為保障數(shù)據(jù)傳輸品質、滿足電信用戶需求，美國國家科學基金會聯(lián)合超級計算機網(wǎng)絡公司和National Lambda Rail公司進行相關實驗，在智能光網(wǎng)絡中引入光波自律技術。目前，美國采用光波自律技術的智能光網(wǎng)絡已投入商用，并引起業(yè)界的廣泛關注。

目前，IPTV及視頻下載業(yè)務在美國發(fā)展的紅紅火火，互聯(lián)網(wǎng)的應用導致用戶對帶寬需求越來越大，促使美國盡快建設下一代互聯(lián)網(wǎng)(IPv6)。并且，美國HDTV也取得長足進展(有線電視公司和電信公司都在力推HDTV)。但是，在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸IPTV，利用流媒體技術常會出現(xiàn)圖像流停頓現(xiàn)象，類似數(shù)據(jù)通信中的瞬斷。為了保障高品質的圖像傳輸，人們常常采用資源預留技術保障通信效果，而在實際應用中，互聯(lián)網(wǎng)上的話務量是很難預估的。

為解決這個難題，美國在2006年進行了光波長容量自動調整技術試驗工程，把經(jīng)由光交叉連接設備上的兩個路由器間的鏈路層鏈路進行調整，使其流出、流入的數(shù)據(jù)流依據(jù)應用實際的話務量大小自行對波長容量進行調整，達到平衡話務量的目的，以滿足光IP網(wǎng)的發(fā)展需求，藉以提高網(wǎng)絡的方便性和經(jīng)濟性，為IPTV、HDTV和其他視頻大發(fā)展以及IPv6網(wǎng)絡建設奠定基礎。該項工程由美國國家科學基金會贊助，并由超級計算機網(wǎng)絡公司和National Lambda Rail公司主持，現(xiàn)已取得新的進展。

新技術產(chǎn)生背景

將IP由全光網(wǎng)絡承載并通過資源預留技術，以保障電信用戶的需求，這需要網(wǎng)絡既能保障通信質量又方便易用。在這種情況下，GMPLS(通用多協(xié)議標簽交換)技術應運而生。

GMPLS技術具有開放式7層結構，能夠進行點對點的波長容量設定和消除。該技術通過對用戶應用的波長容量進行資源預留，并依據(jù)預留利用狀況對波長進行控制，其技術框圖如圖1所示。

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圖1

IP由全光網(wǎng)絡承載主要由光交叉連接設備、路由器(L2/L3鏈路層/網(wǎng)絡層)等設備以及一些控制管理設備來承擔。網(wǎng)絡資源管理系統(tǒng)依據(jù)應用地需求，由超級程序機得到波長預留通知對波長進行預留工作，進而同光交叉連接設備和具備GMPLS協(xié)議的L2/L3設備聯(lián)合實現(xiàn)對波長容量的設定和消除。這是目前世界上智能光網(wǎng)絡普遍采用的技術。

資源預留技術雖然能解決業(yè)務發(fā)展的需求，但互聯(lián)網(wǎng)中的話務量變化是很難預測的，預先進行預留的網(wǎng)絡資源不一定會與發(fā)展相吻合，因此常常會產(chǎn)生預留資源(鏈路)超出或是不足的問題，人們迫切需要更好的辦法，讓網(wǎng)絡中通路的安排能夠根據(jù)話務量的變化自動進行變動，這就是光波長自律技術要解決的問題，也是人們長期追求的目標。

網(wǎng)絡經(jīng)營者在用戶實際使用之前要想確切地估計到通信狀況，特別是話務量狀況和容許時延等技術指標是非常困難的，因此，網(wǎng)絡經(jīng)營者對波長容量作確切地預留是非常不容易辦到的。另一方面，從應用自身來看，通過對實際通信狀況進行監(jiān)視，并根據(jù)監(jiān)視結果對預留波長進行調整，目前技術上還達不到這種水平，即網(wǎng)絡控制機能還做不到這一點。

這樣，只能通過對實用中的通信狀況地監(jiān)視，讓網(wǎng)絡自身具備適當?shù)牟ㄩL需求判斷能力，并據(jù)此進行波長調整，這就是當今網(wǎng)絡控制技術的發(fā)展目標，即波長容量自律調整技術，美國最近進行了這方面的工程實驗。

美國試驗網(wǎng)介紹

試驗線路由芝加哥開始，途經(jīng)西雅圖市、洛杉磯市，最終到達圣地亞哥市。芝加哥到圣地亞哥市之間，一條光纖線路上承載的信息量是10Gbit/s(圖2中實線部分)，現(xiàn)在要在此基礎上，依據(jù)話務量變化，自動增加一條光纖線路(圖2中虛線部分)，使承載的信息量加大一倍；或者依據(jù)話務量需要自動再把這條增加的光纖線路撤除掉。試驗網(wǎng)線路圖如圖2所示。

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圖2

芝加哥市安裝了2臺光交叉機和1臺L2/L3設備(即路由器)，圣地亞哥市安裝了1臺光交叉機和1臺L2/L3設備，上述3臺光交叉機構成三角形配置；L2/L3設備到SAGE發(fā)信側(SAGETx)間，以及L2/L3設備到SAGE受信側(SAGERx)間分別用2條GigabitEthernet(GbE)鏈路連接起來，同傳輸GMPLS／O-UNI協(xié)議的控制信號網(wǎng)絡，共同組成試驗線路網(wǎng)。

試驗用的光交叉機是由8×8平面光波回路型光開關組成的開關單元、具備10GbE接口的接口單元和具備有GMPLS功能的光交叉機控制系統(tǒng)(NE-Mgr)三部分組成，同時光交叉機還配有架前終端(用作測試和維護)。具有GMPLS功能的光交叉機控制系統(tǒng)(NE-Mgr)利用GSMP(通用轉換管理協(xié)議)，控制光開關進行波長交叉連接，進而NE-Mgr與控制服務器一起，利用GMPLS／O-UNI協(xié)議，對波長進行調整與控制。

本試驗中的控制服務器，每4秒就會對網(wǎng)中話務量進行一次測試，網(wǎng)絡設定當?shù)?條光纖線路上的信息量超過800Mbit/s時，第2條光纖線路就會被啟動；反之，當?shù)?條光纖線路與第2條光纖線路上的信息量少于350Mbit/s的情況下，第2條光纖線路就會被撤除掉。試驗網(wǎng)絡設備構成見圖3。

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圖3

試驗中還搭建了圖像監(jiān)視系統(tǒng)(SAGE)，以試驗高清晰度電視的傳輸效果，SAGE的構成見圖4。

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圖4

當空閑空間管理器收到用戶接收圖像的指令后，就對圖像發(fā)送側的圖像發(fā)送單元和圖像接收側的圖像接收器單元間流通的圖像進行控制，并把圖像接收單元接收到的圖像在顯示器指定的范圍內(nèi)顯示出來，以利于指導工程試驗。

IP是今后發(fā)展方向，而光IP網(wǎng)的出現(xiàn)適應了這種需求。美國這次試驗工程采用了IEEE802.3ad協(xié)議，以太網(wǎng)接口成為主流，一改過去以SDH接口為主的狀況，全面滿足網(wǎng)絡IP發(fā)展需要，這對IPTV和下一代網(wǎng)絡的發(fā)展都至關重要，美國的試驗已引起業(yè)界的廣泛關注。

市場應用情況及發(fā)展預測

在美國采用光波自律技術的智能光網(wǎng)絡已投入商用。AT＆T在2007年底已開始將現(xiàn)有網(wǎng)絡流量向升級后的高速骨干網(wǎng)轉移。AT＆T升級后的高速骨干網(wǎng)具有40Gbit/s的傳輸速率，是目前網(wǎng)絡傳輸速率的4倍，同時該公司還對骨干路由器進行升級，這意味著AT＆T的用戶將可以更快的速率下載在線視頻、照片、音樂等大型文件。AT＆T已經(jīng)在美國鋪設了8萬多公里的高速骨干網(wǎng)，其高速骨干網(wǎng)的最終目標是實現(xiàn)100Gbit/s的傳輸速率，同時AT&T公司也還在大力發(fā)展用戶光纖系統(tǒng)。

Verizon公司除積極發(fā)展骨干光網(wǎng)絡之外，更是花大氣力去發(fā)展用戶光纖系統(tǒng)。2007年2月，Verizon與康寧公司組建聯(lián)合攻關小組，采用康寧公司新型柔軟型光纖，解決多層建筑中安裝光纖的難題，通過光纖技術，向用戶提供速度更高的互聯(lián)網(wǎng)連接、更高質量的視頻內(nèi)容以及更好的網(wǎng)絡交互能力。

智能光網(wǎng)絡由兩層結構(兩層結構即光纖網(wǎng)絡和路由網(wǎng)絡)組成，它不僅含有包交換節(jié)點，而且還有TDM(時分復用)節(jié)點、LSC(波長交換)節(jié)點，甚至FSC(光纖交換)節(jié)點。包交換節(jié)點可以在任何需要的時候為自己建立一條通達到其他包交換節(jié)點的電路、波道甚至光纖通道，而這只是需要發(fā)起一個GMPLS的信令過程(在O-UNI配合下)即可完成。這對網(wǎng)絡經(jīng)營者說來，只需先建好光纖網(wǎng)絡和路由器網(wǎng)絡，即可構筑智能光網(wǎng)絡，而這些正是電信公司的強項，也是為什么美國電信公司積極建設智能光網(wǎng)絡的原因。

在智能光網(wǎng)絡技術方面，美、日等發(fā)達國家走在世界前列。值得注意的是，在美、日新的智能光網(wǎng)絡技術里，資源預留技術有逐漸從這些國家淡出的趨向，同時，過去業(yè)界倡導的用光交換技術去構筑智能光網(wǎng)絡的想法近期也已被光波長自律技術所替代。

由于互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務在發(fā)達國家急速增長，特別是由于IPTV(含HDTV)和視頻下載業(yè)務激增，已經(jīng)出現(xiàn)上行、下行具有相同帶寬、提供給用戶的帶寬足夠大等新需求，這對傳輸網(wǎng)提出了新的要求。作為傳輸網(wǎng)主體的光傳輸網(wǎng)，今后的發(fā)展方向將是建立在光波長自律基礎上的智能光網(wǎng)絡。

而在對光波長的自我調整具體技術方面，各國不盡相同，美國主要是靠由網(wǎng)絡服務器集中控制(設定話務量門限)實現(xiàn)，而日本則是用客戶端服務器和網(wǎng)絡服務器分散控制來實現(xiàn)。這兩種實現(xiàn)方式都在發(fā)展，至于未來的網(wǎng)絡更趨向于那一種技術，還需要進一步的觀察研究。

美國試驗網(wǎng)背景介紹

National Lambda Rail：National Lambda Rail由美國領先的研究型大學和技術公司建立，是美國的高速國家計算機網(wǎng)絡，運行在光纜上，它是第一個橫貫大陸的以太網(wǎng)網(wǎng)絡。NationalLambdaRail這個名字被發(fā)展這個網(wǎng)絡的研究機構組織共享，并設置系統(tǒng)日期，計劃繼續(xù)發(fā)展它。LambdaRail與Abilene網(wǎng)絡相似，但是LambdaRail允許比Abilene進行更深入的實驗。

TeraGrid：TeraGrid由美國國家科學基金會(NFS)發(fā)起，其在2001年8月資助5300萬美元支持4個站點：國家超級計算應用中心(NCSA)、圣地亞哥超級計算機中心(SDSC)、Argonne國家實驗室(ANL)和高級計算機研究中心(CACR)。2002年10月，匹茲堡超級計算中心加入，NFS追加35萬美元增補資金。2003年9月TeraGrid又增加了4個站點，NSF相應地增加了10萬美元。TeraGrid主要的合作伙伴是IBM、Intel和Qwest通信。

TeraGrid項目將為開放的科學研究建立和部署世界上最大、最全面的分布式基礎設施。該項目的開發(fā)已持續(xù)多年，到2004年底建成以后，TeraGrid擁有在9個站點上20萬億次的計算速度、能夠管理和存儲1015字節(jié)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理機制、高解析度的可視化環(huán)境和網(wǎng)格計算工具包。所有資源將通過迄今為止最快的研究網(wǎng)絡帶寬—40Gbit/s的專用網(wǎng)絡完整地連接起來。