為適應(yīng)未來(lái)而設(shè)計(jì) 的SONET/SDH

在最初部署語(yǔ)音通信時(shí)，SONET/SDH 就已在當(dāng)今服務(wù)供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)的部署中發(fā)揮了重要作用，其將語(yǔ)音、視頻及數(shù)據(jù)在強(qiáng)大可靠的單個(gè)傳輸機(jī)制上進(jìn)行了完美組合。然而，當(dāng)今部署的眾多設(shè)備架構(gòu)均無(wú)法充分進(jìn)行擴(kuò)展來(lái)滿足未來(lái)不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)需求。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量不斷呈指數(shù)增長(zhǎng)，配置并管理這些網(wǎng)絡(luò)正變得日趨復(fù)雜。在當(dāng)今注重低成本的服務(wù)供應(yīng)商環(huán)境中，電信運(yùn)營(yíng)商正在尋求削減資金及運(yùn)營(yíng)支出的方法。他們需要對(duì)其現(xiàn)有 SONET/SDH 基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行無(wú)縫擴(kuò)展，以便不斷提高容量，同時(shí)還能輕松提供并維持各種業(yè)務(wù)。

三種關(guān)鍵技術(shù)的提高將使服務(wù)供應(yīng)商在保留語(yǔ)音收入的同時(shí)，還能輕松對(duì)其現(xiàn)有 SONET/SDH 基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行調(diào)整并擴(kuò)展到以數(shù)據(jù)為中心的未來(lái)世界。第一，新的交換結(jié)構(gòu)技術(shù)可向現(xiàn)有及新型平臺(tái)――容量可達(dá)160 G、320 G、640 G以及更高――提供無(wú)縫的在服務(wù)可擴(kuò)展性（in-service scalability），而無(wú)需從根本上更改架構(gòu)。第二，對(duì)多播服務(wù)及更靈活端口布局不斷增長(zhǎng)的需求已增加了連接供應(yīng)軟件的復(fù)雜性；眾多系統(tǒng)廠商正在尋求簡(jiǎn)化并增強(qiáng)供應(yīng)軟件的方法，因此可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能。最后，SONET/SDH 系統(tǒng)中的端口卡與交換結(jié)構(gòu)之間的標(biāo)準(zhǔn)接口將促進(jìn) ASSP 與 ASIC 廠商之間的互操作性，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠靈活地添加使用標(biāo)準(zhǔn)接口的獨(dú)特服務(wù)，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理。

分層架構(gòu)（sliced architecture）可提供出眾的可擴(kuò)展性

SONET/SDH 交換系統(tǒng)一般采用兩種交換架構(gòu)中的一種：?jiǎn)渭?jí)或多級(jí)。使用單級(jí)架構(gòu)通常會(huì)創(chuàng)建較小型的疏導(dǎo)結(jié)構(gòu)（grooming fabric）。就特定技術(shù)類型而言，單級(jí)架構(gòu)一般固定在帶寬中，如果不升至多級(jí)架構(gòu)，則無(wú)法對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。由于只有一個(gè)交換元素，因此該系統(tǒng)可輕松進(jìn)行實(shí)施。另一方面，多級(jí)結(jié)構(gòu)一般基于時(shí)間、空間、時(shí)間的三級(jí)架構(gòu)，可在物理限制中輕松進(jìn)行擴(kuò)展。雖然該方法能夠滿足帶寬的可擴(kuò)展性要求，但需要更多的器件數(shù)、更高的功率，而且還會(huì)增加軟件復(fù)雜性。例如，利用一個(gè)結(jié)構(gòu)元素來(lái)設(shè)計(jì)的 SONET/SDH 系統(tǒng)可提供 160G 的交換容量。若要將該結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到 640 G需要12個(gè)這樣的交換元素（在三列中有四個(gè)器件）。即，交換結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)成本和功率會(huì)增加12倍，而在累積容量中一般僅增加4倍。

另一種方案是采用分層架構(gòu)。分層架構(gòu)可從一個(gè)單元素架構(gòu)開(kāi)始進(jìn)行線性擴(kuò)展，從而顯著降低了構(gòu)建可與其多級(jí)結(jié)構(gòu)相媲美的大型結(jié)構(gòu)所需的器件數(shù)。本質(zhì)上，分層架構(gòu)可在單級(jí)中的多個(gè)并行交換元素間分布數(shù)據(jù)路徑，每一元素均以亞粒度級(jí)（sub-granular level）疏通流量。例如，在上述的擴(kuò)展問(wèn)題中，我們希望將交換結(jié)構(gòu)的匯集容量從 160 G增加到 640 G。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，如果每個(gè)線路卡與結(jié)構(gòu)卡之間有四個(gè)數(shù)據(jù)鏈接，則我們希望的上述情況一般便會(huì)實(shí)現(xiàn)（每個(gè)鏈接將以 622Mbit/s 或 2488Mbit/s 的速度運(yùn)行）。在分層架構(gòu)中，線路卡的每一數(shù)據(jù)字節(jié)均可在四個(gè)數(shù)據(jù)鏈接間進(jìn)行擴(kuò)展，因此第一個(gè)鏈接可承載比特（bits）1和比特2，第二個(gè)鏈接可承載比特3和比特4，依此類推。后續(xù)時(shí)隙中的后續(xù)字節(jié)可以相似的方式進(jìn)行分配。由于每個(gè)鏈接上可放置每個(gè)字節(jié)的兩個(gè)位，因此這被稱為雙位分層。這樣，四個(gè)結(jié)構(gòu)元素一次可兩位兩位地交換數(shù)據(jù)，以便在出口線路卡（egress line card）處進(jìn)行重新裝配。采用這種分層技術(shù)，該架構(gòu)僅通過(guò)利用四個(gè)結(jié)構(gòu)元素便可線性擴(kuò)展到 640 G，而一個(gè)三級(jí)非分層架構(gòu)將至少需要12個(gè)。

在該架構(gòu)中有著許多重要的發(fā)現(xiàn)。首先，每個(gè)結(jié)構(gòu)元素均為來(lái)往于通用端口／時(shí)隙的交換數(shù)據(jù)。因此，每個(gè)交換元素可執(zhí)行相同任務(wù)，還可共享通用矩陣配置。第二，每個(gè)線路卡必須能夠標(biāo)記通過(guò)多個(gè)數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)，并可在出口線路卡處重新組合該數(shù)據(jù)。第三，該結(jié)構(gòu)元素自身必須能夠以子粒度級(jí)進(jìn)行尋址與交換。盡管這確實(shí)增加了元素自身設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，但總體吞吐量與字節(jié)可尋址元素是相同的，即只增加交換粒度；雙位分層元素（功率與大小）的物理特性與字節(jié)可尋址元素類似。最后，在升級(jí)過(guò)程中不改變基礎(chǔ)架構(gòu)：由于可并行處理數(shù)據(jù)，因此整個(gè)元素組可作為單個(gè)器件。

快速而靈活的服務(wù)提供

交換架構(gòu)設(shè)計(jì)中要解決的最大問(wèn)題之一是如何防止阻塞。當(dāng)輸入端口／時(shí)隙沒(méi)有被連接到所要求的輸出端口／時(shí)隙時(shí)，即使端口此時(shí)可用，也會(huì)出現(xiàn)阻塞。在雙播流量（bicast traffic）極為普通（例如針對(duì)環(huán)應(yīng)用）的SONET/SDH 系統(tǒng)中，這一問(wèn)題尤為嚴(yán)重。對(duì)諸如視頻等多播服務(wù)與日俱增的要求進(jìn)一步加劇了這一問(wèn)題的嚴(yán)重性。交換結(jié)構(gòu)阻塞性能分三類：阻塞、可重排無(wú)阻塞以及嚴(yán)格無(wú)阻塞。在嚴(yán)格無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)中，對(duì)所有的連接都可進(jìn)行配置，而不必考慮其中配置連接的順序。在可重排無(wú)阻塞結(jié)構(gòu)中，某些連接可能被阻塞，但始終有可能對(duì)現(xiàn)有連接進(jìn)行重排以提供交換資源。在阻塞結(jié)構(gòu)中，重排可能會(huì)減少一些阻塞問(wèn)題，但不可能解決所有可能的連接。對(duì)于上述類別的每一種，阻塞行為對(duì)特定類型的流量而言都是特定的。例如，就雙播流量而言，結(jié)構(gòu)可能是可重排無(wú)阻塞的，但對(duì)于多播來(lái)說(shuō)可能是阻塞的。

在單個(gè)元素結(jié)構(gòu)中，通過(guò)使用共享核心內(nèi)存元素可輕松解決阻塞問(wèn)題。在內(nèi)存元素中，每個(gè)輸出端口／時(shí)隙均可同時(shí)訪問(wèn)所有的輸出端口／時(shí)隙，因此其屬于針對(duì)所有流量形式的嚴(yán)格無(wú)阻塞類型。共享內(nèi)存元素還具有其它優(yōu)勢(shì)，即配置起來(lái)極其簡(jiǎn)單，您只需針對(duì)每個(gè)輸出端口／時(shí)隙配置源端口／時(shí)隙即可，這極大地降低了軟件的復(fù)雜性。但是，正如上述所討論的，對(duì)單個(gè)元素結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展非常困難。在多級(jí)結(jié)構(gòu)中，很難在實(shí)踐中對(duì)阻塞或無(wú)阻塞性能進(jìn)行驗(yàn)證。即使單個(gè)結(jié)構(gòu)元素自身屬于嚴(yán)格無(wú)阻塞類型，這也不必作為整體擴(kuò)展到該結(jié)構(gòu)中。過(guò)去，通過(guò)將端口布局限制、多播限制、連接重排以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)加速等進(jìn)行完美結(jié)合，SONET/SDH 系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員已創(chuàng)建了實(shí)用的多級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)施。隨著潛在連接數(shù)目的不斷增長(zhǎng)，基于數(shù)據(jù)的 SONET/SDH 系統(tǒng)需要消除這種限制。

分層架構(gòu)的一個(gè)重要屬性是交換元素組整體可作為單個(gè)元素。這與多級(jí)方法不同，如果每個(gè)單獨(dú)元素自身是一個(gè) 160G 的共享內(nèi)存元素，則該組將作為容量為 640G 的單個(gè)共享內(nèi)存元素。分層架構(gòu)具有能夠?qū)涡酒瑑?nèi)存元素向更高容量、多芯片架構(gòu)擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)保持配置的簡(jiǎn)易性以及單芯片設(shè)計(jì)的任意多播功能。這在軟件復(fù)雜性方面將實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)約，同時(shí)也將實(shí)現(xiàn)更快、更確定的供應(yīng)時(shí)間。供應(yīng)時(shí)間可降低至通過(guò)微處理器接口在新配置中載入所消耗的時(shí)間。

標(biāo)準(zhǔn)接口可簡(jiǎn)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與管理

可將 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)元素分成四個(gè)基本功能平面：數(shù)據(jù)、控制、定時(shí)及開(kāi)銷。盡管其中大部分主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)平面，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)元素?cái)U(kuò)展到更大容量時(shí)，其它功能平面也必須進(jìn)行擴(kuò)展。例如，眾多 SONET/SDH 系統(tǒng)采用由基于單個(gè)線路卡的微處理器（可與中央處理器硬連接）組成的控制器組合。微控制器可處理本地配置和中斷處理，并可向中央處理器報(bào)道統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及事件。中央處理器在網(wǎng)絡(luò)元素層上依次執(zhí)行配置管理及異常處理。隨著數(shù)據(jù)平面匯集容量的不斷增加，對(duì)控制器復(fù)雜性的需求也日益增加。通常，控制器本身缺乏復(fù)雜性，需要進(jìn)行擴(kuò)充。相似的分析適用于 SONET/SDH 開(kāi)銷的 DCC 字節(jié)中的信號(hào)發(fā)送。當(dāng)端口數(shù)量增加時(shí)，信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)便會(huì)加重，應(yīng)需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。眾多系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員將此作為把每個(gè)功能平面集成到一個(gè)通用接口的良機(jī)，其它功能子系統(tǒng)可共享該通用接口，就如同各種 PC 的功能子系統(tǒng)共享一個(gè)通用共享總線一樣。這種動(dòng)機(jī)隱藏在擴(kuò)展的 SONET/SDH 串行接口或 ESSI 中。ESSI 可定義用于 SONET/SDH 系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)，并可將控制、定時(shí)及開(kāi)銷管理集成到通用物理接口中。

OIF TDM 到 5 級(jí)結(jié)構(gòu)接口 (TFI-5) 的超集 ESSI 可定義三個(gè)功能層：幀、傳輸及路徑。幀層可定義如 SONET/SDH 成幀器與交換結(jié)構(gòu)之間串行線路的物理操作。與 SONET/SDH 中的段層相似，幀層僅存在于物理端點(diǎn)間，例如從成幀器上的發(fā)送端到交換元素上的接收端。電信號(hào)信令、成幀、加擾、鏈接錯(cuò)誤監(jiān)控及幀同步均嵌入在幀層中。幀層的用途是為網(wǎng)絡(luò)元素各組件間的物理互操作性提供參考點(diǎn)。目前，ESSI 幀層可定義以 622.08 Mbit/s 和 2488.32 Mbit/s 速率運(yùn)行的串行鏈接。ESSI 幀層可與廣泛的串行技術(shù)兼容，包括 CML 和 LVDS。ESSI 傳輸層可定義基于 ESSI 的系統(tǒng)間的字節(jié)透明度，并可直接對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中的 STS-N 接口。邏輯層可針對(duì)每個(gè)客戶機(jī)信號(hào)進(jìn)行定義，并可從入口定位器／映射器擴(kuò)展到出口定位器／映射器。ESSI 傳輸層的所有組件均可未終結(jié)地通過(guò)交換矩陣，包括開(kāi)銷。如果使用交給矩陣分層模式，則還可在傳輸層對(duì)該模式進(jìn)行定義。這表明傳輸層可在多個(gè)物理鏈接上進(jìn)行定義，一般為2的冪次方。ESSI 路徑層包括 H1-H3 指針字節(jié)、整個(gè) STS-N 有效負(fù)載及相關(guān)的路徑開(kāi)銷。針對(duì)路徑識(shí)別、設(shè)備狀態(tài)及路徑狀態(tài)可對(duì)其它字節(jié)進(jìn)行定義。

可將 ESSI 中的多個(gè)開(kāi)銷字節(jié)定義為通用端口，其可用于實(shí)施針對(duì)其它功能子系統(tǒng)的專有信號(hào)發(fā)送 (proprietary signaling)。由于基于 ESSI 的器件允許訪問(wèn) ESSI 開(kāi)銷，因此在幀層源與匯點(diǎn)（成幀器與交換結(jié)構(gòu)）處可提取并插入傳輸開(kāi)銷。這些技術(shù)的應(yīng)用范圍包括DCC 字節(jié)的集中采集、處理及生成，或控制器綜合通道的實(shí)施。從較小 CPE 設(shè)備到大型 MSPP 及 DXC，這種方法在設(shè)計(jì)及管理 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)元素方面提供了更大的靈活性，同時(shí)保留標(biāo)準(zhǔn)接口，以允許未來(lái)的擴(kuò)充。

隨著系統(tǒng)容量不斷增加以迎合日益增長(zhǎng)的帶寬要求，采用分層內(nèi)存架構(gòu)的新型交換技術(shù)正將這些系統(tǒng)變得更加經(jīng)濟(jì)高效。擴(kuò)展的 SONET/SDH 串行接口標(biāo)準(zhǔn)化或 ESSI將進(jìn)一步降低系統(tǒng)的成本及復(fù)雜性，從而將多個(gè)功能子系統(tǒng)集中到一個(gè)物理子系統(tǒng)中。采用這些關(guān)鍵技術(shù)的多業(yè)務(wù)供應(yīng)平臺(tái) (MSPP) 將提供史無(wú)前例的在服務(wù)可擴(kuò)展性、動(dòng)態(tài)服務(wù)供應(yīng)及更高的網(wǎng)絡(luò)可管理性。新一代疏導(dǎo)架構(gòu)將使 SONET/SDH 系統(tǒng)容量可從小型光纖接入及邊緣網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到大型城域光纖核心網(wǎng)絡(luò)，從而簡(jiǎn)化了配置、管理及保護(hù)切換所需的