寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的進展綜述

2019-11-04 22:16:05

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

目前廣域網(wǎng)帶寬已經(jīng)達到數(shù)百Gb/s，而寬帶接入網(wǎng)的建設(shè)也已經(jīng)步入快速發(fā)展的軌道。 ip-DSLAM和5類線以太網(wǎng)接入使用戶接入速率達到數(shù)百Kb/s到數(shù)Mb/s。采用SDH的傳統(tǒng)城域網(wǎng)成為發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)的瓶頸。目前已出現(xiàn)城域網(wǎng)建設(shè)的高潮。

目前主要的寬帶城域網(wǎng)技術(shù)方案有以下三種：

新一代SDH城域網(wǎng)多業(yè)務(wù)傳輸平臺 MSTP,WDM光城域網(wǎng),光以太網(wǎng)城域網(wǎng)。

由于目前寬帶業(yè)務(wù)傳輸主要是IP數(shù)據(jù)，從傳輸角度看效率最高的應(yīng)該是物美價廉的光以太網(wǎng)，但是實際上最受運營商青睞的卻是多業(yè)務(wù)傳輸平臺MSTP。其原因在于：

對于商業(yè)機構(gòu)的IP業(yè)務(wù)，由于共享IP網(wǎng)的計費和結(jié)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(lián)網(wǎng)上的IP業(yè)務(wù)雖然流量很大，但是由于不能控制治理，沒有結(jié)算計費系統(tǒng)，只能靠包月收費。運營商增加收入的辦法是盡量將IP業(yè)務(wù)納入SDH專線或虛擬專網(wǎng)IP-VPN ，這樣就可以方便地治理計費。這就是目前盡管城域以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成熟，且成本低廉，電信運營商在建設(shè)寬帶城域網(wǎng)時更青睞價格較高的基于新一代SDH的多業(yè)務(wù)傳輸平臺MSTP的原因。

隨著寬帶IP業(yè)務(wù)開放平臺建設(shè)和生態(tài)系統(tǒng)的形成，寬帶IP網(wǎng)成為一個可治理，能運營，可盈利的網(wǎng)絡(luò)。光以太網(wǎng)城域網(wǎng)和WDM光城域網(wǎng)憑借其傳輸IP業(yè)務(wù)的高效率和低廉的建設(shè)和運營成本將逐漸成為寬帶城域網(wǎng)的主流。

MSTP城域網(wǎng)

(1).新一代SDH多業(yè)務(wù)傳輸平臺MSTP城域網(wǎng)具有以下特點：

1.高集成度。SDH處理專用芯片和光收發(fā)器的進步和成熟使SDH系統(tǒng)的集成度不斷提高， NGSDH的高集成度表現(xiàn)為設(shè)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(yè)務(wù)調(diào)度容量。

2. MADM集成和業(yè)務(wù)調(diào)度能力。新一代SDH設(shè)備的高集成度可使系統(tǒng)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(xiàn)多個ADM間的業(yè)務(wù)調(diào)度，構(gòu)成多分插復用MADM(Multiple-ADM)。

3.多業(yè)務(wù)傳送能力。新一代SDH在保持傳統(tǒng)SDH優(yōu)勢的同時，融合了ATM和IP技術(shù)，針對不同的業(yè)務(wù)采用不同的傳送方式，形成了一個統(tǒng)一的多業(yè)務(wù)傳送平臺。支持STM-4C 、STM-16C等級業(yè)務(wù)的透明傳送。

STM-4C 、 STM-16C等級業(yè)務(wù)用于承載ATM、 POS(Packetover SDH)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。新一代SDH在透明傳送 STM-4C 、 STM-16C等級業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，進一步融合了ATM信元統(tǒng)計復用和交換、IP幀統(tǒng)計復用和交換等功能，在充分發(fā)揮SDH技術(shù)特點的同時(快速環(huán)網(wǎng)自愈環(huán)倒換、高QoS保證)，通過數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)計復用技術(shù)，提高帶寬利用率，可廣泛應(yīng)用于寬帶城域網(wǎng)。

(2).支持10M/100M/1000M

以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接入新一代SDH具有靈活的帶寬調(diào)整能力，適應(yīng)寬帶城域網(wǎng)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的大帶寬傳送要求，通常采用兩種方式實現(xiàn)。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(wǎng)幀，另一種是采用多個VC-12/VC-3/VC-4級聯(lián)或虛級聯(lián)通道傳送。其中，由于虛級聯(lián)(VC-

v12-Xv/VC-3-Xv/VC-4-Xv)方式兼容傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)，從而得到廣泛應(yīng)用。

(3).具備彈性分組環(huán)RPR功能

通過RPR接口板和SDH設(shè)備的交叉功能，在SDH環(huán)路上開辟N×VC-4通道用于IP業(yè)務(wù)的傳送，在這個IP環(huán)路中，實現(xiàn)Package ADM ，空間重用。同時通過流分類、業(yè)務(wù)優(yōu)先級等技術(shù)滿足以太業(yè)務(wù)的QOS功能，通過VDQ等帶寬的公平算法保證各節(jié)點的接入帶寬，環(huán)網(wǎng)保護技術(shù)增強業(yè)務(wù)的可靠性。RPR是一種與物理層無關(guān)的二層技術(shù)，已明確提出將SDH作為其物理載體。所以在NGSDH上實現(xiàn)RPR是對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的一種很好的解決方案。

(4). 智能化治理。傳統(tǒng)的SDH治理基于單網(wǎng)元，業(yè)務(wù)配置、設(shè)備性能和告警等治理功能的操作對像為單網(wǎng)元。SDH的新一代治理是則面向整個網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)配置、設(shè)備性能和告警等功能直接基于面向用戶提供的網(wǎng)絡(luò)。新一代SDH配置業(yè)務(wù)時，只需指定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的源和宿及其相應(yīng)要求，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)即可快速自動生成，而不需象傳統(tǒng) SDH那樣逐個進行網(wǎng)元設(shè)置，系統(tǒng)可提供端到端的業(yè)務(wù)性能、告警監(jiān)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。

寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的進展綜述（圖一）

MSTP原理框圖

由圖中可以看出，MSTP的要害就是在傳統(tǒng)的SDH上增加了ATM和以太網(wǎng)的承載能力，其余部分的功能模型沒有任何改變。

對于以太網(wǎng)承載，應(yīng)滿足對上層業(yè)務(wù)的透明性，映射封裝過程應(yīng)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(xiàn)方式應(yīng)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(guī)定可以選用三種以太網(wǎng)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(tǒng)計復用和VP、VC交換功能。對于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的映射，MSTP還應(yīng)該支持低階和高階的VC級聯(lián)功能，包括相鄰級聯(lián)和虛級聯(lián)。

WDM光城域網(wǎng)

WDM 光城域網(wǎng)是從簡單的WDM點對點傳輸應(yīng)用中演化過來的，演化期間其結(jié)構(gòu)變化經(jīng)歷了從靈活性受限到可以提供動態(tài)可重新配置應(yīng)用的過程，進化后的WDM光城域網(wǎng)系統(tǒng)提供的應(yīng)用與SONET/SDH提供的控制和業(yè)務(wù)選項相似。改進設(shè)計使WDM光城域網(wǎng)系統(tǒng)更像SONET/SDH 。其中光分插復用器OADM和光交叉連接器OXC等WDM網(wǎng)元的功能必須更像對應(yīng)的SONET/SDH網(wǎng)元ADM和DXC。

1.目前較成熟的是第三代動態(tài)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(tǒng)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(tài)控制，以及確保業(yè)務(wù)質(zhì)量和故障治理的連續(xù)實時性能監(jiān)測。

光分插復用器(OADM)是構(gòu)成ROADM的要害設(shè)備。可重配置的OADM在將信號從一個網(wǎng)絡(luò)向另一個網(wǎng)絡(luò)傳輸時不需要經(jīng)過O-E-O轉(zhuǎn)發(fā)，可以消除光電光轉(zhuǎn)換的成本。到2006年，OADM市場將是現(xiàn)在的10倍，達到10多億美元。屆時，可重配置OADM將統(tǒng)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猜測的同一期間 DWDM13%的增長率。

2. DWDM 技術(shù)在廣域網(wǎng)應(yīng)用獲得巨大成功已成為主流，但是不能簡單地將廣域網(wǎng)DWDM方案用于城域網(wǎng)。解決的方法是采用稀疏波分復用CWDM技術(shù)。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(tǒng)的信道間隔按國標準規(guī)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，治理和維護成本也隨之大幅下降，如減小了應(yīng)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(shù)相比具有以下成本優(yōu)勢：密集波分復用系統(tǒng)接收機的成本一般為稀疏波分復用系統(tǒng)的四至五倍。密集波分復用系統(tǒng)濾波器的成本為稀疏波分復用系統(tǒng)的兩倍。密集波分復用激光器為保持溫度穩(wěn)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(wǎng)是用人工進行設(shè)置的，布設(shè)速度較慢。進一步發(fā)展采用自動交換光網(wǎng)ASON。

3.自動交換光網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)分成IP業(yè)務(wù)層和SDH/光傳輸層兩部分。相互重疊的業(yè)務(wù)層和傳輸層之間不交換拓撲和資源信息。這種結(jié)構(gòu)使分層的物理網(wǎng)絡(luò)治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(xié)議如GMPLS ，相當于將IP業(yè)務(wù)層和傳輸層對接，提高了網(wǎng)絡(luò)的效率。OXC和路由器被控制平面視為對等實體，所以用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)(在路由器和OXC之間)和網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)網(wǎng) (IP)網(wǎng)元(路由器)和傳輸網(wǎng)(SDH/WDM)網(wǎng)元(DXC/OXC)縱向集成為光業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)。所有網(wǎng)元都將GMPLS作為路由和信令協(xié)議，每個網(wǎng)元都了解所有其他的網(wǎng)元以及網(wǎng)絡(luò)拓撲的信息，相當于將IP業(yè)務(wù)層和傳輸層合一。

GMPLS和PSS既可以用于重疊網(wǎng)絡(luò)，又可以用于縱向集成網(wǎng)絡(luò)。通過信令協(xié)議和路由協(xié)議的擴展， GMPLS可用于分組交換、TDM以及波長交換業(yè)務(wù)。它將IP智能，包括各種QoS(服務(wù)品質(zhì))，引入了所有類型的業(yè)務(wù)，簡化業(yè)務(wù)配給，改進了保護和恢復方案。 GMPLS能夠提高重疊網(wǎng)絡(luò)和其他過渡網(wǎng)絡(luò)的效率，然而它只有在PSS網(wǎng)絡(luò)中才能最終實現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)信息，而更喜歡重疊模型。然而，隨著人們對帶寬和服務(wù)的需求日益增加，以及網(wǎng)絡(luò)拓撲從環(huán)形發(fā)展到格形帶來網(wǎng)絡(luò)的復雜性不斷增加，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)勢在必行。

光以太網(wǎng)城域網(wǎng)

1.結(jié)構(gòu)

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

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

1)根據(jù)服務(wù)水平協(xié)議SLA保證服務(wù)質(zhì)量QoS，分配帶寬。2)光纜環(huán)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(wǎng)路由交換機的背板容量已經(jīng)達到幾百Gb/s，數(shù)據(jù)包通過量達每秒一億個以上?？梢砸跃€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(xié)議增加系統(tǒng)可靠性;可以提供上百個1000BASE-X端口。提供帶寬治理、優(yōu)先權(quán)和基于策略的QoS;可以方便的通過HTTP、SNMP、RMON、本地和遠程CLI的進行靈活治理，而價格只是骨干網(wǎng)高性能路由器的幾分之一;將CWDM直接裝在以太網(wǎng)路由交換機端口上可以進一步降低成本。光以太網(wǎng)城域網(wǎng)的建設(shè)和運營成本不僅低于MSTP和WDM城域網(wǎng)，也低于用各個網(wǎng)路由器架構(gòu)的寬帶IP城域網(wǎng)，光以太網(wǎng)城域網(wǎng)可以提供VPLS虛擬專網(wǎng)，比 MPLS-VPN更便宜有效。

對于環(huán)型拓撲光網(wǎng)適宜采用彈性分組環(huán) (Resilient Packet Ring)。環(huán)路的兩側(cè)都可以用來傳輸數(shù)據(jù)，又可以發(fā)揮自愈恢復環(huán)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(fā)展這一技術(shù)，制定相應(yīng)標準。采用10GbE幀格式。

2.以太網(wǎng)業(yè)務(wù)

城域以太網(wǎng)論壇MEF定義了兩種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)類型:以太網(wǎng)線路業(yè)務(wù)——— E-Line,也稱為以太網(wǎng)專線EPL；以太網(wǎng)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)E-LAN,也稱為虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(wù)VPLS。

為了建立業(yè)務(wù)的連接，引入“以太網(wǎng)虛擬連接”EVC的概念。EVC用來連接2個以上UNI。MEF定義兩種EVC：點-點和多點-多點。如圖2所示:

寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的進展綜述（圖二）

圖2 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)兩種類型

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

以太網(wǎng)線路業(yè)務(wù)E-Line 用來提供專線業(yè)務(wù)和點-點的VPN。而以太網(wǎng)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)E-LAN用來提供多點VPN業(yè)務(wù)。如圖3所示:

1)服務(wù)質(zhì)量保證

以太網(wǎng)業(yè)務(wù)根據(jù)與用戶簽訂的業(yè)務(wù)級別協(xié)議SLA向用戶提供服務(wù)質(zhì)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(yè)務(wù)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。

寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的進展綜述（圖三）

2)用戶網(wǎng)絡(luò)界面UNI標準

目的是為用戶提供城域以太網(wǎng)邊緣劃分點。要求此以下方面進行業(yè)務(wù)劃分：連接性、信令、供給、故障發(fā)現(xiàn)和解決、監(jiān)視和治理。

UNI是業(yè)務(wù)商和用戶責任的劃分點。用戶用RJ-45插頭插入運營商的網(wǎng)絡(luò)。UNI分為兩個子集UNI-C和UNI-N分別描述用戶端和業(yè)務(wù)供給商端。

UNI數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)商使用UNI數(shù)據(jù)平面的方法,UNI治理平面控制UNI數(shù)據(jù)和控制平面的運行。

以太網(wǎng)業(yè)務(wù)用戶網(wǎng)絡(luò)界面UNI1.0標準制定進入起草階段。以太網(wǎng)業(yè)務(wù)可以在光城域以太網(wǎng)上提供也可以在其他各種城域以太網(wǎng)上提供如MSTP的城域以太網(wǎng)。圖4給出以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的演化。

寬帶城域網(wǎng)技術(shù)的進展綜述（圖四）

圖4 以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的演化

結(jié)束語

盡管目前寬帶業(yè)務(wù)傳輸主要是IP數(shù)據(jù)，由于目前的

IP 網(wǎng)控制治理，結(jié)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(yè)務(wù)傳輸平臺MSTP。運營商將IP業(yè)務(wù)納入SDH專線或虛擬專網(wǎng) IP-VPN，這樣就可以方便地治理計費。新一代SDH不僅提高了性能價格比，還解決了傳輸以太網(wǎng)幀的效率問題成為多業(yè)務(wù)傳輸平臺。成為當前寬帶城域網(wǎng)建設(shè)的主流。

上一篇：透視城域網(wǎng)弊端

下一篇：典型案例萬兆改造清華大學校園網(wǎng)