WDM驱动范文

WDM驱动范文（精选6篇）

WDM驱动 第1篇

在当今的航迹规划系统中, 需处理的地图数据规模较大。为了提高规划速度, 可开发相应的专用硬件设备, 如采用将PCI设备挂接在PC机上的办法协助主机来实现大规模数据处理。本文采用的高性能DSP芯片TMS320C6455 (简称C6455) 是TI公司推出的新型高性能数字信号处理器。

PCI局部总线凭着其他总线不可比拟的优点已成为当今的主流总线, 最突出的是传输速度占有优势[1,2]。在开发PCI设备的过程中, 选择合适的开发工具为PCI设备设计驱动程序是很关键的一步。在Windows XP系统下, WDM模型是微软力推的一种设备驱动程序设计架构, 为程序开发者提供了一个参考框架[3,4]。

1协处理卡硬件结构

文中所设计的协处理卡的核心组件由3片TMS320C6455芯片和1片FPGA组成, 整个板卡结构如图1所示。这里DSP0的PCI接口进行协处理卡与上位机的各种通信和数据传输, 同时DSP0还负责将数据分发到其他两个DSP中。DSP0 与DSP1, DSP2之间的通信由FPGA控制实现。DSP通过EMIFA口[5,6]与FPGA相连, 3个DSP之间通过互联双向FIFO交换数据。在FPGA内部实现仲裁和读/写FIFO控制逻辑。

2TMS320C6455 PCI接口

协处理卡通过DSP0的PCI接口与上位机进行通信。该PCI接口符合PCI2.3规范, 其工作频率为33 MHz/66 MHz (可以根据实际情况选择) 。本文选择的工作频率为33 MHz, 采用32位数据线, 其传输峰值速度可达132 MB/s。PCI接口主要包括配置寄存器、存储器映射寄存器。

所有符合PCI要求的设备都支持256 B的配置空间。配置寄存器存在于配置空间中, 用于设备的识别域有供应商ID域、设备ID域、版本域、头标类型域、分类代码域[2]。对C6455芯片而言, 供应商ID、设备ID和版本ID的值分别是0x104C, 0xB000和0x01[6], 其他可采用默认值。

存储器映射寄存器主要通过基地址寄存器来实现。基地址寄存器的功能是为PCI设备指定存储空间。C6455中的PCI版本为2.3, 该版本只支持存储器映射的寄存器[2,7]。

C6455提供了6个基地址寄存器BAR0～BAR5, 通过对基地址寄存器的设置, 可以实现DSP和主机端的地址映射。C6455提供了主从两种地址映射方式, 下面将重点介绍C6455的地址映射原理。

从模式地址映射:上位机将对DSP进行读/写访问。DSP地址空间映射到上位机的过程可分为以下几步:

(1) DSP对寄存器PCIBARMSK进行写操作, 指定向上位机申请的窗的大小, 然后上位机通过这个可以移动的窗来访问DSP的地址空间;

(2) DSP对寄存器PCIBARTRL进行写操作, 指定步骤 (1) 中的窗在DSP存储空间的起始地址。从模式地址映射如图2所示。

主模式地址映射:上位机只作为存储器使用。PCI地址空间映射到DSP地址空间的过程分为以下几步:

(1) 主模式窗口的大小固定为8 MB。PCIBAR的地址由上位机系统上电自动分配。

(2) DSP将PCIBAR的地址写入寄存器PCIADDSUB[n]中, 从而将DSP端和上位机端的地址形成映射。主模式下地址映射如图3所示。

在实际应用中, 系统分配的PCIBAR0=0xEA000000, DSP将改地址写入PCIADDSUB0中。PCIADDSUB0对应DSP端的起始地址为0x40000000, 所以当DSP访问起始地址为0x40000000的大小为8 MB的地址空间时, 相当于访问了PCI起始地址为0xEA000000的大小为8 MB的地址空间, 从而使得DSP扩展了存储空间。

3WDM驱动程序设计

开发WDM驱动程序的工具很多, 本文选择NuMega公司提供的DriverWorks。DriverWorks是DriverStudio中专门为开发WDM程序提供的完整框架[1]。利用其中的框架代码生成向导工具, DriverWizard可以快速生成一个框架, 程序开发者所需要做的工作就是在此框架基础上根据设备的特定代码实现特定功能。

对协处理卡来说, 最主要的作用是实现上位机与板卡之间的数据传输。常用的数据传输方式有程序查询、中断和DMA等。开发设备驱动程序的关键是如何进行硬件操作, 其基本功能有设备初始化、端口读/写操作、内存直接读/写操作、中断设置、响应、以及中断调用[8]。整个驱动程序功能模块如图4所示。

3.1 PCI配置空间的访问

驱动程序在类C6455Device的函数OnStartDevice中实现对PCI设备资源进行分配和处理, 通过类KpciConfiguration来实现对配置空间的访问。在访问之前要进行初始化, 使之连接到要访问的设备上。

KpciConfiguration PciConfig (m_Lower.TopOfStack () ) ;

其中, m_Lower是KpnpLowerDevice类的实例。在AddDevice例程中初始化, 连接到驱动程序上, 函数TopOfStack返回当前设备栈顶部的设备对象。通过函数ReadHeader/WriteHeade, ReadBaseAddress/WriteBaseAddress访问PCI设备的配置空间[1]。

3.2 内存的访问

PCI设备对映射内存的访问是通过类KmemoryRange实现的。在WDM中, 驱动程序得到的只是PCI总线配置机构分配的物理内存[2]。系统为驱动分配的物理内存要先转换成可以访问的非分页内存才能被驱动使用, 由KmemoryRange的成员函数Initialize来实现。具体在OnStartDevice中实现, 程序如下:

通过类KmemoryRange的实例m_MemoryRange0～5可以实现对DSP中任何存储空间的访问。

3.3 中断的处理

中断功能是对硬件的一项基本要求, 通过中断可实现硬件相对独立的工作, 而不受CPU的实时控制。一般完成一次中断需要以下几步:

(1) 配置中断。通过PCI的中断寄存器获得PCI设备的中断资源, 并对其进行必要配置;

(2) 处理中断。在中断服务程序中, 收到中断信号后, 判断来自哪个设备, 对本设备中断才进行响应;

(3) 推迟过程调用。由于中断服务程序的优先级比较高, 不适合长时间内核调用, 所以需要在延迟过程调用中进行处理[9]。

中断资源的获得是由类Kinterrupt的实例m_Isq来实现的, 类KDeferred的实例m_DpcFor_Irq实现延时过程的调用。中断对象把中断信息传递给IoConnectInterrupt, 作用是将中断信息与中断服务程序相连, 然后将耗时但不需要立即处理的任务做延时处理[10]:

在C6455中与中断有关的寄存器为:

DSP到主机的中断寄存器有PCIHINTSET 和PCIHINTCLR;

主机到DSP的中断寄存器有PCIBINTSET 和PCIBINTCLR。

通过设置这些寄存器可以使能相应中断, 当这些寄存器和PCISTATSET的对应位一致时, 才能产生中断。上位机的具体操作如下:

3.4 DMA的处理

在DriveWorks中, 由类KdmaAdapter来描述DMA适配器, DMA数据传输的具体操作是由类KdmaTransfer来实现的。在传输过程中, 采用common buffer (公共缓冲区方式) 进行应用程序与驱动程序之间的数据交换。

初始化DMA变量在函数OnStartDevice中实现。当应用程序提出DMA请求时, DMA的准备工作在函数SerialRead与SerialWrite中实现。判断数据是否传输完成, 则在函数OnDmaReady中实现, 此函数是DMA传输启动后的回调函数, 需要自己定义, 并与中断服务和DPC例程联合工作。传输完毕后, PCI协处理卡产生中断请求, 在中断服务例程中启动DPC[1,9]。

4实验结果

结合实际应用的需求, 本文设计了基于PCI接口的多DSP协处理卡。板卡上三块TMS320C6455的DSP编号本别为DSP0, DSP1和DSP2。其中, DSP0通过PCI接口与上位机相连。本文设计的驱动程序主要是完成上位机与DSP0的数据交互工作, 实验分两个部分:驱动程序的安装;协处理数据传输。

(1) 驱动程序的安装是通过生成的*.inf文件来实施的。*.inf文件是实现即插即用的关键文件, 其中包含了设备型号、设备标识、设备资源等设备相关信息。

按照向导成功安装后, 在设备管理器中可以查看协处理卡设备的各项属性, 如图5所示。

(2) 要提高PCI设备的传输速度, DMA方式的数据传输必不可少。TMS320C6455的PCI接口支持主从模式的数据传输。为了提高传输速度, 本文采用主模式传输方式。

上位机需要向协处理卡传输航迹规划所需要的地图数据, 即地图中所划分网格中的出入口信息、地形高程图数据和匹配区数据。实验中, DSP为主设备, 上位机为从设备。由DSP发起数据请求, 控制整个传输过程, 从上位机端读/写数据。实验数据位宽设为32 b, 传输量为B, 传输时间取10次实验的平均值。实验结果如表1所示。

从上表可以计算出随着传输数据量的递增, 传输速度会逐渐增大。由于C6455的PCI传输峰值为132 Mb/s, 故传输速度不会无限增大。实际测得的最大传输速度达100.64 Mb/s, 实验证明这个速度完全可以满足航迹规划系统中数据传输速度的需求。

5结语

本文介绍了以TMS320C6455为核心部件的PCI协处理卡的系统结构, 设计了板卡的WDM驱动程序, 并详细说明了TMS320C6455的主从模式数据传输, 进一步实现了协处理卡与上位机以DMA方式进行的大量数据传输。实验证明, 所开发的驱动程序可以正常使用, 板卡工作正常, 上位机和DSP之间的数据传输平均速度为100 Mb/s, 达到了预期效果。

参考文献

[1]尹勇, 李宇.PCI总线设备开发宝典[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.

[2]李贵山, 陈金鹏.PCI局部总线及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003.

[3]武安河.Windows 2000/XP WDM设备驱动程序开发[M].2版.北京:电子工业出版社, 2005.

[4]ONEY Walter.Programming the microsoft windows drivermodel[M].2nd ed.[S.l.]:Microsoft Press, 2005.

[5]李方慧, 王飞, 何佩琨.TMS320C6000系列DSPs原理与应用[M].2版.北京:电子工业出版社, 2003.

[6]TI Inc..TMS320C6455 Fixed-piont digital sigal processor, SPRS276 H[R].TI Inc., 2007.

[7]TI Inc..TMS320C645x DSP peripheral component inter-connect (PCI) user′s guide, SPRUE60A[R].TI Inc., 2009.

[8]司玉美, 申会民, 耿爱辉, 等.基于PCI总线数据通信卡WDM驱动程序设计[J].计算机测量与控制, 2006, 14 (2) :259-261.

[9]王文渊.PCI协处理卡驱动程序设计及其在航迹片段规划系统中的应用[D].武汉:华中科技大学, 2009..

[10]曾磊, 陈斌, 郭虹.基于PCI总线的实时测频卡WDM驱动程序设计[J].现代电子技术, 2009, 32 (24) :33-35.

WDM驱动 第2篇

随着工业生产要求的提高,折弯机数控系统在柔性化和智能化等方面的要求不断提高。为适应数控折弯机的发展需求,华中科技大学自主研发了可配置的液压数控折弯机的控制系统,该控制系统的架构包括华中数控HNC8数控装置、Windows环境下的应用软件和基于NCUC总线协议开发的PCI总线设备WDM驱动程序,在研发中根据“高内聚、低耦合”的原则,实现各模块之间的接口化并提高模块功能的独立性。

1 液压数控折弯机的结构及控制原理

1.1 折弯机结构

折弯机是通过滑块一次可控距离的下行,作用在板料上,使其弯曲成形的锻压设备,其结构简图如图1所示。

在液压折弯机的控制系统中,滑块的运动依靠液压系统中的两个液压缸进行驱动,后档料轴的定位控制采用伺服电机进行驱动,挠度补偿采用液压缸或楔形结构补偿。数控折弯机的基本配置为两个液压缸分别控制的Y1轴和Y2轴,后挡料伺服电机控制的X轴,以及挠度补偿的V轴,俗称“3+1”标准轴配置,而随着折弯工艺的发展和对折弯机功能需求的提高,后挡料控制轴逐渐增加,包括X1轴、X2轴、Z轴、R轴等,因此对折弯机控制系统的柔性要求逐渐提高。

1.2 控制原理分析

折弯机控制系统关键是实现液压系统的控制和伺服电机的控制。液压系统的控制关键是对其中的同步阀组的控制,同步阀组的液压原理图如图2所示,其中半闭环控制的液压元件比例伺服阀是该阀组的核心器件,通过基于模拟量信号控制的PID控制器和光栅尺的位置反馈实现全闭环控制。该控制系统的液压双缸同步的控制策略,采取的是同等控制模式配合交叉耦合的调节模式,控制两轴运动的同时不断调节同步误差,其基本控制原理如图3所示。而辅助轴的伺服电机的运动控制与液压轴的控制原理一致,采取的是伺服电机三环控制中的速度环控制模式,并将位置环控制放在软件中实现,利用统一的位置规划函数和PID处理函数,实现辅助轴的可扩展性,其原理框图如图4所示。

2 可配置性控制系统的实现

2.1 控制系统硬件平台

该控制系统是以华中数控的HNC8数控装置为硬件平台进行研发的。HNC8数控装置的基本组成包括IPC单元、液晶屏、扩展的I/O模块HIO-1000总线单元。该数控装置采用的是NCUC工业现场总线的串联方式实现的,可扩展的HIO-1000总线单元基本的子功能模块包括16路开关量输入、16路开关量输出、8路模拟量输出、8路模拟量输入和4路编码器输入,且总线单元可最多扩展至16个I/O单元,能够完全满足折弯机控制的硬件信号端口需求,该控制系统的硬件配置图如图5所示。

2.2 基于WDM驱动程序的软件架构设计

该控制系统的工艺软件是在Win32平台下开发的应用软件,应用程序无法直接操作硬件设备,需要开发相应的驱动程序才能实现应用软件与数控装置的通讯。在Windows操作系统环境下的驱动程序都是基于WDM(Windows Driver Model)模式开发的,应用程序主要是通过I/O管理器传递IRP给不同的例程完成对硬件的操作的。目前驱动程序的开发工具较多,其中DriverStudio可以比较高效地开发出所需的WDM驱动程序。在按顺序安装完VC6.0、DDK和DriverStudio后,通过DriverWizzard的设置可以生成PCI设备驱动程序的框架,在开发驱动程序的过程中,几个关键的技术总结如下:

(1)KIoRange类。该类的功能是对I/O映射芯片的访问,对HNC8数控装置的特定功能的寄存器进行设置,主要是使数据发送使能和中断周期的设定。

(2)KMemoryRange类。该类的功能是对内存映射芯片的访问,根据NCUC总线协议定义数据结构,并写入指定的内存缓冲区,使硬件产生需要的信号。

(3)KInterrupt类。该类的功能是产生硬件中断。该系统的开发中,将所有的实时控制全部放入硬件中断中处理,极大的提高了控制系统的性能。

(4)DeviceIoControl函数。该函数是应用程序与驱动程序通讯的关键。该系统开发中的所有参数配置、指令发送和数据读取都是通过该函数和缓冲区读写方式实现的。

根据硬件特性和NCUC总线协议的设定,设计具有可配置性的软件架构,其结构如图6所示。

2.3 控制算法在驱动层中实现

该系统的控制算法是以经典PID控制算法为核心,作一定的优化和配合相应的控制算法(前馈算法和交叉耦合算法)实现的。而为了提高系统的实时性和效率,将所有的控制算法移植到驱动程序中,但驱动层不支持浮点数据和浮点运算,因此在算法移植时需要做相应的优化处理。离散化的PID算法公式为:

根据该公式构建相应的PID控制函数,但由于驱动程序的数据全部为整型,在调节参数增益特别是比例增益时,往往最小的增益参数1就会引起系统较大的振荡,如图7所示。

即使没有震荡也会使整个系统调节的灵敏度大大降低,因此需要对该PID算法进行优化,在原来的增益参数基础上引入了4个比例扩展因子,整体扩展比例G、比例增益扩展比例系数GP、积分增益扩展比例系数GI和微分增益扩展比例系数GD,使得该系统调节的灵敏度和控制性能与应用层软件的效果基本相同。优化后的离散PID算法公式如下

2.4 控制流程

为了提高该控制系统的控制性能,对软件的各个功能进行分层处理,将人际交互的指令和运动曲线规划放入上层应用程序中实现,将外围电气设备操作指令和实时的运动控制放入硬件中断中实现,而在驱动程序中按照这一设计模式研发时,需要解决的关键问题是应用层和驱动层的数据共享问题,应用程序进行运动曲线规划后,产生的较多的离散数据需要被驱动程序使用,在WDM中采用了非分页内存共享内存的方法,实现应用程序和驱动程序的数据共享。具体实现是用ExAllocatePoolWithTag函数动态分配所需的内存空间,然后用IoAllocateMdl函数创建MDL(Memory Descriptor List)指向该内存,并用MmBuildMdlForNonPagedPool函数保存虚拟地址与物理地址的映射关系,最后在派遣函数中,利用MapToSystemSpace函数实现应用程序使用的虚拟地址关联到驱动程序中分配的物理地址中。基于WDM驱动程序的控制系统的主要控制流程如图8所示。

3 测试和结论

该控制系统的研发是由“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(编号:2012ZX04001-012-01-06)支持的。完成软件的设计和编写后,在湖北三环锻压设备有限公司制造的1000k N液压数控折弯机上搭建控制系统的硬件平台。经过调试,该控制系统能稳定控制折弯机运行,在原来折弯机的“3+1”轴标准配置的条件下,根据该控制系统的可配置和可扩展性,配置了一个实验用的伺服电机控制的后挡料轴,同样取得较好的控制性能。如图9所示是折弯机应用软件手动模式的界面。

折弯机一次行程完成后,各个数控轴的规划曲线和实际运行曲线如图10所示。

经过对数据的分析可知,该控制系统通过同等控制和交叉耦合的控制方法能较好地控制液压系统双轴同步运动误差,使快下阶段的同步误差在0.4mm以内,在关键的工进阶段,同步误差在0.03mm左右,在加入改进的前馈算法后,下死点精度能控制在0.01mm以内,后挡料轴到达目标位置后,精度控制在0.01mm以内。同时,在配置新的后挡料轴后,整个系统的运行稳定性没有变化,长时间重复测试的控制效果都在要求的范围内。与国际上先进的折弯机数控系统荷兰DelemDA65数控系统相比,在相同的应用条件下,该系统各轴的控制精度、运行速度与Delem系统一致或更高。

本文主要对液压数控折弯机的控制系统进行研究,在Win32平台下开发所需的应用软件。由于采用华中数控HNC8数控装置,开发了相应的软件与硬件通信的WDM驱动程序,并各模块的功能进行处理,极大提高了该控制系统的可配置性和可扩展性,也提高了系统的柔性化。

摘要：介绍了液压数控折弯机工作原理,以华中数控HNC8数控装置为硬件平台,开发了PCI总线WDM驱动程序,实现了Win32平台下折弯机工艺软件与硬件的通讯。为了提高折弯机控制系统的柔性,在应用软件和驱动程序中,将运动规划、运动控制和数据存储进行分层处理,并对数据结构、逻辑操作和控制算法进行抽象化处理,使各个模块更加独立,提高数控系统的可配置性和可扩展性。

关键词：机械制造,液压数控折弯机,WDM驱动程序,可配置性,PID算法

参考文献

[1]三环集团黄石锻压机床有限公司,编.PPEB折弯机培训材料.2002.

[2]王侃夫.数控机床控制技术与系统(第二版).北京:机械工业出版社,2009.

[3]王益群,高殿荣.液压工程师技术手册.北京:化学工业出版社,2009.

[5]David A.Solomon.Windows NT技术内幕(第二版).北京:清华大学出版社,1998.

[6]武安河.Windows2000/XP WDM设备驱动程序开发(第二版).北京:电子工业出版社,2005.

[7]张帆,史彩成.Windows驱动开发技术详解.北京:电子工业出版社,2008.

[8]尹亮.折弯机液压系统的改进.锻压装备与制造技术,2011,46(2).

浅谈WDM关键技术及发展 第3篇

能利用光纤的巨大带宽。WDM技术充分利用了光纤的巨大带宽资源, 使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍。从而增加了光纤的传输容量, 降低了成本, 在很大程度上解决了带宽紧张的问题, 基本能满足未来高速宽带通信网的要求。

能同时传输多种不同类型的信号。WDM技术中使用的各波长相互独立, 因而可以将传输特性完全不同的信号 (如数字信号、以及PDH信号和SDH信号等) 混合在一起进行传输, 同时也是引入宽带新业务的方便手段-通过增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量, 如目前将要实现的IP over WDM技术。

单根光纤可进行双向传输。由于许多通信都是采用全双工的方式, 因此WDM技术采用单纤进行双向传输可以节约大量的线路投资。另外, 对已建成的光纤通信系统扩容很方便, 只要原系统的功率冗余度较大, 就可以进一步增容而不必对原系统做大的改动。

2 WDM关键技术分析

2.1 WDM光网络的组网技术 (1) WDM光网络的分层体系

现代电信网已变得越来越复杂, 为了便于分析和规划, ITU-T提出了网络分层和分割的概念, 即任意一个网络总可以从垂直方向分解为若干独立的网络层 (即层网络) , 相邻层网络之间具有客户/服务者关系。每一层网络在水平方向又可以按照该层内部结构分割为若干部分, 因而网络分层和分割满足正交关系。采用网络分层模型后有下述主要优点:

单独地设计和运行每一层网络要比将整个网络作为单个实体来设计和运行简单方便得多。可以利用类似的一组功能来描述每一层网络, 从而简化了TM1V管理目标的规定。从网络结构的观点来看, 对某一层网络的增加或修改不会影响其他层网络, 便于某一层独立地引进新技术和新拓扑。采用这种简单的建模方式便于容纳多种技术, 使网络规范与具体实施方法无关, 使规范能保持相对稳定性。

(2) WDM光网络的拓扑结构

光网络互联的拓扑特性是决定网络性能最基本的性能指标, 它将影响光信号质量、光谱效率、潜在的连接、网络最大吞吐量和网络生存性。任何通信网络都存在两种拓扑结构, 即物理拓扑和逻辑拓扑。我们这里以物理拓扑我主要研究对象。网络的物理拓扑就是网络节点与光缆链路的集合。随着节点技术的发展, OADM和OXC设备的出现使得光网络的各种物理拓扑地实现成为可能, 基本的物理拓扑主要有以下几种:

线形。在线形拓扑中, 所有的网络节点以非闭合的链路形式连接在一起, 通常这种结构的端节点是波分复用的终端, 中间节点是光分插复用设备。这种结构的优点是可以灵活实现上下光载波, 但其生存性较差。因为节点或链路的失效将把整个系统割裂成独立的若干个部分而无法实现有效的网络通信。

星形。星形结构又可称为枢纽结构, 网络中仅有一个中心节点与其他所有节点都有物理连接, 而其他的各节点之间都没有物理连接。中心节点使用具有OXC功能的网元, 而其他的节点可以使用波分复用终端设备。除中心节点外, 其他的从节点的通信都要经过中心节点转接, 这为网络带宽的综合利用提供了有利条件, 但中心节点的失效必将导致整个网络的瘫痪, 另外还要求中心节点具有很强的业务处理能力。

树形。树形拓扑是星形与线性的结合, 在对它进行分析的时候, 可采用分割概念将它分割成若干个星形与线形子网络的有机集合, 再在子网分析的基础上进行综合。它与星形结构通常都应用于业务分配网络。

环形。在环形拓扑中任何两个网络节点之间都有长短两条传输方向相反的路由, 因而具有良好的网络保护性能, 它的优点是实现简单, 生存性强, 可应用于多种场合。

网孔形。在保持连通的情况下, 所有的节点之间至少存在两条不同的物理连接的非环形拓扑就是网孔形拓扑。理想的网孔形拓扑中所有节点两两之间物理相连。构成网孔形网络的节点通常是OXC和OADM, 它的可靠性高, 但结构复杂, 相关的控制和管理也相对复杂, 通常应用于要求高可靠性能的骨干网中。

2.2 WDM中的波长变换技术

随着WDM网络正在逐步形成, 同时对WDM网络的灵活性、可扩展性和自愈性的要求也越来越迫切。由于WDM系统中单信道的速率越来越高, 信道数目越来越多, 用传统的单纯基于电路的网管技术会造成整个网络复杂性的增加和成本的提高。既简单又具有一定灵活性的方法是在WDM的通道层上应用全光波长变换技术和基于波长或空分交换的方法来完成WDM网络的路由调度和OXC, 这其中的关键技术之一就是全光波长变化 (AOWC) 。

(1) 波长变换技术的分类

光波长变换技术分为两大类:一类是采用光-电-光的方式, 即先将输入的光信号转换为电信号, 由电信号去驱动另一个波长的激光器, 再将电信号转换为光信号, 实现波长转换;另一类为全光波长变换方式, 是指不经过光一电转换, 直接在光域内将某一波长的光信号转换到另外一个波长上。现在正在研究的全光波长变换技术, 根据其所采用的基木物理原理可分为:交叉增益调制型、交叉相位调制型、四波混频效应和差频效应等。

(2) 波长变换技术对组网网技术的影响

传送网的设计者常常用分层和分割技术组网, 分层是指从垂直方向将网络分解为若干个独立的层网络, 相临层之间是客户/服务者关系;分割是在分层的基础上, 在水平方向将每一层网络分为若干个相互独立的子网络, 并对每个网络进行设计和管理。全光网络本身就是一个由物理层、光层、电通道层组成的分层网络。为了充分利用波长变换技术, 我们可以适时的将光层沿水平方向分割成几个互相独立的子网洛, 可以大大简化网络的设计和管理。这主要是因为对于一个无波长变换器的波长通道网络来说, 波长属于全局资源, 网络的优化和设计必须从整个网络出发, 合理分配资源。这样建立一个透明的光通道是不可能的, 造成阻塞率大, 对于网络的升级和扩容更不可能。

3 全光传送网的发展趋势

现阶段全光传送网的研究与试验主要是以WDM技术为核心, 对波分复用的传输、交换和联网技术进行研究与试验。在传输方面, 将掺饵光纤放大器 (EDFA) 用于波分复用传输系统, 使大容量长距离全光传输成为可能。在交换技术方面, 传统传送网的电路、分组交换也逐渐被空分、时分的光路交换方式替代。在联网技术方面, 基于WDM的全光传送网与现有的SDH网已实现了很好的互联, IP over WDM技术也在积极地发展之中。这一切都为我们展现了WDM全光传送网的美好前景。

未来骨干网络将在网络带宽、可扩展性、生存性和运行成本等方面提出更高的要求, 网络朝着宽带化发展, 以保证低成本的高带宽传送;同时, 网络也将朝着数据化 (特别是IP) 方向发展, 使之逐渐成为未来所有业务的共载体。

宽带光网技术结合了波长路由光交换技术和波分复用光传输技术, 在光域实现高速信息流的传输、交换、故障监测和恢复等功能, 建立端到端的光通道, 被誉为21世纪真正的高速信息公路。

摘要：随着Internet业务的飞速增长, 宽带高速率和多业务己经成为通信网络的发展目标, 但现有的通信传输技术和交换技术却越来越不能满足这种要求。于是利用光纤近30THz的巨大带宽容量来传输信息就自然成为当今通信发展的潮流。光纤波分复用技术 (Wavelength Devision Multiplexing) 的发展, 为光纤通信提供了广阔的天地。

关键词：WDM技术,通信,光网络

参考文献

[1]胡先志等译, 光网络与波分复用, 北京:人民邮电出版社, 2003

WDM波分复用技术探讨 第4篇

关键词：光波分复用 (WDM) ,光载波,光纤

1 光波分复用（WDM）技术

光波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing, WDM)技术是指在一根光纤中同时传输多个波长的光载波信号，WDM在光纤实行的频分复用技术，更是与光纤有着不可分割的联系，目前WDM系统是在1550nm窗口实行的多波长复用技术。波分复用(WDM)实际上是光的FDM即OFDM，经复用后在同一根光纤上传送。简而言之，WDM就是指不同颜色的光(为不可见光，是指不同频率的光)在同一根光纤中传输，由于它们的光谱成分不同，在大气传输是各不干扰的。在接收端使用解复用器(等效于光通带滤波器)将各种载波上的光信号分开。

2 WDM系统的基本构成

WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络，目前单向的WDM系统在开发和应用方面都比较广泛。

3 WDM的关键技术

WDM的关键技术包括三个方面：合/分波器、光放大器和光源器件。

1)合/分波器实际上就是光学滤波器，其作用是对各复用光通路信号进行复用与解复用。在整个WDM系统中，光波分复用器和解复用器是WDM技术中的关键部件，其性能的优劣对系统的传输质量具有决定性作用。将不同光源波长的信号结合在一起经一根传输光纤输出的器件称为复用器;反之，将同一传输光纤送来的多波长信号分解为个别波长分别输出的器件称为解复用器。从原理上说，该器件是互易(双向可逆)的，即只要将解复用器的输出端和输入端反过来使用，就是复用器。对光波分复用器性能的基本要求是：插入损耗低、隔离度高、具有良好的带通特性、温度稳定性好、复用通路数多和具有较高的分辨率等。在目前实际应用的WDM系统中，主要有光栅型光波分复用器和介质膜滤波器型光波分复用器。

2)光放大器的作用是对复用后的光信号进行直接光放大，经过长距离(80～120km)光纤传输后，需要对光信号进行光中继放大。目前使用的光放大器多数为掺铒光纤光放大器(EDFA)。在WDM系统中必须采用增益平坦技术，使EDFA对不同波长的光信号具有相同的放大增益，并保证光信道的增益竞争不影响传输性能。一般来讲，合/分波器的插入损耗较大，大大减小了WDM系统的传输距离(仅为三四十公里左右)，满足不了实际需求。使用光放大器后，不仅可使WDM系统的传输距离达到常规要求，而且还可以实现超长距离传输，达到640km无电中继传输。因此对光放大器的要求是：有很高的增益、很宽的带宽和较低的噪声系数等。目前在1550nm波长范围皆采用掺饵光纤放大器(EDFA)，但在1310nm波长范围尚无实用化的光放大器，所以目前WDM技术主要用于1550nm波长范围。

3) WDM系统的超长距离传输对光源器件提出了非常苛刻的要求，光源器件必须具有十分狭窄的谱宽和非常稳定的发射波长。光纤通信系统的传输距离可能会受到系统损耗的限制，也可能会受到系统色散的限制，而在高速率传输的情况下，往往是色散受限占主要地位。光放大器的使用只是解决了损耗受限的问题，而色散受限的问题则需要选择谱宽极窄的半导体激光器来解决。此外，ITU-T对WDM系统的工作波长及其偏差(频偏)作了严格的规定，如系统工作光波波长的偏差在±0.08nm范围，这就要求光源器件的发光波长非常稳定，否则复用光通路的信号可能会串到相邻的光通路之中，在解复用时会产生混乱。除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用(主要是传输光纤的类型和传输距离)来选择具有一定色度色散容量的发射机。在接收端，光前置放大器(PA)放大经传输而衰减的主信道信号，采用分波器从主信道光信号中分出特定波长的光信道，接收机不但要满足对光信号灵敏度、过载功率等参数的要求，还要能承受一定光噪声的信号，要有足够的电带宽性能。

4 WDM光波分的工作指标

1)系统工作波长区：石英光纤有两个低损耗窗口，即1310nm与1550nm，但由于目前尚无工作于1310nm窗口的实用化放大器，所以WDM系统的工作波长区为1530～1565nm。G.692建议规定，WDM系统的工作波长范围为152877～156061nm，对应的工作频率为198.1～1921THZ。与一般单波长系统不同的是，WDM系统通常用频率来表示其工作范围，这是因为用频率比用光波长更准确、方便，这一点以后会看到。工作波长λ与工作频率f的关系为：λ=c/f (1)其中：c为光在真空中的传播速度。

2)绝对频率参考(AFR)：绝对频率参考是指WDM系统标称中心频率的绝对参考点。用绝对参考频率加上规定的通路间隔就是各复用光通路的具体标称中心频率(中心波长)。G.692建议规定，WDM系统的绝对频率参考为193.1THz，与之相对应的光波长为1552.52nm。

3)通路间隔：所谓通路间隔是指两个相邻复用通路之间的标称频率差。通路间隔可以是均匀的，也可以是非均匀的。非均匀通路间隔可以用来抑制G.653光纤的四波混频(FWM)效应，但目前大部分还是采用均匀通路间隔。G.692建议规定，通路间隔是100GHz(约0.8nm)的整数倍，可以是100, 200, 400, 500, 600GHz等。显然，采用的通路间隔越小，要求分波器的分辨率越高。通常采用两种通路间隔标准，即200GHz(约1.6nm)或100GHz(约0.8n)。

4)标称中心频率：标称中心频率是指WDM系统中每个复用通路对应的中心波长(频率)。在G.692建议中，通路频率是基于绝对频率参考为193.1THz、最小通路间隔为100GHz的频率间隔系列。

5)中心频率偏移：中心频率偏移又称频偏，是指复用光通路的实际中心工作频率与标称中心频率间的偏差。对于8通路的WDM系统，采用均匀间隔200GHz(约1.6nm)为通路间隔，而且为了将来向16通路WDM系统升级，规定最大中心频率偏移为±20GHz(约±0.16nm)。对于16通路的WDM系统，也规定其最大中心频率偏移为±20GHz(约±0.16nm)。

5 WDM技术的主要特点

WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：

1)超大容量传输：WDM系统的传输容量十分巨大。由于WDM系统的复用光通路速率可以为2.5, 10Gbit/s等，而复用光通路的数量可以是4, 8, 16, 32甚至更多，因此系统的传输容量可达到300-400Gbit/s。

2)节约光纤资源：对单波长系统而言，1个SDH系统就需要一对光纤，而对WDM系统来讲，不管有多少个SDH分系统，整个复用系统只需要一对光纤就够了。例如对于16个2.5Gbit/s系统来说，单波长系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。

3)各通路透明传输、平滑升级扩容：只要增加复用光通路数量与设备，就可以增加系统的传输容量以实现扩容，而且扩容时对其它复用光通路不会产生不良影响。所以WDM系统的升级扩容是平滑的，而且方便易行，从而最大限度地保护了建设初期的投资。WDM系统的各复用通路是彼此相互独立的，所以各光通路可以分别透明地传送不同的业务信号，如话音、数据和图像等，彼此互不干扰，这给使用者带来了极大的便利。

4)充分利用成熟的TDM技术：以TDM方式提高传输速率，虽然在降低成本方面具有巨大的吸引力，但面临着许多因素的限制，如制造工艺、电子器件工作速率的限制等等。据分析，TDM方式的10Gbit/s光传输设备已非常接近目前电子器件的工作速率极限，再进一步提高速率是相当困难的(至少目前的技术水平如此)。而WDM技术则不然，它可以充分利用现已成熟的TDM技术，相当容易地使系统的传输容量达到80Gbit/s及以上水平。

5)利用EDFA实现超长距离传输：接饵光纤放大器(EDFA)具有高增益、宽带宽、低噪声等优点，在光纤通信中得到了广泛的应用。掺饵光纤放大器的光放大范围为1530-1565nm，但其增益曲线比较平坦的部分是1540-1560nm，它几乎可以覆盖整个WDM系统的1550nm工作波长范围。WDM系统的超长传输距离可达到数百公里，节省大量中继设备，并降低成本。

6)对光纤的色散无过高要求：对WDM系统来讲，不管系统的传输速率有多高、传输容量有多大，它对光纤色度色散系数的要求基本上就是单个复用通路速率信号对光纤色度色散系数的要求，一般的G.652光纤都能满足。

7)可组成全光网络：全光网络是未来光纤传送网的发展方向。在全光网络中，各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的，从而消除了电光转换中电子器件的瓶颈。

6 WDM技术的展望

基于WDM的IP传送技术的研究 第5篇

近年来,Internet的迅猛发展,促使IP技术获得以往通信和信息技术从未有过的高速发展。IP技术无论从网络结构上,传输能力上还是业务开拓上都取得巨大的进展。TCP/IP是70年代作为网间互联协议提出来的,在将近二十年的时间内,除了在美国局域网互联中起到作用外,一直没引起外部世界的重视。ITU-T在很长一个时期内没有接纳这个标准。直到90年代初Web的出现从根本上改变了这种状态,IP网获得了急速的发展,相应的IP技术也获得了急速的发展。

IP是网络层协议,SDH、WDM是物理层传送技术,在两层之间需要一个数据链路层,数据链路层负责把物理层提供的信号转换成网络层所需要的信号。目前最流行的IP传送技术有三种,即IP over ATM、IP over SDH和IP over WDM。

传统的扩容方法是采用TDM(时分复用)方式,即对电信号进行时间分隔复用。无论是PDH的34 Mbit/s-140Mbit/s-565 Mbit/s,还是SDH的155 Mbit/s-622Mbit/s-2 488 Mbit/s-9 952 Mbit/s,都是按照这一原则进行的。据统计,当系统速率低于2.5 Gbit/s(含2.5Gbit/s),系统每升级一次,每比特的传输成本下降30%左右。因此,在过去的系统升级中,人们首先想到并采用的是TDM技术。采用时分复用(TDM)方式是数字通信提高传输效率、降低传输成本的有效措施。但是随着现代电信网对传输容量要求的急剧提高,利用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术的极限。例如对于现在的10 Gbit/s,TDM已没有太多的潜力可挖,并且传输设备的价格也很高,光纤色度色散和极化模色散的影响也日益加重。人们正越来越多地把兴趣从电复用转移到光复用,即从光域上用各种复用方式来改进传输效率,提高复用速率。

从1996年起,最具代表性的波分复用(WDM)系统出现了。所谓WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,采用波分复用器(合波器),在发送端将不同波长的光载波合并起来并送入一根光纤进行传输。在接收端,再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时),因而双向传输的问题很容易解决,只需将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可。根据波分复用器的不同,可以复用的波长数也不同,从两个至几十个不等,这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。

1 波分复用技术的特点

波分复用技术的主要特点如下:

(1)可以充分利用光纤的巨大带宽资源,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。现在人们所利用的只是光纤低损耗频谱(1 310 nm～1 550 nm)极少的一部分。即使全部利用掺饵光纤放大器(EDFA)的放大区域带宽(1 530 nm～1 565 nm),也只是占用它带宽1/6左右。WDM技术可以充分利用单模光纤的巨大带宽(约25 THz)。

(2)使N个波长复用起来在单模光纤中传输,在大容量长途传输时可以节约大量光纤。

(3)由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立,因而可以传输特性完全不同的信号,完成各种电信业务信号的综合和分离,包括数字信号和模拟信号,以及PDH信号和SDH信号的综合与分离。

(4)波分复用通道对数据格式是透明的,即与信号速率及电调制方式无关。在网络扩充和发展中,是理想的扩容手段,也是引入宽带新业务的方便手段。

利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。

IP与ATM的结合是面向连接的ATM与无连接IP的统一,也是选路与交换的优化组合,但其网络结构复杂,开销损失达25%以上。IP与SDH的结合则是将IP分组通过点到点协议直接映射到SDH帧,省掉了中间的ATM层,从而保留了因特网的无连接特征,简化了网络结构,提高了传输效率,但无优先级业务质量。IP over WDM的优势在于其巨大的带宽潜力,可以满足IP业务巨大的带宽要求,并解决IP业务的不对称性问题。WDM系统的业务透明性可以兼容不同协议的业务,实现业务会聚。依*WDM的高带宽和简单的优先级方案,还可以基本解决人们所关心的服务质量(QoS)问题。越来越多的人认识到:IP over WDM和IP over SDH将成为大型IP高速骨干网的主要技术,以疏导高速率数据流。IP over SDH和IP over WDM的区别在于承载业务量的大小和适应不对称业务的灵活性上。IP over SDH传送的颗粒“小”,更适合我国当前的需要,技术上比较成熟,而且标准化程度高。而IP over WDM则与“光网络”相结合,适用于“透明”城域网内IP的互联或未来大型IP骨干网的核心汇接。从发展来看,IP over WDM无疑代表着网络发展的方向,它将“光网络”的发展和IP相结合,可以充分利用“光网络”的“透明传输”优越性和光纤的巨大带宽。但是目前它的颗粒“太大”,没有低于2.5 Gbit/s的接口,随着低速WDM接口的出现,它在城域网上的应用会越来越多。

2 IP over WDM的解决思路

IP over WDM的思路是:不仅省掉了ATM层,也省掉了中间的SDH层,将IP直接放在光路上传输。显然,这是一种最简单直接的体系结构,省掉了中间的ATM层和SDH层,简化了层次,减少了网络设备和功能重叠,减轻了网管复杂性,特别是网络配置的复杂性。额外的开销最低,传输速率最高。通过业务量工程设计,可以与IP的不对称业务量特性相匹配,还可利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务,尽量避免缓存,减少延时。由于省掉了昂贵的ATM交换机和大量普通SDH复用设备,简化了网管,又采用了波分复用,其成本可比传统电路交换网降低一到两个数量级。

如何实现IP直接映射到光网络层,有一种正在研究的新方案波长分组方案。该方案直接将分组映射到WDM光链路上,将分组定界和物理层结合起来,采用一种新的称之为高速同步帧(HSSF)的结构。

HSSF采用SDH125-μs帧结构,为链路故障和性能管路提供链路状态标识。HSSF简化了前向纠错(FEC)功能的实现,FEC提高了在WDM系统中的性噪比。简而言之,HSSF实现了基于IP over SDH的帧结构,但去除了不必要的SDH功能和开销(如净负荷指针技术)。IP over WDM的最大优势在于巨大的带宽潜力,目前商用化的WDM系统的容量已达到了400GB/S。显然,只有这样的高速率才有可能与未来的巨大的IP业务量相匹配,其他任何技术都不可能与其相比。WDM的另一个重要特点是有多达数十上百个可用波道,各个波道信号间可以彼此隔离,因而很容易地兼容不同性质和协议的业务,起到业务汇集作用。网络管理者不再需要在同一电路上设法混合各种业务,从而有可能不再需要采用复杂的ATM来汇集种业务,简化了体系结构。至于服务质量问题,IP over WDM的解决思路是:WDM的高带宽和简单的优先级方案。按排队理论,只有网络利用率超过75%时才需要QoS。当网络利用率低于70%时队列很短或根本不存在排队,常常只需要简单的优先级方案即可,于是将高质量实时业务放在队列前面即可保证QoS。实际业务预测表明,未来业务量中真正高质量的实时业务是少数,因而采用简单的优先级方案和高带宽WDM来处理QoS问题是有一定道理的。

3 结束语

综上所述,网络解决方案多种多样,三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的作用,三者将会共存互补。但从面向未来的视角来看,IP over WDM将是最具生命力的技术。其巨大的带宽潜力和爆炸式增长的IP业务是相当匹配的,这种对IP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。

摘要：目前最流行的IP传送技术有三种,即IP over ATM、IP over SDH和IP over WDM。三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的作用,三者将会共存互补。但从面向未来的视角来看,IP over WDM将是最具生命力的技术,其巨大的带宽潜力和爆炸式增长的IP业务是相当匹配的,这种对IP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。

关键词：网络技术,IP传送技术,IP over WDM

参考文献

[1]Louis D.Rossi Louis R.Rossi.WDM与IP寻址[M].北京:机械工业出版社,1999,9.

WDM驱动 第6篇

网络技术的革命从其底层的物理层技术来说经历了三个阶段[1]。第一阶段为基于铜线和微波无线电技术的网络, 它出现于光纤技术之前, 全部采用电设备。如以太网令牌总线、令牌环等。第二阶段网络已经采用了光纤传输技术的一些优点。比如激光二极管和光学组件的高速度, 以及光纤的低损耗和色散。这些网络的特点是使用石英光纤来替代铜线的点到点的链路, 由此改善了系统性能, 比如提高了数据的传输速率, 降低了系统的误码率以及减小了电磁干扰等。然而相对于第一阶段网络来说, 光纤主要是用作传输介质, 数据处理及交换都在电域进行;比如SDH/SONET、FDDI等。第三阶段网络也就是光网络利用了复用技术, 包括波分复用 (WDM) , 光时分复用 (OTDM) 和光码分复用 (OCDM) 来综合开发光纤巨大的带宽。这方面的一个研究热点是WDM全光网 (All-Optical Network) , 即在网络中从源节点到目的节点的传输和处理过程中始终保持在光域内, 从而避免中间节点产生的电子瓶颈。随着光技术进步深入, 全光网已经渐渐地走向现实。全光网直接在光域里提供端到端的服务, IP/WDM技术, 可减少网络各层之间的中间冗余部分, 减少设备操作、维护和管理费用;而且由于省去了中间层, 其传输效率也大大提高, 可以大大节省网络运营商的成本。

1、传统的IP over WDM结构

传统的IP over WDM协议堆栈结构大致可分为两类:开放式和封闭式[2], 如图1所示。封闭式结构以SDH为基础;开放式则不依赖于SDH或其它某种时分复用系统。封闭式结构源于使用WDM技术扩充SDH时分复用系统容量。

IP over WDM适配的协议分层结构不能用OSI七层模型简单描述。例如ATM和SDH本身都可以看作还包括若干子层, 不能简单归于数据链路层或网络层。图2表示了修改过的IP over ATM over SDH协议分层模型。IP作为网络层, 把ATM层作为自己的链路层, 而ATM层又把SDH层当作自己的链路层。SDH层内部包含三个子层, 可与传统分层模型中的网络层`数据链路层和物理层模拟。SDH通路层向端结点提供连接, 一条连接可包含多条链路和中间结点, 可以认为通路层起到了OSI模型中网络层的作用。线路层把通道层建立的连接复用到某两个结点间的物理链路上, 并实现保护功能。线路层类似于OSI数据链路层。SDH的物理层则负责最后实际比特流传输。

这种的多重协议堆栈结构存在很多不足, 集中体现在复杂的层间管理、过多的开销和功能的冗余上, 嵌套形式的分层结构就说明了这点。不能使用分布式动态选路控制, 在管理层给不同设备制造商之间的互连和网络之间维护增加了复杂性。另外, 网络故障的维护和恢复呈现慢收敛现象, 即典型的系统故障恢复时间在数分钟量级上, 特别是当系统需要人为干预时就需要几天甚至几个星期[2]。在这种情况下唯一的加速业务恢复时间的途径是预先建立专用保护信道。而为了克服上述不足, 提出被认为是下一代因特网最有前途的解决方案--多协议波长标签交换 (MultiProtocol lambda/Label Switching, MPLmS) 技术, 对原来ATM、SDH等的功能进行重新分解和整合, 简化IP到WDM的中间层次[3]。

2、多协议波长标签交换

多协议波长标签交换就是一种将多协议标签交换MPLS流量工程与波长交换光网络相结合的的新技术, 它将标签交换的概念扩展至包括波长选路和波长交换的光通道[4]。在MPLmS网络中, 采用波长作为交换的标签, 波长标签在本质上是运行第一层转发来处理第三层的数据流。MPLmS采用光波长作为交换的标签, 利用波长来寻找路由, 并标识所建立的光通路, 为上层业务提供快速的波长交换通道。光网络节点被看做是MPLmS设备, MPLmS光网络的边缘采用标签栈。MPLmS域的中间节点在数据传输过程中不再运行任何电的标签处理, 并且只有有限个标签处理操作在光域上实现。

MPLmS的主要优点如下: (1) 利用一套语义快速地部署点到点业务; (2) 在全光层和业务管理层使用通用的控制平面; (3) 数据与光部件的统一管理简化了业务的创建; (4) 解决多家厂商设备之间的互通问题。

MPLmS网络结构如图3所示, 边缘路由器 (LER) 接入并处理电功能模块, 执行MPLm S的标记处理。同时将将电网络节点上粒度较小的LSP合并为粒度较大的波长级光通道, 提高波长带宽利用率。标签交换路由器 (LSR) 是MPLmS网络的核心路由器, 在数据传输过程中不再运行任何电的标记处理, 在光域上实现有限个波长标记交换。

这种方法可以使边缘路由器动态地要求光网络提供所需的波长, 实现统一的网络控制和快速的业务供给, 使网络资源得到最佳利用;同时它也简化了跨层的网络管理和控制, 降低了网络运行和业务拓展成本, 有利于网络的扩展。在IP over WDM的光网络中, 随着MPLm S的应用, 传统的IP over WDM多层协议栈将逐渐坍塌, 网络结构也会得到很大程度的简化, 但是多层协议栈的逐渐坍塌并不是简单地丢弃某些层, 而是通过引入MPLmS技术, 对原来ATM、SDH分解和整合:在IP层由标签交换执行流量工程;在光层由MPLmS控制光节点承载IP业务提供波长路由, 由光层开销整合SDH的网络管理和性能监测能力。这种更加紧密的IP over WDM网络简化了层间管理控制, 提高, 增加了节点的吞吐量, 并使光层的灵活性、可靠性以及承载IP业务的效率得到了很大的提高, 能够快速响应IP层的带宽需求。

由于光网络中只有有限的波长, 因此基于波长选路的光网络交换粒度太粗 (一般为波长级) 。可以运用MPLmS中转发等价类 (FEC) 概念, 如果有一组数据包从同一个LSR端口转发出去, 并且有着相同的下一跳。可以把这些数据包聚合在一些仅分配一个标签。因为我们可以在MPLmS域的入口节点处聚合那些在相同的节点进入光域, 并且在相同的节点离开光域的MPLmS LSP, 形成一条单一的光LSP隧道。这种聚合减少了在MPLmS域中用到的波长λ的数量, 同时也有助于处理离散性质的光带宽。比如一条2.488Gb/s的光LSP可以聚合248条100Mb/s的MPLmS LSP。该思路可以为上面的问题提供解决方案。

3、结论

IP directly over WDM是未来通信网路发展的方向。如果IP成为未来一切通信业务的共同载体, 业务透明性将变得不再重要。MPLmS网络将目前普遍接纳的IP寻址、标签交换、波长路由和光联网技术有机地结合起来, 它省掉了中间的ATM层与SDH层, 减少了网络网络设备。MPLmS用IP选路协议来发现拓扑, 用标签交换来提供波长通道, 用MPLmS的扩展信令协议来实现波长交换通道, 用MPLmS流量工程来提高网络性能, 光网络层提供业务的光传输、波长路由以及光层的管理、保护的性能监测, 这样减少了各层的功能重叠, 减轻了网管的复杂性, 提高了传输效率。出于这样的考虑, 多协议波长标签交换方案受到了重视, 今后几年中将是研究热点。

摘要：文章从网络的发展入手, 分析了当前光网络所用的分层结构, 指出这些结构存在的问题, 提出被认为是下一代因特网最有前途的解决方案--多协议波长标签交换 (MPLmS) 技术, 对原来ATM、SDH等的功能进行重新分解和整合, 简化IP到WDM的中间层次。

关键词：多协议波长标签交换,全光网,MPLmS,IP over WDM

参考文献

[1].王勇.结合IP的WDM光网络研究.北京大学[D].20010501:1-20

[2].王玉宝等, IP over WDM光网络技术及其实现方案[J].光通信技术.2008 (3) :14-16

[3].姚伟明.光互联网与IP Over DWDM技术的演进[J].现在电子技术.2008 (13) :163-167