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摘要 分析了我国运营商在骨干网普遍采用的IP over WDM网络现状和存在问题，重点从中转业务优化处理和两层保护协调机制出发，探讨了近期和未来IP over OTN的联合组网方案以及在传送平面、控制平面和管理平面的关键技术。
1 我国运营商IP over WDM的网络现状分析
目前，我国运营商的骨干网主要分为两层：由核心路由器组成的IP网（包括IP互联网和IP承载网）和骨干光传送网（光层，包括SDH和WDM），IP是光传送网的主要服务对象。近年来，互联网等数据业务的快速发展导致骨干网流量急剧增长，IP层的路由器面临着巨大的扩容与处理压力，导致其容量、复杂度与功耗不断提高。路由器单机已无法承受这样的增长速度，于是出现了路由器堆叠技术，使骨干路由器成为网络中最昂贵的设备。但是，多年来两层一直分别独立发展，二者的联系仅集中在光层为IP层提供静态配置的物理链路资源，IP层看不到光层的网络拓扑和保护能力；光层也无法了解IP层的动态业务连接需求。这种分离状态带来了两大主要问题：
1.1 中转业务的处理效率问题
在多等级IP网络中，分组从源到目的地要经历多跳，导致大量的中转业务，而且核心网的网状互联程度有限，更增加了IP中转业务，因此IP网络规模越大，中转业务量越大。在IP承载网的核心层，组网模式一般是边缘路由器（PE）双归属到核心节点的P路由器上，P路由器完成PE路由器之间的业务转发和疏导。我们通过对骨干网络流量分析，发现在经过P路由器的业务流量中，大约有50％以上属于“过境”的中转流量，这些“过境”流量更是大大加重了P路由器的负担。一方面导致路由器的容量扩展受到严重挑战；另一方面中转业务实际上不需要三层IP功能，却占用了昂贵的路由器线卡，造成了网络成本和设备功耗的快速增长，网络流量的整体处理效率较低，因此迫切需要考虑如何降低这种不增值的转发成本，而且这些“过境”流量对本地来说是不增值的。实际上，这些“过境”流量完全可以通过下层的光传送网进行旁路，以降低P路由器的处理压力，减少对路由器堆簇的需求，可使整个网络的CAPEX大量节省。但是，在目前传统的IP over WDM组网模式下，IP网和骨干WDM网是相互独立的，无法实现对中转业务的处理，因为目前IP层一直把WDM链路系统的波长视作黑光纤，一个IP链路中承载着不同流向、不同优先级的业务，WDM链路系统仅作为一个刚性的大管道完成点到点的传送功能，不能进行业务源宿节点和业务优先级的识别，因此也无法实现对中转业务的路由优化和组网成本优化。
1.2 网络的可靠性设计问题
为了提高IP承载网的网络可靠性，普遍采用了IP层保护恢复机制和网络轻载方式。这意味着在网络流量不断增长的情况下，骨干路由器只有采用更大的容量来提供网络轻载和业务保护。IP和光网络的联合保护已成为现代电信网至关重要的设计考虑，也成为市场开放环境下不同网络运营商之间的竞争焦点。我国运营商的IP和光传送网的组网方案，有的是基于无保护的IP over WDM技术，如中国电信的CN2，有的是基于有保护的IP over WDM技术，如中国移动的IP专网，两种方案分别有各自发展背景和特点，具体分析如下：
（1）由于中国电信的省际电路业务量大、颗粒大，因此两张IP网：CHINANET和CN2在省际和省内干线主要是基于无保护的点到点WDM系统进行传输，仅有少量几条WDM光缆线路采用了OLP进行1＋1光线路保护。CN2的基本特点是大容量和轻载运行，网络结构比CHINANET有所优化，核心技术是IP／MPLS，在IP层面可以实现小于1s的快速路由收敛，8条等价路径负载分担，ICP／BCP的协议平稳重启，基于DiffServ架构的8个等级的QoS业务，全网组播，具备平稳升级到IPv6的能力；在MPLS层面，核心节点之间50条链路部署了FRR，可实现50ms的保护切换。由于采用无保护的IP over WDM技术，要求IP网具有完善的保护恢复机制，但从目前IP网的保护恢复机制来看，由于FRR存在扩展性差、规划管理难度大等方面问题，该技术只能应用在IP核心层，在汇聚层和接入层采用IGP快速协议收敛，在一定条件下可保证业务的QoS，但是一旦光缆中断，WDM系统中传输的几十个10Gbit/s的IP逻辑链路同时中断，路由器将进行大规模的FRR和IGP协议收敛，这对IP网及其上层业务来说将是灾难性的，因此IP网对于大面积光缆中断的承受能力受到严重挑战。
（2）从2007年至今，中国移动在省际干线广泛采用了WDM系统的1+1光波长保护方案来传送IP专网业务，为移动软交换等重点业务提供了高可靠的基础网络保障，避免了底层光缆故障对上层IP专网业务的大规模影响，是当时技术和业务发展背景下的较优方案选择。今后，随着中国移动重点发展移动互联网业务以及逐步开展全业务运营，IP骨干网的业务量也将成倍增长，现有的IP over WDM组网方案将逐步显现一些问题。由于中国地域广大且采用了多厂家的WDM设备，多厂家干线WDM系统的1+1保护方式为纯人工配置，灵活性差，运维管理复杂，且网络成本（主要是OTU的投资）随着业务量增长线性提升，因此需要寻求更优的联合组网方案来解决。
这两大问题的解决都必须要求实现IP层和光网络的联合互动。一方面利用光层的大颗粒调度、疏导能力在光层上“直通”P路由器上的中转流量，另一方面利用光层的链路保护能力提高IP层的网络可靠性，以此来降低对骨干路由器的容量和复杂度要求，减少骨干路由器功耗，从而降低整个基础承载网的CAPEX和OPEX。目前，IP层与光网络之间的联合组网已成为电信网的发展趋势和研究热点。
2 IP和OTN的联合组网方案探讨
2.1 中转业务的优化处理方案
图1（a）给出了传统IP over WDM组网的流量规划示意图，由于传统WDM线路系统不具备灵活的波长和子波长交换能力，而且路由器普遍采用STM-64或STM-256 POS接口，在A-C的业务流量（3Gbit/s）小于单波长容量（10Gbit/s）时，通常将A-B和A-C的业务流量配置在一个路由器线路接口，并通过WDM系统适配到一路波长信号中，因此无法在B节点的WDM层面实现A-C业务的中转优化，仍由B节点的路由器实现A-C业务流量的转发。
图1 IP Over WDM和IP Over OTN组网的中转业务处理
如图1（b）所示，为了实现中转业务的路由优化，必须借助支持子波长（ODUk）交叉的光传送网（OTN）网络节点以及路由器和OTN之间的业务识别和适配映射等关键技术来实现。在A节点，虽然路由器将A-B和A-C的业务流量统一封装在一个STM-64 POS接口中，OTN网络节点可通过采用MPLS-TP技术来识别路由器POS接口中的IP/MPLS标签，区分A-B和A-C的业务，并分别适配映射到不同的ODUk中传送（未来OTN支持ODUflex技术后，将进一步提高复用映射效率），在B节点将A-C流量通过ODUk交叉功能在光层直通，由此降低对B节点路由器容量和线卡的配置要求。
新一代的OTN是适应IP业务传送的光联网技术，可以更好地透明传送10GE，40GE乃至100GE以太网业务，不仅能提高光层的业务调度、组网保护和智能控制能力，在集成MPLS-TP技术后可进一步实现IP over OTN的联合组网优化，实现网络资源利用率的提高和综合成本的降低。特别是在今后核心路由器大量采用高速高成本的STM-256 POS接口或40GE/100GE以太网接口技术后，在光层实现中转业务识别和分流的价值将显著提高。
在网络实际部署中，可通过对IP层和光层的资源进行统一规划，使得整个网络达到逼近路由器直连的效果。由于OTN设备的每比特成本和功耗约为IP层路由器的1/3~1/5。用OTN节点旁路掉IP层路由器的中转流量后，可有效降低对核心路由的容量需求，解决网络容量的瓶颈，从而提升整个网络的容量使用效率。根据国外某知名运营商的现网流量研究分析，采用该方式可以降低对核心路由器容量需求的25%~50%。
