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浅析城域网的发展与技术选择
2006年7月5日 12:6  来源:通信市场  作者:温积群
    本文结合城域网的基本概念,介绍了城域光传送网的3种主要技术:城域WDM环网、以SDH为基础的多业务传送平台(MSTP)、弹性分组环(RPR),阐述了城域网的建设和发展。 

    一.城域网的网络特点与技术要求 

    由于网络技术和数据等新业务的高速发展,促使通信网络向宽带化、智能化、一体化和个人化方向发展。高效、可靠、使用简便和多业务的用户需求是网络发展的动力;而拥有统一的、可运营的宽带核心网络,并通过综合业务接入平台向用户提供丰富、可靠和安全的网络服务,同时对网络资源进行有效的管理,使网络运营成本降低、提高效益,则成为建设通信网络的核心目标。

  现代城域网络(城域光网络)又叫主动城域光网络,它能为城域应用提供解决方案而不是传送距离提供方案,这种结构需要扩展性非常好、容量大、具有高QoS、多业务、低成本、智能化、IP化、灵合性、可管理的网络。

  一般来说,城域光传送网被定义为覆盖100km左右,特别是服务于大中型城市和地区的光网络。城域光传送网是骨干光传送网和接入网的桥接区,主要完成接入网中的企业和个人用户与骨干网之间全方位的业务互联互通。骨干网与城域光传送网相连,并在区域之间相互延伸以实现互联互通,其发展重点是网络容量和长距离传输。处在骨干网和接入网之间的城域光传送网是整个网络体系中的一个重要组成部分,不仅要承载多种网络协议和信道速率,还应具有组网的灵活性和可扩展能力。 

    二.城域网面临的问题及下一代城域网的基本要求

  城域网面临的首要问题是带宽“瓶颈”。在其用户侧,由于低成本千兆比以太网的出现和发展,局域网的速率上了一个大台阶;在其长途网侧,由于WDM技术的发展,传输容量扩展了几个数量级。因而使得中间的城域网/接入网成为全网的带宽“瓶颈”。 

    城域网面临的另一个问题是其仍然存在多个重叠的网络。 

    第三个问题是用户正从简单的连接要求转向更加个性化的业务剪裁要求以适应特定的应用,使得网络需要支持复杂的2层和3层功能。  

    最后,目前城域网底层多数采用传统SDH作传送平台,在传送突发数据业务时,不仅效率低下,而且改变带宽往往意味着改变物理接口甚至改变了业务类型。使用户改变业务时常常需要重新设计和重新建设网络。

  要解决城域网面临的问题,下一代城域网必须能有效地处理混合的第1层、第2层和第3层业务。在混合业务中,每种业务的比例是不确定的,而且随时间而异,因此基础传送网不仅要能在目前有效地支撑第1层业务并具有足够的容量扩展性以满足业务增长的需要,还要能提供第2层和第3层业务,并确保向支撑第3层业务的网络平滑过渡。 

    三.城域光传送网应用技术

  目前构建宽带城域光传送网采用的3种技术主要是:城域WDM环网、以SDH为基础的多业务传送平台(MSTP)以及弹性分组环(RPR),它们各有自己的特点和适用范围。

  根据我国电信业务的发展现状和特点,城域WDM环网主要适合于传输大颗粒的业务(如STM-16、 STM-64、GE和10GE等)或特殊格式的数据业务(ESCON、Fiber Channel、FICON等大型主机间通信接口),即主要应用在经济发达的大中型城市的骨干层、汇聚层及业务量较大的数据专网。

  大容量的STM-16和STM-64多业务传送平台(MSTP)能够提供丰富的、高密度的群路和支路接口,具有强大、灵活的交叉连接功能和多业务传送、接入能力,非常适合于大城市传送网的汇聚和接入层,以及中小城市传送网的骨干和汇聚层,并适合用作WDM系统的终端设备和作为业务枢纽节点的汇聚和疏导设备。

  基于RPR技术的城域设备可承载具有突发性的IP业务,同时支持传统语音传送,是一种很好的解决方案,适合于大中型城域传送网的接入层和小型城域传送网的骨干和汇聚层。2004年4月IEEE推出的 802.17弹性分组环协议标准,是一种新的MAC层协议,是为优化数据包的传输而提出的,它吸收了千兆以太网的经济性、SDH对延时和抖动的严格保障、可靠的时钟和50ms环保护和恢复等特性,并具有空间复用、带宽动态分配、支持业务级别等特点,使其成为当前光网络上传输数据包的一种优化技术,正得到业界的广泛关注和重视。 

    1. 城域光传送网应用技术之一:SDH多业务平台

  SDH多业务平台(MSTP)能够在SDH设施上支持数据业务的传送,终结多种数据协议,实施数据透传或2层交换和本地汇聚。其中点到点透传方式直接将数据封装到虚容器中传送,简单,成本低,具有较好的用户带宽保证和安全隔离功能,适合有较高QoS要求的数据租线业务,但带宽利用率较低,网络硬件资源消耗较大,不支持端口汇聚等应用,缺乏灵活性,而且需要手工配置每一个物理通道,耗时费力。而2层交换和汇聚方式用户可以根据媒体访问控制(MAC)地址完成用户侧不同以太网端口与网络侧不同虚容器间的包交换,具有带宽共享、端口汇聚能力;通过虚拟局域网(VLAN)方式可以实现用户隔离和速率限制;利用SDH环或快速生成树保护(RSTP)实现2层保护和环上的带宽共享。但由于2层交换有竞争带宽的特性,难以确保用户实际带宽,安全性稍差。SDH多业务平台组网灵活,适合于汇聚层和接入层应用,适合安全性要求较低的网络浏览和视频点播(VoD)类业务。还可以进一步利用集成的路由器功能将数据业务在3层上处理,以享受更丰富灵活的数据联网功能。

  MSTP的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传送节点设备,简化了电路指配,加快了业务提供速度,改进了网络扩展性,节省了运营维护和培训成本,还可以支持各种数据业务,可以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。另外,MSTP可以为任何端口提供1层、2层乃至3层业务的任意结合而不管物理接口类型是什么。随着网络中数据业务份量的加大,MSTP正从简单的支持数据业务的透传方式向更加灵活有效支持数据业务的新一代系统演进和发展。

  总的来看,SDH多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点来支持混合型业务量特别是以TDM业务量为主的混合型业务量。不仅适合缺乏网络基础设施的新运营者,对于已敷设了大量SDH网的运营公司,SDH多业务平台也可以更灵活有效地支持分组数据业务,增强业务拓展能力,降低成本,有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。

  这种方案的缺点在于网络基于同步工作,抖动要求严,设备成本较高;难以灵活地生成业务;用固定时隙来支持数据业务的带宽效率较低,目前数据业务功能也还不够灵活丰富;同时管理多个面向连接和无连接网比较困难,管理成本偏高。从长远看,当数据业务成为网络的绝对主导业务类型后,这种解决方案不是一种最有效的方法,将会被更有效的方案所替代。 

    2 城域光传送网应用技术之二:弹性分组环多业务平台

  为了将以太网扩展到电信级的核心网,需要解决以太网固有的一系列问题,RPR就是解决方案之一。这是一种基于以太网或SDH的分组交换机制,属于中间层增强技术,采用一种新的MAC层和共享接入方式,将IP包通过新的MAC层送入1层数据帧内或裸光纤上,无须进行包的拆分重组,提高了交换处理能力,改进了性能和灵活性。RPR既可以工作在1层的SDH和千兆以太网上,也可以直接工作在裸光纤上作为路由器的线路接口板。

  RPR简化了数据包处理过程,不必像以太网那样让业务流在网络中的每一个节点进行IP包的拆分重组,实施排队、整形和处理,而可以将非落地IP包直接前转,明显提高了交换处理能力,较适合分组业务;RPR又能确保电路交换业务和专线业务的服务质量(能做到50 ms的保护倒换时间);RPR具有自动拓扑发现能力,可以自动识别任何2层拓扑变化,增强了自愈能力,支持即插即用,避免了人工配置带来的耗时费力易出错的毛病;RPR可以有效支持两纤双向环拓扑结构,可以在环的两个方向上动态地统计复用各种业务,同时还能按每个用户每种业务为基础保留带宽和服务质量,从而最大限度地利用光纤的带宽,简化网络配置和运行,加快业务部署;RPR还具有较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。

  弹性分组环的最大特点是采用了一个嵌入控制层,从而可以提供很多新的功能。从成本上看,RPR成本介于SDH和千兆以太网技术之间,数据接口越多,其成本越接近千兆以太网,反之则趋近SDH。总的看,该技术最适合数据业务量占主导,而TDM业务量也需要可靠有效支持的应用场合。

  鉴于RPR具有很好的汇聚特性和优化的数据接入能力,因此最适合于城域网的接入层应用,特别是以太网业务带宽需求占绝对优势的场合。
   
    3.城域光传送网应用技术之三:WDM多业务平台

  随着技术的进展和业务的发展,WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展。其主要特点和要求可以归纳如下:首先,采用WDM后,容量有了大幅度的增加,可以扩大数十至数百倍。其次,应用WDM后容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务。用户可以灵活地传送任何协议和格式的信号而不受限于SDH格式。支持各种速率和信号格式的业务,光接口可以自动接收和适应从10 Mb/s到2.5 Gb/s范围的所有信号,包括SDH、ATM、IP、千兆比以太网和光纤通路等。而对于应用在城域网核心的系统,将来可能还会要求支持10 Gb/s乃至40 Gb/s的SDH信号和以太网信号。最后,城域WDM系统具备波长可扩展性,系统可以通过简单地增加波长的方式迅速提供新的业务,极大地增强了网络扩展性和市场竞争能力。

  然而,目前WDM多业务平台的成本仍然较高,特别是传输距离较长时需要光纤放大器,因此需要开发低成本光纤放大器。由于当前在网络边缘需要整个波长带宽的用户和应用毕竟很少,因此WDM多业务平台主要适用于核心层,特别适用于扩容需求较大、距离较长的应用场合。为此进一步开发允许不同业务量和不同协议共享同一波长的子速率复用技术,改进容量利用效率是WDM向网络边缘扩展的必要手段。

  总的看,对于光纤资源短缺的城域网或者大型城域网的核心层乃至未来的汇聚和接入层面,城域WDM多业务平台都将是一种有长期技术寿命的通用解决方案。 

    四.小结  

    城域网市场的主要驱动力是网络结构简单化的趋势、不断增加的容量需求以及多种多样的业务类型。因此,与骨干网相比,城域光传送网最明显的特点是承载业务类型的多样性和业务流向及流量的动态的不确定性。新一代的城域光传送网的建设应根据城域(或本地)的业务类型、分布和发展进行优化,一般采用以光传送网为基础、面向数据业务优化并兼容传统TDM业务的多业务传送平台,并且在网络结构和技术的选择上应有利于向智能化的ASON演进。
 
 [关键词]:城域网 MSTP RPR  发表评论    【推荐】 【打印

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