城域传输网络业务结构特点与发展分析

    作者：姚沈兵  杨豫湘

    根据目前城域传输网络的业务特点与结构特点，分析了扁平型、分层型和特大型等三大类特点鲜明的城域传输网络，针对各类网络架构的特点、适用情况、存在问题，进行了针对性分析，对于网络优化思路和网络演进进行了探讨。

    要害词城域传输SDH环网扁平型分层型特大型优化

    1、概述

    城域网概念源于计算机网络，用于区分局域网、城域网、广域网3种地理覆盖、主流技术等都不相同的计算机网络。但是现在城域网的概念应用非常广泛，而且也并不象字面意思局限于特指城市区域内。

    城域传输即指区别于长途传输网络的本地网内传输网络，其范围依靠于本地网的划分，有大有小，既可能涵盖一个城市及其郊区、农村范围内的传输网络，也可能包括临近多座城镇之间、之内的传输网络。一般城域传输可以分为中继传输和接入传输，本文重点研究城域中继传输网络(简称城域传输)的组网。

    随着城域传输成为业界热点，城域传输的建设、优化、相关技术研究等，日益受到各大传输厂商、电信运营商的关注。其中，城域传输网络结构首当其冲：因为明确的组网思路、合理的传输网络结构，既可以奠定网络迅速扩容的基础，快速响应各类业务的各种发展需求，又可以适应网络技术的改进，满足传输网络自身不断发展演进的需要。

    因此，本文重点对城域传输网络结构进行探讨。对城域传输组网影响因素进行分析的基础上，简单介绍目前城域传输网络的几种典型结构，最后重点对几种传输网络结构的适用情况、优缺点以及可能的优化思路等进行描述。

    2、城域传输组网影响因素分析

    影响城域传输组网的因素很多，这里仅从以下几方面简单分析其主要因素。

    2.1业务网络因素

    首先，城域传输网络的结构特点直接与所承载的业务网络特点相关。大量的汇聚业务必然形成传输网络存在重要节点；流量均匀、流向分散的业务使传输网络中可能不需要核心节点。而业务的不同汇聚方式对传输网络的组网形成一定影响：假如存在多级业务中心，那么传输组环可能分级汇聚；假如只有单级业务中心，那么传输组环可能围绕该中心汇聚。

    2.2行政与社会经济因素

    业务网络的特点，更深层次上则由一个本地网的行政区域划分、社会经济、地理条件等多方面综合因素所决定。一座本地网行政上被划分为多个区域之后，每个行政区域都会形成一个(或多个)政治、经济、文化中心，这决定了通信业务普遍存在的汇聚特性：大部分业务向区域中心汇聚，然后向城市中心汇聚。另外，一般社会经济越活跃发达的地区，对通信的需求越旺盛，通信业务量越大。而山川、河流等地理环境必然对传输网络的组环形成一定限制。

    2.3主流技术因素

    目前城域传输主流技术是SDH(MSTP)环网技术。目前主要依靠SDH环提高网络安全性，但是传输的环网拓扑，必然与汇聚型业务流不太匹配，造成传输网络资源的利用率难以提高。而且对于大业务量、广区域的传输网络覆盖，只能利用环网的叠加与相套实现等，主流技术很大程度上决定了目前传输网络结构。

    2.4专业队伍因素

    最后，各支专业队伍对网络的理解不同、对传输技术的使用策略不同等多种综合因素，共同形成了各具特色的城域传输网络风格。

    3、城域传输网络结构类型分析

    在上述各种因素共同作用下，每个不同的城域传输网络存在不同特点、突出问题，网络结构也千差万别，复杂多样。通过对网络结构共性特征的归纳总结分析，目前存在三大类不同的城域传输网络：扁平型城域传输网络、分层型城域传输网络、特大型城域传输网络。

    扁平型城域传输网络的特点是不分层，通常围绕1-3个核心组网。

    实线大环表示SDH环；虚线方框表示城域核心传输节点，其中每个黑色或灰色小实心圆表示1台SDH设备；每个小空心圆表示城域中普通传输节点的1台SDH设备。该网络中没有分层，所有SDH环位于相同平面，而且几乎所有SDH环都同时经过两个城域传输枢纽节点A和B，形成了以两个传输枢纽节点为核心的扁平型城域传输网络。

    分层型城域传输网络中一般包含多个中介传输网，而每个中介传输网中又定义出1-2个骨干节点，形成骨干传送层负责沟通各个中介网络之间的业务。

    每个中介传输网都以两个节点为核心组网，并且通过这两个节点向上层网络衔接，而骨干层网络又以节点甲和乙为核心组网。

    分层型网络结构中要害问题是层次之间的合理衔接。

    理想组网情况下，网络中每个中介传输网定义出1-2个明确的骨干节点与骨干传输网衔接，所有出中介网的业务经由骨干节点转接到骨干传输网络上；骨干传输网络中也只包含各中介网定义出的骨干节点，负责沟通各个中介网络之间的业务，其中包含骨干节点之间的以及需要骨干节点转接的业务。

    每个中介传输网定义2个骨干节点的目的是通过双出口的设置来提高整个网络的安全性。而只定义2个骨干节点目的，是保证网络的高效性。假如增加骨干网络层节点，虽然可能使转接电路的数量降低，但是也势必增大骨干网络的组网规模，相同网络业务流量的情况下降低骨干网络组网效率。当然，假如中介传输网络规模较小，并且对应的各种业务网络基本上只有1个汇聚点，那么可以适当降低该中介网络的安全性需求，只设置1个骨干节点。因此建议对每个中介传输网络定义1或2个骨干节点。

    特大型城域传输网络的主要特征是规模非常大、网络层次多、组网相当复杂。一般需要多张图纸才能描述清楚特大型城域传输网络。

    网络复杂的表现之一是，除了普通分层型网络中的骨干传输层和中介传输层，传输网络中还包括更多的分层。例如所谓的区间骨干传输层，区间骨干层形成的原因之一是分区太多，导致骨干节点太多，仅用骨干层难于沟通所有分区，必须将骨干层再次分层，将跨部分分区之间的相关节点连接成环，构成所谓的区间骨干传输层。区间骨干层的存在原因之二是早期光缆路由无法在同一区域内成环，于是构建了跨区域之间的区间骨干层，此时区间骨干层的主要目的不是沟通中介层网络之间的传输，中介层之间的业务还是靠骨干传输层来沟通。

    网络复杂的表现之二是，为了提高网络安全性，建设了平行的多个传送平面，一般是两个。两个平面之间可能是根据不同厂家设备进行划分，也可能根据不同的工程期进行划分。两个传送平面之间比较独立，各自分层次构建，基本上分别实现全网覆盖，并且均衡发展。网络中业务基本以负荷分担形式并行承载在两个传送平面上，尽量避免一条业务电路在A平面传送一段，又在B平面传送一段的情况。

    甚至有的特大型网络中既形成了多个传送平面，又有较多的网络层次，属于混合型网络结构，更加复杂。

    初步分析，可能认为扁平型网络结构是各种网络架构的基础，分层型网络是由多个扁平型网络组成的，而特大型网络则由更多的扁平型网络叠加、交错组织而成。进一步分析发现，不能将扁平型、分层型、特大型三种网络架构简单理解为从简到繁的关系，例如仅从网络规模上看，扁平型网络未必比分层型网络规模小，有时扁平型网络规模更大，扁平型网络必然具有其独到的特点。因此，下面将对各种网络结构的适用情况、优缺点与优化策略等进一步展开分析。

    4、城域传输网络组网分析

    4.1扁平型城域传输网络

    扁平型网络推行的是相对集中的概念----网络中没有分层，一般所有环经过核心节点进行组网----即围绕核心节点进行集中组网、治理和调度。

    因为扁平型网络的集中特点，所以不适合覆盖太大地理范围的网络。因为扁平型网络中几乎所有节点都直接与核心节点组环，所以假如网络中多数节点业务量不大时，网络利用率很难提高。因此，扁平型网络具有网络结构简单的优点，而且是一种高效的组网结构，但是只适用在通信发达、业务相当密集的中小城市。

    扁平型网络的缺点是其核心节点可能成为网络瓶颈。

    首先，假如网络中多数业务网络的汇聚核心，例如本地交换汇接局、长途交换局、SSP(SCP)、LSTP、数据骨干节点等，与城域传输网络的核心节点相重合，那么大量业务电路都终结在核心节点，网络中只有少量电路需要集中在核心节点进行转接。但是，只要有一种业务核心，例如关口局，与传输核心不相重合，那么由此就有大量电路需要在核心节点进行转接。而且网络规模越大，需要转接的电路数量越大，核心节点感受到网络组织、跨环电路治理与调度等各种压力。除此，随着网络规模的不断扩大，作为集中组网的核心节点还可能逐步感受到机房、管道、光缆等基础资源方面的压力，成为网络瓶颈。

    因此，扁平型网络中应该注重核心节点的资源使用规划，预留充分的基础资源。核心节点可利用高速率(甚至比网络中组网速率高)、大交叉容量的多ADM设备进行组网或改造现有网络，实现全网电路的自动、智能治理。因为目前一般高速率、大交叉容量的多ADM设备采用VC-4为基本颗粒，而城域网络中仍然有大量2Mbit/s颗粒的业务需求，所以可能还需要在核心节点引入以2Mbit/s为操作颗粒的专门DXC设备对2Mbit/s电路进行集中调度治理，形成并行的大小颗粒组织平台对全网电路进行集中治理和调度。

    4.2分层型城域传输网络

    分层型网络的特点是分层，能较好地支持多级汇聚的业务网络。因为目前多数本地网内包含多个行政区域，例如多个城市、县城等，形成了分区域、多级的业务核心，所以，大部分城域传输网络采用分层型网络结构。

    实际网络中，分层型网络通常存在层次不清楚的问题，具体表现为衔接点的不明确或者不合理。

    一类问题是骨干网中存在非骨干传输节点。假如该非骨干传输节点不承担转接电路，但是有大量电路向骨干层其他节点开放，那么这种情况尚属合理。但是实际网络中，这种情况多数是历史遗留原因形成，亦即原来的骨干传输节点，由于业务网络的调整、机楼条件的限制等，已经不再作为骨干传输节点，但是仍然保留在骨干层网络中。例如。原来的交换汇接节点被调整为接入层节点之后，其对应的传输节点继续存在于骨干网中，无法充分发挥作用，设备端口的利用率也无法提高，从而影响设备利用效率、网络利用效率；还可能存在该节点到其所在中介网内部的业务先在骨干环上传送，再转接到本中介网络中其他节点的情况，不仅破坏网络调度组织原则，而且增加了电路转接次数、降低整个网络运行的有效性。

    另一类问题是骨干节点的选择不甚合理。假如骨干节点与中介传输网的组网核心不重合，或者骨干节点与业务向上汇聚的节点不重合，那么可能使大量电路需要转接、加大网络中用作转接端口的比例。假如每个中介网络中骨干节点的选择都是合理的，则可以降低网络中转接电路的数量。

    分层型网络层次不清楚的存在，不仅仅是影响网络结构在视觉效果上的好看与否，而且对网络运行效率、维护效率、治理效率等都会产生不利的影响。

    当然，使网络层次清楚化并非易事。例如从骨干环中去除非骨干节点时，并非仅仅进行光缆割接这么简单，重新组网可能受到网管权限的制约、光缆质量参数的限制，甚至可能涉及设备硬件搬迁等工程；纠正不合理的骨干节点则更加困难，因为骨干节点一旦形成，包含管道、光缆以及多套传输系统等构成的配套体系就很难调整。网络优化的要害，是必须考虑优化对现有网络、现有业务的影响，经过充分的可行性论证和投入产出比的分析、方案比较等，制定周密的实施方案。

    4.3特大型城域传输网络

    特大型网络通过多层次的网络结构将复杂与超大规模网络(包含大量传输节点、节点间业务流量也极不均衡)经济、有效地组织起来，采用多平面的网络结构提升网络安全性，因此，特大型网络适用在北京、上海、广州等经济很发达的超大型城市。

    特大型网络中可能存在的突出问题是网络叠加严史的原因，因为近年内通信业务经历了不断增长、数据新支的异军突起；伴随着传输技术的不断进步、线路速率的不断提升，所以网络中难免有大量不同制式、不同速率的传输系统。其次，即使排除上述历史原因，受限于目前传输技术发展水平，特大型网络中的庞大业务量也必然导致网络叠加的存在。最后，特大型网络的网络层次多加剧了网络的叠加严重。最终，特大型网络中较多节点都可能感受到网络叠加带来的基础资源的压力，包括管道、光缆、机房的压力，机房内设备、电缆、光缆、ODF/DDF架的堆积等带来沉重负担。

    网络与传输设备的叠加解决了传输带宽的能力问题，但是，随之暴露出网络中较多节点存在带宽治理能力的不足。目前网络中，各个SDH环内带宽由环上各端设备进行治理，而SDH环间业务由DDF/ODF架进行手工治理，缺乏对全部带宽的综合智能治理。虽然各种网络中都存在带宽治理的问题，但是因为特大型网络中设备叠加最严重，所以带宽治理能力不足的矛盾更突出。

    即使特大型传输网络借助DXC设备进行网络带宽的辅助治理，也可能存在缺陷：首先，现有阶段DXC的带宽能力较难满足特大型网络的配置需要，易成为带宽瓶颈而无法充分发挥作用；其次，DXC不支持环网协议，只能外挂于环间，不能用作跨环业务节点，使网络保护能力下降；而且，早期DXC设备无高速光口，只能通过低速端口外接于骨干光网络，使业务调度效率不高，人为故障率增加；最后，DXC还存在单点故障的问题。

    特大型城域传输网络中所存在的网络叠加严重、网络带宽治理能力不足的问题，短期内可能表现在网络运行维护压力大，但长远可能影响传输网络对业务的响应效率，造成传输网络无法提供不同等级的业务服务。另外，网络中设备的叠加对机房占用严重的问题也不容忽视：在城市治理日益规范。大城市中心地段的地价房价不断上涨的背景下，已经形成的各层电信业务网络、物理基础网络的核心枢纽节点，其重要地位不言而喻，其机房面积更是寸土寸金。所以，假如下决心对现有网络进行整理优化，虽然需要投入大量人力物力，但是却可能使网络获得巨大的无形和有形增值。

    5、利用多ADM优化网络结构

    对于各种网络中可能存在的问题，在近期网络发展中，建议利用多ADM设备优化城域传输网络的结构。

    多ADM与传统DXC的不同在于多ADM支持环网协议与环保护，而传统DXC一般不支持；多ADM与传统ADM的不同在于多ADM的超高集成度可支持多个环网，而传统ADM一般只支持单个主速率环。可以说，多ADM是将传统ADM和传统DXC集成在一起，使其交叉连接效率和可靠性大大提高。多ADM对于传统SDH技术的改进不仅仅是通道带宽方面，更重要是节点处理能力、对带宽的治理能力方面，这可是目前城域传输网络中的最普遍、最突出问题。另外，从基础资源的使用上，以一端设备替代多端设备可以有效地降低机房内设备、电缆、DDF架等的堆积、对机房面积的快速占用。

    在扁平型网络的核心节点采用多ADM设备将各方向的传输资源集结起来。在分层型网络的层次之间衔接点，利用多ADM设备跨接在层次之间。在特大型网络中，通过较大量多ADM节点的采用将原来可能需要集中在少量重要节点的DXC设备上进行调配的大量跨环业务，分散到网络中多个传输节点中实现，不仅将集中的带宽治理压力分摊到整个网络中承担，而且将网络安全的压力分散。

    当然，多ADM不可能解决网络中所有问题，必须注重以下几点：

    目前多ADM的使用受限于设备厂家。由于不同厂家的SDH设备之间协议互通存在疑问，更无法统一网管，所以现阶段一般用ADM设备去整合网络中一部分(例如相同厂家)的网络资源。

    多ADM的采用可能对网络治理维护水平的要求更高。多ADM的大量使用，可能更模糊了层次划分。更重要的是，多ADM的使用改变了以往通过DDF/ODF架物理跳线、物理连接的操作习惯，要求网管操作。深层次上，多ADM的大量使用可能改变网络组织、使用、治理等方面的思维习惯。

    总之，利用多ADM设备优化网络，必须考虑周全。首先必须考虑业务网络与业务电路的安全可靠性；其次还需要注重大量细节问题，例如涉及某台设备的网管权限等，具体到某条光缆损耗参数的影响等；最后，在一切细节考虑妥当之后，还要制定严密的实施步骤，考虑可能的意外情况等。总之，网络优化必须充分考虑到已经承载业务的安全。

    6、向下一代城域传输网平滑演讲

    虽然ASON代表了业界对于未来传输网络发展方向的共识，但是未来的ASON与目前商用化的ASON可能大不相同。实际上，目前城域传输技术领域，包括城域波分(XDM)、SDH(MSTP、多ADM、DXC)、ASON等，虽然各种产品的出发点、侧重点不同，实现方法各异，产品形态很多，然而功能上却出现很多融合的趋势，例如波分设备具有SDH交叉连接的功能，MSTP与RPR在功能上越来越相似等，也许将来的ASON设备可以直接配置彩色光口，甚至可以直接进行2Mbit/s颗粒的电路治理。因此，这里仅描述理想中下一代城域传输网络应该具有的特点：

    (1)网格组网。网格组网可以灵活满足传输组网必须面对的各种地理条件与节点分布情况，而且网格网比环网能够更好地匹配星型业务流，所以条件答应情况下，下一代城域传输必然采用网格组网。

    (2)超大交叉容量与在线模块升级。网络中节点具有超大规模的带宽治理能力，至于各个方向的带宽能力可以在线通过添加模块进行升级，从而大大增加网络配置与治理的灵活性。

    (3)多种颗粒的带宽治理。虽然客户对带宽的需求不断膨胀，但是较长时期内城域范围不可能不进行2Mbit/s业务颗粒的治理与调度，因此，城域传输节点必须同时具备从2Mbit/s到155Mbit/s甚至更高颗粒治理的能力，尤其短期内2Mbit/s颗粒仍然是城域传输的治理重点。

    (4)智能带宽治理能力。网络规模越大，越需要智能带宽治理能力(路由能力)的协助。传输节点既可以人工指配路由，也可以通过自动计算提供参考路由。

    (5)灵活的安全保护机制。除了能提供环网的保护方式，还能提供多种1:1或N:1的保护和恢复方式。

    (6)ASON的网络架构与标准协议体系。这是网络向未来兼容不可或缺的。

    在现有城域传输网络向下一代城域传输网络演讲的过程中，必须面对产品制式之间的兼容、不同厂家之间的互通等等需要标准化、协议化的大量实际问题。所谓平滑演进，可能只是在中间过渡期，不同制式的设备、不同的网络结构等大量并存，借助现有产品的使用期限与合理退网来逐步替代与演进。现有网络应该充分发展与自我完善，一方面是网络结构的优化完善，一方面是网络多业务能力的增强，充分发挥对各类电信业务和网络发展的基石作用。