光传输网的演进以及在3G网中的解决方案

作 者：张博
11/4/2008,3G网络是一个以数据业务为中心，可以支持语音、数据和多媒体业务融合的全新网络，而光传输网是3G传输网络的基础。因此，光传输网如何为3G网络提供一个理想的传送通道，已经成为 了当前需要重点考虑的问题。

    1 光传输网的发展与演进
    1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，奠定了现代光通信的基础。经过40几年的发展，光通信继准同步数字体系(PDH)、同步数字体系(SDH)等数字传输体系后，近年来陆续出现了多业务传输平台(MSTP)和自动交换光网络(ASON)等新技术[1]。从总体来看，光网络技术的发展趋势，体现在3个方面：在形态上，走向传输与交换的融合；在硬技术上，走向全光网；在软技术上，走向智能网。

    1.1 SDH网络
    SDH是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能。
    SDH以虚级连(VC)调度为基础，非常完美地解决了时分复用(TDM)业务的承载问题。但由电信业务承载IP化导致的传输网络IP化的趋势越来越明显，传统SDH传输网由于调度颗粒小、传送容量有限，在扩展性和效率方面都表现出了明显不足。

    1.2MSTP网络
    MSTP是由SDH技术发展起来的，把以太网、异步传输模式(ATM)、基于同步数字体系的包交换(POS)等多种技术进行有机融合，将多种业务进行汇聚并进行有效适配，实现多业务的综合接入和传送，实现SDH从纯传送网转变为传送网和业务网一体化的多业务平台[2]。
    MSTP的基本特征是通过对以太数据帧和ATM信元的封装，实现基于SDH的多业务综合传送。MSTP的技术定位在融合TDM和以太网二层交换，通过二层交换实现数据的智能控制和管理，优化数据在SDH通道中的传输，并有效解决分叉复用器(ADM)/数字交叉连接设备(DXC)业务单一和带宽固定、ATM设备价格昂贵以及IP设备组网能力有限和服务质量(QoS)问题[3]。
    MSTP的引入极大地丰富了光传输网络的接口方式，能够迅速快捷地接入语音、数据和多媒体等业务，并在数据层提供了汇聚和交换功能，使得光传送网的使用更为便捷和高效。但是，MSTP终究是基于SDH技术的，IP化的程度不够彻底，其所做的改善也主要是在用户接口一侧，而内核一侧却仍然是电路结构。随着宽带IP业务所需的电路带宽和颗粒度的不断增大，MSTP在扩展性和效率方面也都表现出了明显不足。
1.3 IPoverWDM网络
    由于传统SDH网络在扩展性和效率方面上存在的缺陷，在光层上直接承载IP的扁平化架构已经成为顺应IP化演进的一种趋势。在IPoverWDM架构下，原本由SDH网络完成的组网、端到端电路监控管理和保护功能主要由WDM层面承担。

    IPoverWDM技术作为承载IP业务的解决方案具备传输容量大、传输距离远、网络结构简单、承载业务类型丰富和可靠性高等优势。从IPoverWDM这些技术特点来看，其主要是针对IP、ATM、TDM等业务类型实现多业务接入，并提供长距离、大容量的解决方案。而随着IP数据网络与传输网络的不断融合与发展，网络快速重路由、网络业务带宽动态分配、IP业务性能检测等问题成为IPoverWDM技术发展中亟待解决的问题。
    业界把多协议标记交换(MPLS)技术推广到了IPoverWDM网络中，作为IPoverWDM非常有价值的解决方案。MPLS是结合二层交换和三层路由的集成数据传输技术，它不仅支持网络层的多种协议，还可以兼容第二层上的多种链路层技术[4]。

1.3.1 T-MPLS技术
    传送多协议标签交换(T-MPLS)是一种面向连接的分组传送技术，是MPLS的子集。T-MPLS在传送网络中将客户信号映射MPLS帧，利用MPLS机制(例如标签交换、标签堆栈)进行转发。它选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，并对MPLS中繁复的控制协议族、数据平面等进行了抛弃和简化。T-MPLS作为中间适配层，既能够针对三层的IP数据包，又能针对二层的数据业务，其面向连接的特性能够充分保证上层业务所提出的质量要求，并且能够独立于相应的业务层以及控制层进行操作。

    采用T-MPLS技术后，未来的核心承载网络可以简化为一个纯光层面加上一个电层面。T-MPLS技术将成为融合IP网络和传输网络的业务承载平台，从而成为业界普遍看好的IPoverWDM的解决方案。

1.3.2 GMPLS技术
    在T-MPLS中，网络由单纯的分组交换节点组成，传输网络只能被看作是一条预先配置好的物理线路。分组交换节点不能按照资源的需求情况调节传输网络内部的物理线路资源，传输网络内部的电路分配只能通过人工的方式进行配置。为了能适应未来智能光网络动态地提供网络资源和传送信令的要求，需要对传统的MPLS进行扩展和更新。
    通用多协议标签交换(GMPLS)技术正是MPLS向光网络扩展的产物。在GMPLS的网络中，不仅支持分组交换(PSC)节点，还支持包括TDM节点、波长交换(LSC)节点、光纤交换(FSC)节点，同时还对原有的路由协议、信令协议作了修改和扩展。分组交换节点可以在任何需要的时候为自己建立一条通达其他分组交换节点的电路、波道甚至光纤，而只需要发起一个GMPLS的信令过程[5]。
    GMPLS的出现，使得IP网络和传送网络的管理不再彼此独立，为IP网络和光网络的无缝结合提供了广阔的前景。

  1.4  ASON网络
    随着波分复用(WDM)技术的发展和广泛应用，互联网上的数据传输流量不再受传输线路的限制，而是受数据在网络节点交换时的“电子瓶颈”限制，而这些在网络节点处的光电转换在绝大多数情况下是没必要的[6]。因此，光网络的节点必须具有像IP 路由器一样的“智能”，来消除光电转换中的“电子瓶颈”。
    ASON的出现就是光传送网络朝向网络智能化方向发展的产物。它通过在光传输网络中引入智能化的控制平面，利用控制平面来完成路由自动发现、呼叫连接管理、保护恢复等，从而对网络实施动态呼叫连接管理。GMPLS则是实现ASON控制面的最佳核心协议。
    按照ITU-T G.8080(G.ason)的建议，ASON分为传送平面、控制平面和管理平面3个独立的层面，如图1所示。其中，控制平面完成对连接的建立和删除以及其他操作的控制功能，传送平面负责数据业务的传送，而管理平面完成传送平台、控制平面和整个系统的维护功能，主要面向网络管理者，着重对网络运行情况的掌握和网络资源的优化配置，负责所有平面间的协调和配合。控制平面通过GMPLS协议信令的交互完成对传送平面的控制；传送平面用于转发和传输用户数据，其建立在以光交换节点设备(OXC)为核心的WDM网上；管理平面管理网络设备，并对控制平面的功能进行补充。

    由于ASON可以基于G.803规范的SDH传送网实现，也可以基于G.872规范的光传送网实现，所以有下面两种的组网方案 

(1) ASON+WDM
    这一组网方案利用了WDM系统的大容量长途传输能力和ASON节点的带宽容量和灵活的调度能力，从而组建一个功能强大的网络。

(2) ASON与SDH混合组网方案
    ASON与现有电信网络的融合是一个渐进的过程，组网时先在现有的SDH网络中形成一个个ASON小网络，然后再逐步地形成整个的ASON大网络[7]。
    ASON将IP传输网的智能性和WDM光网络的宽带宽有机的结合在了一起。有了WDM的宽带宽，自动交换光网络可以提供巨大的传输容量；有了IP 传输网的智能性，自动交换光网络可以很好的和目前的电层面设备无接缝连接。基于ASON所具有的特性，ASON可以同时作为承载网和业务网。ASON作为承载网，可以为3G业务网络提供可靠的传送服务；ASON作为业务网，可以直接为客户提供高品质的专线、按需带宽分配业务(BoD)和光虚拟专网业务(OVPN)等新业务。
 2光传输网在3G网中的解决方案
    3G标准有WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000和WiMAX这4种。其中WCDMA和TD-SCDMA的标准由3GPP制定，两者主要区别主要在空中接口，网络的逻辑架构基本相同。
    3GPP R4网络结构如图2。移动交换服务器(MSCServer)主要完成对信令和呼叫控制的处理，媒体网关(MGW)提供语音流的处理及与外部网络的互连，通用分组无线业务服务支持节点(SGSN)主要完成终端和网关通用分组无线业务支持节点(GGSN)之间分组数据的发送、接收及相关控制，GGSN是和外部分组交换网相连的网关，无线网络控制器(RNC)控制Node B为用户提供从空中到核心网的传输通道[8]。

    3G传输网可以分为接入传输网络和核心传输网络。其中，接入传输网络承担RNC和Node B之间的业务的接入和传送功能，核心传输网络承担RNC、MSCServer/MGW、GMSCServer/MGW、SGSN、GGSN间的传输。由于RNC一般与核心网节点设备共址，也统一规划到核心传输网络。
2.1接入传输网络解决方案
    本文推荐采用基于SDH的MSTP技术作为3G接入传输网络的主要解决方案。
    基于SDH的MSTP技术除了继承了传统SDH网络结构清晰、管理维护方便和业务自愈能力强等所有优点外，
    选用其承载3G接入传输网络，还具备以下这些优点：
    首先，目前在网运行的大部分SDH光传输设备均具有平滑升级到MSTP的能力，运营商仅需要较少投资即可由传统SDH过渡到MSTP。且由于MSTP平台兼容SDH技术，所以可与现网的SDH网络组成统一的基础传输网络平台。这样既可保护运营商原有的网络投资，又能实现传输网络的统一维护和管理[9]。
    其次，MSTP平台还支持共享环(VP-Ring)技术。所谓VP-Ring技术是指分配一个固定的带宽给环上的多个节点，环上的节点可以根据需求占用带宽[10]。针对3G传输网的突发性和不均衡性的特点，MSTP平台在采用VP-Ring技术后，可以大大提高带宽利用率和可靠性。
    第三，MSTP平台能够承载的业务类型非常丰富，选用其承载3G接入传输网络，除了满足3G业务的传送要求之外，还能同时传送2G和数据业务，并可开展大客户专线业务和OVPN增值业务，充分体现资源网的价值。
    第四，MSTP设备还可以支持MPLS技术，对未来3G传输网以IP方式承载的3G业务传输提供有力支持。可以说，针对3G无线网络面向宽带数据的特性，MSTP具有完善的可升级解决方案。
    第五，MSTP设备还可根据3G各阶段业务量的大小灵活地配置相应的TDM/ATM/IP模块，根据业务从小容量到大容量，从多种业务并存到全分组业务的趋势平滑过渡，实现边投资边受益的建网原则，降低成本。
    总之，采用基于SDH的MSTP技术构建统一的接入传输网络平台来承载3G接入传输网络，在减少了传输设备复杂程度的同时，又使得传输网与业务网分离、界面清晰，并可以满足3G传输接口逐渐向IP接口演化的趋势，还具有相对低廉的成本，是一个比较完美的解决方案。 
2.2核心传输网络解决方案
    3G核心传输网络，推荐采用ASON+WDM作为主要解决方案。
    ASON+WDM技术，既具有IP传输网的智能性，又具有WDM光网络的宽带宽，是承载3G核心传输网络的一个较为理想的解决方案。
    首先，3G核心传输网随着其业务发展，IP化和大颗粒化的特点越来越明显。这直接推动长途干线传输网络从SDH技术向IPoverWDM技术转移。但是，由于IP传输网中存在大量的IP分组包，他们的源和宿之间需要多台路由器转接，从而产生大量的直通业务。对于这些IP直通业务，如果采用IPoverWDM技术方案，交由路由器处理，会导致核心路由器的压力巨大，产生大量的额外成本[11]。由于ASON采用了OXC为基础的全光交换，可以大大减轻IP路由器业务处理容量和扩容的压力，从而大大降低了总投资成本。
    其次，正是由于ASON采用了OXC为基础的全光交换，直通业务的光信号是在光层进行路由的，这样可以最大限度的降低由IP 路由器带来的信号延时和信号抖动。这有利于保证QoS。 
    第三，随着3G移动业务的开展，运营商的网络设施也要随之改变。首先表现在欧洲脉码调制接口(E1)及同步传输模块(STM)1/16等的数量将会大大增加，特别是在汇聚、资源共享及和其他运营商网络互通的网关/核心节点。现在的通过手工操作和配置传输资源非常不灵活且成本昂贵。因此核心节点引入由OXC组建的ASON，将会显著地减少在弹性业务提供、设备维护和租用线路方面的成本，并可提供光虚拟专网、增强型专线业务和按需带宽分配业务等新业务。 
    此外，ASON支持网状网组网，具备快速、有效的网络保护和恢复机制，使得传输网络具备强大的网络生存性[12]。
    总之，随着3G网络IP化和大颗粒化的发展，这种基于ASON+WDM技术构建3G核心传输网络的优势也会越来越明显。该方案不仅是目前3G核心传输网络较为理想的解决方案，而且也顺应了整个光传输网的发展趋势。

    3结束语
    光传送网与通信网的发展既是相互适应也是相互促进的过程。在3G网IP化的不断推动下，光传送网也向基于光的分组传送网演进，智能化和高速大容量是其方向发展；而光传送网技术的发展也必将极大地支持3G网的发展。

4参考文献
    [1]龙泉.光通信发展的回顾与展望[J].电信网技术,2008(2):30-32.
    [2]周晓东.浅析MSTP技术对以太网业务的支持[J].通信市场,2004(10):51-53.
    [3]孙杰贤,蔡君.MSTP:SDH的未来之路[J].通讯世界,2004(9):60-62.
    [4]田辉.MPLS技术及标准化进展[J].通讯世界,2007(27):81-82.
    [5]何军,张玉林.IPoverWDM技术及展望[J].通讯世界,2007(32B):17.
    [6]仇英辉.自动交换光网络(ASON)[J].网络电信,2004,6(10):52-55.
    [7]马鸿渊,顾鋆,胡卫生.下一代光传送网ASON[J].电信快报,2004(8):9-12.
    [8]3GPPTS23.002 V4.4.0.Network Architecture[S].2002.
    [9]顾生华.3G传输网络的规划建设策略[J].移动通信,2007,31(10):72-75.
    [10]王健全.MSTP的新业务及其应用[J].中兴通讯技术,2005,11(6):11-15.
    [11]上海贝尔阿尔卡特股份有限公司.如何建设支持3G的光传输网[J].通信世界,2005(26):47.
    [12]葛振斌.ASON设备进展及分析[J].邮电设计技术,2007(6):20-24.

    作者简介：
    张博，中兴通讯股份有限公司工程师，硕士毕业于西北工业大学自动控制系，现从事第三代移动通信CS域核心网的系统测试工作。