作者：孫捷  張林

    首先針對城域光網絡新的發展目標，提出了將內嵌RPR的第三代多業務傳輸平臺(MSTP)作為城域光網絡建設的最佳方案之一；然后介紹了MSTP和RPR的基本概念包括內嵌RPR的方式，并重點對其要害技術進行了分析；最后推薦采用A/B雙平面方案在城域光網絡中引入MSTP。

    要害詞城域光網絡RPR第三代MSTP雙平面方案接入層匯聚層

    1、引言

    根據目前城域光網絡的狀況及未來的發展，對城域光網絡網建設提出了新的目標：作為城市信息化的基礎，城域光網絡要提供話音及其它多種ip數據等業務，包括Internet的高速接入、VPN、VOD和遠程服務等，即有效地提供各種IP數據業務的QoS；另外，作為長途骨干網在本地的延伸，城域光網絡要與骨干網發展保持協調，快速有效地吸納骨干網的多種業務。

    在過去的若干年內，電信運營商已投入重金建設了大量的SDH城域光網絡，使得SDH技術已經十分成熟同時又牢牢占據著電信運營領域，但其存在著對IP數據業務無法進行帶寬的靈活分配、只能提供單一的業務接口、對日益增加的數據業務無法提供很好的支持等不足之處。針對這一現象，早期提出了IPoverATM、IPover SDH及IP over DWDM等方案也存在一個共同的問題：首先，SDH的靜態帶寬分配很難適合IP數據業務的突發性，不能實現帶寬的動態治理，使數據傳輸的效率降低；其次，預留的保護光纖的帶寬資源也有較大的浪費，從而產生更多的無法使用的帶寬。因此，一種為優化IP數據包傳輸的新的MAC層協議即彈性分組環RPR(Resilient Packet Ring)被提上了議程。而內嵌RPR功能的第三代多業務傳送平臺(MSTP)也成為實現城域光網絡建設的最佳方案之一，它已逐漸成為城域光網絡建設的主流技術。

    2、基本概念

    MSTP是基于SDH的多業務傳輸平臺，同時實現TDM、ATM、IP等業務接入、處理和傳送，提供統一網管的多業務傳送平臺，有效地支持數據、語音和圖像業務交換。伴隨著電信網絡的發展，MSTP的技術也在不斷進步，主要體現在對以太網業務的處理上。它經歷了從支持以太網透傳的第一代MSTP到支持二層交換的第二代MSTP再到當前支持IP業務QoS的新一代(第三代)MSTP的發展歷程。

    彈性分組環RPR是一種新的MAC層協議，是為優化IP數據包的傳輸而提出的，RPR是基于彈性技術的光纖環形網(RPR環)，能有效地傳送基于分組的業務流量，該技術標準由IEEE802.17工作組定義。RPR可以運行于現有SDH物理層之上，環上所有的發送節點都可以使用環網上的可用帶寬，并利用公平控制算法動態地實現環網上各個節點的帶寬協調，因此，RPR實現了業務的環級匯聚(Ring-levelAggregation)而不是節點級的匯聚。

    RPR的內嵌方法是通過一塊集成RPR各項功能的單板完成MAC層處理，將處理后的RPR業務按照GFP和HDLC兩個標準映射到SDH幀結構，RPR單板是通過插入到ADM子架槽位上并連至ADM板以實現交叉連接，即采用RPR+ADM模式。

    3、要害技術分析

    作為城域光網絡建設的最佳解決方案的內嵌RPR的第三代MSTP，最突出的優勢就是在擁有GFP和LCAS協議的基礎上，通過內嵌RPR技術，借助于RPR新功能來進一步提高城域光網絡的帶寬利用率和對IP業務QoS支持能力，并且集ADM的光纖環網的可靠性、G比特以太網技術的高效性以及IP技術的智能性于一體。以下具體地對內嵌RPR技術的第三代MSTP所擁有的這些要害技術進行分析。

    (1)采用MPLS技術，在以太網和SDH層之間引入了中間的智能適配層(1.5層)，并采用GFP高速封裝協議將以太網的數據業務要求適配、映射到SDH通道上。GFP(GenericFramingProcedure通用成幀規程)是在ITU-TG.7041中定義的一種鏈路層標準，它的基礎是SDL(SimpleDataLink簡單數據鏈路)，它既可以在字節同步的鏈路中傳送長度可變的數據包，又可以傳送固定長度的數據塊，是一種先進的、簡單的、靈活的數據信號適配和映射技術。

    (2)支持虛級聯和鏈路容量自動調整(LCAS)機制，因此非常適用于帶寬不斷發生變化的業務的需求，可大大提高帶寬的利用率。虛級聯技術可將來自同一路由或不同路由且分布于不同STM-N的VC-n按照級聯的方法，形成一個更大的虛擬結構(VC-n-Xv)進行傳輸，每個VC-n均包含相應的POH因而具有完整的VC-n結構。與級聯不同的是，虛級聯的每個VC-n可以獨立傳輸，選擇不同的路徑，對中間傳輸設備無非凡需求，僅僅對兩端設備有非凡的協議支持要求。

    LCAS機制提供了對鏈路帶寬靈活和動態的元損傷調整，通過調節不同路徑上數據流容量來滿足對數據業務的不同質量(QoS)和服務等級的要求。當用戶帶寬發生變化時，可以通過調整虛級聯組VC-n的數量實現平滑增減，當系統出現故障時，可以動態調整系統帶寬，且不會對用戶的正常業務產生中斷。因此，LCAS機制提供的這種種容錯機制，增強了虛級聯的健壯性，且在保證服務質量的前提下明顯提高網絡利用率。

    (3)采用多等級的接入控制、為保證多業務的QoS創造了條件。RPR可以結合MPLS協議，在進行節點的業務接入控制時可根據IEEE802.1p，利用幀結構中的MPLS標簽的CoS字節標識，提供4種優先等級劃分：快速傳送業務(具有嚴格的時延、抖動和保護、時鐘同步。如實時性E1語音業務和圖像業務)、保障傳輸業務1(對時延和抖動無非凡要求，但有帶寬承諾，無突發的圖像、數據業務)、保障傳輸業務2(有帶寬承諾，屬突發型數據業務，采用盡力傳送機制)、盡力傳送業務。這種技術假如得到大范圍應用，為確保城域光網絡中多業務傳輸的QoS服務創造了條件。

    (4)采用空間重用協議SRP，確保節點間的各業務流互不影響。RPR環采用了空間重用協議SRP(spatialreuseprotocol)，即在數據包環上提供了尋址、讀取數據包、帶寬控制和控制信息傳播的基本功能來保證在空間上沒有重復的業務流，各業務流可以互不影響地按照各自的線路帶寬在源節點和目標節點之間傳輸。這樣，多個節點可以同時收發分組，并且數據包在目的節點被接收并從環路剝離，因而提高了整個RPR環帶寬的利用率，非凡在環上節點數較多的情況下，帶寬的利用率改善尤為明顯。同時由于RPR采用兩個反向旋轉的環(內環和外環)來傳輸業務，無須預留保護帶寬，RRP光纖帶寬使用率相對SDH提高一倍，從而最大限度地利用了光纖的傳輸帶寬。

    (5)依靠公平算法實現合理的帶寬動態分配機制。RPR不像SDH那樣分配固定時隙，而是以1Mb/s的粒度來公平地動態地為每個節點分配帶寬。RPR環上的每個節點都使用一種分布式的公平算法(SRP-fa)來保證全網帶寬的合理利用，即在接入側、鏈路側均能保證公平。公平算法是依靠相鄰站點之間的及時通信來實現的，各站點自身會產生一個“公平速率參數”，接著和上游站點傳來的參數比較，進行調整后再發往相鄰的下游節點，這樣經過逐站傳遞和調整，最終使得全網的帶寬分配達到一個公平的“穩態”。盡管大量的突發業務會破壞這樣一個穩態，然而，在一定的“公平響應時間”之后，又會重新達到另一個“穩態”。公平算法確保了各節點入環的同一優先級業務在存在競爭的情況下可以公平地共享環路帶寬，保證每個節點都獲得自己應得的帶寬份額。

    (6)采用自動拓撲識別技術，增加環路的自愈能力。所謂自動拓撲識別技術，就是指每個節點都知道在環的兩個方向上的線路質量情況，從而迅速正確地決定應該在哪個方向(外環或內環)上傳輸或轉發數據所采取的一種拓撲狀態識別技術。在拓撲初始化階段，每個節點都會發出拓撲查詢消息，沿環路傳送，其他節點會加入自己的屬性。當源節點收到自己發出的拓撲查詢消息時，便可了解到環路拓撲信息。當環路增加節點、減少節點、光纖中斷、節點失效等事件發生時，與此相關的節點都會被觸發發出拓撲更新信息，最終使得RPR環上每個節點都具體地把握著整個環的拓撲圖及每條鏈路的狀態。因此拓撲自動識別增加了環路的自愈能力，并且減少了人工配置所帶來的人為錯誤。從而讓RPR工作在一種“可見”的狀態中，大大提高了數據傳輸的效率和質量，這也是RPR保障QoS的基礎。

    (7)吸收了ADM自愈環的保護策略，實現基于不同等級業務的自動保護切換機制。RPR環上的每個節點可以迅速地根據新拓撲結構和線路質量狀態進行數據傳送的重新路由選擇，類似于ADM環的保護機制。RPR環采取了源路由方式(steering)和折回方式(wrap)兩種保護方式，默認方式為源路由方式，兩種保護倒換時間都小于50ms。當采用源路由方式時，光纖故障點兩端的節點會發出拓撲更新信息，環上各節點收到該信息后，就會將各個業務的源節點按照拓撲更新信息倒換業務，且一條光纖上的業務保護倒換對另一條光纖上的業務沒有任何影響，因此從全局上使得整個網絡的彈性恢復能力得到極大提高。再由于RPR環具備針對不同等級業務的自動保護切換機制，從而使RPR可以實現多等級可靠的QoS服務。

    4、在城域光網絡中引入MSTP

    盡管傳統的SDH網越來越難以勝任各種多變的IP數據業務發展的需求，但由它形成的龐大基礎設施不可能在一夜間輕易拋棄，更何況語音業務依然是電信業盈利的基礎，因而必須考慮在現有的傳統SDH城域光網絡上引入MSTP。考慮到SDH城域光網絡是按照骨干層(即核心交換層CS)、匯聚層(即城域傳送層MT)、接入層(即邊緣接入層EA)的三層架構來建造的，那么如何在這樣的架構中引入上述MSTP呢?

    根據本文前述的城域光網絡建設目標并綜合MSTP本身的特點來看，MSTP應當直接引入在城域光網絡的接入層和匯聚層，但需在匯聚層采用A/B雙平面方案(網絡結構如圖2所示)。這是因為：考慮到接入層的結點多而分散的特性、各廠家設備的兼容問題以及接入層上傳的業務所需帶寬較大等問題，若要實現城域光網絡與骨干網的發展保持協調，則必須改變傳統SDH城域光網絡匯聚層的帶寬瓶頸問題，而A/B雙平面方案即可解決這個問題。

    針對目前城域光網絡匯聚層節點數量較少、業務量集中或網絡地位重要等特點，可以在匯聚層中引入MSTP新平面來解決帶寬瓶頸問題：保留傳統的SDH匯聚層作為A平面，在其上直接疊加一層MSTP匯聚層作為B平面，通過在匯聚層采用A/B雙平面方案來引入上述MSTP，網絡結構如圖2所示。傳統SDH匯聚層組成的A平面主要負責TDM業務的傳送，而新建的MSTP組成的B平面主要負責IP數據業務的傳送，B平面同時可以實現A平面原有業務的分擔或保護，不僅能提供針對光纖線路中斷的環網保護，而且還可提供節點失效的保護。B平面的設備為上述內嵌RPR的MSTP加上ADM，前者具備強大的二層數據處理功能，后者則能提供高低階交叉能力，同時按照業務的組成和流向重新規劃匯聚層的路由，這樣不僅能解決匯聚層帶寬瓶頸問題，而且可根據網絡業務的實際情況充分發揮RPR的各種新功能。

    5、結束語

    目前第三代MSTP正在引領城域光網絡的發展，在內嵌了RPR功能后必將大大促進城域光網絡建設目標的實現。可以預言，內嵌RPR的MSTP將是城域光網絡建設最為實用的技術之一，即為運營商提供從接入層到骨干層的具有QoS保證的城域光網絡建設的解決方案。同時隨著NGN、3G網絡的推廣，數據業務比重的逐漸增大，為了更好地適應數據業務不確定性、不可預見性等特點，向智能光網絡演進是MSTP必然的方向。