25、IP over WDM网络部署的未来发展与挑战

原创于 2025-11-14 06:07:27 发布 · 48 阅读

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#IP over WDM # OPTIMIST # 光控制平面

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IP over WDM网络部署的未来发展与挑战

1. IST - OPTIMIST项目概述

IST - OPTIMIST项目聚焦于欧洲IST计划在光技术和光子网络领域的研发工作。它让我们对未来全球通信网络的前景有了更深入的洞察，还将不同类型光网络的需求转化为特定网络设备或子系统的要求，涵盖了发射机、接收机、光纤、再生器和交换机等。

2. IP over WDM网络的控制与管理挑战

动态路由和波长转换
- 光路径的动态路由可通过扩展链路状态路由协议（如OSPF或IS - IS）来实现。但与IP层的流量无关路由不同，波长路由必须考虑网络流量负载。
- 波长转换能力有助于降低光路径阻塞概率，但该技术尚不成熟且成本高昂。
故障定位
- 在IP over WDM可重构光核心中，故障定位是难题。因为光层观测参数（如信噪比）与IP层可观测属性（如丢包率）之间的映射并不直接。
- 阈值管理复杂，特定比特率调整的阈值可能不适用于其他速率，且由于恢复或重新配置过程，阈值可能需要在全网更新。
- 由于IP层和WDM层监测参数之间相关性的内在不确定性，故障定位方案也十分复杂。
故障恢复
需要实施新模型来克服传统上支持此功能的SDH层被跳过的问题。

3. 光控制平面（CP）集成

从服务提供商角度看，向自动交换光网络服务的转变依赖于光CP与传统管理系统的集成能力，可分两步进行：
- 第一步 ：基于管理的解决方案，特定运营商的CP通过必要的适配直接与网络管理平面耦合，但这种方法扩展性不佳。
- 第二步 ：在多个供应商控制域之上提供一个薄层，作为管理平面和特定供应商域之间的中介。该层代表运营商公共CP，通过控制 - 管理接口与管理平面通信。

4. 相关技术与概念

一些重要的技术和概念包括 ：
- MPLS（多协议标签交换） ：有多种应用，如支持DiffServ、实现流量工程等，还可用于VPN部署和管理。
- GMPLS（通用MPLS） ：在IP over WDM网络中具有重要作用。
- WINMAN（WDM和IP网络管理） ：有其业务参考模型、系统架构、需求分类和用例等。其业务参考模型包括业务案例、业务流程、业务角色/参与者和高层管理架构等方面。系统架构涵盖通用管理系统架构、GUI、南北向接口管理器等。需求分类包括数据存储库、网络数据管理、网络库存管理等。用例丰富，如提供和删除集成连接服务（ICS）、添加和删除策略等。

以下是一个简单的mermaid流程图，展示光CP集成的步骤：

graph LR
    A[开始] --> B[第一步：特定运营商CP与管理平面耦合]
    B --> C{扩展性是否良好?}
    C -- 否 --> D[第二步：提供中介薄层]
    C -- 是 --> E[完成集成]
    D --> E
    E --> F[结束]

5. 测试与实验

测试平台 ：如LION项目的测试平台，包含Cisco千兆交换机路由器、SICN设备、Tellium设备等，用于测试控制平面架构、NNI信令等。WINMAN也有自己的测试平台，用于验证功能和非功能属性。
实验内容 ：包括ASON/GMPLS实验，涉及网络库存管理、网络供应（创建IP/MPLS路径、创建光路径、ICS供应）等方面的实验，还需要对实验结果进行评估。

6. 其他相关信息

网络管理系统 ：如ATM、IP、SDH、WDM等网络的管理系统，各有特点和发展需求。
协议和接口 ：如SNMP（简单网络管理协议）、CORBA（通用对象请求代理）、XML等，在网络管理和通信中发挥着重要作用。
服务质量（QoS） ：在VoIP/MoIP等IP - 基于服务中，QoS的规范和保障至关重要，涉及带宽、端到端延迟、抖动、丢包等参数。

以下是一个表格，总结IP over WDM网络的一些关键挑战和解决方案：
|挑战|解决方案|
| ---- | ---- |
|动态路由和波长转换|扩展链路状态路由协议，考虑流量负载进行波长路由；发展波长转换技术，但目前技术不成熟且成本高|
|故障定位|探索更有效的映射关系和阈值管理方法；研发新的故障定位方案|
|故障恢复|实施新模型克服SDH层被跳过的问题|
|光CP集成|分两步进行，第一步特定运营商CP与管理平面耦合，第二步提供中介薄层|

7. 网络架构与模型

ASON/ASTN框架 ：具有重要的架构和功能，包括架构设计、信令协议等方面。它在网络的动态流量建模、维度设计、生存性等方面有应用，如采用Engset - 基于设计、全局和局部重新配置策略等。
BGP/MPLS模型 ：在网络中也有一定的应用，为网络的路由和管理提供了特定的解决方案。
网络参考模型 ：如业务参考模型，包含业务案例、业务流程、业务角色/参与者等要素，为网络的业务运营和管理提供了框架。

以下是一个mermaid流程图，展示ASON/ASTN框架的主要流程：

graph LR
    A[开始] --> B[架构设计]
    B --> C[动态流量建模]
    C --> D[维度设计]
    D --> E[信令协议配置]
    E --> F[生存性策略制定]
    F --> G[结束]

8. 设备与技术趋势

光传输网络（OTN） ：具有多种特点和优势，如灵活性、可靠性、透明性等。其架构包括OCh层、OMS层、OTM、OTS层等，功能层涵盖电路交换、功能架构等方面，还可进行虚拟拓扑建模和波长复用。
光组件技术 ：如发射机技术、再生器技术等不断发展，像分布式布拉格反射器（DBR）激光器、垂直腔面发射激光器（VCSELs）等在光网络中发挥着重要作用。

9. 服务与应用

IP - 基于服务 ：包括VoIP、MoIP、VPN等，这些服务对带宽、QoS等有特定要求。例如，VoIP/MoIP需要考虑带宽、端到端延迟、抖动、丢包等参数，VPN则需要关注可扩展性、安全性、QoS等方面。
光虚拟专用网络（OVPN） ：在网络中提供了特定的服务，具有一定的优势和应用场景。

10. 管理与运营

网络管理功能 ：涵盖故障管理、配置管理、性能管理、计费管理、安全管理（FCAPS）等方面。不同网络（如IP、WDM）的管理功能有其特点和需求，如IP网络的故障管理和性能管理，WDM网络的配置管理和性能管理等。
管理系统与接口 ：包括元素管理系统（EMS）、网络管理系统（NMS）等，以及南北向接口、管理协议（如SNMP、CMIP）等，这些系统和接口在网络的管理和通信中起到关键作用。

以下是一个表格，总结不同网络管理功能的重点：
|管理功能|IP网络|WDM网络|
| ---- | ---- | ---- |
|故障管理|关注丢包率、连通性等问题|关注光层参数（如信噪比）、链路故障等|
|配置管理|设备配置、路由配置等|光路径配置、波长分配等|
|性能管理|吞吐量、延迟等|光信号质量、带宽利用率等|
|计费管理|流量计费、服务计费等|根据带宽使用等计费|
|安全管理|数据加密、访问控制等|防止光信号干扰、保护网络拓扑等|

11. 总结

IP over WDM网络在未来通信领域具有广阔的发展前景，但也面临着诸多挑战。从控制与管理的动态路由、故障定位和恢复，到光控制平面的集成，再到网络架构、设备技术、服务应用和管理运营等各个方面，都需要不断地研究和创新。通过实施有效的解决方案和技术改进，有望克服这些挑战，推动IP over WDM网络的高效、稳定和安全发展，为未来全球通信网络的建设做出重要贡献。