光網(wǎng)絡組網(wǎng)技術對比分析

　　一、引言

　　傳統(tǒng)的光網(wǎng)絡以環(huán)或線性拓撲為主，可提供復用段環(huán)保護、通道環(huán)保護、線性1:1復用段保護、線性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)在過去的很長時間內(nèi)在本地網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)上得到了廣泛的應用。 但是，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務量的快速增長，SDH環(huán)網(wǎng)也不斷暴露出其固有的缺點，特別是在業(yè)務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)進行組網(wǎng)這一想法日益引起人們的興趣。本文將會對環(huán)形網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)進行一般性的對比分析，雖然對比分析主要以SDH網(wǎng)絡為主進行，但分析過程很少涉及SDH所特有的技術，因而其基本原理和結論也完全適用于WDM網(wǎng)絡。

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

　　本文主要從網(wǎng)絡成本和資源利用情況、網(wǎng)絡生存性、擴展性以及網(wǎng)絡配置的難度、節(jié)點復雜度等幾個方面對光網(wǎng)絡中常用的兩種網(wǎng)絡結構環(huán)形網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)進行對比分析。

　　1．網(wǎng)絡成本及資源利用率

　　所謂環(huán)形網(wǎng)絡，是指網(wǎng)絡中每個節(jié)點通過兩個鏈路首尾連接起來，這樣就會構成一個封閉的環(huán)，環(huán)上每個節(jié)點的度都是2，一個節(jié)點數(shù)目為N的環(huán)形網(wǎng)絡所具有的鏈路數(shù)目也為N。在環(huán)形網(wǎng)絡中，任何兩個節(jié)點之間都有長短兩條傳輸方向相反的路由，這就為網(wǎng)絡的保護提供了有力的物理基礎。

　　所謂網(wǎng)狀網(wǎng)，一般是指每個節(jié)點至少具有兩條鏈路同其他節(jié)點連接起來。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。一個節(jié)點數(shù)目為N的網(wǎng)狀網(wǎng)所具有的鏈路數(shù)可能在N+1和N*(N-1)/2之間變化。特別是，當節(jié)點之間兩兩都有鏈路相互連接的時候，就成為全連通網(wǎng)狀網(wǎng)，鏈路的數(shù)目將達到N*(N-1)/2。

　　在構建一個通信網(wǎng)絡時，通常業(yè)務需求應該是已知的，這樣網(wǎng)絡中的節(jié)點就可以確定下來，如何選擇鏈路將節(jié)點相互連接起來就成為確定網(wǎng)絡拓撲結構的關鍵。

　　網(wǎng)絡的成本主要由節(jié)點成本和鏈路成本構成，其中節(jié)點成本主要包括光接口、光收發(fā)器、交叉處理板、業(yè)務板卡等的成本，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)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)所需的業(yè)務板卡基本是一致的。因此，對網(wǎng)絡成本的比較，應該主要從光接口、光收發(fā)器、光放大器、光纖的成本來進行考慮，而這幾個都是與節(jié)點之間的鏈路一一對應、基本成正比的。所以考察網(wǎng)絡的成本可以主要從網(wǎng)絡中的鏈路數(shù)目來進行比較。

　　圖1環(huán)形和網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結構

　　下面用一個例子來說明環(huán)形網(wǎng)絡和網(wǎng)狀網(wǎng)的成本情況。

　　如圖1所示，網(wǎng)絡中有6個節(jié)點A、B、C、D、E和F，假設網(wǎng)絡中每條鏈路的容量為STM-16，為簡化起見，假定環(huán)上每段鏈路的16個STM-1通道中只有8個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)絡可以滿足，但業(yè)務已經(jīng)幾乎占滿了整個環(huán)形網(wǎng)絡的容量。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環(huán)形網(wǎng)絡A－B－D－E－A和A－C－D－F－A，如圖2所示。同時，將表1（a）中的電路也根據(jù)劃分后的兩個環(huán)形網(wǎng)絡進行分攤，如表2所示。可以看出，網(wǎng)狀網(wǎng)進行分割后的兩個環(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)絡所需鏈路數(shù)目為6，網(wǎng)狀網(wǎng)所需鏈路數(shù)目為10，其資源利用率要比環(huán)形網(wǎng)絡低。

　　在電路需求有了一定增長，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，就必須新建一個環(huán)，此時所需的鏈路數(shù)達到了2x6＝12個。對于圖1（b）所示的網(wǎng)狀網(wǎng)，類似的對表1（b）中的電路進行分割后，如表3所示，可以看出，分割后的兩個環(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(shù)目仍為10個。此時，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，網(wǎng)絡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)絡在成本上具有優(yōu)勢。而在電路需求比較大時，網(wǎng)狀網(wǎng)相比環(huán)形網(wǎng)絡具有更大的成本優(yōu)勢，資源利用率更高。這主要是因為在環(huán)形網(wǎng)絡上，業(yè)務沒有捷徑可走，業(yè)務的工作路徑和保護路徑相加至少可以覆蓋一個完整的環(huán)網(wǎng)。而在網(wǎng)狀網(wǎng)中，可以在業(yè)務量比較大的節(jié)點之間建立“直達”通路，縮短了業(yè)務的工作和保護路徑，在上面的例子中，就體現(xiàn)為縮小了環(huán)的規(guī)模，包括環(huán)的總長和環(huán)上節(jié)點的數(shù)量。

　　圖3保護業(yè)務進行負荷分擔的情況

　　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考慮的。對于環(huán)形網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中每個節(jié)點的度為2，工作和保護業(yè)務分別從節(jié)點的兩個方向流通，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)絡中節(jié)點的度可能大于2，保護業(yè)務可以在除工作路徑外的其他不只一個保護路徑上進行負荷分擔，如圖3所示。這樣，鏈路中的備用資源比例就可以進一步降低，能夠承載的電路數(shù)量就得到了增加，鏈路的資源利用率也得到了進一步的提高，網(wǎng)絡的成本可以進一步降低。

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

　　2．網(wǎng)絡生存性

　　網(wǎng)絡生存性是指在發(fā)生故障的情況下，網(wǎng)絡仍能維持業(yè)務連續(xù)性的能力。網(wǎng)絡生存性技術包括網(wǎng)絡保護和恢復技術，相應地，網(wǎng)絡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(guī)劃的方法分配網(wǎng)絡資源，用硬件冗余來保證網(wǎng)絡對故障的恢復；恢復機制是指網(wǎng)絡失效后，動態(tài)尋找可用資源并采用重選路由的方法繞過失效部件。

　　在環(huán)形網(wǎng)絡中，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)絡具有了快速的保護恢復能力，能夠實現(xiàn)50ms的業(yè)務恢復時間要求，表4對這幾種自愈環(huán)的性能進行了比較。圖4給出了環(huán)形網(wǎng)絡中通道保護和復用段保護的基本原理。SDH網(wǎng)絡中的幾種自愈環(huán)技術也可以推廣到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)絡結構復雜，生存性問題比環(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保證其生存性，這樣一方面可以保證故障情況下的保護時間，同時又可以保證資源的合理利用，如圖4所示。根據(jù)重選路由的類型，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(jù)保護資源是否可以有多個工作通道共享，又分為專用保護恢復和共享保護恢復方式。一般來說，預選路由的專用保護方法具有保護速度快的優(yōu)點，但因為其保護通道專用，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)絡的性能，降低網(wǎng)絡阻塞率，提高資源利用率。

　　從整體上來說，網(wǎng)狀網(wǎng)在生存性上與環(huán)形網(wǎng)絡相比，有如下優(yōu)點；

　　提供更多的保護恢復方式（1+1，1:1，動態(tài)恢復等），可以滿足不同業(yè)務等級的需要；

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

　　節(jié)點間路徑的增多，使得網(wǎng)絡具有較強的抗多點失效能力，網(wǎng)絡生存性更高。

　　3．網(wǎng)絡擴展性

　　在環(huán)形網(wǎng)絡中，當需要加入一個新節(jié)點到網(wǎng)絡中時，必須斷開環(huán)上業(yè)務，對全網(wǎng)業(yè)務造成影響。而在網(wǎng)狀網(wǎng)中，新節(jié)點的加入只對新節(jié)點所連接的節(jié)點有影響，不需要中斷網(wǎng)絡上的現(xiàn)有業(yè)務，可以很方便的進行網(wǎng)絡擴展。

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

　　此外，網(wǎng)狀網(wǎng)可以分區(qū)域、分步驟的采用新技術，逐步向新一代的網(wǎng)絡演進，而環(huán)形網(wǎng)必須以整個環(huán)為單位，限制了網(wǎng)絡的升級。

　　4．網(wǎng)絡配置和節(jié)點復雜程度

　　環(huán)形網(wǎng)網(wǎng)絡結構單一，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)絡規(guī)劃和故障后的倒換機制都比較簡單，而且對節(jié)點的交叉能力要求比較低。

　　在網(wǎng)狀網(wǎng)中，網(wǎng)絡結構復雜多樣，不具有統(tǒng)一性，網(wǎng)絡規(guī)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)絡中，還涉及到波長轉換和分配的問題。另外，在網(wǎng)絡中還需要一整套復雜的信令機制以實現(xiàn)網(wǎng)絡中大量的控制功能，這對節(jié)點的智能性也提出了要求。而且，在網(wǎng)狀網(wǎng)中，一個節(jié)點可能同時與其他多個節(jié)點相連接，對節(jié)點的交叉能力要求也比環(huán)形網(wǎng)中要高。

　　三、總結

　　從網(wǎng)絡成本和資源利用情況、網(wǎng)絡生存性、擴展升級來看，網(wǎng)狀網(wǎng)具有比環(huán)形網(wǎng)絡不可比擬的優(yōu)勢。這主要是由于環(huán)形網(wǎng)絡是以環(huán)為單位，整個環(huán)作為一個不可分割的整體，任何兩個節(jié)點之間的業(yè)務（工作業(yè)務和保護業(yè)務）都會跨越整個環(huán)，環(huán)上任何一段鏈路都會對網(wǎng)絡上的業(yè)務造成影響。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，也可能還采用類似環(huán)形網(wǎng)絡中的保護恢復方式，但由于網(wǎng)絡中控制機制的根本不同，這些聯(lián)系不像環(huán)形網(wǎng)絡中是捆綁在一起不可改變的，而可以根據(jù)需要進行靈活的變更，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)勢是通過復雜的網(wǎng)絡規(guī)劃算法、路徑選擇算法、信令控制機制和節(jié)點的智能性、大交叉能力來取得的。令人欣喜的是，硬件技術的發(fā)展和以GMPLS信令為基礎的控制平面技術的發(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)絡中，可以采用網(wǎng)狀網(wǎng)技術進行組網(wǎng)而不必擔心網(wǎng)絡配置的復雜多樣，也只有采用網(wǎng)狀網(wǎng)技術進行組網(wǎng)，才能在網(wǎng)絡中提供更多的資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡控制平面靈活快速提供多樣性業(yè)務的目的。