內(nèi)嵌RPR的第三代MSTP關(guān)鍵技術(shù)分析

摘要　首先針對(duì)城域光網(wǎng)絡(luò)新的發(fā)展目標(biāo)，提出了將內(nèi)嵌RPR的第三代多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)(MSTP)作為城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳方案之一；然后介紹了MSTP和RPR的基本概念包括內(nèi)嵌RPR的方式，并重點(diǎn)對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析；最后推薦采用A/B雙平面方案在城域光網(wǎng)絡(luò)中引入MSTP。

關(guān)鍵詞　城域光網(wǎng)絡(luò)　RPR第三代MSTP　雙平面方案接入層　匯聚層

1、引言

　　根據(jù)目前城域光網(wǎng)絡(luò)的狀況及未來的發(fā)展，對(duì)城域光網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)建設(shè)提出了新的目標(biāo)：作為城市信息化的基礎(chǔ)，城域光網(wǎng)絡(luò)要提供話音及其它多種IP數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，包括Internet的高速接入、VPN、VOD和遠(yuǎn)程服務(wù)等，即有效地提供各種IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS；另外，作為長(zhǎng)途骨干網(wǎng)在本地的延伸，城域光網(wǎng)絡(luò)要與骨干網(wǎng)發(fā)展保持協(xié)調(diào)，快速有效地吸納骨干網(wǎng)的多種業(yè)務(wù)。

　　在過去的若干年內(nèi)，電信運(yùn)營(yíng)商已投入重金建設(shè)了大量的SDH城域光網(wǎng)絡(luò)，使得SDH技術(shù)已經(jīng)十分成熟同時(shí)又牢牢占據(jù)著電信運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，但其存在著對(duì)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無(wú)法進(jìn)行帶寬的靈活分配、只能提供單一的業(yè)務(wù)接口、對(duì)日益增加的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無(wú)法提供很好的支持等不足之處。針對(duì)這一現(xiàn)象，早期提出了IP over ATM、IP over SDH及IP over DWDM等方案也存在一個(gè)共同的問題：首先，SDH的靜態(tài)帶寬分配很難適合IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性，不能實(shí)現(xiàn)帶寬的動(dòng)態(tài)管理，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)男�率降低；其次，預(yù)留的保護(hù)光纖的帶寬資源也有較大的浪費(fèi)，從而產(chǎn)生更多的無(wú)法使用的帶寬。因此，一種為優(yōu)化IP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)男碌腗AC層協(xié)議即彈性分組環(huán)RPR(Resilient Packet Ring)被提上了議程。而內(nèi)嵌RPR功能的第三代多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(MSTP)也成為實(shí)現(xiàn)城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳方案之一，它已逐漸成為城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主流技術(shù)。

2、基本概念

　　MSTP是基于SDH的多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、IP等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)，有效地支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像業(yè)務(wù)交換。伴隨著電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，MSTP的技術(shù)也在不斷進(jìn)步，主要體現(xiàn)在對(duì)以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的處理上。它經(jīng)歷了從支持以太網(wǎng)透?jìng)鞯牡谝淮鶰STP到支持二層交換的第二代MSTP再到當(dāng)前支持IP業(yè)務(wù)QoS的新一代(第三代)MSTP的發(fā)展歷程。

　　彈性分組環(huán)RPR是一種新的MAC層協(xié)議，是為優(yōu)化IP數(shù)據(jù)包的傳輸而提出的，RPR是基于彈性技術(shù)的光纖環(huán)形網(wǎng)(RPR環(huán))，能有效地傳送基于分組的業(yè)務(wù)流量，該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由IEEE802.17工作組定義。RPR可以運(yùn)行于現(xiàn)有SDH物理層之上，環(huán)上所有的發(fā)送節(jié)點(diǎn)都可以使用環(huán)網(wǎng)上的可用帶寬，并利用公平控制算法動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的帶寬協(xié)調(diào)，因此，RPR實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的環(huán)級(jí)匯聚(Ring-level Aggregation)而不是節(jié)點(diǎn)級(jí)的匯聚。

　　RPR的內(nèi)嵌方法是通過一塊集成RPR各項(xiàng)功能的單板完成MAC層處理，將處理后的RPR業(yè)務(wù)按照GFP和HDLC兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)映射到SDH幀結(jié)構(gòu)，RPR單板是通過插入到ADM子架槽位上并連至ADM板以實(shí)現(xiàn)交叉連接，即采用RPR+ADM模式。

3、關(guān)鍵技術(shù)分析

　　作為城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最佳解決方案的內(nèi)嵌RPR的第三代MSTP，最突出的優(yōu)勢(shì)就是在擁有GFP和LCAS協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)嵌RPR技術(shù)，借助于RPR新功能來進(jìn)一步提高城域光網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率和對(duì)IP業(yè)務(wù)QoS支持能力，并且集ADM的光纖環(huán)網(wǎng)的可靠性、G比特以太網(wǎng)技術(shù)的高效性以及IP技術(shù)的智能性于一體。以下具體地對(duì)內(nèi)嵌RPR技術(shù)的第三代MSTP所擁有的這些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

　　(1)采用MPLS技術(shù)，在以太網(wǎng)和SDH層之間引入了中間的智能適配層(1.5層)，并采用GFP高速封裝協(xié)議將以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求適配、映射到SDH通道上。GFP(Generic Framing Procedure通用成幀規(guī)程)是在ITU-TG.7041中定義的一種鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，它的基礎(chǔ)是SDL(Simple DataLink簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)鏈路)，它既可以在字節(jié)同步的鏈路中傳送長(zhǎng)度可變的數(shù)據(jù)包，又可以傳送固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊，是一種先進(jìn)的、簡(jiǎn)單的、靈活的數(shù)據(jù)信號(hào)適配和映射技術(shù)。

　　(2)支持虛級(jí)聯(lián)和鏈路容量自動(dòng)調(diào)整(LCAS)機(jī)制，因此非常適用于帶寬不斷發(fā)生變化的業(yè)務(wù)的需求，可大大提高帶寬的利用率。虛級(jí)聯(lián)技術(shù)可將來自同一路由或不同路由且分布于不同STM-N的VC-n按照級(jí)聯(lián)的方法，形成一個(gè)更大的虛擬結(jié)構(gòu)(VC-n-Xv)進(jìn)行傳輸，每個(gè)VC-n均包含相應(yīng)的POH因而具有完整的VC-n結(jié)構(gòu)。與級(jí)聯(lián)不同的是，虛級(jí)聯(lián)的每個(gè)VC-n可以獨(dú)立傳輸，選擇不同的路徑，對(duì)中間傳輸設(shè)備無(wú)特殊需求，僅僅對(duì)兩端設(shè)備有特殊的協(xié)議支持要求。

　　LCAS機(jī)制提供了對(duì)鏈路帶寬靈活和動(dòng)態(tài)的元損傷調(diào)整，通過調(diào)節(jié)不同路徑上數(shù)據(jù)流容量來滿足對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不同質(zhì)量(QoS)和服務(wù)等級(jí)的要求。當(dāng)用戶帶寬發(fā)生變化時(shí)，可以通過調(diào)整虛級(jí)聯(lián)組VC-n的數(shù)量實(shí)現(xiàn)平滑增減，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)帶寬，且不會(huì)對(duì)用戶的正常業(yè)務(wù)產(chǎn)生中斷。因此，LCAS機(jī)制提供的這種種容錯(cuò)機(jī)制，增強(qiáng)了虛級(jí)聯(lián)的健壯性，且在保證服務(wù)質(zhì)量的前提下明顯提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

　　(3)采用多等級(jí)的接入控制、為保證多業(yè)務(wù)的QoS創(chuàng)造了條件。RPR可以結(jié)合MPLS協(xié)議，在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)接入控制時(shí)可根據(jù)IEEE802.1p，利用幀結(jié)構(gòu)中的MPLS標(biāo)簽的CoS字節(jié)標(biāo)識(shí)，提供4種優(yōu)先等級(jí)劃分：快速傳送業(yè)務(wù)(具有嚴(yán)格的時(shí)延、抖動(dòng)和保護(hù)、時(shí)鐘同步。如實(shí)時(shí)性E1語(yǔ)音業(yè)務(wù)和圖像業(yè)務(wù))、保障傳輸業(yè)務(wù)1(對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)無(wú)特殊要求，但有帶寬承諾，無(wú)突發(fā)的圖像、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))、保障傳輸業(yè)務(wù)2(有帶寬承諾，屬突發(fā)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用盡力傳送機(jī)制)、盡力傳送業(yè)務(wù)。這種技術(shù)如果得到大范圍應(yīng)用，為確保城域光網(wǎng)絡(luò)中多業(yè)務(wù)傳輸?shù)腝oS服務(wù)創(chuàng)造了條件。

　　(4)采用空間重用協(xié)議SRP，確保節(jié)點(diǎn)間的各業(yè)務(wù)流互不影響。RPR環(huán)采用了空間重用協(xié)議SRP(spatial reuse protocol)，即在數(shù)據(jù)包環(huán)上提供了尋址、讀取數(shù)據(jù)包、帶寬控制和控制信息傳播的基本功能來保證在空間上沒有重復(fù)的業(yè)務(wù)流，各業(yè)務(wù)流可以互不影響地按照各自的線路帶寬在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間傳輸。這樣，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)收發(fā)分組，并且數(shù)據(jù)包在目的節(jié)點(diǎn)被接收并從環(huán)路剝離，因而提高了整個(gè)RPR環(huán)帶寬的利用率，特別在環(huán)上節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的情況下，帶寬的利用率改善尤為明顯。同時(shí)由于RPR采用兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的環(huán)(內(nèi)環(huán)和外環(huán))來傳輸業(yè)務(wù)，無(wú)須預(yù)留保護(hù)帶寬，RRP光纖帶寬使用率相對(duì)SDH提高一倍，從而最大限度地利用了光纖的傳輸帶寬。

　　(5)依靠公平算法實(shí)現(xiàn)合理的帶寬動(dòng)態(tài)分配機(jī)制。RPR不像SDH那樣分配固定時(shí)隙，而是以1Mb/s的粒度來公平地動(dòng)態(tài)地為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配帶寬。RPR環(huán)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都使用一種分布式的公平算法(SRP-fa)來保證全網(wǎng)帶寬的合理利用，即在接入側(cè)、鏈路側(cè)均能保證公平。公平算法是依靠相鄰站點(diǎn)之間的及時(shí)通信來實(shí)現(xiàn)的，各站點(diǎn)自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“公平速率參數(shù)”，接著和上游站點(diǎn)傳來的參數(shù)比較，進(jìn)行調(diào)整后再發(fā)往相鄰的下游節(jié)點(diǎn)，這樣經(jīng)過逐站傳遞和調(diào)整，最終使得全網(wǎng)的帶寬分配達(dá)到一個(gè)公平的“穩(wěn)態(tài)”。盡管大量的突發(fā)業(yè)務(wù)會(huì)破壞這樣一個(gè)穩(wěn)態(tài)，然而，在一定的“公平響應(yīng)時(shí)間”之后，又會(huì)重新達(dá)到另一個(gè)“穩(wěn)態(tài)”。公平算法確保了各節(jié)點(diǎn)入環(huán)的同一優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)在存在競(jìng)爭(zhēng)的情況下可以公平地共享環(huán)路帶寬，保證每個(gè)節(jié)點(diǎn)都獲得自己應(yīng)得的帶寬份額。

　　(6)采用自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別技術(shù)，增加環(huán)路的自愈能力。所謂自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別技術(shù)，就是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道在環(huán)的兩個(gè)方向上的線路質(zhì)量情況，從而迅速正確地決定應(yīng)該在哪個(gè)方向(外環(huán)或內(nèi)環(huán))上傳輸或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所采取的一種拓?fù)錉顟B(tài)識(shí)別技術(shù)。在拓?fù)涑跏蓟�階段，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)發(fā)出拓?fù)洳樵兿�息，沿環(huán)路傳送，其他節(jié)點(diǎn)會(huì)加入自己的屬性。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到自己發(fā)出的拓?fù)洳樵兿�息時(shí)，便可了解到環(huán)路拓?fù)湫畔�。�?dāng)環(huán)路增加節(jié)點(diǎn)、減少節(jié)點(diǎn)、光纖中斷、節(jié)點(diǎn)失效等事件發(fā)生時(shí)，與此相關(guān)的節(jié)點(diǎn)都會(huì)被觸發(fā)發(fā)出拓?fù)涓�新信息，最終使得RPR環(huán)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都詳細(xì)地掌握著整個(gè)環(huán)的拓?fù)鋱D及每條鏈路的狀態(tài)。因此拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別增加了環(huán)路的自愈能力，并且減少了人工配置所帶來的人為錯(cuò)誤。從而讓RPR工作在一種“可見”的狀態(tài)中，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男�率和質(zhì)量，這也是RPR保障QoS的基礎(chǔ)。

　　(7)吸收了ADM自愈環(huán)的保護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)基于不同等級(jí)業(yè)務(wù)的自動(dòng)保護(hù)切換機(jī)制。RPR環(huán)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以迅速地根據(jù)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線路質(zhì)量狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的重新路由選擇，類似于ADM環(huán)的保護(hù)機(jī)制。RPR環(huán)采取了源路由方式(steering)和折回方式(wrap)兩種保護(hù)方式，默認(rèn)方式為源路由方式，兩種保護(hù)倒換時(shí)間都小于50ms。當(dāng)采用源路由方式時(shí)，光纖故障點(diǎn)兩端的節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)出拓?fù)涓�新信息，環(huán)上各節(jié)點(diǎn)收到該信息后，就會(huì)將各個(gè)業(yè)務(wù)的源節(jié)點(diǎn)按照拓?fù)涓�新信息倒換業(yè)務(wù)，且一條光纖上的業(yè)務(wù)保護(hù)倒換對(duì)另一條光纖上的業(yè)務(wù)沒有任何影響，因此從全局上使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的彈性恢復(fù)能力得到極大提高。再由于RPR環(huán)具備針對(duì)不同等級(jí)業(yè)務(wù)的自動(dòng)保護(hù)切換機(jī)制，從而使RPR可以實(shí)現(xiàn)多等級(jí)可靠的QoS服務(wù)。

4、在城域光網(wǎng)絡(luò)中引入MSTP

　　盡管傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)越來越難以勝任各種多變的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，但由它形成的龐大基礎(chǔ)設(shè)施不可能在一夜間輕易拋棄，更何況語(yǔ)音業(yè)務(wù)依然是電信業(yè)盈利的基礎(chǔ)，因而必須考慮在現(xiàn)有的傳統(tǒng)SDH城域光網(wǎng)絡(luò)上引入MSTP。考慮到SDH城域光網(wǎng)絡(luò)是按照骨干層(即核心交換層CS)、匯聚層(即城域傳送層MT)、接入層(即邊緣接入層EA)的三層架構(gòu)來建造的，那么如何在這樣的架構(gòu)中引入上述MSTP呢?

　　根據(jù)本文前述的城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)并綜合MSTP本身的特點(diǎn)來看，MSTP應(yīng)當(dāng)直接引入在城域光網(wǎng)絡(luò)的接入層和匯聚層，但需在匯聚層采用A/B雙平面方案(網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示)。這是因?yàn)椋嚎紤]到接入層的結(jié)點(diǎn)多而分散的特性、各廠家設(shè)備的兼容問題以及接入層上傳的業(yè)務(wù)所需帶寬較大等問題，若要實(shí)現(xiàn)城域光網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)的發(fā)展保持協(xié)調(diào)，則必須改變傳統(tǒng)SDH城域光網(wǎng)絡(luò)匯聚層的帶寬瓶頸問題，而A/B雙平面方案即可解決這個(gè)問題。

　　針對(duì)目前城域光網(wǎng)絡(luò)匯聚層節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少、業(yè)務(wù)量集中或網(wǎng)絡(luò)地位重要等特點(diǎn)，可以在匯聚層中引入MSTP新平面來解決帶寬瓶頸問題：保留傳統(tǒng)的SDH匯聚層作為A平面，在其上直接疊加一層MSTP匯聚層作為B平面，通過在匯聚層采用A/B雙平面方案來引入上述MSTP，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。傳統(tǒng)SDH匯聚層組成的A平面主要負(fù)責(zé)TDM業(yè)務(wù)的傳送，而新建的MSTP組成的B平面主要負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，B平面同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)A平面原有業(yè)務(wù)的分擔(dān)或保護(hù)，不僅能提供針對(duì)光纖線路中斷的環(huán)網(wǎng)保護(hù)，而且還可提供節(jié)點(diǎn)失效的保護(hù)。B平面的設(shè)備為上述內(nèi)嵌RPR的MSTP加上ADM，前者具備強(qiáng)大的二層數(shù)據(jù)處理功能，后者則能提供高低階交叉能力，同時(shí)按照業(yè)務(wù)的組成和流向重新規(guī)劃匯聚層的路由，這樣不僅能解決匯聚層帶寬瓶頸問題，而且可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的實(shí)際情況充分發(fā)揮RPR的各種新功能。

5、結(jié)束語(yǔ)

　　目前第三代MSTP正在引領(lǐng)城域光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在內(nèi)嵌了RPR功能后必將大大促進(jìn)城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)�？梢灶A(yù)言，內(nèi)嵌RPR的MSTP將是城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最為實(shí)用的技術(shù)之一，即為運(yùn)營(yíng)商提供從接入層到骨干層的具有QoS保證的城域光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的解決方案。同時(shí)隨著NGN、3G網(wǎng)絡(luò)的推廣，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比重的逐漸增大，為了更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不確定性、不可預(yù)見性等特點(diǎn)，向智能光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)是MSTP必然的方向。