城域网传输技术大比拼

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一、城域网概述
　　
　　　　近年来，各大电信运营商都投入了大量的精力来建设各自的长途骨干传输网络。骨干网容量和接入网容量的大幅度提升，使网络的容量瓶颈已经逐渐转移到城域网，特别是数据通信业务以及集成语音、数据和图像的多媒体业务的迅速发展，对网络宽带化要求日趋迫切，最后1km光纤接入问题已日益突出。这就对城域网提出了新的要求：一方面，能够满足日益增长的数据传送需求；另一方面，作为长途骨干网在本地的延伸，城域网必须与长途骨干网络保持协调发展，从而有效地为长途骨干网吸纳业务流量。简而言之，即能够快速将多种最终用户接入长途干线网络。
　　
　　　　在《中国移动城域传送网技术规范》中定义的城域网是指覆盖城市及其郊区范围、为城域多业务提供综合传送平台的网络，主要应用于大中型城市地区，城域网以多业务光传送网络为基础，实现话音、数据、图像、多媒体、IP等接入。它主要完成接入网中的企业和个人用户与在骨干网络上的运营商之间全方位的协议互通。中国移动城域网的定位是以宽带光传输网为开放平台，为城域应用提供多业务传送的综合解决方案。
　　
　　　　从上面可以看出，城域网的关键特征是公用多业务网，由此使得它具有一系列有别于其它网络的特点：
　　
　　　　1.城域网与局域网的主要区别：首先是网络性质的不同，局域网是企事业专用网，而城域网是面向公用网应用和多用户环境的；其次是传输距离的不同，典型局域网的传输距离为数公里，而城域网范围可扩展到50km～150km；最后是业务范围的不同，典型局域网通常主要提供数据业务，而城域网的业务范围不仅有数据，还有语音和图像，是多业务网络。
　　
　　　　2.城域网与广域网或长途骨干传输网的主要区别：首先是容量，广域网或长途骨干传输网要求大容量，而城域网只需中等容量即可；其次是覆盖范围小，典型广域网或长途骨干传输网的传输距离可达数千公里；再有是支撑的客户层信号不同，广域网或长途骨干传输网目前主要支撑SDH，而城域网需要支撑各种客户层信号，而且要能很快地提供客户层信号所需的带宽；最后是允许的成本不同，广域网或长途骨干传输网的高容量可由成千上万的大量用户共享，因而可以允许较高的成本，城域网则不同，特别是城域网的成本关键是节点而非线路，而长途骨干传输网恰好相反。
　　
　　二、城域网解决方案
　　
　　　　目前，城域网解决方案主要有四大类，第一类是以SDH为基础的多业务平台；第二类是基于第二层交换和第三层选路的方案，主要指以太网解决方案；第三类是城域网用WDM方案，即以WDM为基础的多业务平台；第四类是以ATM为基础的多业务平台方案。此外，还可以适当采用光纤直连技术。下面就对上述技术作一简要先容。
　　
　　1.以SDH为基础的多业务传输平台（MSTP）
　　
　　　　以SDH为基础的多业务平台的出发点是充分利用大家所熟悉和信任的SDH技术，其性能监视、保护倒换以及网管能力已经得到认可，对其加以改造即可演变成为多业务传送平台。基本思路是将多种不同业务通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙，而SDH设备与层2和层3乃至层4分组设备在物理上集成为一个实体。值得一提的是，目前不少设备提供商已将SDH系统在一定程度上融合了弹性分组环RPR技术，在系统内部实现话音和数据业务的全面兼容。
　　
　　　　MSTP具有如下特色：A.在保证兼容基于传统SDH网业务的同时，能够提供多种物理接口，减少了现有SDH设备重新升级的成本。B.MSTP系统采用简化了的网络结构，并且接口与协议相分离，实现对多种数据业务的灵活高效的传输。C.保持了SDH的优点并可集传统SDH网ADM/DXC/DWDM功能于一体，能够有效地进行带宽管理，从而降低运营成本。
　　
　　　　总的看，SDH多业务平台最适合作为网络边缘的融合节点支撑混合型业务量特别是以语音业务为主的混合型业务量。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营者，即便对于已敷设了大量SDH网的运营企业，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支撑分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。此外，从业务发展的角度考虑，由于中国社会经济状况的特点，使得在未来相当长的一段时间内，话音业务仍将是运营商的主要利润来源，因此2M电路甚至是N×64k电路型业务接入仍将有广阔的市场需求，要求城域网和接入网设备必须至少能够提供传统2M电路的端口和业务接入能力。因此，在短期内这种解决方案仍将是城域网的主流技术。
　　
　　2.以太网解决方案
　　
　　　　这一方案是基于2层交换和3层选路的。事实上，以太网并不是一种纯粹的新技术，而是一种“老的新技术”，主要用于企事业网络。然而，近来以太网最重要的动向是向城域网乃至广域网的扩展。从技术上看，以太网技术具有简便、快捷、透明、可扩展的优点。从管理上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，因此网络管理可以简化。尤其值得一提的是，由于很多用户已经熟悉了以太网，因此培训工作可以简化，新业务可以拓展得更快。
　　
　　　　对于没有基础设施的新兴运营者可以租用暗光纤从头建设自己的网络，完全旁路现有的SDH和ATM基础设施。对于已经拥有SDH和ATM基础设施的运营者来说，问题就没有那么简单，须仔细研究、分步骤逐渐演进。
　　
　　　　然而，以太网原本具有的一些特点，在其应用从局域网扩展到城域网乃至广域网时也限制了它的发展，需要加以改造。第一，当以太网应用于局域网时QoS不是问题，当应用到局域网或广域网时需要提供随用户而异的QoS，而目前以太网还没有机制能保证端到端性能，无法提供实时业务所需要的QoS和多用户共享节点以及网络所必需的计费统计能力。第二，以太网原来是为局域网企事业用户内部应用设计的，缺乏安全机制保证，即便有需求也是由高层协议来处理，当扩展到MAN和WAN以后，上述利用高层协议的处理方法就无法接受了，需要开发新的安全机制。第三，以太网主要用于小型局域网络环境，网管能力很弱，且目前只有网元级的管理系统。第四，以太网交换机的光口是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，无法提供故障定位和性能监视，保护功能也难以实现。最后，尽管以太网作为局域网应用是一项久经考验的技术，但是用于公用电信网特别是广域网环境仍然是一项未经测试的新技术，其设备是否能提供大型电信级公用网所必需的硬件和App可靠性也需要实践和时间的验证。总的看，只有妥善地解决了上述主要问题后，传统以太网才能顺利地应用于大型公用电信网环境。
　　
　　　　目前国家在大力倡导管理信息化和电子化，因此针对全国范围的大企业和大企业建设VPN网络成为各主要电信企业市场争夺的焦点。端到端的以太网由于其组网相对简单、灵活及与企业局域网的“无缝连接”能力，使其市场需求将在一两年内迅速增长，并成为真正为运营商带来利润的数据业务。在考虑充分利用现有网络和城域网与骨干网对接的技术实现，采用对用户提供端到端以太网端口互联、中间采用SDH透明传输以太网数据包的方式将逐渐成为城域网的业务主要增长点。
　　 3.WDM方案
　　
　　　　随着技术的进展和业务的发展，WDM技术正从长途传输领域向城域网领域扩展，当然，这种扩展不是开门见山的，需要针对城域网的特定环境进行改造，其主要特点和要求可以归结为如下几个方面。
　　
　　　　首先，采用WDM后，容量有了大幅度的增加，至少几十倍，且可以提供某种形式的WDM环保护。其次，应用WDM后容许网络运营者提供透明的以波长为基础的业务。这样用户可以灵活地传送任何协议和格式的信号而不受限于SDH格式。特别是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，需要能灵活快速地支撑各种速率和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从10Mb/s到2.5Gb/s范围的所有信号。而对于应用在城域网核心的系统，则将来有可能还会要求支撑10Gb/s的SDH信号和10Gb/s的以太网信号。和IP over ATM等形式相比，IP over DWDM节省了中间层，设备区域扁平化，易于管理。而且，DWDM采用OADM代替传统的OTM－to－OTM，除了在业务两端外，其余节点不需要O－E－O转换，节省了昂贵的电中继。通过多个OADM级联实现扩容，网络建设初期仅需要少量的光器件，降低了首期投资成本，也降低了投资风险。最后，城域网WDM系统还应具备波长可扩展性，新的波长应能随时加上而不会影响原有工作波长。这样，系统可以通过简单增加波长而迅速提供新的业务，极大地增强了运营者的市场竞争能力。
　　
　　　　城域网WDM系统的主要不足之处在于不能有效灵活地将低速率信号汇聚进较昂贵的波长通路，不能动态地配置波长，实现光层灵活连接，再有是目前其成本仍然较高。由于目前的大带宽接入业务需求并不突出，这种技术在接入层的应用前景并不明确，而将主要应用在城域网骨干层。
　　
　　　　总的看，城域网WDM的演进可以分为下述几个步骤：初始在城域网敷设WDM的主要目的是解决城域网枢纽点光纤耗尽的问题。第二步是逐步敷设OADM形成光自愈环，将大量现有的SDH自愈环汇聚到光自愈环。第三步是引入OXC互连大量的光自愈环形成光网状网结构，从而带来网状网结构的大量好处，还能提供端到端波长业务。当然在合适的阶段需要在OXC的基础上引入自动交换光网络（ASON）进一步实现动态分配部署波长通路以适应IP业务量的需要。
　　
　　 4.以ATM为基础的多业务平台
　　
　　　　以ATM为基础的多业务平台最适用于多业务电信环境以及服务质量要求较高的IP业务，主要应用于网络边缘多业务的汇集和一般IP骨干网。由于其扩展性受限，高业务量下的性能表现不理想，ATMVP环也不支撑网状网结构，因而以ATM为基础的多业务平台不太适合超大型IP骨干网应用。一般说，对于那些已经敷设了核心ATM网而计划扩展到网络边缘的大型电信运营企业，ATM VP环不失为一种可选的解决方案。但是预计近期IP业务量会出现持续大幅度攀升、网络规模需要大幅度扩展的情况，则以ATM为基础的多业务平台不是一种长远解决方案。对于像中国移动等目前还没有ATM骨干网的运营商，如果在引入3G系统的过程中放弃ATM作为中间层的方案，建设基于ATM的多业务平台将是首先被放弃的方案。
　　
　　 5.光纤直连技术
　　
　　　　光纤直连是指以太网交换机、路由器、ATM交换机直接出光口。光口以点对点方式直连，业务接入设备直接互连，此方案简单，但有明显的缺点。首先，由于没有传输层，光纤质量、性能监测、保护等无法实现。其次，光纤浪费严重，每两个业务接入点需要一对光纤，一个业务接点若与其它业务接点有业务互通，光纤呈阶乘增长。此外，业务端口压力大，每一个节点相连，交换机或路由器就需增加一个端口。最后也是最重要的一点，当环网周长较长（如15km以上），采用光纤直连的综合成本接近甚至比WDM方式还高，随着业务的增加，其成本将远远超过WDM。因此，这种方式只适用于节点数小、节点距离近的局域网络。
　　
　　　　总之，目前还没有一种技术可以完全实现多业务和多服务方面的统一，所以中国移动通信企业根据业务发展的实际情况主要采用的是SDH、WDM、MSTP和光纤直连技术。即：为了满足城域数据业务的发展、实现对数据业务的保护，核心层采用WDM技术；为适应数据业务和电路业务共同发展的需求，建设以SDH为基础的多业务传输平台（MSTP）；在局域网较集中的地区也部分采用光纤直连技术。
　　
　　 三、组网结构
　　
　　　　根据移动网络的特点，移动传输网可分为三层结构：核心传输层、汇聚传输层、接入传输层。移动城域传输网宜采用整体规划、分布实施的原则，根据城市或地区的规模及业务发展的情况采取不同的网络结构和网络技术，适当超前发展传输网络。
　　
　　 1.核心传输层
　　
　　　　网络特点：连接城域移动网中的TMSC、GMSC及MSC的中继电路，负责与上层干线的连接，与其它网络互连互通，是城域传输的核心部分。网络结构为光纤环形网或网格网拓扑，对业务的安全性、网络可靠性要求高。网络节点数量少、业务容量大、电路调度频繁。网间业务以155M或2M为规划单位，除传统的PDH和SDH接口外，要求具有VC4－4c、VC4－16c、100M、GE、ATM等数据业务接口。
　　
　　　　解决方案：大城市的骨干层传输设备采用城域波分设备或10G速率的多业务传送平台，中等城市可采用2.5G速率的多业务传输设备。在光层上，采用城域波分技术（Metro DWDM），综合承载不同速率、不同格式的宽/窄业务，提高大颗粒业务的传送效率和网络带宽；在电层上，采用基于SDH、ATM、IP的多业务传送技术，设备系统结构为MADM，方便各种窄带、宽带业务的传输、调度。DWDM可采用光通道或波长共享保护。SDH系统可采用2纤/4纤复用段保护。
　　
　　 2.汇聚传输层
　　
　　　　网络特点：汇聚层由具有重要意义的汇接BSC、BTS节点或其它节点构成，负责一定区域内的业务汇聚和疏导，要求具有强大的业务调度能力和多业务接入能力。由于大城市的骨干节点（如MSC）较少，而业务接入点（如基站）分布面广、数目众多，所有业务接入点（如基站）直接接入骨干节点（如MSC/BSC），会导致接入网跨度大、主干光纤消耗严重等问题，汇聚层的存在避免了这种现象，同时使得网络结构更清晰，易于管理。在中、小城市，业务接入点数量不是很多的情况时，可省略汇聚层或以后建设。汇聚传输层的节点必须具备有良好的可扩展性，适应今后网络结构、网络容量的变化。
　　
　　　　解决方案：汇聚层传输设备主要采用2.5G速率的多业务传输设备，容量较小的网络可采用622M带宽。汇聚点应具有强大的交叉能力和多业务接入能力，组网灵活，升级简便。节点设备应融合SDH、ATM、IP为一体，具备宽带传输能力，并对接入的宽带业务进行统计复用和流量控制，以减轻骨干交换机端口、容量的压力。
　　
　　 3.接入传输层
　　
　　　　网络特点：网络结构以环形为主链形为辅，各根据具体条件采用星形、树形网络，传输手段以光缆为主，无线、铜缆为辅。网络多由移动通信基站BTS、宽带业务接入节点组成，对上就近接入业务汇聚层或核心层。接入层传输网节点数目多，扩容频繁，单个节点的业务量相对较小，对网络的可扩展性和设备性能价格比要求较高。网络往往要求借助基站机房和传输设备，能够快速、灵活接入新用户，进行带宽和业务分配。由于位于网络末端，设备体积要求小、配置灵活，具有多业务传输能力。
　　
　　　　解决方案：为适应宽带业务接入的需求，末端的节点设备应同样具备基于SDH、ATM、IP等技术的多业务传送能力，带宽可由155M升级到622M。能够提供各种宽、窄业务接口如：2M、34/45M、622M、155M ATM、10/100M，并对接入宽带业务进行统计复用和流量控制，以提高接入层网络带宽的利用率。由于末端网络结构易变，发展迅速，要求节点具有强大的组网能力。为保证网络的安全性，根据网络具体特点可灵活采用通道、子网连接、共享光纤虚拟路径等网络保护方式。
　　
　　 4.城域传输网的管理系统
　　
　　　　城域传输网的网络管理系统要求具有成熟的网元与网络管理功能，而且针对城域传输网规模大、业务类型多的特点，对于进行大规模的、快速智能的、端到端电路配置以及可实现多种业务统一配置和管理的要求就更高了。此外，还要求其向上对网络管理系统提供管理接口，以便纳入到传输综合网络管理平台之中，为共同管理大规模网络提供完整业务支撑的解决方案。
　　
　　 四、结束语
　　
　　　　通信技术发展迅速，各设备运营商积极研究如何对各种技术进行优势互补，以满足市场的需求。而各家运营商也针对电信价值链的不同部分，选择适合企业发展的组网技术和组网结构。随着传送网逐渐由基础配套网转变为综合业务提供的核心运营网，作为大型骨干光网络“神经末梢”的城域网也将日臻完善，最终为用户提供全方位的网络服务。