為適應(yīng)未來而設(shè)計 的SONET/SDH

在最初部署語音通信時，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，其將語音、視頻及數(shù)據(jù)在強大可靠的單個傳輸機制上進行了完美組合。然而，當(dāng)今部署的眾多設(shè)備架構(gòu)均無法充分進行擴展來滿足未來不斷增長的數(shù)據(jù)需求。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量不斷呈指數(shù)增長，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，電信運營商正在尋求削減資金及運營支出的方法。他們需要對其現(xiàn)有 SONET/SDH 基礎(chǔ)設(shè)施進行無縫擴展，以便不斷提高容量，同時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)商在保留語音收入的同時，還能輕松對其現(xiàn)有 SONET/SDH 基礎(chǔ)設(shè)施進行調(diào)整并擴展到以數(shù)據(jù)為中心的未來世界。第一，新的交換結(jié)構(gòu)技術(shù)可向現(xiàn)有及新型平臺——容量可達160 G、320 G、640 G以及更高——提供無縫的在服務(wù)可擴展性（in-service scalability），而無需從根本上更改架構(gòu)。第二，對多播服務(wù)及更靈活端口布局不斷增長的需求已增加了連接供應(yīng)軟件的復(fù)雜性；眾多系統(tǒng)廠商正在尋求簡化并增強供應(yīng)軟件的方法，因此可提高整個網(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 ASSP 與 ASIC 廠商之間的互操作性，使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠靈活地添加使用標(biāo)準(zhǔn)接口的獨特服務(wù)，同時簡化系統(tǒng)管理。
 
    分層架構(gòu)（sliced architecture）可提供出眾的可擴展性

    SONET/SDH 交換系統(tǒng)一般采用兩種交換架構(gòu)中的一種：單級或多級。使用單級架構(gòu)通常會創(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，單級架構(gòu)一般固定在帶寬中，如果不升至多級架構(gòu)，則無法對其進行擴展。由于只有一個交換元素，因此該系統(tǒng)可輕松進行實施。另一方面，多級結(jié)構(gòu)一般基于時間、空間、時間的三級架構(gòu)，可在物理限制中輕松進行擴展。雖然該方法能夠滿足帶寬的可擴展性要求，但需要更多的器件數(shù)、更高的功率，而且還會增加軟件復(fù)雜性。例如，利用一個結(jié)構(gòu)元素來設(shè)計的 SONET/SDH 系統(tǒng)可提供 160G 的交換容量。若要將該結(jié)構(gòu)擴展到 640 G需要12個這樣的交換元素（在三列中有四個器件）。即，交換結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)成本和功率會增加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)可從一個單元素架構(gòu)開始進行線性擴展，從而顯著降低了構(gòu)建可與其多級結(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)可在單級中的多個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（sub-granular level）疏通流量。例如，在上述的擴展問題中，我們希望將交換結(jié)構(gòu)的匯集容量從 160 G增加到 640 G。進一步來說，如果每個線路卡與結(jié)構(gòu)卡之間有四個數(shù)據(jù)鏈接，則我們希望的上述情況一般便會實現(xiàn)（每個鏈接將以 622Mbit/s 或 2488Mbit/s 的速度運行）。在分層架構(gòu)中，線路卡的每一數(shù)據(jù)字節(jié)均可在四個數(shù)據(jù)鏈接間進行擴展，因此第一個鏈接可承載比特（bits）1和比特2，第二個鏈接可承載比特3和比特4，依此類推。后續(xù)時隙中的后續(xù)字節(jié)可以相似的方式進行分配。由于每個鏈接上可放置每個字節(jié)的兩個位，因此這被稱為雙位分層。這樣，四個結(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）處進行重新裝配。采用這種分層技術(shù)，該架構(gòu)僅通過利用四個結(jié)構(gòu)元素便可線性擴展到 640 G，而一個三級非分層架構(gòu)將至少需要12個。

    在該架構(gòu)中有著許多重要的發(fā)現(xiàn)。首先，每個結(jié)構(gòu)元素均為來往于通用端口／時隙的交換數(shù)據(jù)。因此，每個交換元素可執(zhí)行相同任務(wù)，還可共享通用矩陣配置。第二，每個線路卡必須能夠標(biāo)記通過多個數(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進行尋址與交換。盡管這確實增加了元素自身設(shè)計的復(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?。┑奈锢硖匦耘c字節(jié)可尋址元素類似。最后，在升級過程中不改變基礎(chǔ)架構(gòu)：由于可并行處理數(shù)據(jù)，因此整個元素組可作為單個器件。

    快速而靈活的服務(wù)提供

    交換架構(gòu)設(shè)計中要解決的最大問題之一是如何防止阻塞。當(dāng)輸入端口／時隙沒有被連接到所要求的輸出端口／時隙時，即使端口此時可用，也會出現(xiàn)阻塞。在雙播流量（bicast traffic）極為普通（例如針對環(huán)應(yīng)用）的SONET/SDH 系統(tǒng)中，這一問題尤為嚴(yán)重。對諸如視頻等多播服務(wù)與日俱增的要求進一步加劇了這一問題的嚴(yán)重性。交換結(jié)構(gòu)阻塞性能分三類：阻塞、可重排無阻塞以及嚴(yán)格無阻塞。在嚴(yán)格無阻塞結(jié)構(gòu)中，對所有的連接都可進行配置，而不必考慮其中配置連接的順序。在可重排無阻塞結(jié)構(gòu)中，某些連接可能被阻塞，但始終有可能對現(xiàn)有連接進行重排以提供交換資源。在阻塞結(jié)構(gòu)中，重排可能會減少一些阻塞問題，但不可能解決所有可能的連接。對于上述類別的每一種，阻塞行為對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)可能是可重排無阻塞的，但對于多播來說可能是阻塞的。

    在單個元素結(jié)構(gòu)中，通過使用共享核心內(nèi)存元素可輕松解決阻塞問題。在內(nèi)存元素中，每個輸出端口／時隙均可同時訪問所有的輸出端口／時隙，因此其屬于針對所有流量形式的嚴(yán)格無阻塞類型。共享內(nèi)存元素還具有其它優(yōu)勢，即配置起來極其簡單，您只需針對每個輸出端口／時隙配置源端口／時隙即可，這極大地降低了軟件的復(fù)雜性。但是，正如上述所討論的，對單個元素結(jié)構(gòu)進行擴展非常困難。在多級結(jié)構(gòu)中，很難在實踐中對阻塞或無阻塞性能進行驗證。即使單個結(jié)構(gòu)元素自身屬于嚴(yán)格無阻塞類型，這也不必作為整體擴展到該結(jié)構(gòu)中。過去，通過將端口布局限制、多播限制、連接重排以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)加速等進行完美結(jié)合，SONET/SDH 系統(tǒng)設(shè)計人員已創(chuàng)建了實用的多級結(jié)構(gòu)實施。隨著潛在連接數(shù)目的不斷增長，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)的一個重要屬性是交換元素組整體可作為單個元素。這與多級方法不同，如果每個單獨元素自身是一個 160G 的共享內(nèi)存元素，則該組將作為容量為 640G 的單個共享內(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)擴展的優(yōu)勢，同時保持配置的簡易性以及單芯片設(shè)計的任意多播功能。這在軟件復(fù)雜性方面將實現(xiàn)顯著的節(jié)約，同時也將實現(xiàn)更快、更確定的供應(yīng)時間。供應(yīng)時間可降低至通過微處理器接口在新配置中載入所消耗的時間。

    標(biāo)準(zhǔn)接口可簡化系統(tǒng)開發(fā)與管理

    可將 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)元素分成四個基本功能平面：數(shù)據(jù)、控制、定時及開銷。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)元素擴展到更大容量時，其它功能平面也必須進行擴展。例如，眾多 SONET/SDH 系統(tǒng)采用由基于單個線路卡的微處理器（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道統(tǒng)計數(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，需要進行擴充。相似的分析適用于 SONET/SDH 開銷的 DCC 字節(jié)中的信號發(fā)送。當(dāng)端口數(shù)量增加時，信號發(fā)送系統(tǒng)的負擔(dān)便會加重，應(yīng)需要進行重新設(shè)計。眾多系統(tǒng)設(shè)計人員將此作為把每個功能平面集成到一個通用接口的良機，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)共享一個通用共享總線一樣。這種動機隱藏在擴展的 SONET/SDH 串行接口或 ESSI 中。ESSI 可定義用于 SONET/SDH 系統(tǒng)的信號發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)，并可將控制、定時及開銷管理集成到通用物理接口中。

    OIF TDM 到 5 級結(jié)構(gòu)接口 (TFI-5) 的超集 ESSI 可定義三個功能層：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。電信號信令、成幀、加擾、鏈接錯誤監(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。目前，ESSI 幀層可定義以 622.08 Mbit/s 和 2488.32 Mbit/s 速率運行的串行鏈接。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，并可直接對應(yīng)系統(tǒng)中的 STS-N 接口。邏輯層可針對每個客戶機信號進行定義，并可從入口定位器／映射器擴展到出口定位器／映射器。ESSI 傳輸層的所有組件均可未終結(jié)地通過交換矩陣，包括開銷。如果使用交給矩陣分層模式，則還可在傳輸層對該模式進行定義。這表明傳輸層可在多個物理鏈接上進行定義，一般為2的冪次方。ESSI 路徑層包括 H1-H3 指針字節(jié)、整個 STS-N 有效負載及相關(guān)的路徑開銷。針對路徑識別、設(shè)備狀態(tài)及路徑狀態(tài)可對其它字節(jié)進行定義。

    可將 ESSI 中的多個開銷字節(jié)定義為通用端口，其可用于實施針對其它功能子系統(tǒng)的專有信號發(fā)送 (proprietary signaling)。由于基于 ESSI 的器件允許訪問 ESSI 開銷，因此在幀層源與匯點（成幀器與交換結(jié)構(gòu)）處可提取并插入傳輸開銷。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施。從較小 CPE 設(shè)備到大型 MSPP 及 DXC，這種方法在設(shè)計及管理 SONET/SDH 網(wǎng)絡(luò)元素方面提供了更大的靈活性，同時保留標(biāo)準(zhǔn)接口，以允許未來的擴充。

    隨著系統(tǒng)容量不斷增加以迎合日益增長的帶寬要求，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)濟高效。擴展的 SONET/SDH 串行接口標(biāo)準(zhǔn)化或 ESSI將進一步降低系統(tǒng)的成本及復(fù)雜性，從而將多個功能子系統(tǒng)集中到一個物理子系統(tǒng)中。采用這些關(guān)鍵技術(shù)的多業(yè)務(wù)供應(yīng)平臺 (MSPP) 將提供史無前例的在服務(wù)可擴展性、動態(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)升級到大型城域光纖核心網(wǎng)絡(luò)，從而簡化了配置、管理及保護切換所需的