WSON关键技术和解决方案

IP over WDM

向WSON演进

纵观IP与光网络的发展与融合过程，IP over WDM光链路解决了IP业务对带宽的渴求。目前，3G、NGN、IPTV均可通过基于IP的路由型多业务平台实现综合承载。电信网络IP化的趋势越来越明显。此时的IP网络与几年前IP 网络扮演的角色、承担的责任已大不相同。随着信息业务IP化、电信业务承载IP化，IP网络不但要承载日益增加的Internet上网业务，还要作为3G、NGN、IPTV、大客户VPN的承载网。 IP网络面临着“如何承载高质量业务？”、“如何成为电信级综合业务平台？”等课题的严峻挑战。对网络的具体要求体现为：

* 满足成几何型增长的带宽需求，传送颗粒大；

* 具备电信级的高可靠、安全性；

* 尽量降低建网成本、减少资源消耗；

*支持规划网络QoS，端到端的QoS业务（VoIP、VOD、VPN等）。

随着WDM网络技术（大容量光交叉和电交叉等）和网络应用（组网MESH化、业务多样化等）的发展，用户通过单纯管理平面已经很难有效的实现网络资源和业务调度维护的要求，在传统的光网络中引入ASON智能化控制平面已经成为业界公认的共识。

WSON（Wavelength Switched Optical Network）也就是基于WDM传输网的ASON，是目前IETF标准组织倡导的智能波分标准，除了传统ASON的功能外，主要解决波分网络中光纤/波长自动发现、在线波长路由选择、基于损伤模型的路由选择等问题。

针对不同网络设备特点，ZTE提供ZXUCP A100-A300系列智能控制软件，其中ZXUCP A200产品作为中兴通讯下一代iWDM整体解决方案的智能控制平面，主要为解决包括国内外各主流运营商的城域/本地骨干网络的核心层智能调度问题。

WSON模型构建

WSON是目前IETF研究和讨论的热点领域之一，包括WSON框架、信息模型定义、协议扩展以及RWA（波长路由计算）框架。当前WSON控制平面有许多特殊问题需要面对和解决：

* 需要WSON网络和设备信息模型，包括节点内部交叉限制、波长限制、光损伤约束等；

* 需要路由协议扩展以扩散网络拓扑和资源信息，需要信令扩展以支持光路径的自动建立；

* RWA，需要考虑路由提交约束、波长约束以及光损伤参数约束。

从控制平面角度，需要对在WSON网络里路径选择所受限的因素，并对WDM系统中的WDM Link, Optical Transmitter/Receiver, Splitter, Combiner, ROADM, FOADM, OXC, Wavelength Converter子系统进行建模,特别是需要为WSON子系统和处理过程提供一个控制平面模型，主要内容包括：

* WDM Link模型：通过端口波长约束（静态信息）+ 可用波长（动态信息）来建模；

* ROADM、FOADM和OXC等交叉模型：设备通过连通性矩阵 + 端口波长约束 +指示器来建模；

* Wavelength Converter模型：负责将入端口上的一个波长的光信号转换到出端口上另一个波长的光信号。

WSON的路由和波长分配

当前无论对于纯粹的ROADM光层调度网络、纯粹的ODUk电交叉网络，还是光/电混合调度网络，仍然是有阻塞的非全交叉光网络，必须解决有阻环境下的路由和波长分配问题，因此需要在面向无阻交换网络控制平面设计的GMPLS协议栈基础上开发RWA算法。

光网络RWA算法技术主要包括：静态的、递增的和动态的。基于光路的静态RWA算法是给定多条光路的连接需求和物理拓扑后为每条光路选取路由并分配波长。工程上常将RWA问题拆成选路子问题和波长分配子问题，分两步求解。ZXUCP A200解决方案如下：

第一步：路由过程（为每条光网络业务请求选取路由）

选路方案有两类：固定路由和备用路由(alternate routing)。

固定路由是为每条光路选取一条固定的路由。通常可用熟知的最短路径算法。备用路由是为每条光路选取多条路由，最简单的方法是选取k条最短路径。为多条光路的一组路由分配波长时，若发生波长数不够用，则通过置换备用路由构成另一组路由，再分配波长，直到完成要求。

第二步：波长分配过程（为每条路由分配波长/子波长资源）

若光网络节点没有波长变换，则波长分配的约束条件是每条连接路径应是波长连续的，并且在一根光纤上不同光路需分配不同波长；如果节点是存在电交叉的，那么波长可以经过光层下到电层进行波长变换和信号物理层再生。为了简化，可以采用一些启发式算法，对多条路由逐条分配波长。

采用基于Dijkstra算法的K优求解算法可以在保证网络路径高效搜索的基础上，又可以进一步划分为两类方案：集中式路由R+集中式W，集中式路由R+分布式W。针对不同场景，可以选择采用上述两类方案（表1）

WSON

光层物理特性约束技术

目前ASON架构设计中还是基于“网络规划中光通道的信号质量都是有保障的，所有光纤链路和信道都具有标准的传输特性”这样的假设，但对于基于WDM的光网络中这种假设将不再可行，未来网络演变过程中会尽量减少光电光转换，因此各种物理损伤因素（CD、OSNR、PMD等）对于光信号传输性能的劣化就会日益严重，光信道不再能够保证无失真的传输特性。种种原因都会使得未来光网络中信号传输质量无从保证，从而使网络规划设计和工程施工会变得极其困难。

中兴通讯实现了通过规划软件预先对网络进行规划设计，同时在控制平面引入物理层传输自适应处理模块，在运行时动态调整相结合的解决方案，在现有的RWA过程基础上增加光损伤校验实现对光损伤的处理。

＊规划在先，在网络规划设计阶段，可以根据设备特性，将业务连接的光损伤控制在可以接受的范围内，对于线性光损伤，经过网络规划并预先运行，发现光损伤问题后再引入光损伤补偿（如色散补偿等）。

＊因为有些光损伤是非线性的，动态变化的，通过规划软件的优化无法做到非常精确，完全靠规划不能彻底解决光损伤问题，控制平面中增加了分布式的光损伤收集和验证过程，在信令阶段收集光通道的光损伤，并验证波长通道的有效性。

ZXUCP A200控制平面设备传输自适应模块主要实现两方面功能：基于GMPLS协议连接有效性的检验、针对已建立连接的物理层的物理特性能够动态优化调节；从功能组成上可以进一步细分为传输性能调节控制算法模块、传输性能监测模块、传输性能数据库3个组成部分。

从WSON网络实现的角度，可选的实现模型包括两种：集中式模型和分布式模型，考虑OSPF和RSVP信令扩展的复杂度和业界标准一致性风险因素，ZXUCP A200传输层自适应调节模块采用分布式实现模型。

通过此模型，对已建立连接的物理层性能动态优化调节过程：对于已经建立好的连接来说，在系统运行过程中系统物理层性能经常会发生劣化（如渐进式的线路老化、波长漂移等），可以通过自适应算法利用系统余量进行动态优化。

WSON在多层多域网络环境的应用

目前，控制平面的范围已经从SDH扩展到WDM/OTN、PTN/CE等，要求不同交换技术的控制平面互联互通，或者形成统一的控制平面对各种不同交换技术进行统一控制，已经成为网络的需求。GMPLS支持PSC、L2SC、TDM、LSC、FSC 5种交换方式的控制，基本上包含了承载网所有设备类型的控制能力。中兴通讯的控制平面在遵循ITU-T对控制平面基本功能和架构需求基础上，采用GMPLS技术完成对多层多域网络的控制。ZXUCP A200产品专门针对“ROADM+OTN”的设备组网场景提供控制平面解决方案。

同时，随着电信网络演进，控制平面的发展过程中出现了一些新的问题，首先，随着网络规模的扩大，节点数量的增加和网络层次丰富，控制平面路径计算日趋复杂。其次，在传统的分布式解决方案中，网络域之间没有提供流量工程信息，因此跨域的业务建立很难做到全局的优化的效果，保护路径的建立也存在同样的问题。

鉴于上述困难，IETF倡导使用PCE技术予以解决，并获得主流设备提供商和运营商积极响应。PCE架构既支持分布式的计算，也支持集中式的计算，其解决方案比较灵活，将复杂的路径计算部分剥离出来，可以将PCE计算单元分布到计算资源丰富的物理设备。ZXUCP A200 产品在“ROADM+OTN”场景下进行PCE产品化开发。

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