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标  题: 波分复用与IP技术
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标  题: IP over WDM
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标  题: 波分复用与IP技术
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WDM技术连载文章之六
波分复用与IP技术
邓里文
1.波分复用技术是未来光纤通信的一种主要复用方式
——光纤通信以其无与伦比的优势已成为现代通信网的主要通信手段。在过去的10年中
，光纤通信的容量提高了100倍，但还远没有发挥光纤带宽的巨大潜力。随着人们对通信
的需求，特别是IP技术的发展产生的对网络带宽的巨大市场需求，要求有更先进的传输
方式。随着通信技术的发展，传统的时分复用方式的传输速率已达10Gb/s，已接近其理
论极限，迫切需要有新的复用方式，波分复用能够极大地扩展单根光纤通信的能力，它
将是未来光纤通信的一种主要复用方式。
2.IP技术是未来通信网的统一平台
——人类的需求是无止境的，自古以来，人们就梦想能够随时随地得到自己所需要的任
何信息，即所谓“秀才不出门，能知天下事”。传统的通信技术不能完全满足人们的这
一要求，但IP技术让人看到了希望。由于IP技术采用分组交换方式，线路利用率高，特
别是计算机技术的飞速发展，导致基于IP的数据业务 时 炸性增长。因特网从一个科研
应用的计算机联网系统，在短短几年内演变为全面商业化的全球信息网。现在以IP为首
的数据业务和话音业务的比例为2∶8，在未来的几年中，两者的比例将颠倒过来，即数
据业务占总的通信业务的80%，而话音业务的只占20%。此外，据预测，基于IP的电子商
务交易额将从1997年70亿美元猛增到2000年的3000亿美元。现在人们普遍认为IP将是未
来通信网的统一平台。
3.现有IP网所采用的技术
——现有的IP网是由一些使用IP协议的设备组成的局域网，在现有的电信网上传输，从
而组成的广域网。为了在电信网上传输IP业务，主要采用的技术有：IP over ATM(POA)
、IP over SDH/SONET(POS)等。
——IP与ATM相结合的技术有重叠和集成两种模型。重叠模型的主要思路是IP在ATM上传
送，IP的路由协议由IP路由器来实施，ATM网络需要实施ATM路由协议，在寻址方式上需
要进行地址解析，在计费方面相对复杂，但在标准化方面较为完善，对于广播和多播业
务效率较低。采用重叠模型的实现技术包括LAN仿真(LANE)、传统的IPOA(RFC1577)、AT
M上的多协议规范(MPOA)等。
——集成模型将IP协议与ATM层集成在一起，使得ATM交换机与IP路由器成为一体，不需
要进行地址解析，从而简化了ATM选路功能，但在计费方面较为复杂，在标准化方面还不
够完善。目前，集成模型的产品仅能支持IP应用，不能够为IP以外业务提供传送能力，
从而限制了提供多业务的公用宽带网络对该技术的选择。集成模型的代表产品有Ipsilo
n公司的IP交换机、Cisco公司的标记交换机(Tag Switch)、Ascend公司的IP导航器(IP
Navigator)等。
——IETF规范的IP over SDH/SONET是将IP数据包通过采用点到点协议(PPP)，映射到SD
H/SONET帧上，按各次群相应的线速率进行连续传输。IP over SDH/SONET也叫Packet o
ver SDH/SONET或PPP over SDH/SONET，它保留了IP面向非连接的特性。
——PPP协议是一个非常简单的OSI第二层网络协议，标头只有两个字节，没有地址信息
，只是按点到点顺序，是非面向连接的。PPP协议可将IP数据包切成PPP帧，以满足映射
到SDH/SONET帧结构上去的要求。
——IP over SDH/SONET技术的实现需要高速路由器和PPP协议，采用的仍然是传统路由
器的逐包转发方式。这种方法的基本思路是将路由计算与包的转发分开，采用缓存技术
、硬件芯片快速处理技术、以ATM信元交换矩阵作为路由器内部体系构架的交换路由技术
，将路由器包的逐包转发速度控制到与第二层交换的速度相当。它无须利用广域网上的
ATM交换机来建立虚电路VC。目前不少网络设备公司已推出基于IP over SDH/SONET技术
的交换路由器产品，如Cisco千兆位交换路由器GSR 12000、Ascend千兆位路由转发器GR
F等。ITU-T建议的IP over SDH是将IP通过LAPS直接映射到SDH低阶或高阶虚容器中，具
有简单、可靠、高效的特点，是很有发展前途的一种技术。
4.IP over WDM的原理
——IP over WDM的基本结构如图1所示。光纤直接连光耦合器，耦合器把各波长分开或
组合，其输入和输出端都是简单的光纤连接器，它把原波长内的数据送给SONET/SDH设备
或高性能路由器。IP over WDM最大的优点之一是可以适应IP数据业务的不对称性，不同
波长上数据速率可以不同。另一特点是光纤环的两侧都能使用，使路由可获得全部带宽
，在传送大量的突发数据时就不需要缓存，也不会有包丢失，只有当光纤断裂时才会发
生包丢失。网内有工作光纤和保护光纤，保护光纤中的空闲频带在业务高峰时也可用来
传送数据，不会引入抖动、时延或包丢失。恢复工作在IP层而不在物理层上完成。在光
纤断裂时，对抖动和时延敏感的实时业务可给以高的优先级。使用工作光纤和保护光纤
的另一优点是可以建立“直通”或“旁路”波长。
图1 IP over WDM网络结构
——在IP over WDM场合，高速路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤，光纤内
各波长是链路层互连的。高速路由器取代传统的基于电路交换概念的ATM和SONET/SDH电
交换和复用设备，成为关键的统计复用设备，用作主要的交换/选路设备，由它控制波长
接入、交换、选路和保护。因此IP over WDM是一个真正的链路层数据网，可以通过指定
波长作旁路或直通连接，网络的业务工程可以只在IP层完成。由于使用了指定的波长，
在结构上更灵活，并具有向光交换和全光选路结构转移的可能。密集WDM系统能够对电信
业务进行光复用，一部分波长被指定用于高宽带IP光网，即IP over WDM；另一部分波长
被指定用于ATM光网，IP over ATM；还有一部分波长被指定用于传统的SONET/SDH，即I
P over SONET/SDH，它可能用来集中和传送传统的IP网业务。
——构成IP over WDM的网络的部件包括：激光器、光纤、光放大器、光耦合器、光分插
复用器、光交叉连接器和转发器等。非零色散位移光纤(NZDSF)最适合WDM，因其色散的
非线性效应小。高性能激光器是WDM系统中最贵的器件。光放大器主要采用EDFA，EDFA多
数都是宽带的，能同时放大WDM的所有波长，因对平坦增益的要求很高，在经过6个左右
光放大器之后就需要做一次电放大，在OC-48速率，光跨度可达400km，在OC-192可达25
0km。光耦合器是用来把各波长组合在一起和分解开来的，起到复用和去复用的作用。在
长途WDM系统有电再生中继器，再生分三类：R1，R2和R3。转发器用来变换来自路由器或
其它设备的光信号，并产生要插入光耦合器的正确波长光信号。光分插复用器、光交叉
连接设备在长途WDM系统中被广泛使用。光交换机可以使ADM和交叉连接设备作动态配置
。
5.国外IP over WDM动态
——目前，国外已有多家营运公司宣布要建设自己的IP over WDM网络。比较典型的有：
1998年8月美国Sprint和Trontier要建设的OC-48的“IP over WDM”，以及有120多个成
员的加拿大科研、工业、教育促进网于1998年8月15日宣布要与贝尔加拿大组成财团建设
的CA*net3。后者计划总投资超过1.2亿美元，参加该项目的有Cisco Systems Canada、
JDS Fitel、Newbridge Networks和Nortel等公司。CA*net3采用32波长，最高容量为40
Gb/s，超过目前世界上任何因特网的速度，据称下载2个半小时的电影“泰坦尼克号”只
要1/15s。
——Sprint对IP over WDM进行了实验，其实验简图如图2所示。实验是在实验室进行的
，其目的是为了研究同步、接口以及OAM&P能力。实验设备由IP路由器、OC-48/STS-48c
接口板和DWDM系统组成。DWDM系统的每个信道在单模光纤上传输，间距为100km，每隔1
00km用一个光放大器对信号进行放大，实验采用40个信道，对其进行层叠实验，这样总
的线路长度达20,000km。实验结果令人振奋，经过16h的误码率测试，没有记录到一个误
码，系统的抖动测量表明在这种超长距离上运行良好。实验结果表明在很长的DWDM间距
上可直接在物理层上实现IP传输。
图2 Sprint 的IP over WDM实验装置
——1998年4月，Cisco、Ciena、Lucent、NTT、AT&T、3Com、Bellcore、HP、Qwest、S
print、WorldCom等网络通信设备公司和运营公司成立了光互联网论坛OIF(Optical Int
ernetworking Forum)，以加速光互联网技术的发展。目前，OIF正在和ITU-T、IETF、A
TM论坛等标准化组织合作制订有关光互联网的技术规范，但是它关注的不是数据网络或
光网络内部的技术问题，而是数据网络和光网络之间的互操作性问题，如光互联网的光
网络物理层传输接口(如比特率、不同数据格式的成帧和同步以及光纤的特性)、光网络
与数据网络层之间中间层的适配以及中间链路层的管理(包括故障和性能管理、中间层的
配置、中间层的保护/恢复、会话管理、计费和安全)等。目前OIF已确定了用于描述光互
联网的多协议参考模型，即光互联网重叠模型。
——此外ITU-T也在对IP over WDM进行各种标准化研究。

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(Observation deck)
    Sam:  It's you...
  Annie:  It's me.
    Sam:  I saw you in the street.
  Jonah:  Are you Annie?
    Sam:  You are Annie?

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