电信长途传输网络规划浅析

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[出处/编辑]：李文华 张 旭　　　

1  概述

长途传输网络的规划是一项具有战略性、开拓性的宏观研究工作。根据国民经济和社会发展战略的要求，研究探索长途通信业务的发展规律，制定出长途通信业务的发展方向和战略目标，对今后长途传输网络在运营、建设、维护等方面进行宏观引导，具有重要的意义。



一般来说，长途传输网络规划首先应包括市场的整体环境与发展现状、市场经营方针策略、市场定位目标与服务体系、市场的投资回报。其次应明确长途传输网络（包括物理网和传送网）的建设目标、技术路线、网络拓扑结构以及在实际建设中的具体组网原则，同时应从组网安全以及网络安全2方面考虑网络的保护与恢复问题，并确定长途传输网络网管系统的目标，分层次、分区域、分功能地详细规划出网管系统的整体布局。



2  市场发展环境与经营策略



2.1  发展环境



目前我国的电信市场，机遇与挑战并存。2000年以来，我国的电信事业以改革、重组为动力，加快网络建设，改善服务质量，加大市场开发力度，已经初步形成了有效的竞争格局。目前已经存在多家运营商建设长途传输网络的局面，而且新的运营商也正不断涌入。另外，随着加入WTO后电信市场逐渐开放，外资、外企将主要通过合资的方式进入我国电信运营市场，新兴的中外合资电信运营商将成为电信运营市场的重要角色。因此，重组后的各大运营商都面临着来自其他运营商在资金、技术、实力及市场管理等方面的竞争压力。只有明确发展目标，看清市场形势及市场定位，把握机会，发挥优势，才能在机遇与挑战共存的竞争中占据有利地位。



2.2  市场定位



长途传输网络是我国国家公用电信网的重要组成部分，也是各种电信业务和控制信息的共用“传送平台”，是未来组建信息高速公路的重要物质基础。因此，各运营商在进行长途网络的规划时，应首先对市场需求进行预测，并正视自己在市场中的发展趋势及所占份额，正确评估自己在市场中应提供的业务种类及带宽需求。



由此可知，业务预测是长途通信网络规划的基础，它通过科学的方法和手段对各类业务对未来变化的趋势作出定量估计，其目的是为长途通信网络规划提供科学计算的依据。由于长途传输网承载各种不同的业务，各种业务具有不同的组网方式和发展规律，因此，必须针对不同业务分别进行预测，然后将所有的带宽需求综合起来，统一规划。



2.3  经营策略



长途传输网络是独立于各种业务网的公用网络元素，并以满足各业务网的传输带宽需求以及对外出租带宽为建设和经营目标。长途网络的发展应以市场为导向，完善经营管理机制，建立健全传输网元与其他业务网元的内部结算关系，用市场行为约束和激励长途传输网络的建设及运营，促进基础网络与各业务网的合理配套和协调发展。



长途传输网络经过多年的建设，网络结构已较为完善，因此，目前网络建设不是重心，重点是如何去经营。为此，要充分利用网络资源，提高服务质量，建立完善的服务体系。否则，最终会失去市场的信任，在竞争中丧失主动地位。



2.4  市场回报



在市场经济条件下，所有的经营流动，最终都是为了得到合理的投资回报。在目前传输带宽需求高速增长时期，各大运营商应保持适当程度的超前建设；在预计带宽需求增长趋缓、接近饱和区时，应将基础网络带宽资源的有效利用作为经营管理的重点，以期最大限度地提高投资回报率。



3  长途网络建设目标



近年来，随着各种新业务的不断出现，电信网络面临的压力越来越大，各种业务网络相融合的需求也越来越大。我国电信网的目标是最终建设一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体的，满足自由通信的融合网络。因此，长途传输网络应是一个大容量、高生存能力、高灵活性、高传送质量、低成本的网络，它相对独立于各种业务网，能满足各种业务和信号传输的统一传送需要。它不仅能够有效地承载现有各种业务网、支撑网及传输网络资源出租，还要能够方便、快捷地为下一代融合网提供承载服务。



因地制宜地综合利用多种传输手段，可以提高传输网的经济性、可靠性和抗毁性。长途网络的建设要贯彻以光纤通信为基本传输手段的原则，微波及卫星通信作为必要的补充手段，运用于地理环境恶劣的边远地区或自然灾害突发的特殊时期。对个别省份以及地形和自然条件复杂的地区，应从技术经济综合效益考虑，充分利用卫星通信系统构成高效的传输通路。



因此，长途网络的建设目标应从物理网、传送网2个主要方面进行考虑。



3.1  物理网建设目标



经过多年长途干线物理网的建设，对我国部分电信运营商来说目前光缆覆盖已基本满足传输要求，目前物理网的建设重点在于完善网络覆盖与网络结构。但对于绝大多数运营商来说，其物理网在重要节点上迂回路由较少，个别光缆路由上故障较多，无法满足网络安全要求。



3.1.1  光纤种类的选择



目前在国内光缆网上应用的主要是G.652和G.655单模光纤。一般来说，对于传输速率为2.5 Gbit/s的时分复用（TDM）和密集波分复用（DWDM）系统，这两种光纤均能满足要求。而G.652单模光纤造价偏低，经济上更为合理。我国“八五”和“九五”期间建设的光缆干线，基本上均采用G.652光纤。随着传输系统速率的提高和密集波分复用系统的应用，G.652光纤的色度色散较大的缺点就暴露出来。对于传输速率超过10 Gbit/s的TDM和DWDM系统，G.652光纤需采取色散补偿措施，并需要对已敷设的光缆进行偏振模色散（PMD）测试。在满足要求的前提下，才可开通基于10 Gbit/s的传输系统；G.655光纤不需采取色散补偿措施，但是初期工程造价相对偏高。因此在进行工程规划时，各运营商应视具体情况灵活选定光纤的类型。



3.1.2  建设目标



充分利用已建的光缆网资源，尽量完善网络的物理覆盖和网络结构；光缆线路应选定安全、稳定、可靠的路由，便于维护管理；光缆敷设应因地制宜，尽量考虑光缆管道化，保证光缆线路安全；新建和升级改造的光缆，要适应高速率、大容量的波分复用（WDM）和未来光网络的传输需要。



3.2  传输网建设目标



传输网的建设分为WDM传输平台、SDH网络以及光网络3个部分。



3.2.1  WDM传输平台



目前市场上商用的WDM终端复用产品以C波段32/40波为主，传输速率为2.5 Gbit/s或10 Gbit/s，波长间隔为100 GHz。技术上较成熟，且容量配置可在线升级，升级过程中无须增加任何诸如光线路放大器这样的系统设备，增减信道十分方便。许多厂商已经声称可以升级为1.6 Tbit/s系统，即包含C＋L波段、波长间隔为50 GHz的160波系统。现在厂商的1.6 Tbit/s系统C 波段和L 波段是完全分开的，两个波段分别采用不同的复用/解复用器、光放大器，两个波段再通过波分复用器或耦合器组合在一起。由于50 GHz间隔波长间距对10 Gbit/s系统会带来比较严重的非线性效应，160波WDM产品的成熟性还需验证。



考虑到TDM和WDM 40 G技术还不成熟，对于基于40 Gbit/s的WDM系统，目前各厂家都正在研发中，还没有商用化产品。虽然基于40 Gbit/s的WDM系统所用光放大器、合波/分波器与10 Gbit/s的WDM系统机理上基本相同，但设计规划原则完全不同，在组建长途网时需考虑的因素较多，特别是光纤的性能指标（如PMD补偿）。40 Gbit/s信号对PMD指标要求较10 Gbit/s信号严格4倍，对光缆线路的技术指标要求更加严格，WDM 10 G几乎不可能升级至40 G。并且还存在TDM 40 G线路编码方式等问题，不可简单套用。



3.2.2  SDH网络



目前各厂家SDH 2.5 Gbit/s设备比较成熟，在WDM平台上组网克服了再生段、复用段等距离因素的限制，组网灵活，接口丰富，技术成熟，在网上已大量应用。预计2005年前的WDM光通道承载透明业务信号颗粒基本以2.5 Gbit/s为主。而SDH10 Gbit/s 设备的发展水平不一。有的厂家ADM设备仅能支撑复用段保护环；有的厂家设备可在622 Mbit/s支路口实现环间互通。2.5 Gbit/s光支路口的环间互通至今未见投入商用。



SDH系统本身具有强大的管理能力，对所承载的业务信号在传输层面上可提供比较完善的QoS保证。2.5 Gbit/s系统只能对622 Mbit/s带宽以下的数据业务在传输层面上实施保护，而10 Gbit/s系统可对2.5 Gbit/s带宽以下的数据业务在传输层面上实施保护，2.5 Gbit/s线速路由器的问世，对SDH10 Gbit/s设备的应用起到了极大的推动作用。可以相信，随着数据业务和技术的发展，SDH系统有向更高速率发展的可能。



3.2.3光传输网（OTN）



透明的光网络应该对信号格式、速率全透明。利用WDM 系统所构造的MESH光网络，可以进行端到端的波长调度、保护和恢复，形成一个基于（Lamda）的波长通道网，承载2.5 Gbit/s以上速率的信号。光网络波长主要用来承载IP路由器信号，实现点到点波长的调度，以应付突发IP业务。对于特殊情况下，也可以组织大节点之间2.5 Gbit/s速率话音的业务，但必须引入光网关，负责把SDH 网络的业务会聚重组为2.5 Gbit/s 的波长通道在光网络层传送。



光传输网的建设必须先进行全面规划和设计，分阶段实施，实施步骤要充分考虑国内外技术的成熟和产品实用化水平。向光传输网演化时，必须充分考虑已有的网络设施，合理选择网络拓扑结构。光网络节点涵盖国际网关局和主要业务汇接点，基于WDM传输平台，将光网络节点构造成一个以MESH网为核心的光网络，使所有的网上业务包括各种带宽IP业务在传输层面上都可具有100％的保护能力。对于每个节点来说，至少保证有3条物理路由与其他节点相连。每个物理连接上有足够的波长数量（大于32个），且承载的波长必须足够多个节点之间直达业务连接。



目前，大多数设备厂家商用化的光交叉连接（OXC）尚未问世，比较实用的是采用光/电/光的方法，在电层上进行交叉连接。交叉的颗粒由VC级别向波长（复用段）级别过渡，并可直接提供2.5 Gbit/s乃至10 Gbit/s接口，以真正的网络节点设备实施网络的调度和恢复。而光/电/光方式只是暂时的一个过渡，毕竟它对传输速率不透明，并且随着交换速率的上升，成本不断加大。



考虑到今后OTN的不断发展，长途网络规划时应制订出合理的使用方案，进行OXC的组网和应用研究，在此基础上，有计划地在主要大节点上引入OXC 设备和光网络恢复系统。OXC的引入可首先从光通路1＋1、1∶n开始，逐步过渡到全光网络恢复的智能光网络。



4  网络保护与恢复



4.1  SDH复用段保护环



目前我国长途传输网在不同层面的拓扑结构大多是以环形自愈网为主。环形自愈网结构的特点是网络拓扑简单，网络本身可靠性较高，需要的链路数较少。在现有的ADM技术条件下，对于光缆线路单点故障，在网上通道可实现100％的保护和恢复；对于网络节点故障，若要对网上通道实现100％的保护和恢复，则ADM设备需支撑ITU-T G.842所建议的环间保护体系的互通。为了保证网络的可靠性和路由的合理性，在网络规划设计时，应根据地域分布和业务量情况，组织多个SDH复用段保护环或通道保护环，两个相邻的环网之间尽量设置两个衔接点。



根据ITU-T G.841建议，当复用段保护环的环长小于1 200 km时，保护倒换时间在50 ms以内；根据设备供应商所提供的数据，当环长超出1 500 km时，倒换时间一般大于50 ms，如6 000 km以内的复用段保护环，目前厂家一般可做到120 ms左右。由于msP（1＋1）采用并发选收机理，所以保护倒换时间一般比ms－SPRinG短，其指标小于50 ms。



4.2  光网络保护方式



环形网的缺点是如果一个网上同时出现两处故障，其自身无法进行保护与恢复，采用光网络则可以解决这个问题。光网络作为对现有SDH环形保护的补充，当一个环中出现两点以上故障时，重要业务依然畅通，从而提高服务质量，满足不同用户的需求。



集中和分布式控制是光网络保护和恢复的2种方式。



在过去传输电路的恢复网络中，特别是电的DXC 网络，主要是采用集中式网管。但是光网络的信息容量庞大，通道数目众多，在这种情况下，集中式网管将无法承担如此繁重的工作。如果网络恢复功能全部依赖它的话，其速度和可靠性将无法达到要求。因此，应该把各OXC 节点发展成为相对智能的交叉连接与光电再生中继点。但是，随着光网络的进一步扩大，OXC 节点数将增加。发生故障后如果仅仅依赖相关各节点动态搜索路径进行恢复的话，轻则影响恢复时间，重则引起搜索的不收敛。因此，可以在一定程度上借鉴路由器的设计，即在每一节点控制设备中建立一定时更新的光路由表。当故障发生时，可以根据最新路由表建立恢复算法，选择路由。 分布式网管系统的建立不仅能够提高恢复的速度，也是建立一个能够有效管理波长，进行波长调配的智能光网络的基础。



4.3  网络安全



电信网络作为国家信息化的基础设施，对保障网络信息安全担负着非常重要的责任。但随着Internet的普及和IP业务的发展，电信网络的安全面临着自然或人为等诸多因素的潜在威胁。包括通信设备硬件或App的漏洞、人为的恶意攻击、网络结构及监控系统的组网方式不完善、操作系统安全管理不完善等。如何采取措施保障信息服务的安全，将长途传输网络建成真正安全、可靠的网络，已经成为包括电信在内的运营商必须认真考虑的问题。因此，要从采用防火墙安全技术、防止黑客入侵、提高计算机病毒防范意识以及提供数据备份及灾难恢复等方面考虑，切实保证网络运行的安全。



5  长途传输网网络管理系统



由于目前大多数运营商采用人工方式进行电路调度和新业务的开放，每月的故障及性能数据统计也是人工上报方式，网络中光缆故障的抢修也是采用传统的人工电话通知的方式，网络的应变能力较差，极不适应现代电信运营商的业务经营和管理模式。因此，为提高网络应变能力和对网络资源的利用率，充分发挥SDH网络管理系统的智能化管理特点，适应未来光网络的发展，建立一套可管理全网的网络管理系统，从而实施对全网集中的电路调度和网络保护是必不可少的。考虑到实施过程中的难度，可分期分步实施，由局部到全网、由静态到动态、由部分厂家到所有厂家设备、由简单的故障管理到复杂的配置管理，从而建立完善的传输网管系统。



5.1  长途传输网络网管建设目标



网络管理系统是网络运行情况的直接反映，也是网络运营商管理网络的快捷平台。因此，长途传输网应具有一个强大的网管系统来管理整个网络，在故障情况下，实现快速的故障定位和网络通道的恢复；在用户提出电路需求时，可快速提供具有良好服务质量的传输通道；在用户申告时，提供故障历时的管理日志。总之，长途传输网网管系统的好坏在一定程度上反映了传输网络本身的质量，其建设目标直接影响到网管系统建成后的效果。在长途传输网网管建设的规划阶段，必须明确建设目标，具体可明确为以下几个方面。



（1） 实现同一厂家和不同厂家设备间的通道端到端的配置和性能管理，为各种不同用户提供快捷的服务和查询手段。争取实现在网管中心一个操作终端下实现从一地级城市至另一地级城市间通道的快速建立和删除；



（2） 实现网络运行状况和网络资源利用情况的动态管理，并实现网络资源在企业内部的资源共享；



（3） 在网络管理系统的基础上逐步建立网络规划系统，为全网今后的发展提供准确的基础数据；
  
（4） 面向未来的光网络，在现有网管系统的基础上逐步建立适合未来全光网络的子网级传输网管平台。



5.2  WDM/SDH网络管理系统



目前我国长途传输网络为多厂商环境，不可能全网只采用一个厂家的设备，所以网管建设最佳的方案是把全网划分为几个管理层次和区域，每个层次/区域内采用同一厂家设备，使用一个厂家的子网管理系统。厂家子网管理系统可以完成层内/区域内传输网的端到端管理，对于不同层间/区域间通道的调度和管理，需要人工协调。



鉴于SDH与WDM为不同层次网络，因此建议SDH与WDM网元管理系统和网络管理系统分别设置。网元管理系统宜设置在大区中心，各省通过X终端方式实现对本省范围内网元的管理。



不同厂家的子网管理系统采用物理集中的方式，设置在统一的管理中心机房中。从长远考虑，应尽快建立全国网管中心以及完善的数据通信网（DCN），避免网管系统的多次搬移。各厂商子网管理层应可以提供标准接口，并可提供标准的输出数据，满足全网资源管理系统的建立和今后跨厂商子网的连接管理。



5.3  光网络网管系统



从网络应用需求来看，光网络的网管系统只要求管理OXC光恢复网络本身，便可以完成主要的光网络层功能，特别是网络保护恢复功能，暂不要求与目前的WDM 线路系统网管系统进行协调工作。在线路系统发生故障需要保护倒换时，可通过以下2种方式实现网络恢复。



（1） OXC本身根据已有的路由信息实施与相邻节点的连接，进行网络恢复，网元将恢复好的通路信息上报给网管系统；



（2） 在GMPLS不成熟的情况下，也可通过OXC 网管系统根据连至自己端口的信号情况，按照OXC 网管系统已设置好的路径，进行集中的网络保护恢复倒换。



但无论如何，为了实现这一功能，引入OXC或光电光交叉连接设备时，一定要避免出现多厂商情况，最好只引进一家的设备。如果引入两家的话，必须提前考虑两者的协调。



OXC和WDM 系统都是未来光网络的一部分，远期应将两者统一到一个网管平台上，实现波长通道端到端的配置、恢复和性能监视。



5.4  虚拟专用网（VPN）



随着电信市场的放开，租用电路和网络资源的情况越来越普遍。虚拟专用网（VPN）的发展给公共网络经营者提供了巨大的商业机会。VPN网技术采用专用的网络加密和通信协议，可以使企业在公共网络上建立虚拟的加密通道，构筑自己的安全的虚拟专网，以降低网络接入成本，增加灵活性。网络经营者还可以将一些网络资源（某些节点的一些接入点）和许可权力（通道监视或通道指配） 分配给客户，这一部分网络资源构成VPN，每个网络可以将传输网划分为多个VPN，但每一部分网络资源只能属于一个VPN 。



VPN 管理系统建立在网络级管理系统之上，VPN 服务器通过标准接口与NMS通信并可实行指定网络资源的管理功能。



建设VPN网络必须基于一个性能完善的网络管理平台。考虑到SDH、WDM 在网络组织上属于不同的层次，因此，SDH、光网络层将拥有各自的VPN 网络。