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光网络组网技术对比分析
  发布时间:2005-12-27 15:44:27 阅读次数:
来源:《通信世界》 作者:华信邮电咨询设计研究院有限公司 齐志刚 王梅春 孙月新
 

  一、引言

  传统的光网络以环或线性拓扑为主,可提供复用段环保护、通道环保护、线性1:1复用段保护、线性1+1复用段保护及端到端的SNCP保护等一系列保护措施,这些保护措施为业务提供了高度的可靠性和快速的保护恢复能力,使得SDH环网在过去的很长时间内在本地网、城域网、骨干网上得到了广泛的应用。但是,随着数据业务量的快速增长,SDH环网也不断暴露出其固有的缺点,特别是在业务量比较大且复杂的骨干网、城域网上。因此,采用网状网进行组网这一想法日益引起人们的兴趣。本文将会对环形网络和网状网进行一般性的对比分析,虽然对比分析主要以SDH网络为主进行,但分析过程很少涉及SDH所特有的技术,因而其基本原理和结论也完全适用于WDM网络。

  二、环形网与网状网的分析对比

  本文主要从网络成本和资源利用情况、网络生存性、扩展性以及网络配置的难度、节点复杂度等几个方面对光网络中常用的两种网络结构环形网和网状网进行对比分析。

  1.网络成本及资源利用率

  所谓环形网络,是指网络中每个节点通过两个链路首尾连接起来,这样就会构成一个封闭的环,环上每个节点的度都是2,一个节点数目为N的环形网络所具有的链路数目也为N。在环形网络中,任何两个节点之间都有长短两条传输方向相反的路由,这就为网络的保护提供了有力的物理基础。

  所谓网状网,一般是指每个节点至少具有两条链路同其他节点连接起来。网状网的结构是复杂多变的,连通度要比环形网高。一个节点数目为N的网状网所具有的链路数可能在N+1和N*(N-1)/2之间变化。特别是,当节点之间两两都有链路相互连接的时候,就成为全连通网状网,链路的数目将达到N*(N-1)/2。

  在构建一个通信网络时,通常业务需求应该是已知的,这样网络中的节点就可以确定下来,如何选择链路将节点相互连接起来就成为确定网络拓扑结构的关键。

  网络的成本主要由节点成本和链路成本构成,其中节点成本主要包括光接口、光收发器、交叉处理板、业务板卡等的成本,链路成本主要包括光放大器、光纤等的成本。对于相同的电路需求,采用环形网络和网状网所需的业务板卡基本是一致的。因此,对网络成本的比较,应该主要从光接口、光收发器、光放大器、光纤的成本来进行考虑,而这几个都是与节点之间的链路一一对应、基本成正比的。所以考察网络的成本可以主要从网络中的链路数目来进行比较。


图1环形和网状网拓扑结构


  下面用一个例子来说明环形网络和网状网的成本情况。

  如图1所示,网络中有6个节点A、B、C、D、E和F,假设网络中每条链路的容量为STM-16,为简化起见,假定环上每段链路的16个STM-1通道中只有8个STM-1通道可以用做工作通道,链路另外一半容量留做保护资源。表1给出了两种不同的业务需求。



  对于表1(a)中的电路需求,易知图1(a)所示的环形网络可以满足,但业务已经几乎占满了整个环形网络的容量。而对于图1(b)所示的网状网,由于结构比较复杂,不容易看出,为方便讨论,可以将其划分为两个环形网络A-B-D-E-A和A-C-D-F-A,如图2所示。同时,将表1(a)中的电路也根据划分后的两个环形网络进行分摊,如表2所示。可以看出,网状网进行分割后的两个环上的容量都只用到了50%左右,仍有很大扩容空间。环形网络所需链路数目为6,网状网所需链路数目为10,其资源利用率要比环形网络低。



  在电路需求有了一定增长,成为如表1(b)所示的电路需求之后,对于图1(a)所示的环形网络,就必须新建一个环,此时所需的链路数达到了2x6=12个。对于图1(b)所示的网状网,类似的对表1(b)中的电路进行分割后,如表3所示,可以看出,分割后的两个环上仍有足够的容量承载新增的电路,网状网所需链路数目仍为10个。此时,网状网要比环形网资源利用率高。


表3对表1(b)中电路需求的分摊


  从上面的例子可以看出,在电路需求比较小时,网络上有足够的空余容量,因此需要链路资源比较少的环形网络在成本上具有优势。而在电路需求比较大时,网状网相比环形网络具有更大的成本优势,资源利用率更高。这主要是因为在环形网络上,业务没有捷径可走,业务的工作路径和保护路径相加至少可以覆盖一个完整的环网。而在网状网中,可以在业务量比较大的节点之间建立“直达”通路,缩短了业务的工作和保护路径,在上面的例子中,就体现为缩小了环的规模,包括环的总长和环上节点的数量。


图3保护业务进行负荷分担的情况


  在上面的例子中,我们是按照所有链路都留出50%的容量作为保护资源来考虑的。对于环形网络,网络中每个节点的度为2,工作和保护业务分别从节点的两个方向流通,链路上必须有一半的容量留做保护通道。而对于网状网,由于网络中节点的度可能大于2,保护业务可以在除工作路径外的其他不只一个保护路径上进行负荷分担,如图3所示。这样,链路中的备用资源比例就可以进一步降低,能够承载的电路数量就得到了增加,链路的资源利用率也得到了进一步的提高,网络的成本可以进一步降低。

  需要指出的是,以上的分析虽然是在SDH网络的基础上进行的,但主要是基于网络拓扑结构进行的,并不涉及SDH网络中的特定技术,因此所得出的结论也同样适用于WDM光网络。只是在SDH网络中,链路资源是指光纤、光放大器及光收发器等;在WDM光网络中,链路资源指的是光纤、光放大器、合波/分波器、波长转换器等,成本要更高,而波道则对应于SDH网络中端到端的业务通道。

  2.网络生存性

  网络生存性是指在发生故障的情况下,网络仍能维持业务连续性的能力。网络生存性技术包括网络保护和恢复技术,相应地,网络从故障中恢复采用两种机制,即保护机制和恢复机制。保护机制是指采用预先规划的方法分配网络资源,用硬件冗余来保证网络对故障的恢复;恢复机制是指网络失效后,动态寻找可用资源并采用重选路由的方法绕过失效部件。

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