城域光网络组网技术的发展及展望

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编辑：胡继超　辜光辉 发文时间：2004.11.15

1、城域网络的定义

    城域网MAN（Metropolitan Area Network）是适用于一个城市的信息通信基础设施，是国家信息高速公路NNI（National Information Infrastructure）与城市广大用户之间的中间环节。建造城域网的目的是，提供通用和公共的网络构架，藉以高速有效地传输数据、声音、图像和视频等信息，满足用户日新月异的互连网应用需求。

    城域光网一般适用于距离为 30－50KM 的范围，建立在光缆通信设施之上。对于完整的城域网建设应有以下几个层面的建设：“基础设施Infrastructure”、“应用系统Application ”和“信息Information”。


   
图1 城域网框架



    城域网的基础设施由基于IP主干网和IP接入网组成，提供一条覆盖整个城市范围的城市信息高速公路。企业的局域网和个人的PC机都能接入城域网，获得各种信息服务。大家这里讨论基础设施这部分的发展状况。

     2、 城域光网络的组网技术

    采用城域光网络分担业务层的压力主要有如下好处：可以节省光纤资源，因为纯粹数据设备的光纤直连组网方式浪费光纤资源，并且每增加1个数据节点，其他节点的配置均要改动；另一方面，除能提供业务信号的透明传送功能外，城域光网络设备还可以提供动态带宽分配能力，即在设备内部直接对数据业务进行汇聚、梳理以及整合。

    目前光网络中使用的组网技术有：SDH、DWDM/CWDM 以及弹性分组环（RPR），光以太网(OE), GPON和EPON。

    为了满足运营商构建面向多种业务、更经济、灵活, 功能更强大而高效的网络， 城域光网络应该具有：多种业务的接口技术，可与现有网络兼容，高效利用带宽 (按需提供、数据与TDM业务共享)，支撑 QoS等。

    SDH最适于TDM业务，以太网则对数据业务最佳。以SDH为基础的MSTP及以分组技术为基础的RPR或基于RPR的多业务传送平台(国内正在标准化),他们的特点就是能兼顾数据和TDM业务。DWDM及CWDM本身对信号规式都是透明的，它们可以与上述任何技术结合，以满足传输容量的要求或增加组网灵活性。

    2. 1 SDH/MSTP技术

    SDH采用了标准化的信息等级结构，并兼容了T1和E1两大数字体系，使他们在STM-1等级上获得统一，它具有网络自愈功能和强大的网管功能，使业务通道可靠性提高，网络管理维护变得非常简单、便携。因此城域传输网中常采用这种技术。对于SDH而言，它是面向语音传输的，具有可靠的延时和抖动保障，时钟同步，并可提供50ms的环保护功能。SDH设备的接口速率从E1到STM－64，或者更高。SDH向用户提供专用带宽，是一种时分复用技术，属于OSI L1范畴。

    SDH/MSTP 在此是指以SDH为基础的多业务传送平台(MSTP)。 MSTP其最大的特点是可以利用传统的网络体系支撑多种业务（物理接口和协议），可以简化网络结构。 MSTP在基于TDM传送的SDH功能之上，增加两大关键功能：EoS (Ethernet over SDH)和AoS (ATM over SDH)，实现同一平台的技术融合, 使单一设备能适应多种业务的需要。 在MSTP这样的平台中，TDM业务、ATM业务、IP业务都可高效接入和高效传输, 它既能满足日益增长的数据业务（IP、ATM ...）的需求，又能兼容目前大量应用的TDM业务。而且由于SDH/DWDM成熟的组网和保护技术，可提供很高的可靠性。

    SDH仍然存在些问题，对于固定速率的业务(如传统话音业务)，SDH很容易将其适配到固定容量通道中，但对于可变速率VBR业务和任意速率业务，SDH则显得不够灵活，特别是传送效率不高；在保护技术的应用中，又浪费了一半的带宽。　

    2．2 RPR/MSTP技术

    随着各种业务的涌现商业用户的需求对城域网网络技术提出了新的要求：

    ＊ 网络体系结构的对IP优化

    ＊ 对语音传送的支撑

    ＊ 具有足够的承载能力和扩展能力

    ＊ 对IP分组转发的优化

    ＊ 提供不同等级的QoS服务

    ＊ 具有可靠的稳定性和自愈能力

    ＊ 带宽的优化

    ＊ 具有严格的拥塞控制和服务保障机制

    基于RPR的MSTP正迎合了这种要求它所提供的业务有：

    ＊ 提供INTERNET接入服务

    ＊ 提供IP语音业务

    ＊ 提供视频业务

    ＊ 提供以太网专线业务

    ＊ 提供传统TDM业务

    基于RPR技术的MSTP解决方案的特点在于：

    * 提供一个同步的、分组化的网络。网络上传输帧长固定的TDM业务RPR帧和帧长可变的分组业务RPR帧，可同时提供TDM专线和MPLS数据专线。

    * 支撑统计复用技术和空间复用技术，环路业务容纳能力为环路带宽的3～4倍

    * 所有业务流通过MPLS标签加以标识，进行服务质量等级分类。基于RPR的MSTP网络采用严格优先级的方式进行业务交换。

    * 网络可提供满足电信级标准的PDH、SDH业务通路，并可根据需求支撑PAL、NTSC或MPEG-2制式的图像广播业务。

    下图为一套系统支撑RPR+CWDM+MPLS


  
注： 3M 和3C系列为木青科技的RPR设备。



    总而言之，MSTP的解决方案正经历从以SDH为基础向以RPR技术为基础过渡，与第三代基于SDH的MSTP相比具有易于组网，建设和维护成本低的优势，更加适用于各种现行和未来业务网络的需求。

    2.4　RPR组网方案

    虽然MSTP已经提出了很久了，但由于其价格比较贵，不容易配置，只注重多业务的接收，而没有很好的实现数据有效的传输，所以在城域光网络建设上没得到很好的发展。

    RPR技术是一种全新的、能够在光纤上直接承载多种业务的技术。RPR技术从它的出现到现在已经好几年了，在许多企业和研究机构的努力下，RPR标准逐步得到了完善。从目前看是一种较优异的宽带城域技术。它解决了以太网技术和SDH技术不能解决的一些问题而得到用户们的青睐。

    RPR方案与MSTP方案比较

    实现IP/以太网分组直接封装成RPR帧格式，节约EOS PPP/MP-PPP和虚级联映射成本

    提高环路带宽利用率

    可灵活设置每个业务的承诺带宽和突发带宽，保证每个业务有能力突发到端口物理速率

    RPR方案与以太网/IP通过光纤组网方案比较

    具有50ms环保护功能，保证网络的稳定性

    具有承载TDM业务的功能，实现多业务交换

    可提供面向连接的以太网数据专线服务，保证业务端到端的服务质量

    RPR技术特点和优势 – 兼容性好，保护现有网络投资

    对于物理层传输介质不敏感，既可采用以太网，也可采用SDH，使现有SDH设备可以马上升级为同时提供IP和TDM等实时业务的综合业务平台。

    RPR技术特点和优势 – 性价比高

    采用类似以太网的帧格式，造价低廉；性能等同或优于ATM技术，成本为ATM设备的十分之一左右。

    图为RPR传输的分层结构。



   
各组网方案的成本比较



    从上表可见，采用RPR来组网，其组网成本又绝对的优势 ，如今部分校园网、交通系统和电力网都采用了RPR技术来组网，所以用RPR技术来组建城域光网络会是大多数商家的选择。

    在接入层多种业务组网示例


     3、城域光交换网络的展望

    业界普遍认为城域光交换网络的未来将是自动交换光网络（ASON），它将把城域光网络的发展推向新的高潮。在大多数人的眼中，ASON还仅仅是个概念。2001年相继制定了UNI和G..8080标准。ION/ASON是从光传送网(OTN)的智能化和自动化发展而来, 在此之前的OTN都是静态的网。ASON/ION将IP的灵活和效率、SDH/SONET的保护能力、DWDM的容量，有机地结合在一起，形成以App为核心的，能感知网络和用户服务要求、并能按需直接从光层上动态地提供服务的新一代光网络, 它与现有的网络可无缝地结合，并不断发展。所以, 普遍认为ASON/ION是一种经济有效，足以增强运营商创收和竞争能力的新技术,它们将会在长途骨干网和城域光网络中得到发展。

     4、结束语

    城域光网络现在已经发展成为了一个多业务传输的承载平台，它在用户对带宽、兼容性、灵活性、保护能力等的要求下，正在迅速的发展。它正逐步迈向智能化，并将不再是网间通信的瓶颈。

    参考文献：

    <1> 陈志云， 光网络的发展及组网技术，2004-5

    <2> 刘琦, 城域光网络技术概述, 2002-6

    <3> 吴谦, 未来光网络核心技术，2003-4

    编辑概况：

    辜光辉，女，重庆邮电学院通信与信息系统专业研究生，2002年毕业于兰州交通大学通信与信息工程专业。现从事电信增值业务及嵌入式系统在光网络上的应用研究。

    胡继超，男，华中理工大学毕业，学士学位。现任深圳市木青科技实业有限企业研发部总经理，主持过多项重大项目开发工作，在国内学术刊物上发表多篇论文，并拥有多项光通讯领域技术专利。