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SDH多业务平台引领城域网的发展    


1 传统SDH的缺陷和角色的变化

容量更大和成本更低的WDM系统的出现和发展,使SDH在长途网中的地位正发生历史性的变化。除了在长途网中容量需求不太大的地区继续作为承载技术外,SDH的角色开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的客户层信号特点,SDH必须从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台,称为融合的SDH多业务平台。其次,为了有效地支持动态的IP业务,多业务传送平台需要最终能实现快速自动业务指配功能。这两方面的要求导致必然要开发下一代SDH设备。

开始,SDH多业务平台只是简单地在现有SDH设备上实施数据业务的固定封装和透传,进而能提供更有效的二层交换和本地汇聚功能。然而,传统SDH网的带宽指配是通过集中网管系统来实现的,无法适应大容量IP业务动态和不可预测的特性。其次,在原来的SDH复用结构中,4倍的带宽增量对于数据业务的最优配置显得太大。最后,在典型的城域网中,所有层,包括SDH层、ATM层和IP层都是分离的网络,只能靠人工方式使层间资源得以配置和利用。这些缺陷促使下一代SDH设备除了必须实现已经标准化的VC虚级联功能外,还需要实现一系列新的功能。为此,ITU开发了一系列下一代SDH标准,即集成通用组帧程序(GFP),链路容量调节方案(LCAS)和自动交换光网络(ASON)标准。

2 集成通用组帧程序

CFP是一种可以透明地将各种数据信号封装进现有网络的开放的通用的标准信号适配映射技术。CFP可以在同一传送通路内支持帧映射和透明传输两种传送模式共存。帧映射模式(GFP-F)可以将客户信号帧完全地映射进一个可变长度的GFP帧,支持包颗粒级别的速率适配和复用,以便实现虚容器级别的流量工程和汇聚,最适合于以太网/MAC或I肿PP等没有固定长度的帧映射。这种映射模式是在收到一个完整的数据帧后再处理,因此需要有缓存和MAC(媒体接入控制),目前仅用于以太网,不太适合视频和存储业务传送。

透明传输(GFP-T)模式完全不同,可以用透明映射的方式及时处理而不必等待整个帧的到达。这种映射方式适合处理视频信号这样的实时业务以及光纤通路,ESCON、FICON等具有固定帧长的块状编码信号格式的存储域(SAN)业务。一个通用映射标准GFP可以替代众多不同和专用的映射方法,可以适用于任何客户信号。此外,GFP不限于映射到传统的VC,而且可用于更大容量的带宽管道,从2.5 Gbit/s直至40Gbit/s。

GFP采用类似ATM的自同步定帧技术,简单灵活,开销低,带宽利用率高,标准化程度高,有利于多厂商设备互联互通,可以支持各种网络拓扑,能够对用户数据实施统计复用,可以更有效地防止误码引起的错帧,GFP还有QoS机制,对应的传输层也不限定于SDH,可以是OTN或其他字节同步的物理通道。此外,利用简化任意字节块每次的处理过程,GFP降低了对数据链路映射和去映射过程的处理要求。利用现代光通信的低误码特性,GFP还进一步降低了接收机的复杂性、设备尺寸和成本,使GFP特别适合于高速传输链路应用。最后,利用GFP的线性扩展头中的标记空间可以和MPLS集成为一体,利用MPLS来加强GFP,提供端到端的运维、保护和业务复用能力。

由于GFP帧头有足够的空间来提供端到端OAM&P信息和业务特征,因此有人希望将其开发成为一种类似ATM的独立联网层,弥补客户层信号缺乏电信级端到端OAM&P、保护和业务复用能力的弱点,利用GFP来统一实施这些功能。然而,多数人仍然倾向于坚持网络架构的扁平化原则,不希望出现一个新的联网层,不希望GFP走ATM全能全才的老路,将GFP仅仅作为一种通用的适配映射技术,而将业务功能增强的角色留给MPLS来完成。利用MPLS来同时管理数据流和GFP,完成传输层和数据层的融合。

GFP的演进步骤首先是新一代MSTP的接口映射方案,然后扩展到接入层,进入城域核心交换层,最后进入包交换层。从长远看,它会代替packet over SDH。

3 链路容量调节方案

LCAS定义了一种灵活、动态、无损改变传送网虚级联信号带宽的方法,以便自动适应有效业务带宽,特别是像以太网这样的带宽动态变化的数据业务带宽需求。具体实现方法是定义一个虚级联组(VCG),利用SDH预留的开销字节来传递控制信息,通过网管系统在该VCG内动态实时地调整VC数目,从而快速适应上层业务带宽的需求。另外,当链路出现某些段落失效或进行修复时,通过LCAS协议可以将某些失效资源删除或重新恢复。

相对传统网管指配VC的方式而言,采用LCAS的最大优点在于有效净负荷可以自动映射到可用的VC上,不仅避免了复杂的人工电路交叉连接配置,提高了带宽指配速度,对业务无损伤,而且当系统部分虚容器出现失效故障时,可以利用LCAS标准命令集沿不同通道重构VCG,具有软保护模式或容错机制。这种机制可以帮助启用在传统SDH网中空闲的保护容量,提高带宽资源利用率。进而,还可以有目的地将业务量分解成几部分由不同保护特性的通道发送,各部分业务量具有不同的可用性级别,占用较少的保护资源,从而实现更加经济有效的共享保护机制。简言之,LCAS不需重叠的二层机制来提供带宽控制而直接实施按需指配带宽,为SDH提供了端到端的动态带宽调整机制,以适应业务带宽变化的需要,可以在保证服务质量的前提下明显提高网络利用率。

理论上,LCAS可以和GMPLS结合提供动态运行。但实际上,当前LCAS仍然主要靠标准命令集对虚级联进行修改,尽管简化了网管,但并不提供真正的动态运行。人们担忧LCAS像ATM SVC一样,由于动态运行的复杂性而发展不起来,宁愿将其作为一个长远发展路标,而不是基本要求。

4 自动交换光网络

自动交换光网络(ASON)是一种能够自动完成网络连接的新型网络概念,利用独立的ASON控制面通过各种传送网(包括SDH或OTN)来实施自动连接管理。这种具有独立控制面的光网络俗称为智能光传送网,简称智能光网络。ASON吸取了IP网智能化的经验,沿用在IP网中行之有效的选路和信令协议加以改进,以适应光网络的应用需要,有效解决了IP层与光网络层的融合问题,代表了下一代光网络的发展方向。

在网络中引入ASON的主要好处有:允许将网络资源动态地分配给路由;具有可扩展的信令能力集;快速的业务提供和拓展;降低维护管理运营费用;光层的快速业务恢复能力;减少了用于新技术配置管理的运行支持系统软件的需要,只需维护一个动态数据库;还可以引入新的业务类型,诸如按需带宽业务、波长批发、波长出租、分级的带宽业务、动态波长分配租用业务、带宽交易、动态路由分配、光层虚拟专用网(VPN)等,使传统的传送网向业务网方向演进。

若下一代的SDH多业务平台能将上述VC级联、GFP、LCAS中3种标准功能集成在一起,再配合核心ASON的自动选路和指配功能,则不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力,而且可以将核心智能光网络的智能扩展到网络边缘,增强整个网络的智能范围。

5 SDH多业务平台

从原理上看,SDH是传送层技术,并不清楚所承载的净负荷内容,因此传统SDH技术难以有效处理数据传送要求。然而,面对电信业务的加速数据化和IP化以及多样化的业务环境,SDH正在不断改进,以便有效处理各种重要数据业务。理论上SDH可以根据通道开销字节得知净负荷内容的类型,据此可以开发出将不同数据业务映射进SDH虚容器的新方法,从而产生SDH多业务平台的概念。

SDH多业务平台不仅在端口密度和集成度上有大幅度提高,而且能够在SDH设施上支持多种数据业务的传送和终结,实施数据业务透传或二层交换和本地汇聚功能。其中点到点透传方式直接将数据映射封装到预先分配的SDH虚容器中传送,简单;减少了POS口,成本低;具有较好的用户带宽保证和安全隔离功能,适合有较高QoS要求的数据租线业务和核心层应用。但带宽利用率较低,网络硬件资源消耗较大,缺乏灵活性。而二层交换和汇聚方式用户在端口处以多点到单点汇聚方式进入网络,具有带宽共享、端口汇聚能力,通过虚拟局域网(VLAN)方式还可以实现用户隔离和速率限制,利用SDH环或快速生成树保护实现二层以太网业务保护和环上的带宽共享,节省网络资源和端口。然而,二层交换竞争带宽的特性,使得在网络拥塞特别是以太环网应用中难以确保用户实际带宽,安全性稍差。带有二层交换和汇聚功能的SDH多业务平台可以明显减少节点的业务端口,降低网络成本,减轻三层交换机/路由器负担,组网灵活,适合于汇聚层和接入层应用以及对安全性要求较低的用户及其浏览和视频点播类业务。当然,数据业务还可以进一步利用集成的路由器功能在三层上处理,此时可以享受更加丰富灵活的数据联网功能,关键是路由汇聚,可以减少核心路由器的复杂性,但增加了三层传送的复杂性。因此,支持简化的三层功能的做法也成为一种可选的折衷方式。

SDH多业务平台的出发点是充分利用人们所信赖的SDH技术,特别是其保护恢复能力、确保的延时性能和强大的网管能力,加以改进以适应多业务应用,支持二层乃至三层的数据智能。基本思路是将多种不同业务直接或经过处理后再通过VC级联等方式映射进不同的SDH时隙,而将SDH设备与二层乃至三层分组设备在物理上集成为一个实体,构成业务层和传送层一体化的下一代SDH节点,称为融合的SDH多业务节点,定位于网络边缘。

SDH多业务平台的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传送节点设备,简化了节点结构,降低了设备成本,减少了机架数、机房占地、功耗和架间互连,简化了电路指配,加快了业务提供速度,改进了网络扩展性,节省了运营维护和培训成本,还可以支持各种数据业务,特别是集成了以太网、帧中继、ATM、存储域网(SAN)乃至IP选路功能后,可以通过统计复用和超额订购业务来提高TDM通路的带宽利用率和减少局端设备的端口数,使现有SDH基础设施最佳化。另外,SDH多业务平台可以为任何端口提供一层、二层乃至三层业务的任意结合而不管物理接口类型是什么。随着网络中数据业务流量的增加,SDH多业务平台正从简单的支持数据业务的透传方式
向更加灵活有效支持数据业务的新一代系统演进和发展。最新的发展是支持GFP、LCAS、RPR和ASON标准。

这种方案的主要缺点是基于同步工作,抖动要求严,设备成本较高。其次,这种方案难以灵活地生成业务。再有,采用SDH固定帧长和时隙来支持突发性数据业务的带宽效率较低,目前数据业务功能也还不够灵活丰富。最后,要同时管理多个面向连接和无连接的网比较困难,管理成本仍偏高。从长远看,当数据业务成为网络的绝对主导业务类型后,这种解决方案不是一种最有效的方法。

6 内嵌RPR功能的SDH多业务平台

为了将以太网扩展到电信级的核心网,需要解决以太网固有的一系列问题,IEEE 802.17弹性分组环(RPR)就是解决方案之一。这是一种二层协议,独立于下面的一层技术和上面的三层技术,属于中间层增强技术,采用一种新的MAC层和共享接入方式,将IP包通过新的MAC层送入一层数据帧内或裸光纤上,无需进行包的拆分重组,提高了交换处理能力,改进了性能和灵活性。RPR不是一种独立的结构,它既可以工作在一层的SDH或Gbit/s以太网上,也可以直接工作在裸光纤上作为路由器的线路接口板。早期的独立RPR设备主要架构在以太网上,目前的趋势是架构在SDH上,成为新一代MSTP的内嵌智能层功能,从而可以充分利用两者的优势。若底层采用SDH帧
格式,可以分别将TDM业务和数据业务映射进不同的SDH时隙,对质量要求高的TDM业务继续沿用SDH环保护,而对于质量要求不太高的数据业务可以不参与SDH环保护,提高了带宽利用率。

RPR简化了数据包处理过程,不必像以太网那样让业务流在网络中的每一个节点进行IP包的拆分重组,实施排队、整形和处理,而可以将非落地IP包直接前转,明显提高了交换处理能力,对分组业务最佳。另一方面,RPR又能确保电路交换业务和专线业务的服务质量,可以在二层上实现50 ms的保护倒换时间,因此允许按不同业务为基础运行,无需为保护预留带宽。RPR具有自动拓扑发现能力,采用一种类似OSPF但工作在二层的触发式协议,可以自动识别任何二层拓扑的变化,增强了自愈能力,支持即插即用,避免了人工配置带来的耗时费力易出错的毛病。RPR可以有效支持两纤双向环拓扑,可以在环的两个方向上动态地统计复用各种业务,同时还能按每个用户每种业务为基础保留带宽和服务质量,从而最大限度地利用光纤的带宽,简化网络配置和运行,加快业务部署。RPR还具有较好的带宽公平机制和拥塞控制机制。最后,RPR可以在环上支持大约250个节点,远远超越了各种传统SDH环的节点数限制。

RPR的最大特点是采用了一个内嵌控制层,从而可以提供很多新的功能。RPR方式可以利用几乎100%的网络容量来传递确保质量的实时TDM业务,倒换时间可以控制在50 ms之内,这在分组解决方案中是很特殊的。而以太网交换机平均只有40%的网络容量可以用来传递确保质量的业务。从成本上看,RPR成本介于SDH和Gbit/s太网技术之间,数据接口越多,其成本越接近Gbit/s以太网,反之则趋近SDH。总的看,这类技术最适合数据业务量占主导,而TDM业务量也需要可靠有效支持的应用场合。

鉴于RPR具有很好的汇聚特性和优化的数据接入能力,最适合于城域网的接入层应用,特别是以太网业务带宽需求占绝对优势的场合。然而,RPR需要新增一个MAC层,系统复杂性和成本将增加。其次,由于RPR没有跨环标准,RPR信息无法跨环传递,独立组大网的能力较弱,无法实现复杂的网络拓扑,不能提供端到端业务。然而若利用与MPLS相结合的方法,可以使跨环业务流配置成同一个MPLS标记交换通道,从而实现多个RPR环业务的互通。利用MPLS还能提供基于全网的流量工程、实现空间重用和带宽保证,使得应用范围扩展到网状网等复杂的拓扑,进一步加强了MS97支持数据灵活联网的能力。最后,RPR使用共享接入方法,扩展性受限。

7 发展前景

总的看,新一代SDH多业务平台的出现和发展不仅成功地延长了SDH的技术寿命,而且提供了一个融合的简化的网络边缘,可以更灵活有效地支持分组数据业务,增强业务拓展能力,保护已有投资,降低网络成本和投资风险,有助于实现从电路交换网向分组网过渡和最终向融合网方向发展。可以看到,SDH多业务平台正在引领城域网的发展。特别是近来中国电信集团公司组织的下一代SDH多业务平台的多厂商互联互通测试的成功,标志着下一代SDH多业务平台技术的基本成熟和大规模商用的价值。可以相信,随着网络中IP业务的继续快速增长,我国宽带业务的迅速崛起和第三代移动通信业务的商用在即,构筑动态、灵活、高带宽的城域网将成为网络发展下一步的必然要求,而下一代SDH多业务平台将会发挥无可替代的中心作用,这将是一个重大的市场机遇。

 

 
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