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城域光传送网

2/14/2005来源:光纤通信人气:6775

李芳(信息产业部电信传输研究所 北京100045)
  摘 要 描述了城域光传送网的3种主要技术——城域WDM环网、以SDH为基础的多业务传送平台、弹性分组环(RPR)的特点和应用,并简略阐述了近期城域光传送网的建设思路和发展趋势。

  关键词 城域光传送网 城域WDM环网 弹性分组环 自动交换光网络

1 城域光传送网的概述

  网络技术和数据等新业务的高速发展,促使通信网络向宽带化、智能化、一体化和个人化方向发展。高效、可靠、使用简便和多业务的用户需求是网络发展的动力;而拥有统一的、可运营的宽带核心网络,并通过综合业务接入平台向用户提供丰富、可靠和安全的网络服务,同时对网络资源进行有效的管理,使网络运营成本降低、提高效益,则成为电信运营商建设网络的核心目标。近年来,发展宽带城域网成为运营商争取更多终端用户、把握经营机遇的重点。

  城域网位于骨干网与接入网的交汇处,是通信网中最复杂的应用环境,各种业务和各种协议都在此汇聚、分流和进出骨干网。多种交换技术和业务网络并存的局面是城域网建设所面对的最主要问题。

  总体来说,宽带城域网的建设应包括城域光传送网、宽带数据骨干网、宽带接入网和宽带城域网业务平台等几个层面。新一代的宽带城域网应以多业务的光传送网为开放的基础平台,在其上通过路由器、交换机等设备构建数据网络骨干层,通过各类网关、接入设备实现语音、数据、图像、多媒体、ip业务接入和各种增值业务及智能业务,并与各运营商的长途骨干网互通,形成本地市综合业务网络,承担城域范围内集团用户、商用大楼、智能小区的业务接入和电路出租业务,具有覆盖面广、投资量大、接入技术多样化、接入方式灵活,强调业务功能和服务质量等特点。

  一般来说,城域光传送网被定义为覆盖100km左右,特别是服务于大中型城市和地区的光网络。城域光传送网是骨干光传送网和接入网的桥接区,主要完成接入网中的企业和个人用户与骨干网运营商之间全方位的业务互联互通。骨干网与城域光传送网相连,并在区域之间相互延伸以实现互联互通,骨干网的发展重点是网络容量和长距离传输。接入网将业务直接提供给终端用户,其特点是有多种多样的应用和灵活的结构。处在骨干网和接入网之间的城域光传送网是整个网络体系中的一个重要组成部分,不仅要承载多种网络协议和信道速率,还要具有组网的灵活性和可扩展能力。

  目前构建宽带城域光传送网采用的3种技术主要是:城域WDM环网、以SDH为基础的多业务传送平台(MSTP)以及弹性分组环(RPR),它们各有自己的特点和适用范围。

2 城域WDM环网

  在点到点线性WDM系统广泛应用于骨干网后,适用于城域网的WDM系统特别是OADM环网正在蓬勃发展,波长透明性使WDM技术非常适合城域网的多业务传送,并在容量和可扩展性方面具有优势。利用WDM环网可实现波长出租。企业互联和存储网络(SAN)互联,是非常理想的大中型城域传送网骨干层解决方案。城域WDM环所涉及的主要技术问题有以下几个方面。

2.1 WDM环网的保护

  常用的WDM环网保护方式为单向光通道保护(UPSR)、光子网连接保护(OSNCP)、双向光线路共享保护(BLSR或OMS-SPRing)和双向光通道共享保护(BPSR或OCh-SPRing)。单向光通道保护属于专用式光通道保护,采用并发选收(1+1)的方式,实现起来比较简单;光子网连接保护属于专用式的双向光通道保护,也采用并发选收的方式。这两种保护方式比较适合于汇聚型的业务分布。双向光线路共享保护属于共享式保护,保护通路在闲置的情况下可以传送一些低等级的业务,适合于环网中各节点之间业务流量相对均匀的情况;双向光通道共享保护属于共享式双向光通道保护,即采用1∶1方式,保护通道在正常情况下可以传送低优先级的额外业务,适合于均匀型的业务分布模式。由于城域网中终端用户协议的多样性,多种生存性(保护方式)共存有利于城域运营商向用户提供 多种级别的业务服务,因此运营商可以根据业务情况灵活配置。

  当WDM环网承载SDH业务时,若同时采用SDH层保护和光层保护,一方面需要设置SDH层保护的延迟(Hold-off)时间,这将大大增加业务的受损时间,同时目前大多数厂商提供的SDH复用段共享保护环不支持延迟时间的设置;另一方面WDM环网的光复用段和通道共享保护倒换两种方式还不是十分成熟,远不如SDH的保护倒换成熟和灵活,另外同时采用两层保护还减少了实际可用的网络资源。因此当WDM环网(特别是采用1+1光通道保护方式)承载SDH业务时,一般建议仅采用SDH层的保护,而在WDM光层不配置保护。当WDM环网直接承载数据业务时,由于数据业务(如IP、ATM)自身的恢复收敛时间为几十秒,物理层十几毫秒的保护倒换时间对数据业务基本没有影响,因此建议同时采用WDM和数据业务的两层保护机制。

2.2 多业务支持能力和子速率复用

  WDM环网是采用波长转换器(OTU)来实现与客户端设备(如SDH设备、路由器和以太网交换机等)的适配和互联互通的。通过OTU的适配,WDM环网可接入和传输多种业务:SDH、ATM、IP POS(Packet Over SDH)、快速以太网(FE)、千兆比以太网(GE)业务以及未来可能广泛应用的其他数据业务,如10GE、Fiber Channel(光纤通道)、ESCON(Enterprise System Connection,企业系统互联)、FICON(Fiber Connection,光纤互联)、Digital Video等。为了减少OTU单板种类和数量,一般将收发OTU集成为一块双向OTU,并且可将其配置为支持多种业务类型,大大提高了设备的灵活性,并降低了备板的种类和数量。

  城域WDM环网可大量承载客户的多种协议和多种速率的业务,但每个波长承载一种业务的方式中波长将会很快被耗尽,为提高每个波长的带宽利用率,应尽量避免低速率业务单独占用一个光波长通道。一种新兴的经济有效的方法是将多个低速率客户信号复用到一个波长信道中,从而实现“单波长多业务”,该技术被称为子速率(或子波长)复用,一般应用较多的是4/8/16路STM-1/4信号的复用、2/4/8路千兆以太网(GE)信号的复用以及多种低速率业务(STM-1/4、ESCON、FDDI、数字视频等)的混合复用。

2.3 WDM环网的应用

  在大多数应用情况下,OADM环网的环长在100km以内,当应用在地区网时,环网的环长可在100~300km。一个WDM环网上的节点数不宜过多,一般为3~8个,典型值为4~6个。在实际应用时,需要考虑OADM环网的长度及光功率预算、系统光通路数、OADM节点数量和类型、环网的保护方式、波长通路的分配、每个节点的上下波长数量等诸多因素,并且根据每个城市的具体情况和承载业务的分布类型进行具体的规划和设计。目前,许多设备供应商可提供依据自己的OADM产品特点和参数开发的城域WDM网络规划设计软件,以帮助运营商进行网络规划设计。

  WDM环网的物理拓扑给构是环型,其承载的业务分布类型决定了波长通路的分配结构,因此应根据实际业务分布规划各OADM节点之间的波长分配结构。典型的城域业务分布有集中汇聚型和均匀型两种类型,因此WDM环网的波长通路分配结构也可分为集中汇聚型、均匀型(网状)或上述两种类型的混合形式。

2.4 WDM系统成本

  对大多数运营商来说,是否在城域传送网采用WDM解决方案,成本是一个需要考虑的重要因素,因此,一方面为了能占领和推动市场,设备供应商应努力降低系统成本并提高其性能价格比。另一方面,运营商应充分考虑城域WDM的真正优势:具备大容量、多业务支持和快速提供新业务的能力;便于实现向“IP+光”网络的平滑演进,适应未来不可预测的数据业务发展,构建“真正经得起未来考验”的城域智能光网络。

3 基于SDH的多业务传送平台(MSTP)

  多业务传送平台(MSTP,Multi-Service Transfer Platform)是对传统的SDH设备进行改进,在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、多种协议的接入、汇聚和传输能力,是目前城域传送网最主要的实现方式之一。MSTP的主要特点有:能够支持VC-3/VC-4/VC-12各种等级的交叉连接和连续级联或虚级联处理;提供丰富的多种业务(PDH/SDH、ATM、以太网/IP、图像业务等)接口,可以通过更换接口模块,灵活适应业务的发展变化;具有以太网和ATM业务的透明传输或二层交换能力,传输链路的带宽可配置,支持VIAN,流量控制、业务和端口的汇聚或统计复用功能;具备多种完善的保护机制;具有灵活的组网特性;可实现统一、智能的网络管理;具有良好的兼容性和互操作性。

  城域WDM的出现和应用不会取代SDH多业务平台,并且两者可以同时存在,即WDM系统可承载SDH业务。城域WDM主要应用于城域核心层,而MSTP主要应用于城域汇聚和接入层,这是大型城域传送网建设的一种很好的组合方式。

4 弹性分组环(RPR)

  弹性分组环协议是一种新兴的MAC层协议,是为优化在环型拓扑上传输数据包而提出的一种全新的千兆IP包直接由光纤承载(IP over Fibre)的技术,扩展了以太网现有的点到点、点到多点和网状网拓扑应用。它一方面吸收了千兆以太网经济。灵活和可扩展等特点,另一方面吸收了SDH对延时和抖动性能的严格保障、可靠的时钟和SDH环网的50ms快速保护的优点,具有双环结构、空间复用机制、灵活的业务带宽颗粒、带宽动态共享和分配、统计复用、支持业务级别、自动识别网络拓扑结构、基于源路由的保护倒换等主要特点,是当前光网络上传输数据包的一种优化技术,目前IEEE802.17工作组正在对RPR进行标准化工作,估计2003年3月能够完成。

  RPR的L2采用类似以太网的帧封装模式,比POS更简化和灵活。帧的头开销中含有逻辑MAC地址(1个字节)和标准的MPLS位,环上的所有节点被配以惟一的逻辑MAC地址,可标识254个节点,所有节点都可基于逻辑MAC地址进行快速的L2交换。RPR在公用网上可为用户提供具有扩展性的IP业务,同时支持TDM语音和数据化的图像业务传送,具有严格的抖动和延迟保障机制以及同步机制,并可为TDM业务分配高优先级。可在城域网内提供宽带虚拟专线服务(VLL,Virtual Lease Line)、透明LAN服务(TLS,Transparent LAN Service)和VPN业务等。

  BPR作为一种新兴技术正得到业界人士的广泛关注和重视,它以IP业务为核心,适应了网络的发展方向。可以预见,随着IEEE802.17标准化工作的不断进行和完善,RPR的应用将越来越广泛。

5 3种技术的应用范围

  根据我国电信业务的发展现状和特点,城域WDM环网主要适合于传输大颗粒的业务(如STM-16、 STM-64、GE和10GE等)或特殊格式的数据业务(ESCON、Fiber Channel、FICON等大型主机间通信接口),即主要应用在经济发达的大中型城市的骨干层、汇聚层及业务量较大的数据专网。

  大容量的STM-16和STM-64多业务传送平台(MSTP)能够提供丰富的、高密度的群路和支路接口,具有强大、灵活的交叉连接功能和多业务传送、接入能力,非常适合于大城市传送网的汇聚和接入层,以及中小城市传送网的骨干和汇聚层,并适合用作WDM系统的终端设备和作为业务枢纽节点的汇聚和疏导设备。

  基于RPR技术的城域设备可承载具有突发性的IP业务,同时支持传统语音传送,是一种很好的解决方案,适合于大中型城域传送网的接入层和小型城域传送网的骨干和汇聚层。目前的RPR产品在支持大量TDM业务方面还有些欠缺,并且不适合于多个环网相交和相切的应用,因此RPR产品的适用范围是以数据业务为主的本地运营商和ISP,不适合以TDM业务为主的传统运营商。目前,许多设备开发商都在基于SDH的多业务平台上增加RPR功能,提高了MSTP中的以太网业务的带宽共享能力和公平竞争性,进一步提高了MSTP产品的竞争力。

6 城域光传送网的建设和发展

  城域传送网的建设通常可分为城域骨干层、汇聚层和接入层3部分,但各个层面的划分不是绝对的,一般大型城市的3层划分相对明显,中小型城市的骨干层和汇聚层可以合并。骨干层以城域WDM环网或网状网以及大容量的SDH环网为主,汇聚层可选的技术有SDH多业务平台、小容量的OADM环网、RPR等,接入层的实现技术较多,很难断定哪一种技术将最终胜出,成本和功能是决定技术能否成功的最主要的两个方面。

  由于近期我国运营商的大部分业务是TDM业务,因此基于SDH的MSTP设备的需求量巨大并且使用范围广泛,在未来的二三年内将在城域传送网占据主导地位。从成本上看,城域WDM系统主要用在大型城域传送网的骨干层,它也是未来SDH环网的升级方向。近期城域WDM应用的切入点一方面是缓解城市中管道和光纤资源紧张等问题,另一方面是实现多业务特别是大量数据业务的透明传输,并为数据业务提供物理链路层的快速自愈保护。总体来说,城域传送网的建设主要是环网和网状网结构,使其可支持多种业务的接入、传输和交叉连接,并且具有灵活性和可扩展性。

  从中国目前的业务类型和运营商类型来看,自动交换光网络(ASON)将首先在城域网得到应用,因为城域网具有相当大的容量,实时变化的业务流向具有动态带宽管理的需求。ASON的发展有两个关键问题必须解决:光网络节点(OXC,多种交换颗粒的光交换机)的完善和控制平面协议及软件。目前商用化较多的OXC采用的是0/E/O形式,这种方式需要转换到电域,但是实现简单且成本低。而现在大型光开光(MEMS、波导型等)的实现和控制困难,建设大容量的OXC节点成本昂贵,且性能和可靠性有待进一步验证。近期最有可能大规模使用的是小型和中型的光交叉连接节点(小于512个波长每端口),内嵌分布式的控制协议GMPLS和软件,估计ASON产品的成熟和应用将在2004年左右实现。

7 总结

  城域网市场的主要驱动力是网络结构简单化的趋势、不断增加的容量需求以及多种多样的业务类型。因此,与骨干网相比,城域光传送网最明显的特点是承载业务类型的多样性和业务流向及流量的动态的不确定性。新一代的城域光传送网的建设应根据城域(或本地)的业务类型、分布和发展进行优化,一般采用以光传送网为基础、面向数据业务优化并兼容传统TDM业务的多业务传送平台,并且在网络结构和技术的选择上应有利于向智能化的ASON演进。

摘自《电信技术》2002.6