城域传输网技术和组网的新发展

    8/15/2003,随着运营商的竞争重点从骨干网转向城域网，建设高效经济的支持多业务的城域网已经成为各运营商的共同目标。在过去的一年中，各大运营商都开展了城域传输网的建设，一些系统也相继投入商用。而城域网技术也有了新的进展，特别是基于SDH多业务传送节点MSTP有了比较大的改进，一些厂商也推出了新的设备和功能，城域WDM也有了一席之地。
一、MSTP技术的新发展
    基于SDH多业务传输节点MSTP无疑是城域传送网的最主流技术。在过去的一年中，各主要制造商都推出了新的设备版本，基本上满足了对2层交换、ATM处理的要求。其主要的进展集中在以下几个方面：
    （1）映射方式
    对于不同厂商MSTP进行以太网业务互通基本有三种方式：第一种是不同厂家以太网接口直接互联，只需要注意以太网接口的协商方式的一致就可以完成。第二种是以太网业务穿通其他厂家SDH网络的互通，而两端的SDH为同一厂商，对于VC级联的以太网业务要求中间的SDH网络支持VC级联。对于这两种方式，经过测试，不同厂商基本上都可以实现互联互通。第三种是不同厂家以太网映射和封装协议互通。这也是网络中比较急需解决的问题，如果可以在这个层次上互通，则不再要求以GE/FE接口与数据网络相连的两端SDH设备（也就是进行以太网封装和解封装的设备）为同一厂商。可是遗憾的是目前还没有两个厂家能够互通。主要有两个原因：一是以太网映射方式不同，二是同一映射方式的选项不同。
    在2001年版本MSTP行业标准中，对于以太网到SDH VC的封装格式并没有严格限定，而是定义了3种标准封装协议：PPP、LAPS、GFP，各个厂家可以选用不同封装协议，实际系统中厂商多选用一个和两个选项，也有厂家采用EOS或其他私有协议。但是即使采用相同封装协议，仍有一些选项差异，如PPP中的CRC编码等，所以实际系统中无法互通。
    以太网封装格式的互通十分重要，如果不同厂商的封装格式能够互通，则意味着GE或FE以太网业务不仅可以跨越不同厂商的SDH 网络，而且不再需要两端的SDH设备为同一厂家的，不同厂商设备组成的SDH网络对于以太网业务将成为透明通道，为更大范围的组织二层网络提供了基础。
    从目前三种映射方式来看，相对于PPP和LAPS，GFP协议标准化程度更高一些，它是数据业务映射到SDH/OTN的标准方式，有着很大的市场应用前景。GFP目前支持帧映射(Frame-mapped)和透明映射(Transparent)，能够对用户数据信号进行统计复用，可以更有效的防止由于误码引起的错帧，更有利于各厂家的互连互通。因此有必要对GFP映射细节进行规范，以实现不同厂商映射方式的互通，提高城域组网的灵活性。
（2）级联方式
    以太网映射到SDH VC级联颗粒不同，映射颗粒有VC12*n、VC3*n和VC4*n，级联方式有连续级联和虚级联。对于以VC级联方式承载的以太网业务进行跨SDH厂商连接时，要求两个SDH 设备供应商的级联可以互通。
    连续级联的规范比较简单，从实际测试上看，已经有厂商实现连续级联的互联互通。目前的难点在于虚级联互通，虽然ITU在2000年对虚级联进行了标准化，但有些厂商并没有完全按照G.707去做，导致不同厂商虚级联功能无法互通。导致级联设备即使在封装协议如GFP 取得一致，在物理通道上也无法互通。
    另一个问题是由于虚级联功能比较新，目前测试仪表尚不支持对于该功能开销字节的测试，无法判断设备功能的标准化情况。
（3）多方向汇聚能力
    在环网系统中，二层交换的多方向交换能力（多个线路VC端口到支路端口的汇聚比）是关系二层交换组网能力的一个重要指标，端口汇聚比通过以太盘的内部端口数（即内部VC方向数）进行验证，即从多个线路VC端口交换到支路端口的能力。
    端口汇聚能力越强，则系统组网能力越强。特别是在城域网汇聚和接入层面，业务模型基本为汇聚型的，即从各个分离的接入点汇接到交换局或数据节点，汇聚能力高可以扩大环网的覆盖范围。目前商用产品至少支持4:1以上的会聚比。
（4）以太环网
    一些厂商采用二层交换实现以太环网，即物理层成环，MAC层通过生成树协议组成总线形/树形拓扑，这种以太环网可以使各节点共享环路的带宽，提高带宽利用率。但由于MAC层并未成环，环路流量不能双向传送。另外，当环网上的各节点竞争环路带宽时，缺乏有效的环网公平算法，各节点实际得到的带宽很难保证。虽然部分厂家采用了设置端口可保证带宽和峰值带宽等方式，可在一定程度上缓解环网不公平性问题，但不能根本上解决问题。
    目前技术发展的重点是具有RPR环网功能的MSTP。支持RPR功能是指在一个或多个用户侧以太网物理接口与一个或多个独立的系统侧的VC 通道之间实现基于以太网链路层和RPR链路层之间的桥接处理的数据帧交换功能，并且应支持用户侧以太网业务的透明性，保证对所有的二层、三层以上的协议透明。
    RPR MAC帧应采用GFP或者HDLC-like封装方式，并且采用VC通道的连续级联和虚级联来保证RPR MAC帧在传送过程中的完整性；RPR业务的用户侧提供IEEE802.3MAC接口，而环路侧提供IEEE802.17 RPR MAC接口，再映射到SDH VC。
（5）LCAS（自动链路容量调整）功能
    G.7042定义了链路容量调整LCAS 方案。为了满足带宽需求，在虚级联的源和宿适配功能之间提供一种无损伤的增加/减少线路容量的控制机制，它也可将部分失效链路移出。LCAS假设的前提是端到端通道的建立或删除、容量的起始、增加或减少都是网络管理系统的职能。如果网络中一个成员出现失效（级联中的某一个VC/OPUk），系统可以自动减少容量。当网络修复完成后，则自动增加容量。LCAS 的操作是单向的，这意味着为了双向增加或减少VCG的数目，该进程在相反方向也必须进行。两个方向操作相互独立，并不要求同步。
    由于在MSTP大量虚级联技术的应用，LCAS的应用越来越突出，在LCAS 支持的网络中，可以定义一个虚级联组合VCG，在该组合中，可以通过网管系统实时地对系统容量进行配置，增加或减少参与虚级联VC的数目，以改变业务的承载带宽，并且在变化过程中对承载的业务不会造成损伤。相对于传统网络通过网管配置虚级联VC的方式，LCAS优点在于：第一提高了配置速度，不需要在网管系统进行复杂电路交叉配置；第二是增加或减少VC虚级联数目时对业务无损伤；第三是当系统出现故障时，可以动态地调整系统带宽，不需要人工介入。
（6）保护倒换方式和时间
    目前在MSTP组成环网中，由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快得多，系统采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒，原因是内部具有较大缓存。SDH保护倒换动作对MAC层是不可见的。这两个层次的保护可以协调工作，设置一定的“拖延时间”(Hold-off)，一般不会出现多次倒换问题。
二、CWDM技术发展状况
    CWDM（粗波分复用）传输技术出现，使电信运营商找到一种低价格、高性能的传输解决方案，由于CWDM技术的低成本、低功耗、小体积等诸多优点，在城域传输网有了较多的应用。ITU G.694.2（CWDM系统的光谱栅：CWDM系统的波长栅）定义了18个从1270nm～1610nm的CWDM的标称波长，这些波长的间隔为20nm，这种间隔的设计可以允许在使用无致冷光源条件下，几个间隔较大的波长同时传输，无致冷光源的使用也正符合CWDM系统器件体积紧凑、功率低、成本小的要求。可见，CWDM的应用涵盖了单模光纤系统的O、E、S、C、L等五个波段。
    对于CWDM的应用，有几个问题需要讨论。
（1）波长选择与8、16波应用
    实际应用中，CWDM 产品主要有两种形式，8波长系统和16波长系统。8波长系统是目前应用比较多的系统。从理论上讲，ITU给出的18个波长选择中任意选择8个都可以作为工作波长。但是考虑到已经敷设光纤的类型和损耗特性，8波长一般选在（1460－1620）nm，也就是S+C+L波段，避开了光纤水峰E波段和损耗较大的O 波段。
    8波长CWDM系统在近期内将是CWDM应用的重点，因为8波系统的波长区避开了E、O频段，不需要对光纤提出额外要求。另外CWDM主要用于光纤缺乏的接入区域，8波的容量可以满足系统要求。16波长的系统将对光纤的类型提出要求，也就是必须采用损耗平坦的“全波”光纤，而目前此类光纤应用很少，并且16波应用在接入环境内需求性并不强。
（2）光纤的类型
    城域内敷设的大部分都是常规G.652光纤，也就是1385nm为水峰的光纤，这种光纤可以开通CWDM 8波系统，一般应用在（1460－1625）nm。但是却不能开通16波CWDM系统，16波系统则要求工作在（1260－1625）nm，常规G.652光纤在1385nm窗口的损耗在1dB左右，无法正常工作。必须采用损耗平坦的新型G.652“全波“光纤。
    G.655光纤由于截止波长在1400nm左右（例如LEAF光纤），根本无法在1300nm工作，因此G.655光纤只能开通8波CWDM 系统。考虑到成本、开通系统速率、传输距离等各方面因素，一般在城域网内只采用G.652光纤，不选用G.655光纤。特别是采用全频带的全波G.652光纤。
（3）与DWDM的比较
    CWDM系统最大的优点是成本低，其承载客户速率一般在2.5Gbit/s以下、波长数目为8个或16个，传输距离短，一般在城域网接入层应用。而DWDM系统在城域网核心层采用的可能性更大，因为核心层的速率高（一般在10Gbit/s），传输距离远（20～40公里），承载业务量大（波长数量多），而这要求系统有更大的功率预算容限，特别是需要光放大器，而CWDM系统考虑到成本一般没有放大器，并且覆盖CWDM 如此宽频段的光放大器尚没有商用化。
    从保护方式上，城域DWDM系统一般采用光复用段保护环或光通道保护环系统，对所有的业务都进行保护，以提高系统可靠性。而CWDM一般选用最简单的光通道保护，根据各波长承载业务重要性选择是否保护。
三、IP城域网与传输网关系
    目前IP城域网大多直接承载在物理光纤上，即独立组网。采取这种组网方式，主要考虑了两个因素。一个是经济性考虑，采用独立组网方式，可以降低成本，特别是对于GE以上接口，目前传输链路还比较昂贵。另外一个因素是受到传送网承载能力的限制。在IP城域网的核心层和汇聚层，主要是以2.5G POS或GE接口连接，而目前有些传输设备提供这些业务接口还有一定的困难。
    IP城域网独立组网存在一定的问题。一个是缺乏传输网络提供的有效保护和恢复。另一个问题是对光纤资源占用比较严重，特别是在接入层。由于10M/100M以太网链路和155M DSLAM ATM链路直接占用光纤，使接入部分的信号在光缆上消耗很大，利用率低。
    一般认为，在核心层和汇聚层，传输网与IP网宜分别组网，即传输与IP节点设备分离，但IP网的承载可通过光纤直连，也可通过传输网的带宽通道提供。在接入层应向统一组网的方向发展，以传输与IP数据节点设备融合为主，实现多业务的综合接入、传输。有利于节省网络投资，提高网络资源的利用率。
    城域传输网的技术还处于快速发展中，特别是在实际应用中还会出现一些新问题和新方法。但是在相当长的一段时间，基于SDH的多业务传输节点MSTP仍将是主流技术，相信在2003年内各厂商的MSTP新版本设备会投入市场。
    对于运营商来说，实现不同厂商MSTP物理口的互联互通，特别是以太网映射方式、级联方式和LCAS的互联互通性和互操作是当务之急，这将保证不同厂商设备组成的SDH网络对于以太网业务将成为透明通道，为更大范围的组织二层以太网络和降低网络成本提供条件。（通信世界）