下一代SDH 技术

zjol

中国网络通信有限企业  沈宇超

    目前在城域网内，呈现了流量和业务快速增长且很难预测的现象，这给规划和建设网络造成了很大的困难。因此最好的解决方法就是使网络具有支撑多业务、多协议和智能化的特点，能从现在的传统网络结构向语音和数据网络融合的方向发展。针对这种情况产生了两种综合传送平台方案，一种是以数据为中心从以太网升级的方案，它具有低成本、应用广泛和容易使用的优势，但是它也存在明显的缺陷，即有限的QoS保证。因此，IEEE802.17定义了RPR（弹性分组环）标准，旨在在提供综合业务传送平台的同时也提高包交换网络的可靠性，利用环网的概念来提供保护，可以达到SDH的50ms保护的水平。该标准将在2003年初完成，但是可能会和现在的草案大不相同，因为成员意见的分歧很大。另一种方案就是以传统SDH技术为中心升级到下一代SDH。传统的SDH传输网络可以达到很高的可靠性以及提供很强的性能监视特性，因此最符合运营商的运营要求和习惯。从SDH发展到下一代SDH网络自然就继承了原有的功能，这是最受运营商欢迎的一点。
    1．下一代SDH的特点
    下一代SDH的定义还在发展中，各个设备商都推出了不尽相同的产品。尤其曾经被认为是下一代SDH基本功能的MSPP（多业务提供平台）现在却转到主要由DWDM系统来实现。因此要想确定下一代SDH的内涵，首先应关注下一代SDH的技术基础是什么。看来仍然需要从传统的SDH的技术特点来明确这个问题，传统的SDH具有四个方面的特点：（1）产生同步成帧的数据流，可以由上层通信协议来说明；（2）电路时隙复用和交换的方式实现业务的传送；（3）通信过程需要建立端到端的网络通路；（4）提供必须的运行维护功能，自动检测和保护交换的方式实现业务和网络恢复的功能。而这些也是下一代SDH必须支撑的。但是严格的电路交换和时隙复用的方式在传输数据流量的时候缺乏效率，尤其千兆以太网成为主流技术以后更是如此。而以太网又是以如此惊人的速度成为城域网的主流技术。数据业务带宽的增长是持续的不是跃进的，因此要求网络能为用户提供更细的带宽颗粒。另外能够提供业务保证和更有效的数据流量管理。这些都是下一代SDH需要解决的问题，也是它需要形成的优势。
    与传统的SDH技术相比，下一代SDH速率更高，集成度更高，设备体积更小，端口密度更高，同时提供更高的接入容量和业务调度容量。例如STM-64（10G）接口早期由多块电路板组合实现，现在则单端口就可实现；芯片技术的发展提高了芯片密度，因此低功耗低成本低体积的产品问世减少了运营的成本。实现现有网络的演进也是下一代SDH网络的关键属性。支撑现有的协议和业务，保持后向兼容的特性。与现有的网络可以很好的接口。下一代SDH还将集成多ADM，甚至可以支撑DXC的功能，作为业务疏导中心。
    2．相关技术规范
    下一代SDH设备已经面临10Gbit/s的SDH与10G以太网的融合的挑战。在新的IEEE802.3ae 10G以太网的标准中，以太网的广域接口和SDH的10G接口终于达到了统一的速率。为了能够充分利用SDH的网络，10G以太网的WAN PHY接口利用了与SDH的STM64兼容的格式，10G以太网将和SDH共同构成未来的城域网核心。10G以太网的标准预计在2003年初完成。
    X.86是在SDH上以类HDLC的帧格式LAPS来封装并传送Ethernet的技术规范，是ITU-T在2001年2月通过的。传统的在SDH上传输数据包的方法是采用Packet-Over-SDH协议（POS），POS是个成熟的、广泛适应的协议，但是在下一代SDH出现后，POS就被取代了。POS仅是将数据包或帧以PPP、Frame Relay或HDLC封装，再映射到SDH中。它不能区别不同的数据包流，因此也不能对每个流的流量工程、保护和带宽进行管理。不能提供许多用户需要的1Mbit/s的以太网带宽颗粒。POS实际上依靠高层的路由器等设备来进行流量工程和业务生成的功能。因此在SDH上采用新的封装格式来传送数据包是下一代SDH的发展重点。X.86是其中之一，它支撑在广域网上简单地传送以太网的功能，允许以太网交换机和集线器在点对点通信时能够直接和SDH接口，保证低时延抖动，远距离性能监测，远程错误指示和对于突发流量的主动的流控制。运营商可以使用它来实现以太网端到端的专线业务的流量隔离，保证安全和业务速率。但是X.86没有获得广泛的应用，只是在最开始有一些用户使用，而后很快被GFP所替代。
    最近ITU-T将GFP（Generic Framing Procedure，通用成帧处理）定义为G.7041，GFP具有数据头的纠错和将通道标识符用于端口复用（可以用于将多个物理端口复用成一个网络通道）的功能。最重要的一点是GFP可以支撑成帧映射和透明传送两种工作模式，这样可以支撑更多的应用。成帧映射的工作方式是将已经成帧的客户端数据信号的帧封装进GFP帧当中。在子速率级别上支撑速率调整和复用。透明模式则完全不同，因为它接受原数字信号并不改变它，仅是在SDH的帧内用低开销和低时延的数字封装的方式来实现。从原理上讲，GFP可以封装任何协议，可以保证简单的协议在光层上的融合，还可以保证灵活性和更细的带宽颗粒。
    3．下一代SDH的关键技术
    虚级联VC（Virtual Concatenation）以及LCAS（Link Capacity Adjustment Scheme，链路容量调整机制，ITU-T G.7042在2001年11月通过）在下一代SDH中是关键技术，尤其在支撑GFP时。由于目前SDH支撑的最小复用粒度为STM1，所以在155M信道上承载100M的快速以太网业务时利用率就只有67%。这个问题的根源在于原来SDH建设主要是为语音业务，而语音业务在网内传输是不需要细粒度的疏导功能，从而导致今天SDH网在业务环境发生重大变化时，在分配带宽上会遇到很多麻烦。VC与LCAS在传送网中提供了一种更加灵活的通道容量组织方式以更好地满足数据业务的传输特点，可以将任意带宽的以太网的数据流映射到任意数量VC12或者VC3通道中，最大限度地减少带宽的浪费。VC和LCAS一起创造了可微调的SDH容量来适应数据业务的QoS和SLA的需求，很重要的是可以穿过原有的SDH网络。SDH网络在LACS技术的支撑下可以动态地改变传输的带宽（增加或减少虚级联组中的通道），而不中断业务。VC还允许新的更有效的共享保护机制，流量可以被分成不同部分然后通过不同路径发送。网络正常工作情况下，不需要配置额外的保护通道，当其中一条路由出现故障时，LCAS可以把出现故障的VC-4通道从虚级联组中自动删除，此时虚级联组的带宽将会减少，但可以确保在链路故障时业务不会中断。这种技术实现起来非常复杂，VC将不同的VC/STM连接起来运送负荷，而虚级联组中不同的VC/STM将走不同的路径，在接收端会产生不同的时延，必须有能够纠正此偏差的功能。另外LCAS是双向的信令协议，保证网管系统改变管道带宽的命令不会影响用户流量。SONET的最小粒度是STS1，也就是51.8Mbit/s，而SDH的最小粒度是STS1的3倍，即155Mbit/s。VC3与STS1速率级别相同，但却是隐藏的。这样，SDH疏导的效率自然就不如SONET了。关于理想的粒度，业内的看法不一，有的认为是STS1，甚至是E1，也有的认为应该是STM-16。其实，具体到应用哪种粒度取决于运营商，但下一代SDH传输设备必须能够支撑。目前，支撑细颗粒疏导的主设备芯片仍是处于STS1这个层次上，相信芯片商还会提供更细粒度的解决方案。疏导技术的另一个优点是减少了ADM的级数，将过去用硬件实现的功能改由管理App和ASIC芯片来实现，从而减少设备和场地等运营成本，也更加具有可管理性。
    GMPLS不是一个SDH的技术，但是在下一代SDH网络中确起了很重要的作用，因为它提供了自动端到端的带宽配置的通用机制，可以跨过TDM、数据和波长的业务和网络，可以降低业务的成本。GMPLS的标准尚未形成。传统SDH管理是基于单个网元，业务配置、性能告警等管理功能操作对象为单个网元。下一代SDH管理是面向整个网络，业务配置、性能告警监控直接基于向用户提供的网络业务。下一代SDH配置业务是只要指定网络业务的源和宿以及相应的要求，网络业务就能快速自动生成，避免传统SDH逐个网元进行设置和操作的烦琐，从而能够快速提供业务，并提供基于端到端业务的性能、告警监控及故障辅助定位。下一代SDH还能支撑用户等级定义、带宽租用和计费等功能。越来越强的智能化特性成为下一代SDH的显著特征。下一代SDH还将适应业务的新需求进一步向前发展，在宽带城域网建设中发挥重要作用。
    以上是对下一代SDH技术特点的描述，现在很多厂家都在开发下一代SDH或者类似的产品，虽然还有很多差异，并不统一。总体来说，许多产品在功能上都是高度集成的，结合了ADM、DXC和数据交换等功能。另外都使用了级联的技术，也许是连续级联或者是虚级联，而有的采用了专有的映射复用的机制。在新的封装机制中，GFP得到了广泛地接受，X.86则应用有限，也有厂家未使用标准的封装机制。在业务接口方面，支撑多数常见的SDH接口，千兆以太网接口。有些厂家还提供Fibre Channel和其它协议接口。
    4．下一代SDH的发展前景
    传统的SDH显示了相当顽强的生命力。下一代SDH延长了SDH的生命，将在业务汇聚层起到协议透明传送和细颗粒交换和带宽管理的作用。下一代SDH将会成为城域网的解决方案之一。对于运营商来说，需要考虑很多因素，如网络现状，市场目标，财务状况等等。传统运营商拥有大量的SDH网络，下一代SDH显然可以很好地帮助他们继续发挥现有网络的功能，同时克服传统SDH的昂贵、复杂等缺点，在现有的TDM网络上有效地支撑以太网业务，提供快速、合理的解决方案。在旧的机框内插入一块百兆以太网卡后，就可以在现有的SDH网上提供以太网，下一代SDH的升级显得如此简便。另外还可以配置和控制带宽，例如动态地从包交换和TDM业务中直接分配SDH带宽。提供逐渐增长的数据带宽。将多协议的数据流量进行标记、复用、交换和整形，减少所需的端口数。对于新兴运营商来说，如果放弃建立SDH网络，将面临尴尬的局面，因为显然只有在电路交换网络上才存在明确的赢利的业务。而如果建立SDH网络，显然选择具有多业务提供平台的下一代SDH网络将是明智的。因为同时支撑包交换、和传统的电路交换可以使他们兼顾赢利和满足业务需求的目标。这样既可以使他们的网络符合业务融合的潮流，也可以降低初期的大规模投入，充分利用资源。对于运营商来说，竞争的压力要求更大的运营利润，降低运营成本。毫无疑问，他们必须采取谨慎的方法来升级业务，采用灵活的结构希翼可以马上产生利润。