城域網傳輸技術大比拼

2019-11-04 22:15:24

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一、城域網概況

近年來，各大電信運營商都投入了大量的精力來建設各自的長途骨干傳輸網絡。骨干網容量和接入網容量的大幅度提升，使網絡的容量瓶頸已經逐漸轉移到城域網，非凡是數據通信業務以及集成語音、數據和圖像的多媒體業務的迅速發展，對網絡寬帶化要求日趨迫切，最后1km光纖接入問題已日益突出。這就對城域網提出了新的要求：一方面，能夠滿足日益增長的數據傳送需求；另一方面，作為長途骨干網在本地的延伸，城域網必須與長途骨干網絡保持協調發展，從而有效地為長途骨干網吸納業務流量。簡而言之，即能夠快速將多種最終用戶接入長途干線網絡。

在《中國移動城域傳送網技術規范》中定義的城域網是指覆蓋城市及其郊區范圍、為城域多業務提供綜合傳送平臺的網絡，主要應用于大中型城市地區，城域網以多業務光傳送網絡為基礎，實現話音、數據、圖像、多媒體、ip等接入。它主要完成接入網中的企業和個人用戶與在骨干網絡上的運營商之間全方位的協議互通。中國移動城域網的定位是以寬帶光傳輸網為開放平臺，為城域應用提供多業務傳送的綜合解決方案。

從上面可以看出，城域網的要害特征是公用多業務網，由此使得它具有一系列有別于其它網絡的特點：

1.城域網與局域網的主要區別：首先是網絡性質的不同，局域網是企事業專用網，而城域網是面向公用網應用和多用戶環境的；其次是傳輸距離的不同，典型局域網的傳輸距離為數公里，而城域網范圍可擴展到50km～150km；最后是業務范圍的不同，典型局域網通常主要提供數據業務，而城域網的業務范圍不僅有數據，還有語音和圖像，是多業務網絡。

2.城域網與廣域網或長途骨干傳輸網的主要區別：首先是容量，廣域網或長途骨干傳輸網要求大容量，而城域網只需中等容量即可；其次是覆蓋范圍小，典型廣域網或長途骨干傳輸網的傳輸距離可達數千公里；再有是支持的客戶層信號不同，廣域網或長途骨干傳輸網目前主要支持SDH，而城域網需要支持各種客戶層信號，而且要能很快地提供客戶層信號所需的帶寬；最后是答應的成本不同，廣域網或長途骨干傳輸網的高容量可由成千上萬的大量用戶共享，因而可以答應較高的成本，城域網則不同，非凡是城域網的成本要害是節點而非線路，而長途骨干傳輸網恰好相反。

二、城域網解決方案

目前，城域網解決方案主要有四大類，第一類是以SDH為基礎的多業務平臺；第二類是基于第二層交換和第三層選路的方案，主要指以太網解決方案；第三類是城域網用WDM方案，即以WDM為基礎的多業務平臺；第四類是以ATM為基礎的多業務平臺方案。此外，還可以適當采用光纖直連技術。下面就對上述技術作一簡要介紹。

1.以SDH為基礎的多業務傳輸平臺（MSTP）

以SDH為基礎的多業務平臺的出發點是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技術，其性能監視、保護倒換以及網管能力已經得到認可，對其加以改造即可演變成為多業務傳送平臺。基本思路是將多種不同業務通過VC級聯等方式映射進不同的SDH時隙，而SDH設備與層2和層3乃至層4分組設備在物理上集成為一個實體。值得一提的是，目前不少設備提供商已將SDH系統在一定程度上融合了彈性分組環RPR技術，在系統內部實現話音和數據業務的全面兼容。

MSTP具有如下特色：A.在保證兼容基于傳統SDH網業務的同時，能夠提供多種物理接口，大大減少了現有SDH設備重新升級的成本。B.MSTP系統采用簡化了的網絡結構，并且接口與協議相分離，實現對多種數據業務的靈活高效的傳輸。C.保持了SDH的優點并可集傳統SDH網 ADM/DXC/DWDM功能于一體，能夠有效地進行帶寬治理，從而降低運營成本。

總的看，SDH多業務平臺最適合作為網絡邊緣的融合節點支持混合型業務量非凡是以語音業務為主的混合型業務量。它不僅適合缺乏網絡基礎設施的新運營者，即便對于已敷設了大量SDH網的運營公司，以SDH為基礎的多業務平臺可以更有效地支持分組數據業務，有助于實現從電路交換網向分組網的過渡。此外，從業務發展的角度考慮，由于中國社會經濟狀況的特點，使得在未來相當長的一段時間內，話音業務仍將是運營商的主要利潤來源，因此2M電路甚至是N×64k 電路型業務接入仍將有廣闊的市場需求，要求城域網和接入網設備必須至少能夠提供傳統2M電路的端口和業務接入能力。因此，在短期內這種解決方案仍將是城域網的主流技術。

2.以太網解決方案

這一方案是基于2層交換和3層選路的。事實上，以太網并不是一種純粹的新技術，而是一種“老的新技術”，主要用于企事業網絡。然而，近來以太網最重要的動向是向城域網乃至廣域網的擴展。從技術上看，以太網技術具有簡便、快捷、透明、可擴展的優點。從治理上看，由于同樣的系統可以應用在網絡的各個層面上，因此網絡治理可以大大簡化。尤其值得一提的是，由于很多用戶已經熟悉了以太網，因此培訓工作可以簡化，新業務可以拓展得更快。

對于沒有基礎設施的新興運營者可以租用暗光纖從頭建設自己的網絡，完全旁路現有的SDH和ATM基礎設施。對于已經擁有SDH和ATM基礎設施的運營者來說，問題就沒有那么簡單，須仔細研究、分步驟逐漸演進。

然而，以太網原本具有的一些特點，在其應用從局域網擴展到城域網乃至廣域網時也限制了它的發展，需要加以改造。第一，當以太網應用于局域網時QoS不是問題，當應用到局域網或廣域網時需要提供隨用戶而異的QoS，而目前以太網還沒有機制能保證端到端性能，無法提供實時業務所需要的QoS和多用戶共享節點以及網絡所必需的計費統計能力。第二，以太網原來是為局域網企事業用戶內部應用設計的，缺乏安全機制保證，即便有需求也是由高層協議來處理，當擴展到 MAN和WAN以后，上述利用高層協議的處理方法就無法接受了，需要開發新的安全機制。第三，以太網主要用于小型局域網絡環境，網管能力很弱，且目前只有網元級的治理系統。第四，以太網交換機的光口是以點到點方式直接相連的，省掉了傳輸設備，無法提供故障定位和性能監視，保護功能也難以實現。最后，盡管以太網作為局域網應用是一項久經考驗的技術，但是用于公用電信網非凡是廣域網環境仍然是一項未經測試的新技術，其設備是否能提供大型電信級公用網所必需的硬件和軟件可靠性也需要實踐和時間的驗證。總的看，只有妥善地解決了上述主要問題后，傳統以太網才能順利地應用于大型公用電信網環境。

目前國家在大力倡導治理信息化和電子化，因此針對全國范圍的大公司和大企業建設VPN網絡成為各主要電信企業市場爭奪的焦點。端到端的以太網由于其組網相對簡單、靈活及與企業局域網的“無縫連接”能力，使其市場需求將在一兩年內迅速增長，并成為真正為運營商帶來利潤的數據業務。在考慮充分利用現有網絡和城域網與骨干網對接的技術實現，采用對用戶提供端到端以太網端口互聯、中間采用SDH透明傳輸以太網數據包的方式將逐漸成為城域網的業務主要增長點。

3.WDM方案

隨著技術的進展和業務的發展，WDM技術正從長途傳輸領域向城域網領域擴展，當然，這種擴展不是直截了當的，需要針對城域網的特定環境進行改造，其主要特點和要求可以歸結為如下幾個方面。

首先，采用WDM后，容量有了大幅度的增加，至少幾十倍，且可以提供某種形式的WDM環保護。其次，應用WDM后容許網絡運營者提供透明的以波長為基礎的業務。這樣用戶可以靈活地傳送任何協議和格式的信號而不受限于SDH格式。非凡是對于應用在城域網邊緣的系統，直接與用戶接口，需要能靈活快速地支持各種速率和信號格式的業務，因而要求其光接口可以自動接收和適應從10Mb/s到2.5Gb/s范圍的所有信號。而對于應用在城域網核心的系統，則將來有可能還會要求支持10Gb/s的SDH信號和10Gb/s的以太網信號。和IP over ATM等形式相比，IP over DWDM節省了中間層，設備區域扁平化，易于治理。而且，DWDM采用OADM代替傳統的OTM－to－OTM，除了在業務兩端外，其余節點不需要O－E －O轉換，節省了昂貴的電中繼。通過多個OADM級聯實現擴容，網絡建設初期僅需要少量的光器件，降低了首期投資成本，也降低了投資風險。最后，城域網 WDM系統還應具備波長可擴展性，新的波長應能隨時加上而不會影響原有工作波長。這樣，系統可以通過簡單增加波長而迅速提供新的業務，極大地增強了運營者的市場競爭能力。

城域網WDM系統的主要不足之處在于不能有效靈活地將低速率信號匯聚進較昂貴的波長通路，不能動態地配置波長，實現光層靈活連接，再有是目前其成本仍然較高。由于目前的大帶寬接入業務需求并不突出，這種技術在接入層的應用前景并不明確，而將主要應用在城域網骨干層。

總的看，城域網WDM的演進可以分為下述幾個步驟：初始在城域網敷設WDM的主要目的是解決城域網樞紐點光纖耗盡的問題。第二步是逐步敷設OADM形成光自愈環，將大量現有的SDH自愈環匯聚到光自愈環。第三步是引入OXC互連大量的光自愈環形成光網狀網結構，從而帶來網狀網結構的大量好處，還能提供端到端波長業務。當然在合適的階段需要在OXC的基礎上引入自動交換光網絡（ASON）進一步實現動態分配部署波長通路以適應IP業務量的需要。

4.以ATM為基礎的多業務平臺

以ATM為基礎的多業務平臺最適用于多業務電信環境以及服務質量要求較高的IP業務，主要應用于網絡邊緣多業務的匯集和一般IP骨干網。由于其擴展性受限，高業務量下的性能表現不理想，ATMVP環也不支持網狀網結構，因而以ATM為基礎的多業務平臺不太適合超大型IP骨干網應用。一般說，對于那些已經敷設了核心ATM網而計劃擴展到網絡邊緣的大型電信運營公司，ATM VP環不失為一種可選的解決方案。但是預計近期IP業務量會出現持續大幅度攀升、網絡規模需要大幅度擴展的情況，則以ATM為基礎的多業務平臺不是一種長遠解決方案。對于像中國移動等目前還沒有ATM骨干網的運營商，假如在引入3G系統的過程中放棄ATM作為中間層的方案，建設基于ATM的多業務平臺將是首先被放棄的方案。

5.光纖直連技術

光纖直連是指以太網交換機、路由器、ATM交換機直接出光口。光口以點對點方式直連，業務接入設備直接互連，此方案簡單，但有明顯的缺點。首先，由于沒有傳輸層，光纖質量、性能監測、保護等無法實現。其次，光纖浪費嚴重，每兩個業務接入點需要一對光纖，一個業務接點若與其它業務接點有業務互通，光纖呈階乘增長。此外，業務端口壓力大，每一個節點相連，交換機或路由器就需增加一個端口。最后也是最重要的一點，當環網周長較長（如15km以上），采用光纖直連的綜合成本接近甚至比WDM方式還高，隨著業務的增加，其成本將遠遠超過WDM。因此，這種方式只適用于節點數小、節點距離近的局域網絡。

總之，目前還沒有一種技術可以完全實現多業務和多服務方面的統一，所以中國移動通信公司根據業務發展的實際情況主要采用的是SDH、WDM、MSTP 和光纖直連技術。即：為了滿足城域數據業務的發展、實現對數據業務的保護，核心層采用WDM技術；為適應數據業務和電路業務共同發展的需求，建設以SDH 為基礎的多業務傳輸平臺（MSTP）；在局域網較集中的地區也部分采用光纖直連技術。

三、組網結構

根據移動網絡的特點，移動傳輸網可分為三層結構：核心傳輸層、匯聚傳輸層、接入傳輸層。移動城域傳輸網宜采用整體規劃、分布實施的原則，根據城市或地區的規模及業務發展的情況采取不同的網絡結構和網絡技術，適當超前發展傳輸網絡。

1.核心傳輸層

網絡特點：連接城域移動網中的TMSC、GMSC及MSC的中繼電路，負責與上層干線的連接，與其它網絡互連互通，是城域傳輸的核心部分。網絡結構為光纖環形網或網格網拓撲，對業務的安全性、網絡可靠性要求高。網絡節點數量少、業務容量大、電路調度頻繁。網間業務以155M或2M為規劃單位，除傳統的 PDH和SDH接口外，要求具有VC4－4c、VC4－16c、100M、GE、ATM等數據業務接口。

解決方案：大城市的骨干層傳輸設備采用城域波分設備或10G速率的多業務傳送平臺，中等城市可采用2.5G速率的多業務傳輸設備。在光層上，采用城域波分技術（Metro DWDM），綜合承載不同速率、不同格式的寬/窄業務，提高大顆粒業務的傳送效率和網絡帶寬；在電層上，采用基于SDH、ATM、IP的多業務傳送技術，設備系統結構為MADM，方便各種窄帶、寬帶業務的傳輸、調度。DWDM可采用光通道或波長共享保護。SDH系統可采用2纖/4纖復用段保護。

2.匯聚傳輸層

網絡特點：匯聚層由具有重要意義的匯接BSC、BTS節點或其它節點構成，負責一定區域內的業務匯聚和疏導，要求具有強大的業務調度能力和多業務接入能力。由于大城市的骨干節點（如MSC）較少，而業務接入點（如基站）分布面廣、數目眾多，所有業務接入點（如基站）直接接入骨干節點（如 MSC/BSC），會導致接入網跨度大、主干光纖消耗嚴重等問題，匯聚層的存在避免了這種現象，同時使得網絡結構更清楚，易于治理。在中、小城市，業務接入點數量不是很多的情況時，可省略匯聚層或以后建設。匯聚傳輸層的節點必須具備有良好的可擴展性，適應今后網絡結構、網絡容量的變化。

解決方案：匯聚層傳輸設備主要采用2.5G速率的多業務傳輸設備，容量較小的網絡可采用622M帶寬。匯聚點應具有強大的交叉能力和多業務接入能力，組網靈活，升級簡便。節點設備應融合SDH、ATM、IP為一體，具備寬帶傳輸能力，并對接入的寬帶業務進行統計復用和流量控制，以減輕骨干交換機端口、容量的壓力。

3.接入傳輸層

網絡特點：網絡結構以環形為主鏈形為輔，各根據具體條件采用星形、樹形網絡，傳輸手段以光纜為主，無線、銅纜為輔。網絡多由移動通信基站BTS、寬帶業務接入節點組成，對上就近接入業務匯聚層或核心層。接入層傳輸網節點數目多，擴容頻繁，單個節點的業務量相對較小，對網絡的可擴展性和設備性能價格比要求較高。網絡往往要求借助基站機房和傳輸設備，能夠快速、靈活接入新用戶，進行帶寬和業務分配。由于位于網絡末端，設備體積要求小、配置靈活，具有多業務傳輸能力。

解決方案：為適應寬帶業務接入的需求，末端的節點設備應同樣具備基于SDH、ATM、IP等技術的多業務傳送能力，帶寬可由155M升級到622M。能夠提供各種寬、窄業務接口如：2M、34/45M、622M、155M ATM、10/100M，并對接入寬帶業務進行統計復用和流量控制，以提高接入層網絡帶寬的利用率。由于末端網絡結構易變，發展迅速，要求節點具有強大的組網能力。為保證網絡的安全性，根據網絡具體特點可靈活采用通道、子網連接、共享光纖虛擬路徑等網絡保護方式。

4.城域傳輸網的治理系統

城域傳輸網的網絡治理系統要求具有成熟的網元與網絡治理功能，而且針對城域傳輸網規模大、業務類型多的特點，對于進行大規模的、快速智能的、端到端電路配置以及可實現多種業務統一配置和治理的要求就更高了。此外，還要求其向上對網絡治理系統提供治理接口，以便納入到傳輸綜合網絡治理平臺之中，為共同治理大規模網絡提供完整業務支持的解決方案。

四、結束語

通信技術發展迅速，各設備運營商積極研究如何對各種技術進行優勢互補，以滿足市場的需求。而各家運營商也針對電信價值鏈的不同部分，選擇適合企業發展的組網技術和組網結構。隨著傳送網逐漸由基礎配套網轉變為綜合業務提供的核心運營網，作為大型骨干光網絡“神經末梢”的城域網也將日臻完善，最終為用戶提供全方位的網絡服務。

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