[城域网技术] 城域光网络及其组网技术 [复制链接]

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发表于 2004-11-26 10:18:00 |显示全部楼层

陈云志

　　摘要：本文从光网络的发展引出城域光网络（Metropolitan Optical Networks, MON）的概念，在分析城域光网络的特点以后，总结出构建MON的准则及其组网考虑，最后分析了几冲MON的组网技术，指出以SDH为基础的多业务传送平台(MSTP)是当煎建设MON的首选接技术途径。

　　关键词：光传送网(OTN)，城域光网络(MON)，多业务传送平台(MSTP)，SDH，WDM，RPR，以太网，ASON

一、光网络的发展和城域光网络

　　全面来说，光网络的发展，应包括光网络的建设、光联网设备及其组网技术，以及涵盖上述两方面的光网络的总市场。其中，光网络的建设，除了会受技术手段(设备的组网能力)的影响响外，更会受到信息通信服务行业的市场供求关系与竞争的影响。所以，谈论光网络的发展，可有两个视角：一为光网络的技术，二为光网络的市场。本文拟从技术角度来分析光网络的发展。然而，大家应注意到，市场的要求是技术发展的推动力。

　　近几年全球IT行业的泡沫、光通信业的低潮，加上市场的开放，竞争的加剧，使得市场对光联网技术和设备的发展具有重大的引导作用。造成前两年光网络市场的发展不尽人意，其中有一点较为共同的因素，即城域光网络市场，未能如业界所希翼的那样，紧接着长途(干线)光网络建设高潮之后而兴起。除了“泡沫”(经济大环境)或机构重组外，网络设备本身的发展也有不足之处。首先，城域网的应用环境、业务模式、对设备成本的敏感性等等，都与长途网不一样，城域网不能简里地沿用长途干线的光网络设备。相反，它要求具有更灵活、更经济、更有效的设备。尤其在前几年光纤网络大发展致使全球市场上光纤售缺以后，网内已埋下大量的光纤，未“点亮”的光纤也还有不少。所以，如在性能价格比方面与相应长度的光纤无明显改善，城域光网络设备市场就难于大发展。当然，重要的一点是，大家应看到网络业务不断增长的前景，实际上推动光网络发展的动力一直存在，并按其自身的规律在发挥作用。

　　以波分复用(WDM)为基础的光网络首先在长途骨干网中发展，那是以利用WDM技术的宽带能力提高干线网的传输容量为主要目的。为了适应和促进这种发展，国际电信联盟的电信标准局（ITU-T）提出了光传送网(OTN)的概念并开发了一套有关（OTN）的建议。除了传输容量大以外，OTN的另一个突出的特点就是它可以传送任何数字信号，即与客户信号的特性无关。于是，在前几年开始飞速发展的互联网业务的推动下，光网络在干线网上得到了很大的发展。目前，各大运营商的骨干网带宽已较富裕，各种高速宽带接入业务的蓬勃发展，使得现有的城域网成为带宽瓶颈，因此城域网成了各大运营商的建设重点，其中，城域光网络则成为光网络发展的热点。为此，ITU-T自200l起即开始进行MON的标准化研究。

　　从近几年MON的发展，大家可以明显地看到一个事实：即懂得如何做，不一定最终肯定每个人都能成功。拿美国曾有人大声疾呼的多业务平台产品（MSPP）来说，中国的光网络业界不仅说，而且做得比西方同行讲的还要好(当然，客观上IT泡沫使得以美国为首的西方企业“裁员”不断，没能力开发新的)。中国的同行们根据光网络市场的发展需要于2001年率先制定了相应的标准：比基于SDH的多业务传送节点技术要求，并在网络中引入此类（MSTP)产品。

　　此外，具体对于开发产品和建设城域光网络来说，其成功与否还与对城域光网络的认识和相应技术途径的选择有关。

二、城域光网络的特点

　　根据ITU-T，MON是一种网络子集，常常没有明显的差别或边界，有关它的确切定义尚在研究之中，暂时只能提供对MON的说明，指出通常“城域光网络”意味着什么。

　　城域网早已存在。然而，需将它们与长途网以及企业网和接入网明确区分开来却是最近的事。近来，终端用户对带宽的要求增长。由此导致的网络拥塞和复杂性不断地产生了一种对频带更宽的局间接口技术的强烈需要。按照ITU-T的观点，就光域来说，终端用户业务的集合即组成了MON。图l示明了城域光网络的通用结构(上)及业务的汇聚情况(下)。

　　城域光网络使用基于光的技术，从理论上可认为它与长途光网络（LHON）一样，都使用同样的光纤传输技术。然而，实际并非如此简单。因为有多种市场驱动因素存在，它们会促使在网络的不同部分采用不同的技术。所以，从制定标准来说，ITU-T希翼将城域光网络定义得与特定的技术无关。

　　MON和LHNO两者之间有许多相似之处(见表1)。

　　然而，根据图1所示的业务从企业(住宅)网到城域网到长途网的汇聚，大家还可以看出MON与LHON的若干较明显的差别：

　　1）MON本质上是设计用于短到中等距离的城域范围。典型地，它仅限于单跳（hop）光通道，且常常小于2OOkm。于是，信号再生、传统的放大和大量的或严格的误码纠正等功能的重要性比在LHON中要低得多。

　　2）对MON的驱动要求是最大程度的“低价连接”(对于LHON、则是“疏导”以提高性能)。因此，其一个结果就是注重于：

　　◆使局域网可以由业务提供商有效地管理(适配以太网技术)；

　　◆补偿放大“插入损耗”，以从所有连接点恢复业务信号；

　　◆环形建设，以充分利用网中现存的光纤线路。

　　3）服务速率，快速提供服务的需要导致电路周转的速率在MON中通常会比LHON的高。这一特点加上众多的原始业务信号类型，则成为需要灵活汇聚的关键驱动力。

　　4)MON内存在各种服务要求，例如，按需带宽服务(BoD)，以及各种服务等级(C0S)。这些又会导致需对网路拓扑图际踝龈嗟目悸牵贚HON中则不必。

　　由于用户的要求是设计网络的重要依据，为此大家按照用户的要求，列出城域光网络的一些特点：

　　◆要求多样化——多样化的市场导致业务模型变化范围极宽

　　◆低价

　　◆企业LAN与运营商的LH网的交汇

　　因此，城域网要兼具LH网的可*性和生存性以及LAN的灵活性

　　◆当前网与未来网络交接

　　未来网络有：ASON/ION、IP/Optical、OE(光以太网)

　　当前的网络：SDH/SONET、PDH（T1/3/，E3/E4）、ATM、IP——后者向前者的发展将源自城域网

　　◆伸缩性和灵活性——用于保证按需投资和网络可持续发展性，以及易于上/下业务

　　◆互操作性——可与现有网络互通

三、构建MON的准则

　　考虑构建MON的准则，首先要了解使用MON的运营商关心些什么。总的来说，运营商会关心如下三方面的事：

　　◆提高服务的赢利性；

　　◆不断引入增收的新服务（新的竞争力）；

　　◆按业务增长的需要，以最少的投资建设网络（高效投资）。

　　据上可以归纳出一些构建MON的准则：

　　●应能与现有的基础设施结合——充分利用原有的网络资源(投资少，启动快)；

　　●提供更大的网络容量、灵活性和增强服务的能力(单一平台、按用户需要可快速引入服务)

　　●网络可随着业务的需要而不断增长——可升级性，资源利用率高；

　　●使运营商从新功能中得益——不断增强竞争优势。

　　按照上述准则，在具体实施过程中还可细化成一些组网考虑和相应设备的设计要点。

　　组网考虑：城域网可以进一步分成如图2所示的三个层次。根据各层在网中的地位和作用，对它们的要求各有侧重，如图2右侧所示。因此，反映在相应的网络设备上它们的设计要点也会有所不同。例如：

　　核心层

　　◆多方向大容量，超强多环支恃能力，灵活多样的接口

　　◆ lOG组网能力(以后40G)和DWDM或CWDM传输。

　　汇聚层

　　◆网络结构多采用环形结构，无阻塞交*连接

　　◆在支撑TDM业务的同时优化对数据业务的传送，提高带宽利用率

　　◆利用L2交换和汇聚功能，节省汇聚节点的业务端□，降低网络成本

　　接入层

　　◆业务接口丰富，低成本地接入商业、企业、以及小区客户

　　◆结构紧凑，配置灵活

四、城域光网络的组网技术

　　为便于讨论组网技术，大家先根据上述MON的特点和建网准则归纳出MON应具备的技术性能。因为运营商需要构建面向多种业务、更经济、灵活，功能更强大而高效的网络，MON必须：

　　◆满足多种业务的接口技术性能：

　　——TDM　2M/1.5M→155M/622M/2.5G→10G，

　　——以太网l0/100M和CE/10GE接口，

　　——ATM和图像等，

　　◆可与现有SDH网络兼容——传统SDH+Vcat、GFP、LACS等新的SDH功能，

　　◆高效利用带宽(按需提供、数据与TDM业务共享)，

　　◆ 支撑多种QoS，CoS(保护模式、VPN等)。

　　从上述技术性能来看，适用于MON的可有多种技术组合。可是，目前ITU-T最重视的技术有：SDH、DWDM/CWDM以及弹性分组环(RPR)、光以太网(OE)、GPON和EPON。其中，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)，都是从他们擅长的一边兼顾另一边(数据或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(参见图3)。ITU-T尤其注意到：SDH/SONET以及WDM现载送着绝大多数的TDM帧结构的净负荷，所以认为它们目前是MON中采用的主导技术。现在，业界已有共识：基于SDH的MSTP是发展城域光网络的首选方案。

　　l、SDH/MSTP

　　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*性。除此而外，新一代基于SDH的多业务传送平台（MSTP）还会具有：

　　◆先进的SDH功能(虚级联、GFP、LCAS等)，

　　◆增强的数据处理和传送功能。例如，带宽共享的以太环网，GFP/LAPS映射，二层处和汇聚，内嵌的RPR适配，通过VP-环或直接映射传送ATM业务，

　　◆支撑波分复用（CWDM/DWDM）功能，

　　◆灵活的带宽分配和管理(基以TDM、ATM、IP或波长λ颗粒)，

　　◆可向自动交换光网络/智能光网络（ASON/ION）演进(参见图4)。

　　2、WDM

　　2001年前，城域DWDM曾是电信界最热的领域之一，因为随着对城域网容量需求的不断增长，将干线网的DWDM系统向城域网延伸是很自然的。

　　为使DWDM技术能广泛地应用于网络之中，近年来业界一直致力于如何降低其成本。例如，针对城域网设计DWDM平台，降低对昂贵光器件的要求（OA、收发器、无制冷激光器，等等），以降低设备成本。网络的自动配置及对光层的管理两者都可以减少路由的人工倒换，并更有效地利用带宽，从而可减少运维成本。

　　WDM系统应用于城域网中唯一的现实问题是：其成本何时可降到足以适于用在较短的线路上，以及它的市场究竟会多大。为适合城域及接入网的应用，ITU-T及时制定了CWDM的建议标准G.694.2。2003年ITU-T还会发表有关CWDM应用的建议，这将有利于CWDM的推广应用。

　　CWDM/DWDM与MSTP的结合可在分组、时隙和波长三个层次对业务提供汇聚/交换功能(见图3)。

　　3、以太网传送

　　IEEE802.3定义的光以太网（OE）是企业网的一种重要技术，许多人预测OE将促使城域间发展更加宽的光网络。由于以太网技术在局域网和城域网中的普遍应用，以太它具有的经济性等特点，ITU-T一直注重保证对以太网的物理接口（至少是数据速率）的兼容以及以太帧的可传送性。于是，经由光传送网传输以太网信号信号(EoT)的技术正在受到越来越多的重视，ITU-T将为此制定一系列的建议。然而，正如前面所述，ITU-T更注意到目前绝大多数的业务是TDM的，而且主要是经由SDH/SONET技术传送。

　　而且，以太网业务的发展还有一些关键需解决。例如，如何使以太网真正是“运营级”——伸缩性、安全性、互通性和可管理性?以太网的经济性——运营商如何从以太网赢利?解决服务质量QoS的办法?此外，还有一些评论：“以太网仅是新一代MSTP/SDH/SONET传送层的一个很好的接口”，：“功能强大的MSTP/MSPP可以实现以太网的业务和功能”，“从长远来看，城域以太网接入的前景是强劲的。但是，在多数国家，城域以太互联将不会是一种主要的宽带接入技术”。

　　4、自动交换光网络（ASON）

　　除前述几种技术外，笔者认为自动交换光网络(ASON)将把城域光网络的发展推向新的高潮。上世纪九十年代末，人们看到在光网络中引入智能(或说使光层自动化)的必要性、可能性及其诱人的好处，于是出现了ASON和智能光网络(ION)的概念，而且一经提出，即受到业界的重视。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。为使具带宽潜力的静态光网络引入智能，其意义非常重大，“是光联网技术的一个新飞跃”。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的技术经济有效、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。目前，国内一些运营商正在分析估计ASON/ION的技术经济优势。预计，城域的核心部分会是发展ASON/ION的起点，因为这便于摸索和积累经验。

　　鉴于降低组网成本和增加灵活性是建设城域网的要点，上述几种技术中，由于MSTP的技术经济性能，它已成为当前发展的热点，预计从现在开始数年内它将会是运营商发展城域光网络的主要方向。而且，设计，优良的MSTP还能顺利地向ASON/ION演进(见图4)。

五、结语

　　用户业务的集合与增长促进起源于长途网的光网络向城域网推进，从而从概念上和实践上形成了MON。城域光网络已成为光网络发展的热点。适于构建MON的基本技术有SDH、WDM、以太网、RPR等。然而，基于SDH的MSTP，为当前MON建设的首选技术途径。设计优秀的MSTP系统，可以平滑地向自动交换光网络(ASON)升级。

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