寬帶城域網技術的進展綜述

2019-11-03 09:05:30

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供稿：網友

網通首席科學顧問侯自強

　　目前廣域網帶寬已經達到數百Gb/s，而寬帶接入網的建設也已經步入快速發展的軌道。 ip-DSLAM和5類線以太網接入使用戶接入速率達到數百Kb/s到數Mb/s。采用SDH的傳統城域網成為發展寬帶業務的瓶頸。目前已出現城域網建設的高潮。

　　目前主要的寬帶城域網技術方案有以下三種：

　　新一代SDH城域網多業務傳輸平臺 MSTP,WDM光城域網,光以太網城域網。

　　由于目前寬帶業務傳輸主要是IP數據，從傳輸角度看效率最高的應該是物美價廉的光以太網，但是實際上最受運營商青睞的卻是多業務傳輸平臺MSTP。其原因在于：

　　對于商業機構的IP業務，由于共享IP網的計費和結算問題沒有解決，運營商主要還是靠出租專線收費。對于運營商而言，互聯網上的IP業務雖然流量很大，但是由于不能控制管理，沒有結算計費系統，只能靠包月收費。運營商增加收入的辦法是盡量將IP業務納入SDH專線或虛擬專網IP-VPN ，這樣就可以方便地管理計費。這就是目前盡管城域以太網技術已經成熟，且成本低廉，電信運營商在建設寬帶城域網時更青睞價格較高的基于新一代SDH的多業務傳輸平臺MSTP的原因。

　　隨著寬帶IP業務開放平臺建設和生態系統的形成，寬帶IP網成為一個可管理，能運營，可盈利的網絡。光以太網城域網和WDM光城域網憑借其傳輸IP業務的高效率和低廉的建設和運營成本將逐漸成為寬帶城域網的主流。

MSTP城域網

(1).新一代SDH多業務傳輸平臺MSTP城域網具有以下特點：

　　1.高集成度。SDH處理專用芯片和光收發器的進步和成熟使SDH系統的集成度不斷提高， NGSDH的高集成度表現為設備體積緊湊，端口密度高，通過很小的空間提供超大的接入容量和業務調度容量。

　　2. MADM集成和業務調度能力。新一代SDH設備的高集成度可使系統集成多個分插復用ADM，同時還融合了大容量同步交叉連接(SDXC)矩陣，可靈活實現多個ADM間的業務調度，構成多分插復用MADM(Multiple-ADM)。

　　3.多業務傳送能力。新一代SDH在保持傳統SDH優勢的同時，融合了ATM和IP技術，針對不同的業務采用不同的傳送方式，形成了一個統一的多業務傳送平臺。支持STM-4C 、STM-16C等級業務的透明傳送。

　　STM-4C 、 STM-16C等級業務用于承載ATM、 POS(Packetover SDH)等數據業務。新一代SDH在透明傳送 STM-4C 、 STM-16C等級業務的基礎上，進一步融合了ATM信元統計復用和交換、IP幀統計復用和交換等功能，在充分發揮SDH技術特點的同時(快速環網自愈環倒換、高QoS保證)，通過數據業務統計復用技術，提高帶寬利用率，可廣泛應用于寬帶城域網。

(2).支持10M/100M/1000M

　　以太網業務接入新一代SDH具有靈活的帶寬調整能力，適應寬帶城域網以太網業務的大帶寬傳送要求，通常采用兩種方式實現。一種是采用ML-PPP(Multi-Link Point-to-Point PRotocol)捆綁多個VC-12/VC-3通道傳送以太網幀，另一種是采用多個VC-12/VC-3/VC-4級聯或虛級聯通道傳送。其中，由于虛級聯(VC-v12-Xv/VC-3-Xv/VC-4-Xv)方式兼容傳統的SDH網絡，從而得到廣泛應用。

(3).具備彈性分組環RPR功能

　　通過RPR接口板和SDH設備的交叉功能，在SDH環路上開辟N×VC-4通道用于IP業務的傳送，在這個IP環路中，實現Package ADM ，空間重用。同時通過流分類、業務優先級等技術滿足以太業務的QOS功能，通過VDQ等帶寬的公平算法保證各節點的接入帶寬，環網保護技術增強業務的可靠性。RPR是一種與物理層無關的二層技術，已明確提出將SDH作為其物理載體。所以在NGSDH上實現RPR是對以太網業務的一種很好的解決方案。

　　(4).智能化管理。傳統的SDH管理基于單網元，業務配置、設備性能和告警等管理功能的操作對像為單網元。SDH的新一代管理是則面向整個網絡，業務配置、設備性能和告警等功能直接基于面向用戶提供的網絡。新一代SDH配置業務時，只需指定網絡業務的源和宿及其相應要求，網絡業務即可快速自動生成，而不需象傳統SDH那樣逐個進行網元設置，系統可提供端到端的業務性能、告警監控和故障輔助定位。此外，新一代SDH還支持用戶等級定義、帶寬租用和計費等功能，智能化特性是新一代SDH的一項顯著特征。

　　對于以太網承載，應滿足對上層業務的透明性，映射封裝過程應支持帶寬可配置。在這個前提之下，可以選擇在進入VC映射之前是否進行二層交換。不論是否交換，對于二層交換功能，良好的實現方式應該支持如STP、VLAN、流控、地址學習、組播等輔助功能。我國行標中規定可以選用三種以太網映射方式中的一種：LAPS方式(ITU-TX.85)、PPP方式(IETF系列RFC)、GFP方式(ITU-TG.704)。對于ATM接口，在映射入VC之前，提供ATM統計復用和VP、VC交換功能。對于寬帶數據業務的映射，MSTP還應該支持低階和高階的VC級聯功能，包括相鄰級聯和虛級聯。

WDM光城域網

　　WDM光城域網是從簡單的WDM點對點傳輸應用中演化過來的，演化期間其結構變化經歷了從靈活性受限到可以提供動態可重新配置應用的過程，進化后的WDM光城域網系統提供的應用與SONET/SDH提供的控制和業務選項相似。改進設計使WDM光城域網系統更像SONET/SDH 。其中光分插復用器OADM和光交叉連接器OXC等WDM網元的功能必須更像對應的SONET/SDH網元ADM和DXC。

　　1.目前較成熟的是第三代動態可重新配置的光分插復用(ROADM)以及光交叉連接(OXC)解決方案。系統要支持類似于SONET的性能，就必須提供全自動的光層，其中包括可重新配置的光分插復用，單波長粒度，自動功率和瞬態控制，以及確保業務質量和故障管理的連續實時性能監測。

　　光分插復用器(OADM)是構成ROADM的關鍵設備。可重配置的OADM在將信號從一個網絡向另一個網絡傳輸時不需要經過O-E-O轉發，可以消除光電光轉換的成本。到2006年，OADM市場將是現在的10倍，達到10多億美元。屆時，可重配置OADM將統治市場，這一期間其年均增長率將達78%。這一增長率遠遠超過KMI預測的同一期間 DWDM13%的增長率。

　　2. DWDM 技術在廣域網應用獲得巨大成功已成為主流，但是不能簡單地將廣域網DWDM方案用于城域網。解決的方法是采用稀疏波分復用CWDM技術。使用1200-1700nm的寬窗口，對激光器和濾波器的要求可以大大降低，可以大幅度降低成本。稀疏波分復用(CWDM)系統的信道間隔按國標準規定為20nm，大于密集波分復用的信道間隔(約1nm)20倍。由于減少了冷卻器件對空間的要求，使每塊插卡可以插接更多的激光器。這樣一來，管理和維護成本也隨之大幅下降，如減小了應用空間、降低了建筑的制冷要求、延長了電路使用壽命。稀疏波分復用與密集波分復用技術相比具有以下成本優勢：密集波分復用系統接收機的成本一般為稀疏波分復用系統的四至五倍。密集波分復用系統濾波器的成本為稀疏波分復用系統的兩倍。密集波分復用激光器為保持溫度穩定需采用集成式熱電致冷器，因此其所需功率高于無制冷型稀疏波分復用激光器。

　　基于ROADM的WDM城域網是用人工進行設置的，布設速度較慢。進一步發展采用自動交換光網ASON。

　　3.自動交換光網ASON有三種模型：重疊模型、對等模型和縱向集成模型。

　　在重疊模型中，一個重疊網絡分成IP業務層和SDH/光傳輸層兩部分。相互重疊的業務層和傳輸層之間不交換拓撲和資源信息。這種結構使分層的物理網絡管理起來昂貴同時導致帶寬利用率低。對等模型則是采用通過一個共同的控制平面和一套適合于各個層面的單一的協議如GMPLS ，相當于將IP業務層和傳輸層對接，提高了網絡的效率。OXC和路由器被控制平面視為對等實體，所以用戶-網絡接口(UNI)(在路由器和OXC之間)和網絡-網絡接口(NNI)(在OXC之間))是沒有差別的。對等模型的提出使IP層和光層的無縫連接成為可能。

　　縱向集成模型將業務網(IP)網元(路由器)和傳輸網(SDH/WDM)網元(DXC/OXC)縱向集成為光業務交換機PSS。PSS是一種快速不透明的交換機，可以同時交換IP、TDM以及波長業務。所有網元都將GMPLS作為路由和信令協議，每個網元都了解所有其他的網元以及網絡拓撲的信息，相當于將IP業務層和傳輸層合一。

　　GMPLS和PSS既可以用于重疊網絡，又可以用于縱向集成網絡。通過信令協議和路由協議的擴展， GMPLS可用于分組交換、TDM以及波長交換業務。它將IP智能，包括各種QoS(服務品質)，引入了所有類型的業務，簡化業務配給，改進了保護和恢復方案。 GMPLS能夠提高重疊網絡和其他過渡網絡的效率，然而它只有在PSS網絡中才能最終實現最高的效率。

　　電信運營商也許并不想和他的競爭對手一起分享所有的網絡信息，而更喜歡重疊模型。然而，隨著人們對帶寬和服務的需求日益增加，以及網絡拓撲從環形發展到格形帶來網絡的復雜性不斷增加，簡化網絡結構勢在必行。

光以太網城域網

1.結構

　　采用吉位以太網GbE和萬兆以太網10GbE直接在裸光纖或波分復用(WDM)光纜網上架構寬帶IP城域網。

　　用以太網在光網上直接架構寬帶IP城域網,要滿足新一代城域網的要求,重點需要解決以下問題：

1)根據服務水平協議SLA保證服務質量QoS，分配帶寬。2)光纜環路被切斷時的保護和自愈恢復。

　　目前L2/L3一體化的吉位以太網路由交換機的背板容量已經達到幾百Gb/s，數據包通過量達每秒一億個以上。可以以線速進行第三層IP/IPX選路和第二層無阻塞交換。支持冗余端口，生成樹，多選擇路由和冗余路由器協議增加系統可靠性;可以提供上百個1000BASE-X端口。提供帶寬管理、優先權和基于策略的QoS;可以方便的通過HTTP、SNMP、RMON、本地和遠程CLI的進行靈活管理，而價格只是骨干網高性能路由器的幾分之一;將CWDM直接裝在以太網路由交換機端口上可以進一步降低成本。光以太網城域網的建設和運營成本不僅低于MSTP和WDM城域網，也低于用各個網路由器架構的寬帶IP城域網，光以太網城域網可以提供VPLS虛擬專網，比 MPLS-VPN更便宜有效。

　　對于環型拓撲光網適宜采用彈性分組環(Resilient Packet Ring)。環路的兩側都可以用來傳輸數據，又可以發揮自愈恢復環的功能，大大提高利用效率。目前IEEE成立802.17工作組，IETF成立IP oPTR組來發展這一技術，制定相應標準。采用10GbE幀格式。

2.以太網業務

　　城域以太網論壇MEF定義了兩種以太網業務類型:以太網線路業務——— E-Line,也稱為以太網專線EPL；以太網局域網業務E-LAN,也稱為虛擬專用局域網業務VPLS。

　　要定義UNI和EVC首先要確定以太網業務的屬性包括：物理接口、帶寬概況、服務性能(CoS)和CoS標識符(ID)、業務幀遞送和VLAN標記支持以及業務復用等。

以太網線路業務E-Line 用來提供專線業務和點-點的VPN。而以太網局域網業務E-LAN用來提供多點VPN業務。如圖3所示:

1)服務質量保證

　　以太網業務根據與用戶簽訂的業務級別協議SLA向用戶提供服務質量保證。其主要屬性是帶寬概況和CoS。MEF定義三種帶寬概況：它們分別是UNI、EVC和CoSID的入口帶寬概況。帶寬的最小增量為1Mbps 。業務級別CoS決定可靠性、幀延時、幀抖動、幀丟失等性能。用每個EVC的CoSID即802.1q和每個UNI的CoS來確定。

2)用戶網絡界面UNI標準

　　目的是為用戶提供城域以太網邊緣劃分點。要求此以下方面進行業務劃分：連接性、信令、供應、故障發現和解決、監視和管理。

　　UNI是業務商和用戶責任的劃分點。用戶用RJ-45插頭插入運營商的網絡。UNI分為兩個子集UNI-C和UNI-N分別描述用戶端和業務供應商端。

　　UNI數據平面定義跨過UNI參考點傳送信息的方法UNI控制平面定義用戶和業務商使用UNI數據平面的方法,UNI管理平面控制UNI數據和控制平面的運行。

　　以太網業務用戶網絡界面UNI1.0標準制定進入起草階段。以太網業務可以在光城域以太網上提供也可以在其他各種城域以太網上提供如MSTP的城域以太網。

結束語

　　盡管目前寬帶業務傳輸主要是IP數據，由于目前的IP網控制管理，結算計費能力差，只能靠包月收費，最受運營商青睞的是基于新一代SDH的多業務傳輸平臺MSTP。運營商將IP業務納入SDH專線或虛擬專網IP-VPN，這樣就可以方便地管理計費。新一代SDH不僅提高了性能價格比，還解決了傳輸以太網幀的效率問題成為多業務傳輸平臺。成為當前寬帶城域網建設的主流。

----《通信產業報》