MSTP技术新发展和3G传输

    张成良 
    一、城域传送网现状
    经过前几年大规模DWDM和10Gbit/sSDH建设，各大运营商已经较好地解决了系统容量要求。整个光网络建设重点已由大容量、高速率的长途干线转到了城域传送网。城域网中，语音和专线TDM业务仍然是运营商的主要收入来源，而以IP为代表的数据业务增长迅速，与传统的TDM业务相比，IP业务的流量、流向更为复杂，对带宽、安全性的要求也多种多样。NGN网络的发展是下一个热点，VoIP 的业务会进一步发展，MSTP 通过提供对数据业务的QoS 支持，也可能会成为MSTP 的一个发展方向。一个好的城域传输网络应该是一个通用的传输平台，能高效可靠地传输各种业务。这就需要城域传输网产品在保证对TDM业务支持的同时，支持多种数据接口，优化数据传输效率。
    MSTP在传统SDH的基础上，通过引入业务节点功能，支持IP/ATM等多业务处理，成为多业务节点，正逐渐成为城域网建设的主流技术，。MSTP的发展方向成为业内新的重要讨论话题。一方面，由于MSTP技术出现的时间不长，其本身本身还在不断自我发展和完善，尤其是MSTP中如何将数据处理功能和数据网络更好地结合，是MSTP发展中上值得进一步探讨的问题。从另一方面来说，在光传输网中引入控制平面，通过ASON/GMPLS实现业务的端到端调度和保护，也是MSTP光网络发展的重要方向。而目前如何更好地与将要大规模建设3G网络相结合，为3G业务提供更好的传送通道已经成为MSTP需要重点考虑的问题。
    二、MSTP技术新发展方向
    到目前为止，MSTP已经有了基于二层交换、内嵌RPR、内嵌MPLS三个版本，但最终MSTP会演化到哪一种版本，需要由市场来选择决定。下面我们简要看一看几种MSTP的特点。
 
  注：图中（一）、（二）、（三）分别代表3种MSTP存在形态
    1．基于二层交换的MSTP
    基于二层交换的MSTP引进了二层交换处理模块，实现了基于以太网二层交换的业务汇聚、带宽共享及以太网共享环等功能，大大提高了端口、带宽的利用效率。支持802.1q，实现了多用户间的安全隔离以及VLAN划分；支持基于802.1p的优先级转发，结合端口限速和流量控制，可实现一定程度上的QoS能力。
    基于二层交换的以太环网，可使各节点共享环路的带宽，提高了带宽利用率。但由于以太网主要是为点到点和网状拓扑结构而设计的，应用于环型结构时，仍存在以下不足：
    每个MSTP设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行MAC地址查询，环路节点数量越多，性能越差；
    基于二层交换的以太环网存在带宽分配的不公平性，端到端QoS很难保证；
    无法解决VLAN地址重用问题。
    2．内嵌RPR功能的MSTP
    随着802.17标准化的加快，各厂商私有的协议逐渐融合，逐渐走向标准化。内嵌RPR功能的MSTP支持环内的带宽共享与统计复用，结合空间重用技术（SRP），使得环网的带宽利用效率得到很大提高；通过快速的环网保护机制实现了50ms的电信级保护；执行公平算法，实现了环路带宽的公平利用；内嵌RPR可以将基于端口、VLANID、VLAN优先级、MAC地址等不同特征的业务，分类映射进A、B、C三种业务等级。通过对承诺速率(CIR)、额外信息速率(EIR)的设置，实现与不同等级业务相对应的QoS保证。
    但是内嵌RPR的MSTP仍存在承载数据业务时应用能力的不足，其表现在：
    VLAN标记数量不足的问题并未得到彻底解决；
    只适用于环网拓扑结构；
    缺乏端到端标识业务，及跟踪用户流量并保证业务性能的方法。
    3．内嵌MPLS功能的MSTP
    为了更有效地在传输设备上直接支持VPN，有人提出了在MSTP上引入MPLS功能，通过内嵌MPLS功能，可以较好地实现VLAN地址扩展；可以提供电路端到端的Qos保证；可以提供新型以太网业务（如L2VPN），灵活控制带宽颗粒。有些还将RPR与MPLS技术进行融合。
    目前ITU正在考虑将MPLS功能引入SDH设备，从国内通信标准化的角度出发，在现阶段，可考虑通过Martini草案先实现静态的MPLS，下一阶段再考虑实现动态的MPLS。所谓动态和静态主要指LSP的建立方式，静态方式LSP的建立是通过网管配置实现，而动态则是采用信令协议方式实现（如目前路由器实现的那样）。
    对运营商来说，任何新技术的引入都需要考虑网络的互联互通问题，内嵌MPLS需要考虑传送平面、控制平面以及业务的互联互通。在传送平面上，需要考虑SDHVC的互通；MPLS封装到SDHVC的互通；以太网封装到MPLS的互通，目前看来实现起来并不十分复杂。在控制平面上，需要考虑通过不同厂商网管系统分别或统一集中建立LSP；或者利用RSVP-TE或LDP信令机制动态建立LSP的互通。
    MSTP通过引入MPLS功能可以加强对VPN和信号QoS的支持，但是如果采用动态方式，最后就要涉及到三层路由功能，但是目前国内对MSTP的理解实现是 二层以下的功能。能否定义简单的、可操作性强的三3层功能来完成动态信令，完成业务连接建立，同时实现不同厂商MSTP设备间的VPN互通是内嵌MPLS的MSTP发展关键。当然，内嵌MPLS的MSTP最终需要实现MSTP和MPLS路由器实现MPLS互通和与互操作。 
    三、3G传输解决方案
    随着数据业务的飞速发展，数据接入的可移动性要求不断突现，支持高带宽可移动无线数据接入的第三代移动通信技术（3G）浮出水面。目前WCDMA系统主要有R99、R4和R5版本，从目前技术的发展来说，ATM由于一些不可避免的缺陷，无法成为网络的主流承载技术，然而其面向连接的机制提供QOS保证的业务承载，在网络仍具有相当的应用，如果在近期实施WCDMA，R99或R4版本将被采用。在R99或R4版本中，UTRAN网络接口主要采用ATM相关协议，其面向连接的特性可以很好地保证TDM/数据业务质量，并可发挥ATM的统计复用、QoS保证等优势。
    对于ATM信元的传输可以采用ATM网络、光纤直联、SDH网络三种方式。如果采用ATM单独组网，由于3G设备具有ATM交换核心功能，ATM交换机在组网时仅仅充当着传输角色，ATM交换特性得不到充分应用，整网解决方案存在着功能重叠。并且相对于SDH系统，ATM 网络在传输组网保护上并没有优势。一般情况下，不推荐使用ATM设备来单独组建传输网。另一种可能的组网方式是点到点光纤直联，这种方式浪费光纤资源，不支持复杂拓扑，组网保护能力与可扩展性差。
    目前考虑的重点是SDH来承载3G的传输，特别是引入ATM 功能的MSTP, 可以实现传输和ATM处理很好的结合。在接入层采用具有ATM处理能力的MSTP设备就可以大大简化网络结构，并且实现TDM/ATM处理统一网管。
    采用MSTP组成的自愈环结构可以覆盖多个基站。解决多个NodeB的业务上联问题，该环网可以为群路速率155Mbit/s或更高速率STM-N，随着业务的发展，可以通过增加多个ATM155Mbit/s方式进行扩容，以满足3G无线容量的增加。
    1．3G传输关注的接口
    在WCDMAR99或R4版本中，Iu为RNC与核心网CN的之间的接口，Iur为RNC与RNC之间的接口，Iub接口Iur为RNC与Node B之间的接口。
    核心网节点MSC与RNC之间网络资源比较丰富，并且业务已经过RNC的处理和收敛，一般只需要直接提供透传处理即可。因此关注的重点是连接RNC与NodeB的Iub接口之间的业务。
    采用ATM可以实现数据和语音的复用，每个Node-B节点将采用多个E1成组的IMA接口，通过统计复用提高多个E1通道间带宽的利用率。

    2．3G传输解决方案
    N（1）RNC之间及RNC到MSC/SGSN的连接
    RNC与核心网设备（如MSC）通常安装在中心节点上，多采用155Mbit/s或更高速率接口互连（如在同一局站则不占用传送网资源）。
    RNC与核心网络MSC/SGSN之间的接口采用的是ATM协议。在SDH网络容量丰富的地区，建议采用SDHSTM-1电路进行透明传输。采用STM-1接口通过ATMoverSDH的方式与SDH设备相连。该SDH 网络可以为传统SDH 设备、也可以为具有ATM汇聚、统计复用功能的MSTP设备，但是此时MSTP 完成仅仅是透明传输 STM-1(ATM)，MSTP 本身并没有进行ATM 处理功能。
    （2）NodeB与RNC的连接
    在3G系统中，在RNC侧，可以由RNC提供多个E1接口或STM-1接口。如果采用E1接口，传输系统只需提供简单的E1电路传输即可满足要求。3G的基站控制器RNC处理能力较2G/2.5G有显著增强，可以支持的基站数量达数百个，但是这意味着在中心RNC需提供大量E1接口，另外需预留大量E1端口用于接口扩容，投资费用高。另外多个Node-B间的带宽无法实现共享，传输带宽需求大。如果RNC采用 STM-1接口，在进入RNC前，多个Node-B业务可进行统计复用，减少了RNC侧接口的数量和投资费用。
    下面我们讨论的模型是基于RNC端采用155Mbit/s接口，而在NodeB端，可以采用多个IMA E1或者155Mbit/s 接口。
    l Node B采用多个IMA E1 接口
    从目前2G无线系统的应用看，基站上联速率为一个或几个2Mbit/s。在3G建设的初期阶段，Node B与RNC之间的连接速率仍然为E1或多个E1。Node B设备提供E1，IMA E1，非信道化STM-1三种接口，而目前主要考虑的是E1和IMA E1接口。无论是E1接口还是IMA-E1接口，都可以通过MSTP实现接入和透明传输。Node-B将提供多个E1成组的IMA接口，通过统计复用提高带宽的利用率。IMA 就是反向复用ATM 技术，IMA 协议栈分为物理层和ATM 信元层。假设所有的信元要通过3个E1链路传送，采用循环复用技术，将所有信元按照顺序在3个链路上轮流分配，然后再进行ICP （即IMA 的控制协议）封装。通过这样的封装，可以实现端口捆绑，由ICP 字节来说明各链路之间的关系，实现了多个E1端口的捆绑，实现了上联通道资源的共享。
    一种选择是只有会聚节点MSTP具有IMAE1处理能力，接入层SDH（可以为传统SDH 设备）只需将IMA E1透明传输，汇集传送至汇聚层节点，在汇聚层节点提供ATM处理。在汇聚节点(一般为RNC 节点)，具有ATM交换能力的模块，对接入层上传来自多个Node B IMA E1电路进行处理，业务通过VC-12进入ATM处理板卡，进行进行统计复用汇聚成 VC-4，通过STM-1接口与RNC相接。这样，在全网中只需要通过少量汇聚节点配置的MSTP提供ATM处理卡,即可实现ATM数据处理功能（在Node B传输设备只需要提供 E1透明传输），通过在汇聚节点结点实现带宽的统计复用大大提高了带宽的利用率。

    另外一种选择是接入层每个MSTP都具有IMAE1的处理能力（如上图所示），直接将来自Node B 的IMA E1 解封装进行处理后统计复用到VC-4，在各Node B 间构成一个容量为VC-4 ATM VP ring，也就是在各Node B 之间共享一个VC-4 ，与RNC通过STM-1 接口相连。
   （2）NodeB采用ATM155M接口
    在高业务区节点地区，NodeB也可以直接提供ATMSTM-1接口上联，通过接入层MSTP设备提供ATMSTM-1的接入并上传至RNC。这对传输设备并没有特殊要求，ATM处理基本上在RNC 与Node B完成，传统SDH 就可以满足需求。从目前容量看，相当长的时间Node B上行，可采用622M组环。接口仍以多个E1为主。
    3．小结
    WCDMAR5及以后的版本趋向于使用以IP为基础的系统。目前新一代MSTP设备已经可以支持IP的接口，还应针对不同的业务提供相应的QoS的保证，特别是内嵌MPLS功能MSTP更好地支持了QoS和VPN 的应用，从而很好很好地满足纯IP 3G网络的发展需求。
    3G对骨干网传输系统要求变化不大，重点在RAN无线接入部分。MSTP可实现多种业务在统一传输平台的传送，在与3G业务组网时，可通过灵活地配置相关模块，满足3G多种信号的传输要求。
    四、结束语
    多业务处理、强大调度功能将是传输设备发展的重要方向。网络的发展导致传输网与业务网关系越来越紧密，MSTP在借鉴数据网、交换网等行之有效的技术基础上与时俱进，越来越将传送节点与业务节点紧密结合。MSTP可实现多种业务在统一传输平台的传送，在与业务组网时，可通过灵活地满足多种信号的传输要求。
    在短短的3年中，MSTP已经出现了几种形式，应该说，截至到目前为止，还没有出现一种标准的MSTP格式，但最终MSTP会演化到哪一种版本并没有定论，还需要与业务网结合，例如目前与3G系统传输的结合就是其最新发展之一。