构筑新一代城域传输网络平台

2019-11-03 19:12:52

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供稿：网友

商哲民、徐勇放　　摘要：　　

　　城域网已经成为网络建设的重点之一。本文从城域传输网络对网络结构和组网设备的要求出发，提出网络层次的扁平化将是城域网络建设的发展趋势，并且网络拓扑结构将逐渐从现在的环网为主向网格状的网络发展，同时伴随着网络设备的高速化和智能化，以及对多业务的支持能力，将构筑起新一代的城域传输网络平台。　　

　　关键词：城域网智能光网络多业务　　

　　城域网，这个原本来自计算机网络的一个技术名词，随着通信和电信技术的发展赋予了其许多全新的内容，它已经成为电信网络的重要组成部分，是一种主要面向企事业用户和城市居民，覆盖城市及其郊区范围，可提供丰富业务和支持多种通信协议的公用基础网络。城域网也担负着桥接长途网和接入网之间业务的功能，也是传统电信网和数据网的交叉融合地带。不同背景的技术在此碰撞交融产生出各种新的衍生体。新的业务类别、新技术的采用以及组网形式的多样化是它与长途网络的的本质区别。本文所述的城域网将着重于城域网的重要组成部分－光网络为主体的城域传输网络平台。近年来，它正日益成为传输网络建设的热点。

　　近几年来，随着传输骨干网的大规模建设和用户接入及驻地网的宽带化技术的普及，使带宽的分布出现两头大中间小的情况，网络的瓶颈逐渐移到了城域网。原先以承载话音为主要目的的城域传输网络，已无法适应城域数据业务的快速增长，而这些新兴业务的突发性和非本地化的趋势进一步加大了对网络带宽和业务提供商服务的需求。城域的服务提供商面临着各种挑战，比如，如何降低业务的开通成本和加快开通速度，如何适应和满足接入侧带宽的增长和无法准确预测的业务流量，如何充分利用现有的网络、技术和管理，以及新技术的引进是否与标准兼容等等。

　　　　一、城域传输网对网络结构的需求

　　城域传输网的网络结构需求通常可以从网络的层次结构和网络的拓扑结构这两方面来加以考虑。

　　城域业务多年以来一直以话音为主，而70％以上的话音业务都是本地业务。为了有利于本地业务的疏导，传统的城域传输体系往往呈现出多级汇接的特点。而随着以ip为基础的业务以及B2B业务的迅速增长，城域业务的本地化特性在逐渐减少。因为数以百万计的网络服务器分布在全球各地，本地业务的相对减少，使得现有的多层网络结构带来的瓶颈效应日益明显。因此，网络层次的扁平化(flattening)将是城域网络建设的发展趋势，即城域网络不再有驻地网、接入层、汇接层、核心层甚至骨干层等严格而繁琐的多层划分，核心到边缘的两级架构将成为未来城域网建设的主要模式。在一些大中型城市中，网络的节点数量众多，业务流量较大，从一个多级的层次化网络到这样的一个两级架构还需要较长演进过程。但是对于新建的网络或者新运营商的网络,这样的一个扁平的两级网络可以大大减少由于层间互联的带来的大量成本、管理以及互通等问题；随着使用大颗粒带宽用户的增加，这样的一个网络结构也减少了许多不必要的汇聚处理。扁平化的两级网络发展趋势，对传输层的网元设备也提出了更高的要求，这在本文下一节中将有所论述。

　　就城域网络的拓扑结构来看，在现阶段，环形网是城域组网采用的一种普遍的网络结构。该结构相对简单，不需额外的网管设备就可形成自愈环，技术成熟，保护倒换快(<50ms)。这种拓扑结构在网络容量较小的地方具有无可比拟的优点，但是在核心网络中的情况有所不同，因为环形的物理拓扑结构存在着一定的局限性。比如,它无法充分利用物理链路的带宽潜力，环上预留的50％保护容量无法在城域内不同环之间或整个城域网内实现共享；复用段共享保护环(MS-SPRing)对于节点数有限制；无法满足业务模式或流量的变动，往往某一细微的改变导致对节点和通路作重新配置，尤其在多环应用时，业务的调整或重组引起的困难将更大，有时甚至无法实现业务跨环或保护；对于二纤环若要增加环上节点，可能对环内已有电路产生影响。要克服以上的环网的局限性，在适当的时候使用网格型拓扑来组网,不失为一个非常理想的选择。但是从环到网格的拓扑转变，其决定作用的还是用户业务的带宽需求和业务模式。只有当业务流量发展到一定程度，格状网络才能体现出它的优越性。而且，基于环网的专线业务仍然是许多运营商的主要收入来源，他们既要维持既有的业务和收益，又希望在业务和需求发展超过某个门限时，能平滑地过渡到网格状网络，因此要求城域核心的组网设备要既能在组网初期支持环网，又能在不影响业务的前提下过渡到网格状网络。随着ASON/GMPLS等智能化网络路由和信令标准的制定和通过，组建智能化网格状拓扑城域传输网络成为了可能。通过基于这些协议的统一的智能业务光网络控制平面，每一个网元上保留了全网的拓扑结构图，网元间也可以通过NNI交换信息建立电路或实现电路恢复的路径自动查找，为城域传输网络实现分布式智能提供了条件，从而可以实现端到端的网络及业务管理、充分发挥网格状组网的高带宽利用率、动态带宽分配以及可扩容能力强等优势，使其成为未来城域组网的主流。

　　因此,城域网络的拓扑结构的演变,将遵循纯环网结构→网状连接的虚拟环网结构→纯网状网结构(全网状或部分网状)的过程。采用何种结构建设网络，将根据网络容量、网元数量、业务保护要求以及相关产品技术的成熟而定。因此，如果从投资保护的角度考虑，在骨干网络采用支持智能光网络技术的产品将使得先期投资的网元在以后的网络改造中可以重复使用，以达到保护投资、保持网络基本结构、降低网络风险和运维成本的目的。

　　随着城域业务的不断增长以及用户对大颗粒带宽甚至波长级业务的需求的出现，一个新的光传输层面将出现在城域网络中，这就是密集波分复用(DWDM)层。现在，已有不少大城市采用DWDM来构建城域的光传输层面，因为DWDM工作于物理层面，能够透明承载各种不同信号协议，也能够利用不同的波长传送不同的信号，它灵活的带宽管理允许运营商提供“带宽/波长定制”业务(Bandwidth/Wavelength-on-Demand)。DWDM层面的引入，使运营商可以通过优化现有的光纤资源，减少或减缓网络建设投资，从而拥有实现有效增加未来网络容量和业务灵活性的一种途径。由于城域业务的特点，使得城域的DWDM系统与长途骨干有着明显的区别。城域波分主要要满足多业务以及非固定路由的城域环境，它对传输距离要求不高，但是要求能够提供光层的保护。城域DWDM系统通常支持32-40个保护波长，具有较强的OADM能力，以及将来和OXC的互通能力，能够在光层组建网格状网络，在统一的智能光网络控制平台控制下，实现波长级的网络资源的自动管理、恢复的路由自动查找、连接的自动建立和拆除。

　　　　二、城域业务对组网设备的需求

　　城域网的另一个显著特点就是其业务接口的复杂性和多样性。城域网中既有标准的SDH业务、也有传统的PDH业务、或者是视频业务、以及基于IP的数据业务等。目前，大多数运营商通过组建不同的网络来承载不同的业务，如通过SDH和电路交换机来提供话音和数字专线业务，通过SDH和帧中继、ATM和IP网络提供分组业务和数据业务。不同的网络和网络技术往往需要不同的网管系统、计费系统和技术维护人员，导致较高的设备成本和运维成本。此外，用户侧网络接口的不统一，也对用户网络的建设和维护造成了一定程度的障碍。因此，城域网的建设必须考虑到传输体系对各种业务的支持能力，对各种不同类型的业务，不同大小业务颗粒的带宽管理能力。城域网中业务的调度和转接远比骨干网中多得多。如何提高节点带宽管理能力也成为城域网建设需要重点考虑的问题。

　　首先,为了提高城域业务节点设备的带宽管理能力，目前城域骨干线路传输速率仍以10Gb/s(STM-64)为主。随着城域业务带宽需求的进一步增长，TDM40Gb/s(STM-256)的线路速率在城域骨干层的出现是必然趋势，尤其是在一些网络结构复杂的大型城市里更是如此。正如上文所说的，随着网格状网络拓扑以及智能光网络在城域的出现，要求城域的传输网元设备能够提供多个方向的高速光口，并具有较强的支路带环能力和无阻塞的交叉矩阵以及支持灵活的业务交换颗粒(VC4/VC-4-4c/VC-4-16c/VC-4-64c)，这种SDH网元设备，业界通常称之为新一代的SDH设备(NG SDH)，它们往往具有灵活的对称的系统结构设计，任意槽道即插即用，具有在线升级能力并支持高速光口。

　　其次，城域网络的设备的多协议和多业务支持也是城域网络的发展方向之一。所有的城域服务提供商都希望拥有一个统一的支持多协议多业务的传输平台，而传统的运营商还希望能继续利用和发挥现有传输网的作用，与此同时新兴的运营商则希望新建的网络具有拓扑的灵活性，可以快速开展业务，网络的链路容量和节点数可以不受限扩展。针对各方面的要求，城域网络的组网设备应当具有如下的一些特性：

　　建立在SDH设备上的多业务承载能力，尤其是对IP或Ethernet业务的完美的支持。近来业界在该领域的标准化和产品化方面所取得的许多值得关注的结果，如10Gb/s以太网WAN

　　PHY被接受为IEEE802.3ae。WAN

　　PHY允许10Gb/s以太网在SDH/SONET上传送。另外一个值得关注的标准化工作就是可能将于明年通过的IEEE802.17，即弹性分组环(RPR)，意在进一步提高城域环网的传输效率。但它作为一种新兴的技术有些问题没有得到很好的解决，如：它只是一个L2的协议，本质上只适用于单环的应用环境，没有解决双节点/双环的互动问题；它目前还无法提供端到端的解决方案；而在CSMA/CD和RPR互通时反而需要额外的封装或转换，而且RPR原有的端到端的业务公平性以及50ms的保护倒换能否实现也是个疑问。更值得关注的是有一系列标准化工作正围绕着大量的已有的LAN业务展开。这些标准化的完成，为这类业务在SDH传输平台或未来的光传送网解决方案提供了完整的依据。

　　这一系列标准化内容分述如下：虚级联(Virtual Concatenation)：在传送网中提供了一种更加灵活的通道容量组织方式以便更好满足数据业务的传输特点(ITU-T G.707/G.783)。

　　链路容量调整机制(Link Capacity Adjustment Scheme－LCAS)：提供了一系列动态改变传送通道容量的规约和步骤(ITU-T G.7042/T1X1 T1.105)。

　　通用成帧处理(Generic Framing Procedure－GFP)：一种对于以帧为单位组织的数据业务的简单有效的封装方式(ITU-T G.7041/T1X1.5/2001-024r4)。

　　对这三种协议的支持是未来城域多业务传输设备的发展方向。因为，以太网几乎已经成为LAN的代名词，对以太网的支持能力成为城域多业务传输设备首先需要解决的问题。为了解决ATM承载IP的高信元税和接口复杂的缺点，最早的想法是采用POS(Packet Over SDH/SONET)接口，它通过链路层的点到点协议(PPP)，并封装在带有字节塞入的HDLC帧中，然后将HDLC帧映射入标准的连续级联的SDH容器中来实现IP数据包的传送。虽然与ATM相比，传输效率有所提高，但是这种基于字节塞入的HDLC方式也有许多弱点，例如即使是单比特的误码也会造成HDLC帧的无法识别，以及映射和处理过程过于复杂等。基于同样的原因，ITU-T X.85和X.86同样采用了字节塞入的HDLC帧，因此也存在着上述问题。因此，虚级联、LCAS和GFP的标准化完成，为以太网的传输提供了一种简单、经济，端到端的连接方法，充分利用了现有的SDH成熟技术，支持高速的物理传输速率，同时支持未来的各种数据协议。

　　　　三、朗讯科技城域网络解决方案

　　朗讯科技的端到端城域光网络整体解决方案覆盖了目前主流的大部分城域组网技术，满足上述城域组网对网络结构和以及设备的需求，并且更加突出了智能化、多业务、可扩展性、高可靠性等优点，提供了多业务SDH平台和DWDM平台可供运营商根据其不同的业务需求进行选择。朗讯多业务智能城域网络支持新兴的城域网业务，如存储网络(SAN)，可管理的波长业务等；支持千兆以太网为传送IP业务提供了一种低成本、高效率汇聚技术；DWDM技术提高了城域网络的可扩展性；而内嵌式的网络智能则实现了城域网自动拓扑、资源发现、网络配置及业务指配的自动化以及网络的快速恢复。

　　目前，多业务的新型的SDH设备在网络中的应用比例越来越大，特别适合已经拥有SDH网络的传统运营商。朗讯科技的SDH多业务平台的优点在于：将SDH设备与二层设备在物理上集成，将多个节点设备融合成一个；通过统计复用和超额订购业务来提高TDM通路的带宽利用率和减少局端设备的端口数使现有SDH基础设施最佳化，并且减少了占地、降低了功耗、简化了业务调度、提高了系统扩展性，从而节省运营成本，另外还增加了对多种语音和数据业务的支持。

　　朗讯科技最新推出的LambdaUniteTM MSS正是这样一款设备，国内已有多家运营商采用该设备组建起城域核心网络，它具有业界最大的交叉矩阵(2048x2048 VC-4即320G)，可在线升级至640G；配备了40G光线路接口并支持TDM10G向TDM40G的在线升级；此外，还支持GbE和10GbE接口。LambdaUniteTM MSS主要定位于建设城域的核心传输平台，可以构建环网或网格/环网的混合网络支持环网向网格状网络的平滑过渡,形成城域核心网。它可以替代多个ADM和数字交叉连接设备，并直接通过STM-N光口与其他速率的SDH设备形成多环终结(Multiple Ring Closure)，大大简化网络结构。同时，可以采用各级彩色光口直接和DWDM设备连接，形成集成式结构，使组网更加方便灵活。

　　朗讯科技的TransLANTM技术在SDH传输平台上增加了Ethernet/IP Over SDH功能单元，支持虚级联，LCAS和GFP，为用户组建数据传送网带来极大的灵活性。动态的带宽管理，使带宽得到充分的利用，降低组网成本。TransLANTM既支持点对点和点到多点的传输，LAN互联，LAN-VPN(MLAN)，也支持标准的IEEE 802.1Q VLAN标签。在LAN-VPN和LAN互连模式下支持IEEE 802.1D MAC转发和地址筛选；多点桥接和生成树(STP)协议。在朗讯科技的整个产品线中，TransLANTM功能遍布于各个SDH产品中，可以覆盖从低端的WaveStar?AM1+、WaveStar?ADM 16/1C、WaveStar?ADM 16/1(提供10M/100M以太网接口)，到高端的WaveStar?TDM 10G、LambdaUniteTM MSS(提供GbE千兆以太网接口)。基于TransLAN的多业务传输方案，已被广泛应用于移动基站的数据业务接入、地铁及机场的图像监控、高速公路沿线的监控和专线业务提供、以及大型商业大楼办公楼的专线和数据接入等。

　　朗讯科技的城域DWDM多业务平台MetropolisTM EON，提供了更高的带宽、网络灵活性和大范围的透明协议服务功能，如SDH、ATM、IP、GbE等，使网络划分更加精细。MetropolisTM EON城域DWDM设备的组网特点是：

　　■ 单根光纤容量最高可达320G

　　■ 同一平台可传输最远36公里(无光放大器)，或者704公里(多个光放级联)

　　■ 用户接口包括STM-n、GbE、FC、FICON、ESCON、10GbE等

　　■ 灵活的业务保护方式

　　■100%灵活的光分插复用能力

　　■ 自动增益控制支持业务的即插即用

　　■ 通过省略直通OTU以及接受端OTU降低了网络的造价

　　■ 通过EON的虚拟网状网最大限度地增加了带宽的利用率

　　　　结束语

　　随着城域网传输技术的不断发展，各种先进成熟的城域组网解决方案将帮助城域业务供应商更好地建设适应未来发展的网络。智能化的城域光网络解决方案可以进一步提升电信运营商的竞争优势，降低运营成本，增加业务收入。　　

　　　　商哲民

　　朗讯科技(中国)有限公司光网络部技术市场总监。1995年至今,就职于朗科技(中国)光网络部,历任技术市场总监,技术总监,产品管理部经理。著有《核心+边缘－下一代传送网》,《SDH&WDM设备与系统》,《SDH网络中同步网的规划技术》等著作。　　

　　徐勇放

　　朗讯科技(中国)有限公司光网络技术市场部高级工程师，历任朗讯科技城域波分系统的技术支持工程师，以及光传输和数据产品的高级技术市场专员。2000年，毕业于上海交通大学光纤技术研究所，获工学博士。

由CHINA通信网组稿

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