城域光网络的实现技术

2019-11-03 19:18:42

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供稿：网友

张雪坤　电信科学技术研究院第五研究所

　　城域多业务传输平台是新一代城域网发展的必然产物，它集光/电，传输，交换/路由一体化于一身，可简化网络，降低成本，降低功耗，使管理和维护更加容易。构建城域多业务传输平台的不同技术在运用范围和演进方式上有很大的不同，不同运营商在城域网的建设中可以组合不同的技术实现各自不同的方案。

　　新一代SDHNG SDH是建立在传统SDH上，增强SDH处理TDM业务，特别是分组业务的能力。NG SDH除保持传统SDH的能力外，大大改善了分组的带宽管理，具有比传统SDH更大的灵活性。NG SDH使用新的复用技术组合多协议业务进入标准或级联的SDH虚容器中。这种技术能用于建立混合TDM/packet的城域多业务传输平台或者只提供下层传送比特流，用于建立纯分组的城域多业务传输平台。NG SDH的关键标准是G.7041通用成帧协议（GFP）。GFP是多业务信号的包封方式，有两种实现方式：透明模式和帧映射模式。

　　电信级以太网

　　以太网是一种低成本的组网技术，已成为宽带接入事实上的标准接口。在接入市场以外，以太网提供可扩展的接口（10/100/1G/10G），不仅在企业网而且在边缘和核心网中用作交换/路由设备。

　　10G以太网保持了标准802.3的帧格式，支持双工交换，规定了LAN PHY和WAN PHY两种物理层，可在城域网和广域网传送集合的ip流。如果LAN、MAN、WAN和业务提供者都采用以太网就可省去价格昂贵的SDH、FR和ATM设备。这种以太网必须是能够提供电信级服务质量的以太网。目前，不同厂家有不同实现方式，大致可分为两类：

　　＊纯分组方式：包括RPR和L2/L3交换厂家，支持多业务分类，时延和流量控制；支持VLAN；支持路由交换等。

　　＊Etherent over SDH方式：以太网帧映射到SDH虚容器中，并送到交换节点进行分组交换。

　　电信级以太网关键的吸引力是建立在用户熟悉和喜欢使用的以太网的基础上，使用数量大、成本低。此外，电信级以太网还有如下优点：　　* 作为通用的业务接口，能够提供标准的语音和数据业务，如：以太专用线，以太虚拟专用线和以太接入帧中继、ATM和IP业务；

　　* 下层传送机制能省去SDH；

　　* 针对每个业务级别保证其对应的比特率和突发率，提供有保证的或尽力而为的模式；点到点和点到多点的业务选择；

　　* 10G以太网与SDH基本兼容，实现成本比传统SDH更低；

　　* 业务提供能力比传统SDH更快。

　　尽管电信级以太网是一种十分看好的演进方式，但多数传统运营商对技术的革新持慎重态度。所以，目前主要是新运营商对这种方式感兴趣。电信级以太网的关键问题是，包括数据应用和TDM应用以及具有保护及恢复功能的电信级以太网协议还不成熟，业务质量有待改善；2层协议还存在安全和备份问题。城域以太网论坛（MEF）正在标准化城域以太网业务和电信级以太网传送技术，包括网络弹性（生存能力），对QoS和TDM业务的支持（低时延和抖动等）。

　　弹性分组环（RPR）

　　无论SDH还是以太网，在环形拓扑上处理数据流量都不理想。RPR是一种新的技术，能满足基于分组的城域网的要求。它提供两个关键特色：具有SDH那样支持环形拓扑和快速的故障恢复能力，同时，弹性分组环技术能提供像以太网那样有效、简单和低成本的数据传送。此外还具有带宽公平利用和阻塞控制的能力。

　　RPR技术支持光纤环和分组交换。RPR通过分组优先级提供虚拟带宽，这对新业务提供了最大可用的网络资源。RPR具有非常高的带宽效率，是因为采用了如下技术：

* 空间再用；

* 环级汇聚；

* 公平带宽；

* 业务保护；

* 提供业务迅速；

* 广播和组播。

　　多业务环（X.MSR）

　　在总结我国发展宽带城域网实践的基础上，武汉邮电科学研究院向ITU-T提交了多业务环（X.MSR）标准文稿，并且得到了初步的认同。　　多业务环（MSR）能够提供低成本的多种宽带业务，实现多种系统功能的集成（即路由，交换和传送）。这种新类型的数据系统产品整合了路由、桥接、交换和传送功能，提供了一种发展和支持数据业务的新的经济模型。

　　X.MSR文稿定义了MSR的网络框架、协议框架（集合管道）、通用的MSR帧格式，过滤和调度功能、节点的插入和删除功能及环回功能等。MSR是一个双向对称，方向相反的光纤环网，至少两个节点。每个节点可以上/下一个或多个独立支路，即以太网、千兆以太网、DVB、POS、ATM端口，也能够发送和接收3层（IPv4/IPv6）转发的数据包（类似路由器），控制信令帧和网络管理帧。MSR支持这些支路业务的组播和广播。集合管道可采用STM-4/OC-12、STM-16/OC-48、STM-64/OC-192、1Gbps或10Gbps以太网。一个节点能够从环上在线插入或拔出而不影响环上其它节点的正常工作。

　　DWDM和智能光网络与长途骨干网不同，城域网上所传送的信号协议种类繁多，除SDH外，其它信号协议均无物理层的保护机制。DWDM的光域保护机制可以方便地为这些信号提供物理层的保护。使用DWDM技术构筑透明的光传送平台，可以最大程度地利用整个网络的容量，最大程度地容纳各种协议信号的传输，大大降低未来不确定性对运营商的影响，使其能按照业务量的增长步伐和自己的财务情况循序渐进地进行投资。将长途网用的DWDM引入城域网首先应该进行适合城域网环境的改造，特别是按每波长计算的成本必须明显低于长途网用的DWDM系统，因此有了粗波分复用（CWDM）系统的概念，它通过降低对光器件的要求来降低成本。其次，面对城域多业务的环境允许运营商提供透明的以波长为基础的业务，这样才能灵活快速提供不受限的速率和信号格式的业务（如ATM、IP、ESCON、FDDI、千兆以太网及光纤通路等）。再有，使用DWDM能简单地用并行环的方式倍增现存SDH的容量，但其节点终端成本并没有节省。因为每增加一个波长需要单独的终端设备而且管理变得更复杂，得不到端到端的业务提供。为了克服这一问题需要增加光智能，允许在光层进行端到端的流量管理，这就促成了新一代DWDM城域多业务传输平台的出现。

　　DWDM城域多业务传输平台具有以下重要属性：

* 引入一个可管理的光波长层；

* 支持大范围的现存和新出现的客户业务和技术；

* 提供升级到新网络结构和技术的基础，特别是全光网。

　　实现DWDM城域多业务传输平台离不开G.709的数字包封技术和光联网技术，数字包封技术是一种基于标准的光网络技术，能够智能地检测和分别管理每一个波长。

　　光联网技术的发展基本上分为三个阶段：

* 点对点DWDM联网只起到增加虚光纤的作用；

* 利用OADM和OXC联网，联网以后可以比单个系统发挥更大的作用，而有效管理好这些网络资源，其经济效益是十分可观的。于是相对以解决带宽为主要目标的第一阶段来说，这时光联网技术已进入第二阶段——着眼于光网络的建设和管理；

* 为了经济有效及时地提供服务，需要考虑光传送网的自动化或者智能化。面对多业务，特别是数据业务（突发、多变、高带宽等）的特点，不仅要解决带宽问题，更需要具有灵活提供带宽的能力，这样的网络应具有以下特点：可伸缩的结构，能有效地指配网络资源；可动态提供带宽和服务；减少运维费用；便于引入新业务。智能光联网是近年来光联网技术的一个重要发展，它将SDH的故障管理、性能监视和恢复功能，DWDM的容量，以IP为基础的联网方式，先进的配置软件和管理软件有机地结合在一起，形成一个更具伸缩性，以数据为中心的基础平台，使光联网从静态走向动态的自动交换光联网，能直接在光层上按需提供服务。

　　随着光联网技术向网络的边缘发展，光联网不仅是一种通信技术，而且被视为计算、存储和多种应用的“驱动”技术。这种视野的扩大不仅有利于扩大网络的业务，也会促使光联网技术进入自动化、智能化的新阶段，即智能光网络（ION）及自动交换光网络（ASON）。自动化、智能化光联网技术带来的好处有：允许网络资源动态地分配给路由，具有可扩展的信令能力集（MPLS/GMPLS），快速的业务提供和拓展，光层的快速业务恢复能力。此外，还引入新的业务类型，诸如按需分配带宽业务，波长批发，波长出租、光VPN等，使光传送网朝业务网方向演进。　　MPLS/GMPLS连接交换MPLS是在新一代城域网中起关键作用的另一种技术，它的基本功能是允许通过路由和交换建立端到端的通道（LSP），具有特定的QoS特性，能传送任何类型的包或信元的分组网络。这使运营商能支持基于连接业务的建立（如企业VPN）、流量工程和带宽管理等。MPLS交换提供所需要的智能化，扩展性和交换速度以支持新的IP业务，非常适合核心和边缘的应用。MPLS与IP和ATM的兼容性，允许建立混合IP/ATM的交换，以降低纯ATM交换提供IP业务的成本。

　　MPLS是专为分组网而设计的，新的版本GMPLS是在覆盖SDH、DWDM和光纤连接的光网络上开发的。GMPLS能配置基于分组和基于非分组的通道。基于IP的GMPLS控制平面在数据网和传送网间提供一个桥接，允许它们对网络容量的需求进行实时相互通信，使流量均衡地通过各种连接。这种分开控制平面和数据平面的网络通过标准的信令技术，允许任一种联网设备（包括光交换）响应流量变化或用户对网络再配置的要求。MPLS和GMPLS原则上作为城域网在下层DWDM光网络和IP业务层之间提供智能和管理角色的综合层。这个角色将提供基本的端到端带宽管理、流量工程和管理及业务弹性。显然，MPLS将作为分组传送网中基于连接业务的建立层。

　　上述各种新的技术，工作在不同的网络层并且具有不同的应用范围。

　　新一代SDH和DWDM支持1层传送，千兆以太网支持有限的1层传送和2层功能。MPLS/GMPLS和RPR支持特定的2层功能。

----《通讯世界》