内嵌RPR的第三代MSTP关键技术分析

    作者：孙捷  张林

    首先针对城域光网络新的发展目标，提出了将内嵌RPR的第三代多业务传输平台(MSTP)作为城域光网络建设的最佳方案之一；然后介绍了MSTP和RPR的基本概念包括内嵌RPR的方式，并重点对其要害技术进行了分析；最后推荐采用A/B双平面方案在城域光网络中引入MSTP。

    要害词城域光网络RPR第三代MSTP双平面方案接入层汇聚层

    1、引言

    根据目前城域光网络的状况及未来的发展，对城域光网络网建设提出了新的目标：作为城市信息化的基础，城域光网络要提供话音及其它多种ip数据等业务，包括Internet的高速接入、VPN、VOD和远程服务等，即有效地提供各种IP数据业务的QoS；另外，作为长途骨干网在本地的延伸，城域光网络要与骨干网发展保持协调，快速有效地吸纳骨干网的多种业务。

    在过去的若干年内，电信运营商已投入重金建设了大量的SDH城域光网络，使得SDH技术已经十分成熟同时又牢牢占据着电信运营领域，但其存在着对IP数据业务无法进行带宽的灵活分配、只能提供单一的业务接口、对日益增加的数据业务无法提供很好的支持等不足之处。针对这一现象，早期提出了IPoverATM、IPover SDH及IP over DWDM等方案也存在一个共同的问题：首先，SDH的静态带宽分配很难适合IP数据业务的突发性，不能实现带宽的动态治理，使数据传输的效率降低；其次，预留的保护光纤的带宽资源也有较大的浪费，从而产生更多的无法使用的带宽。因此，一种为优化IP数据包传输的新的MAC层协议即弹性分组环RPR(Resilient Packet Ring)被提上了议程。而内嵌RPR功能的第三代多业务传送平台(MSTP)也成为实现城域光网络建设的最佳方案之一，它已逐渐成为城域光网络建设的主流技术。

    2、基本概念

    MSTP是基于SDH的多业务传输平台，同时实现TDM、ATM、IP等业务接入、处理和传送，提供统一网管的多业务传送平台，有效地支持数据、语音和图像业务交换。伴随着电信网络的发展，MSTP的技术也在不断进步，主要体现在对以太网业务的处理上。它经历了从支持以太网透传的第一代MSTP到支持二层交换的第二代MSTP再到当前支持IP业务QoS的新一代(第三代)MSTP的发展历程。

    弹性分组环RPR是一种新的MAC层协议，是为优化IP数据包的传输而提出的，RPR是基于弹性技术的光纤环形网(RPR环)，能有效地传送基于分组的业务流量，该技术标准由IEEE802.17工作组定义。RPR可以运行于现有SDH物理层之上，环上所有的发送节点都可以使用环网上的可用带宽，并利用公平控制算法动态地实现环网上各个节点的带宽协调，因此，RPR实现了业务的环级汇聚(Ring-levelAggregation)而不是节点级的汇聚。

    RPR的内嵌方法是通过一块集成RPR各项功能的单板完成MAC层处理，将处理后的RPR业务按照GFP和HDLC两个标准映射到SDH帧结构，RPR单板是通过插入到ADM子架槽位上并连至ADM板以实现交叉连接，即采用RPR+ADM模式。

    3、要害技术分析

    作为城域光网络建设的最佳解决方案的内嵌RPR的第三代MSTP，最突出的优势就是在拥有GFP和LCAS协议的基础上，通过内嵌RPR技术，借助于RPR新功能来进一步提高城域光网络的带宽利用率和对IP业务QoS支持能力，并且集ADM的光纤环网的可靠性、G比特以太网技术的高效性以及IP技术的智能性于一体。以下具体地对内嵌RPR技术的第三代MSTP所拥有的这些要害技术进行分析。

    (1)采用MPLS技术，在以太网和SDH层之间引入了中间的智能适配层(1.5层)，并采用GFP高速封装协议将以太网的数据业务要求适配、映射到SDH通道上。GFP(GenericFramingProcedure通用成帧规程)是在ITU-TG.7041中定义的一种链路层标准，它的基础是SDL(SimpleDataLink简单数据链路)，它既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种先进的、简单的、灵活的数据信号适配和映射技术。

    (2)支持虚级联和链路容量自动调整(LCAS)机制，因此非常适用于带宽不断发生变化的业务的需求，可大大提高带宽的利用率。虚级联技术可将来自同一路由或不同路由且分布于不同STM-N的VC-n按照级联的方法，形成一个更大的虚拟结构(VC-n-Xv)进行传输，每个VC-n均包含相应的POH因而具有完整的VC-n结构。与级联不同的是，虚级联的每个VC-n可以独立传输，选择不同的路径，对中间传输设备无非凡需求，仅仅对两端设备有非凡的协议支持要求。

    LCAS机制提供了对链路带宽灵活和动态的元损伤调整，通过调节不同路径上数据流容量来满足对数据业务的不同质量(QoS)和服务等级的要求。当用户带宽发生变化时，可以通过调整虚级联组VC-n的数量实现平滑增减，当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，且不会对用户的正常业务产生中断。因此，LCAS机制提供的这种种容错机制，增强了虚级联的健壮性，且在保证服务质量的前提下明显提高网络利用率。

    (3)采用多等级的接入控制、为保证多业务的QoS创造了条件。RPR可以结合MPLS协议，在进行节点的业务接入控制时可根据IEEE802.1p，利用帧结构中的MPLS标签的CoS字节标识，提供4种优先等级划分：快速传送业务(具有严格的时延、抖动和保护、时钟同步。如实时性E1语音业务和图像业务)、保障传输业务1(对时延和抖动无非凡要求，但有带宽承诺，无突发的图像、数据业务)、保障传输业务2(有带宽承诺，属突发型数据业务，采用尽力传送机制)、尽力传送业务。这种技术假如得到大范围应用，为确保城域光网络中多业务传输的QoS服务创造了条件。

    (4)采用空间重用协议SRP，确保节点间的各业务流互不影响。RPR环采用了空间重用协议SRP(spatialreuseprotocol)，即在数据包环上提供了寻址、读取数据包、带宽控制和控制信息传播的基本功能来保证在空间上没有重复的业务流，各业务流可以互不影响地按照各自的线路带宽在源节点和目标节点之间传输。这样，多个节点可以同时收发分组，并且数据包在目的节点被接收并从环路剥离，因而提高了整个RPR环带宽的利用率，非凡在环上节点数较多的情况下，带宽的利用率改善尤为明显。同时由于RPR采用两个反向旋转的环(内环和外环)来传输业务，无须预留保护带宽，RRP光纤带宽使用率相对SDH提高一倍，从而最大限度地利用了光纤的传输带宽。

    (5)依靠公平算法实现合理的带宽动态分配机制。RPR不像SDH那样分配固定时隙，而是以1Mb/s的粒度来公平地动态地为每个节点分配带宽。RPR环上的每个节点都使用一种分布式的公平算法(SRP-fa)来保证全网带宽的合理利用，即在接入侧、链路侧均能保证公平。公平算法是依靠相邻站点之间的及时通信来实现的，各站点自身会产生一个“公平速率参数”，接着和上游站点传来的参数比较，进行调整后再发往相邻的下游节点，这样经过逐站传递和调整，最终使得全网的带宽分配达到一个公平的“稳态”。尽管大量的突发业务会破坏这样一个稳态，然而，在一定的“公平响应时间”之后，又会重新达到另一个“稳态”。公平算法确保了各节点入环的同一优先级业务在存在竞争的情况下可以公平地共享环路带宽，保证每个节点都获得自己应得的带宽份额。

    (6)采用自动拓扑识别技术，增加环路的自愈能力。所谓自动拓扑识别技术，就是指每个节点都知道在环的两个方向上的线路质量情况，从而迅速正确地决定应该在哪个方向(外环或内环)上传输或转发数据所采取的一种拓扑状态识别技术。在拓扑初始化阶段，每个节点都会发出拓扑查询消息，沿环路传送，其他节点会加入自己的属性。当源节点收到自己发出的拓扑查询消息时，便可了解到环路拓扑信息。当环路增加节点、减少节点、光纤中断、节点失效等事件发生时，与此相关的节点都会被触发发出拓扑更新信息，最终使得RPR环上每个节点都具体地把握着整个环的拓扑图及每条链路的状态。因此拓扑自动识别增加了环路的自愈能力，并且减少了人工配置所带来的人为错误。从而让RPR工作在一种“可见”的状态中，大大提高了数据传输的效率和质量，这也是RPR保障QoS的基础。

    (7)吸收了ADM自愈环的保护策略，实现基于不同等级业务的自动保护切换机制。RPR环上的每个节点可以迅速地根据新拓扑结构和线路质量状态进行数据传送的重新路由选择，类似于ADM环的保护机制。RPR环采取了源路由方式(steering)和折回方式(wrap)两种保护方式，默认方式为源路由方式，两种保护倒换时间都小于50ms。当采用源路由方式时，光纤故障点两端的节点会发出拓扑更新信息，环上各节点收到该信息后，就会将各个业务的源节点按照拓扑更新信息倒换业务，且一条光纤上的业务保护倒换对另一条光纤上的业务没有任何影响，因此从全局上使得整个网络的弹性恢复能力得到极大提高。再由于RPR环具备针对不同等级业务的自动保护切换机制，从而使RPR可以实现多等级可靠的QoS服务。

    4、在城域光网络中引入MSTP

    尽管传统的SDH网越来越难以胜任各种多变的IP数据业务发展的需求，但由它形成的庞大基础设施不可能在一夜间轻易抛弃，更何况语音业务依然是电信业盈利的基础，因而必须考虑在现有的传统SDH城域光网络上引入MSTP。考虑到SDH城域光网络是按照骨干层(即核心交换层CS)、汇聚层(即城域传送层MT)、接入层(即边缘接入层EA)的三层架构来建造的，那么如何在这样的架构中引入上述MSTP呢?

    根据本文前述的城域光网络建设目标并综合MSTP本身的特点来看，MSTP应当直接引入在城域光网络的接入层和汇聚层，但需在汇聚层采用A/B双平面方案(网络结构如图2所示)。这是因为：考虑到接入层的结点多而分散的特性、各厂家设备的兼容问题以及接入层上传的业务所需带宽较大等问题，若要实现城域光网络与骨干网的发展保持协调，则必须改变传统SDH城域光网络汇聚层的带宽瓶颈问题，而A/B双平面方案即可解决这个问题。

    针对目前城域光网络汇聚层节点数量较少、业务量集中或网络地位重要等特点，可以在汇聚层中引入MSTP新平面来解决带宽瓶颈问题：保留传统的SDH汇聚层作为A平面，在其上直接叠加一层MSTP汇聚层作为B平面，通过在汇聚层采用A/B双平面方案来引入上述MSTP，网络结构如图2所示。传统SDH汇聚层组成的A平面主要负责TDM业务的传送，而新建的MSTP组成的B平面主要负责IP数据业务的传送，B平面同时可以实现A平面原有业务的分担或保护，不仅能提供针对光纤线路中断的环网保护，而且还可提供节点失效的保护。B平面的设备为上述内嵌RPR的MSTP加上ADM，前者具备强大的二层数据处理功能，后者则能提供高低阶交叉能力，同时按照业务的组成和流向重新规划汇聚层的路由，这样不仅能解决汇聚层带宽瓶颈问题，而且可根据网络业务的实际情况充分发挥RPR的各种新功能。

    5、结束语

    目前第三代MSTP正在引领城域光网络的发展，在内嵌了RPR功能后必将大大促进城域光网络建设目标的实现。可以预言，内嵌RPR的MSTP将是城域光网络建设最为实用的技术之一，即为运营商提供从接入层到骨干层的具有QoS保证的城域光网络建设的解决方案。同时随着NGN、3G网络的推广，数据业务比重的逐渐增大，为了更好地适应数据业务不确定性、不可预见性等特点，向智能光网络演进是MSTP必然的方向。