些困難，但GMPLS、T-MPLS和ASON技術的完善，為目標的實現提供了較好的選擇方案，這對于IPoverWDM光網絡的發(fā)展有重要的影響。
