寬帶IP組網(wǎng)技術的城域傳輸網(wǎng)的研究

2019-11-03 09:06:51

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

歐陽旭華

1 寬帶城域網(wǎng)的概念及特點

　　城域網(wǎng)（MAN）是由計算機網(wǎng)絡演化而來，但以往的許多經(jīng)驗不能原封不動地應用于城域網(wǎng)。

　　城域傳輸網(wǎng)是數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)和長途電話網(wǎng)在城域范圍內(nèi)的業(yè)務延伸和區(qū)域覆蓋，它以寬帶光傳輸為開放平臺，通過各類網(wǎng)關實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體、ip和各種增值業(yè)務及智能業(yè)務的接入，并與各運營商的長途網(wǎng)和PSTN互通的本地綜合業(yè)務網(wǎng)絡。因此可以認為城域傳輸網(wǎng)最大的特點是寬帶。

　　城域網(wǎng)指有別于普通窄帶話音網(wǎng)絡、能在城市范圍內(nèi)提供寬帶數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務的網(wǎng)絡。另外，城域傳輸網(wǎng)和長途干線網(wǎng)有所不同，城域傳輸網(wǎng)連接著低速接入網(wǎng)、高速長途干線網(wǎng)及局間網(wǎng)，其特點是互聯(lián)程度高、傳送的業(yè)務種類多、距離則比長途干線網(wǎng)短得多。由于各種形式的業(yè)務量急劇增長，促使傳統(tǒng)的基于電路交換的電信網(wǎng)向基于IP技術的下一代通信網(wǎng)演進。而波分復用（WDM）和光纖通信技術的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡的傳輸帶寬迅速增大，加之高速路由器的開發(fā)，推動了IP技術的發(fā)展，隨之而來的是寬帶IP組網(wǎng)模式的不斷演進。

　　為了緩解城域通信網(wǎng)絡的擁擠狀況、增加網(wǎng)絡的靈活性及適應數(shù)據(jù)業(yè)務的需要，人們開始考慮在城域傳輸網(wǎng)中采用密集波分復用（DWDM）技術。

2 城域網(wǎng)的寬帶IP傳送技術

　　城域網(wǎng)具有組網(wǎng)協(xié)議和信道速率種類繁多的特點，目前，實現(xiàn)城域傳輸網(wǎng)的寬帶IP傳送的技術主要是IP over SDH（POS）。

　　業(yè)務提供者已經(jīng)在城域網(wǎng)中采用了SDH技術。POS通常采用的是互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）定義的IP／PPP／HDLC／SDH結(jié)構(gòu)（RFC 2615、RFC 1662）。其基本設計是將IP數(shù)據(jù)報通過點到點協(xié)議（PPP）進行封裝，然后使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）定界組幀，再將其映射到基于字節(jié)的SDH虛容器中。但HDSL在高速（如2.5Gbit/s）應用中難以實現(xiàn)。

　　SDH是用來承載基于電路交換的話音業(yè)務的，但對于進入網(wǎng)絡的巨大的突發(fā)數(shù)據(jù)流，SDH作用有限。SDH需要復雜的映射以疏通、復用較低速率的業(yè)務，不具備下一代網(wǎng)絡所必需的網(wǎng)絡速率。也就是說，以話音為中心的TDM結(jié)構(gòu)已無法滿足需要，必須開發(fā)能夠適應不斷發(fā)展變化的市場需求的新一代城域網(wǎng)。

　　考慮到POS存在的問題，提出了沒有SDH介入的IP over WDM設備，雖然不采用SDH設備，但SDH提供的一些必要或有效的功能宜予保留，因此，要設一個適配層，千兆比以太網(wǎng)（GE）是選擇之一。

　　承載IP業(yè)務最好的是以太網(wǎng)，以太幀采用IEEE802.3協(xié)議，在路由器接口無需任何映射、分段組裝和比特塞入以及擾碼操作，與兩端主機的幀格式也相同。因此，在相對于骨干網(wǎng)傳輸距離較短的城域網(wǎng)采用GE路由交換和DWDM技術直接在光纜網(wǎng)架構(gòu)寬帶IP網(wǎng)時，采用GE格式較SDH格式更為經(jīng)濟、高效。因此，GE over DWDM是目前最適合IP over WDM的方案，將GE與WDM技術結(jié)合在光纖網(wǎng)上直接架構(gòu)成寬帶IP城域網(wǎng)，現(xiàn)在采用GE，以后可能將采用速度更快10Gbit/s、傳輸容量更大的GE。

3 GE over DWDM實現(xiàn)的技術分析

　　在城域網(wǎng)中采用DWDM技術，可以一種靈活、漸進的方式向用戶提供多種類型的業(yè)務。DWDM的業(yè)務透明性可以承載諸如以太網(wǎng)、ATM、POS等數(shù)據(jù)，用不同的波長來支持不同類型的數(shù)據(jù)。光層提供了獨立于業(yè)務類型的傳送結(jié)構(gòu)，同樣，DWDM提供了在一根光纖上可傳輸不同速率的數(shù)據(jù)通道。這一點在城域環(huán)境中非常重要，因為城域網(wǎng)中有許多不同的業(yè)務和不同的速率。DWDM的透明性和分插復用功能可以允許業(yè)務提供者直接上下某一個波道，而不用轉(zhuǎn)換原始信號的格式。

　　GE數(shù)據(jù)在DWDM系統(tǒng)上如何進行傳輸呢？其基本工作方式如下：在發(fā)送端將數(shù)據(jù)交換機、路由器等設備發(fā)出的GE光信號送給波長轉(zhuǎn)換板進行光／電轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娦盘枴４穗娦盘柗譃閮陕罚宦匪徒o媒介訪問控制（MAC）芯片，一路去調(diào)制具有特定波長的激光器。通過MAC芯片可以獲取網(wǎng)上的傳輸情況（如數(shù)據(jù)包流量和錯誤的數(shù)據(jù)包數(shù)量），可以很方便地在傳輸網(wǎng)管設備上觀察到網(wǎng)絡的運行情況，及時查找傳輸線路故障。經(jīng)過波長激光器調(diào)制的GE光信號同其他波長的光信號復用送入一根光纖中傳輸。在接收端通過分波器將各個波長的光信號從一根光纖分出，送給不同終端。分出的GE光信號同樣送給波長轉(zhuǎn)換板進行光／電／光轉(zhuǎn)換，并在電層用MAC芯片監(jiān)視傳輸情況，最后將GE光信號送到交換機、路由器等設備，完成GE over DWDM的全過程。

　　目前，QoS、流量工程、自愈恢復等完全靠路由器通過多協(xié)議標簽交換（MPLS）等協(xié)議完成。這對路由器構(gòu)成很大的壓力，限制了性能的進一步提高。發(fā)展趨勢是：采用由波長路由器和DWDM系統(tǒng)構(gòu)成的光核心網(wǎng)和設置在邊緣的以太網(wǎng)路由器構(gòu)成的寬帶城域網(wǎng)，邊緣則為GE或10GE，在城域DWDM系統(tǒng)中每一路GE數(shù)據(jù)流安排在一個波長上進行傳輸。采用多協(xié)議波長交換（MPλS）等協(xié)議提供QoS，這樣可以減少對路由器性能要求的壓力，提供更高的性能。

4 IP over WDM的自愈保護

　　GE over DWDM不用SDH層，當光纜環(huán)路被切斷時如何能夠像SDH一樣在50ms內(nèi)完成自愈恢復是需要解決的問題。目前在網(wǎng)絡的第1～3層均有解決方案。

　　SDH網(wǎng)以冗余備份來增加生存性，在傳輸網(wǎng)絡的核心建立故障容錯系統(tǒng)需要大量地增加冗余。GE over DWDM也可采用與SDH類似的自愈恢復方法，如進行通道保護，將GE光信號經(jīng)兩個波長轉(zhuǎn)換板沿不同路徑傳輸，在接收端采用兩個接收板，根據(jù)業(yè)務情況選擇其一接收，此方式的保護倒換時間小于50ms。

　　WDM網(wǎng)絡自愈機制可以對諸如光纜斷裂、光交叉連接設備（OXC）損壞這樣的大容量失效進行有效恢復，并且恢復速度很快。構(gòu)造WDM自愈網(wǎng)絡有兩個主要方案：在物理層網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)中應用OXC構(gòu)造自愈網(wǎng)；在物理層環(huán)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)中應用光分插復用設備（OADM）構(gòu)造自愈網(wǎng)。

　　環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的WDM自愈網(wǎng)絡與網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)的WDM自愈網(wǎng)絡相比，具有以下優(yōu)勢：

① 由于OADM節(jié)點要求非常簡單的倒換功能，比OXC更加經(jīng)濟；

② 由于OADM具備相對較少的倒換步驟，OADM簡單的功能結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡的透明性增加，因此網(wǎng)絡的光損耗降低，跨距增加；

③ 由于環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)網(wǎng)采用共享備用資源的保護方式可簡潔快速地進行保護。通過環(huán)網(wǎng)的互聯(lián)，若干個環(huán)網(wǎng)可以組成一個規(guī)模較大的網(wǎng)絡。

　　與SDH系統(tǒng)相類似，WDM環(huán)網(wǎng)存在線路保護倒換環(huán)和波長通道保護倒換環(huán)兩種保護模式。線路保護環(huán)主要有2纖單向線路保護環(huán)和4纖（2纖）雙向線路保護環(huán)。在線路倒換中，故障的恢復是在故障出現(xiàn)處的相鄰節(jié)點之間進行。波長通道保護倒換是基于逐個波長的保護，因為光纖上的各個光通路（波長通路）具有不同的源節(jié)點和終節(jié)點，該保護不可能同時對所有由于光纖的切斷而受損的波長信號進行處理。在通道倒換中，光通路故障的恢復是在這個光通路的源節(jié)點和終節(jié)點之間進行。

　　WDM網(wǎng)絡自愈機制存在的局限性是無法恢復IP網(wǎng)絡的失效（如IP路由器失效）。而IP網(wǎng)可以利用其特有的容錯、自愈能力，在網(wǎng)絡設計中就已經(jīng)考慮了網(wǎng)絡狀態(tài)的動態(tài)變化，并設計了完整的動態(tài)路由協(xié)議。通常認為，完全依靠路由協(xié)議實現(xiàn)IP網(wǎng)絡自愈恢復所花費的時間為秒級，這樣低速的切換在超高速網(wǎng)絡上會導致網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的大量丟失。但是，目前已經(jīng)提出了多種第3層自愈恢復方法，例如采用MPLS后，也可以做到恢復時間小于50ms（參見www.cisco.com中關于12016 GSR的說明），這樣，使IP over WDM的自愈恢復性能更前進了一步。

5 結(jié)束語

　　對于城域傳輸網(wǎng)，不論單路或多路DWDM的IP over WDM系統(tǒng)，GE都是比較好的選擇，具有成本低、性能高的優(yōu)勢。而采用POS實行SDH分幀的方法是一種高成本、低效率的方案，采用155Mbit/s或622Mbit/s速率不僅傳輸速率比GE低，且設備成本高很多，采用2.5Gbit/s接口，價格也高得令人無法接受。

　　隨著WDM技術的發(fā)展、10GE標準和產(chǎn)品的即將面世，10GE over DWDM對于構(gòu)建寬帶城域傳輸網(wǎng)是最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g，其應用將不斷增加。未來的網(wǎng)絡將基于分組的協(xié)議，數(shù)據(jù)交換機和高速路由器直接通過光網(wǎng)絡的DWDM設備相連接，以1.25Gbit/s或10Gbit/s的速率進入網(wǎng)絡，應用于話音和低速數(shù)據(jù)的SDH復接設備就不再需要。但這是長遠的目標，在目前技術條件下，大規(guī)模在城域網(wǎng)中采用IP over DWDM技術還需要全盤考慮，GE不是多業(yè)務技術，它缺乏時分復用（TDM）能力，因此SDH會在一個很長的時期內(nèi)繼續(xù)存在，特別是對于數(shù)據(jù)量不算太大、以電路交換為主的城市，這就需要采用多業(yè)務混合傳輸網(wǎng)的方案，讓一部分波長運載10GE，另一部分波長運載其他業(yè)務流量，比如SDH、ATM以及多個GE數(shù)據(jù)流。

----《通信世界》