宽带城域网技术的进展综述

2019-11-04 22:16:05

字体：大中小

来源：转载

供稿：网友

目前广域网带宽已经达到数百Gb/s，而宽带接入网的建设也已经步入快速发展的轨道。 ip-DSLAM和5类线以太网接入使用户接入速率达到数百Kb/s到数Mb/s。采用SDH的传统城域网成为发展宽带业务的瓶颈。目前已出现城域网建设的高潮。

目前主要的宽带城域网技术方案有以下三种：

新一代SDH城域网多业务传输平台 MSTP,WDM光城域网,光以太网城域网。

由于目前宽带业务传输主要是IP数据，从传输角度看效率最高的应该是物美价廉的光以太网，但是实际上最受运营商青睐的却是多业务传输平台MSTP。其原因在于：

对于商业机构的IP业务，由于共享IP网的计费和结算问题没有解决，运营商主要还是靠出租专线收费。对于运营商而言，互联网上的IP业务虽然流量很大，但是由于不能控制治理，没有结算计费系统，只能靠包月收费。运营商增加收入的办法是尽量将IP业务纳入SDH专线或虚拟专网IP-VPN ，这样就可以方便地治理计费。这就是目前尽管城域以太网技术已经成熟，且成本低廉，电信运营商在建设宽带城域网时更青睐价格较高的基于新一代SDH的多业务传输平台MSTP的原因。

随着宽带IP业务开放平台建设和生态系统的形成，宽带IP网成为一个可治理，能运营，可盈利的网络。光以太网城域网和WDM光城域网凭借其传输IP业务的高效率和低廉的建设和运营成本将逐渐成为宽带城域网的主流。

MSTP城域网

(1).新一代SDH多业务传输平台MSTP城域网具有以下特点：

1.高集成度。SDH处理专用芯片和光收发器的进步和成熟使SDH系统的集成度不断提高， NGSDH的高集成度表现为设备体积紧凑，端口密度高，通过很小的空间提供超大的接入容量和业务调度容量。

2. MADM集成和业务调度能力。新一代SDH设备的高集成度可使系统集成多个分插复用ADM，同时还融合了大容量同步交叉连接(SDXC)矩阵，可灵活实现多个ADM间的业务调度，构成多分插复用MADM(Multiple-ADM)。

3.多业务传送能力。新一代SDH在保持传统SDH优势的同时，融合了ATM和IP技术，针对不同的业务采用不同的传送方式，形成了一个统一的多业务传送平台。支持STM-4C 、STM-16C等级业务的透明传送。

STM-4C 、 STM-16C等级业务用于承载ATM、 POS(Packetover SDH)等数据业务。新一代SDH在透明传送 STM-4C 、 STM-16C等级业务的基础上，进一步融合了ATM信元统计复用和交换、IP帧统计复用和交换等功能，在充分发挥SDH技术特点的同时(快速环网自愈环倒换、高QoS保证)，通过数据业务统计复用技术，提高带宽利用率，可广泛应用于宽带城域网。

(2).支持10M/100M/1000M

以太网业务接入新一代SDH具有灵活的带宽调整能力，适应宽带城域网以太网业务的大带宽传送要求，通常采用两种方式实现。一种是采用ML-PPP (Multi-Link Point-to-Point PRotocol)捆绑多个VC-12/VC-3通道传送以太网帧，另一种是采用多个VC-12/VC-3/VC-4级联或虚级联通道传送。其中，由于虚级联(VC-

v12-Xv/VC-3-Xv/VC-4-Xv)方式兼容传统的SDH网络，从而得到广泛应用。

(3).具备弹性分组环RPR功能

通过RPR接口板和SDH设备的交叉功能，在SDH环路上开辟N×VC-4通道用于IP业务的传送，在这个IP环路中，实现Package ADM ，空间重用。同时通过流分类、业务优先级等技术满足以太业务的QOS功能，通过VDQ等带宽的公平算法保证各节点的接入带宽，环网保护技术增强业务的可靠性。RPR是一种与物理层无关的二层技术，已明确提出将SDH作为其物理载体。所以在NGSDH上实现RPR是对以太网业务的一种很好的解决方案。

(4). 智能化治理。传统的SDH治理基于单网元，业务配置、设备性能和告警等治理功能的操作对像为单网元。SDH的新一代治理是则面向整个网络，业务配置、设备性能和告警等功能直接基于面向用户提供的网络。新一代SDH配置业务时，只需指定网络业务的源和宿及其相应要求，网络业务即可快速自动生成，而不需象传统 SDH那样逐个进行网元设置，系统可提供端到端的业务性能、告警监控和故障辅助定位。此外，新一代SDH还支持用户等级定义、带宽租用和计费等功能，智能化特性是新一代SDH的一项显著特征。

宽带城域网技术的进展综述（图一）

MSTP原理框图

由图中可以看出，MSTP的要害就是在传统的SDH上增加了ATM和以太网的承载能力，其余部分的功能模型没有任何改变。

对于以太网承载，应满足对上层业务的透明性，映射封装过程应支持带宽可配置。在这个前提之下，可以选择在进入VC映射之前是否进行二层交换。不论是否交换，对于二层交换功能，良好的实现方式应该支持如STP、VLAN、流控、地址学习、组播等辅助功能。我国行标中规定可以选用三种以太网映射方式中的一种： LAPS方式(ITU-TX.85)、PPP方式(IETF系列RFC)、GFP方式(ITU-TG.704)。对于ATM接口，在映射入VC之前，提供 ATM统计复用和VP、VC交换功能。对于宽带数据业务的映射，MSTP还应该支持低阶和高阶的VC级联功能，包括相邻级联和虚级联。

WDM光城域网

WDM 光城域网是从简单的WDM点对点传输应用中演化过来的，演化期间其结构变化经历了从灵活性受限到可以提供动态可重新配置应用的过程，进化后的WDM光城域网系统提供的应用与SONET/SDH提供的控制和业务选项相似。改进设计使WDM光城域网系统更像SONET/SDH 。其中光分插复用器OADM和光交叉连接器OXC等WDM网元的功能必须更像对应的SONET/SDH网元ADM和DXC。

1.目前较成熟的是第三代动态可重新配置的光分插复用(ROADM)以及光交叉连接(OXC)解决方案。系统要支持类似于SONET的性能，就必须提供全自动的光层，其中包括可重新配置的光分插复用，单波长粒度，自动功率和瞬态控制，以及确保业务质量和故障治理的连续实时性能监测。

光分插复用器(OADM)是构成ROADM的要害设备。可重配置的OADM在将信号从一个网络向另一个网络传输时不需要经过O-E-O转发，可以消除光电光转换的成本。到2006年，OADM市场将是现在的10倍，达到10多亿美元。届时，可重配置OADM将统治市场，这一期间其年均增长率将达78%。这一增长率远远超过KMI猜测的同一期间 DWDM13%的增长率。

2. DWDM 技术在广域网应用获得巨大成功已成为主流，但是不能简单地将广域网DWDM方案用于城域网。解决的方法是采用稀疏波分复用CWDM技术。使用1200- 1700nm的宽窗口，对激光器和滤波器的要求可以大大降低，可以大幅度降低成本。稀疏波分复用(CWDM)系统的信道间隔按国标准规定为20nm，大于密集波分复用的信道间隔(约1nm)20倍。由于减少了冷却器件对空间的要求，使每块插卡可以插接更多的激光器。这样一来，治理和维护成本也随之大幅下降，如减小了应用空间、降低了建筑的制冷要求、延长了电路使用寿命。稀疏波分复用与密集波分复用技术相比具有以下成本优势：密集波分复用系统接收机的成本一般为稀疏波分复用系统的四至五倍。密集波分复用系统滤波器的成本为稀疏波分复用系统的两倍。密集波分复用激光器为保持温度稳定需采用集成式热电致冷器，因此其所需功率高于无制冷型稀疏波分复用激光器。

基于ROADM的WDM城域网是用人工进行设置的，布设速度较慢。进一步发展采用自动交换光网ASON。

3.自动交换光网ASON有三种模型：重叠模型、对等模型和纵向集成模型。

在重叠模型中，一个重叠网络分成IP业务层和SDH/光传输层两部分。相互重叠的业务层和传输层之间不交换拓扑和资源信息。这种结构使分层的物理网络治理起来昂贵同时导致带宽利用率低。对等模型则是采用通过一个共同的控制平面和一套适合于各个层面的单一的协议如GMPLS ，相当于将IP业务层和传输层对接，提高了网络的效率。OXC和路由器被控制平面视为对等实体，所以用户-网络接口(UNI)(在路由器和OXC之间)和网络-网络接口(NNI)(在OXC之间))是没有差别的。对等模型的提出使IP层和光层的无缝连接成为可能。

纵向集成模型将业务网 (IP)网元(路由器)和传输网(SDH/WDM)网元(DXC/OXC)纵向集成为光业务交换机PSS。PSS是一种快速不透明的交换机，可以同时交换 IP、TDM以及波长业务。所有网元都将GMPLS作为路由和信令协议，每个网元都了解所有其他的网元以及网络拓扑的信息，相当于将IP业务层和传输层合一。

GMPLS和PSS既可以用于重叠网络，又可以用于纵向集成网络。通过信令协议和路由协议的扩展， GMPLS可用于分组交换、TDM以及波长交换业务。它将IP智能，包括各种QoS(服务品质)，引入了所有类型的业务，简化业务配给，改进了保护和恢复方案。 GMPLS能够提高重叠网络和其他过渡网络的效率，然而它只有在PSS网络中才能最终实现最高的效率。

电信运营商也许并不想和他的竞争对手一起分享所有的网络信息，而更喜欢重叠模型。然而，随着人们对带宽和服务的需求日益增加，以及网络拓扑从环形发展到格形带来网络的复杂性不断增加，简化网络结构势在必行。

光以太网城域网

1.结构

采用吉位以太网GbE和万兆以太网10GbE直接在裸光纤或波分复用(WDM)光缆网上架构宽带IP城域网。

用以太网在光网上直接架构宽带IP城域网,要满足新一代城域网的要求,重点需要解决以下问题：

1)根据服务水平协议SLA保证服务质量QoS，分配带宽。2)光缆环路被切断时的保护和自愈恢复。

目前L2/L3一体化的吉位以太网路由交换机的背板容量已经达到几百Gb/s，数据包通过量达每秒一亿个以上。可以以线速进行第三层IP/IPX选路和第二层无阻塞交换。支持冗余端口，生成树，多选择路由和冗余路由器协议增加系统可靠性;可以提供上百个1000BASE-X端口。提供带宽治理、优先权和基于策略的QoS;可以方便的通过HTTP、SNMP、RMON、本地和远程CLI的进行灵活治理，而价格只是骨干网高性能路由器的几分之一;将CWDM直接装在以太网路由交换机端口上可以进一步降低成本。光以太网城域网的建设和运营成本不仅低于MSTP和WDM城域网，也低于用各个网路由器架构的宽带IP城域网，光以太网城域网可以提供VPLS虚拟专网，比 MPLS-VPN更便宜有效。

对于环型拓扑光网适宜采用弹性分组环 (Resilient Packet Ring)。环路的两侧都可以用来传输数据，又可以发挥自愈恢复环的功能，大大提高利用效率。目前IEEE成立802.17工作组，IETF成立IP oPTR组来发展这一技术，制定相应标准。采用10GbE帧格式。

2.以太网业务

城域以太网论坛MEF定义了两种以太网业务类型:以太网线路业务——— E-Line,也称为以太网专线EPL；以太网局域网业务E-LAN,也称为虚拟专用局域网业务VPLS。

为了建立业务的连接，引入“以太网虚拟连接”EVC的概念。EVC用来连接2个以上UNI。MEF定义两种EVC：点-点和多点-多点。如图2所示:

宽带城域网技术的进展综述（图二）

图2 以太网业务两种类型

要定义UNI和EVC首先要确定以太网业务的属性包括：物理接口、带宽概况、服务性能(CoS)和CoS标识符(ID)、业务帧递送和VLAN标记支持以及业务复用等。

以太网线路业务E-Line 用来提供专线业务和点-点的VPN。而以太网局域网业务E-LAN用来提供多点VPN业务。如图3所示:

1)服务质量保证

以太网业务根据与用户签订的业务级别协议SLA向用户提供服务质量保证。其主要属性是带宽概况和CoS。MEF定义三种带宽概况：它们分别是UNI、EVC 和CoSID的入口带宽概况。带宽的最小增量为1Mbps 。业务级别CoS决定可靠性、帧延时、帧抖动、帧丢失等性能。用每个EVC的CoSID即802.1q和每个UNI的CoS来确定。

宽带城域网技术的进展综述（图三）

2)用户网络界面UNI标准

目的是为用户提供城域以太网边缘划分点。要求此以下方面进行业务划分：连接性、信令、供给、故障发现和解决、监视和治理。

UNI是业务商和用户责任的划分点。用户用RJ-45插头插入运营商的网络。UNI分为两个子集UNI-C和UNI-N分别描述用户端和业务供给商端。

UNI数据平面定义跨过UNI参考点传送信息的方法UNI控制平面定义用户和业务商使用UNI数据平面的方法,UNI治理平面控制UNI数据和控制平面的运行。

以太网业务用户网络界面UNI1.0标准制定进入起草阶段。以太网业务可以在光城域以太网上提供也可以在其他各种城域以太网上提供如MSTP的城域以太网。图4给出以太网业务的演化。

宽带城域网技术的进展综述（图四）

图4 以太网业务的演化

结束语

尽管目前宽带业务传输主要是IP数据，由于目前的

IP 网控制治理，结算计费能力差，只能靠包月收费，最受运营商青睐的是基于新一代SDH的多业务传输平台MSTP。运营商将IP业务纳入SDH专线或虚拟专网 IP-VPN，这样就可以方便地治理计费。新一代SDH不仅提高了性能价格比，还解决了传输以太网帧的效率问题成为多业务传输平台。成为当前宽带城域网建设的主流。

上一篇：透视城域网弊端

下一篇：典型案例万兆改造清华大学校园网