寬帶IP城域網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展

侯自強(qiáng)

　　發(fā)展寬帶IP城域網(wǎng)是當(dāng)務(wù)之急

　　近年來(lái)，廣域?qū)拵�IP網(wǎng)技術(shù)有了重大突破， IP over　DWDM 開(kāi)始被商業(yè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)采用。廣域?qū)拵�IP骨干網(wǎng)帶寬從幾十Gb/s向幾百Gb/s發(fā)展，不久將達(dá)到Tb/s的水平。在寬帶IP接入網(wǎng)方面，ADSL和HFC電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù)已經(jīng)成熟進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用推廣階段。近年來(lái)，光纜到小區(qū)、樓宇，10/100 Mb / s 以太網(wǎng)入戶(hù)的接入系統(tǒng)異軍突起，成為寬帶接入的新一波。這就對(duì)發(fā)展寬帶IP城域網(wǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈需求，以免出現(xiàn)制約發(fā)展的瓶頸。

　　傳統(tǒng)電信城域網(wǎng)采用SDH系統(tǒng)以TDM方式提供專(zhuān)線(xiàn)來(lái)構(gòu)成城域網(wǎng)。這種系統(tǒng)成本高，帶寬有限，布設(shè)周期長(zhǎng)，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足新一代寬帶城域網(wǎng)的要求。對(duì)新一代寬帶城域網(wǎng)的要求可以概括成以下幾點(diǎn)：

　　1)擴(kuò)展性。帶寬可以擴(kuò)展至幾十Gb/s、幾百Gb/s、乃至Tb/s以上。

　　2)可以有多達(dá)幾百個(gè)結(jié)點(diǎn)。

　　3)低成本：低建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本。

　　4)支持新一代基于IP的業(yè)務(wù)。支持各種物理接口、QoS、SLA、監(jiān)視和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。

　　5)支持傳統(tǒng)的話(huà)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

　　6)強(qiáng)大和便于使用的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

　　7)健壯性。99.9 99%工作時(shí)間，硬件冗余，光纜環(huán)故障保護(hù)自愈能力。

　　在光網(wǎng)上直接架構(gòu)吉位以太網(wǎng)正在成為城域網(wǎng)主流

　　目前的發(fā)展趨勢(shì)是將以太網(wǎng)與DWDM技術(shù)結(jié)合在光纜網(wǎng)上。

　　架構(gòu)成寬帶IP城域網(wǎng)�，F(xiàn)在采用吉位以太網(wǎng)，很快將采用萬(wàn)兆以太網(wǎng)10 Gb E 。在本人倡導(dǎo)下自1998年以來(lái)我國(guó)很多城市有線(xiàn)電視臺(tái)在其HFC網(wǎng)的光纜網(wǎng)上直接架設(shè)寬帶IP城域網(wǎng)，提供高速上網(wǎng)和寬帶交互業(yè)務(wù)，發(fā)展迅速。目前城域網(wǎng)發(fā)展的主流正是將這種技術(shù)與WDM結(jié)合以提高更高的帶寬。

　　DWDM技術(shù)在廣域網(wǎng)應(yīng)用中獲得巨大成功并成為主流，但是不能簡(jiǎn)單地將廣域網(wǎng)DWDM方案用于城域網(wǎng)。DWDM系統(tǒng)中相鄰波長(zhǎng)間隔僅0.8 nm (100 GHz ) 或更低，對(duì)激光器的頻率精確性、單色性和濾波器要求很高，價(jià)格昂貴。由于廣域網(wǎng)傳輸距離很長(zhǎng)，中間要用很多個(gè)放大器，DWDM系統(tǒng)中多個(gè)波長(zhǎng)通道共用光纖和放大器，在廣域網(wǎng)上仍然可以大幅度降低成本。而在城域網(wǎng)由于距離短(一般100公里以?xún)?nèi))，不需要使用放大器，增加一根光纖成本也不高，簡(jiǎn)單采用和廣域網(wǎng)一樣的DWDM設(shè)備不一定合算。解決的方法是采用稀疏波分復(fù)用CWDM技術(shù)。使用1200-1700 nm 的寬窗口，對(duì)激光器和濾波器的要求可以大大降低，可以大幅度降低成本。另外一個(gè)趨勢(shì)是將WDM光傳輸設(shè)備和路由交換機(jī)結(jié)合在一起，路由交換機(jī)端口直接驅(qū)動(dòng)光傳輸設(shè)備。最簡(jiǎn)單情況，一根光纖只傳輸一路數(shù)據(jù)時(shí)，在裸光纖上直接運(yùn)行吉位以太網(wǎng)。如果需要傳輸多路數(shù)據(jù)可采用波分復(fù)用系統(tǒng)，根據(jù)需要逐步增加波長(zhǎng)通道。

　　在結(jié)點(diǎn)的路由交換機(jī)連接各個(gè)波長(zhǎng)通道即負(fù)責(zé)選路交換又起分出/插入的作用。這種類(lèi)分/插入作用不僅可以對(duì)波長(zhǎng)也可以對(duì)任務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)流甚至對(duì)數(shù)據(jù)包。

　　用吉位以太網(wǎng)在光網(wǎng)上直接架構(gòu)寬帶IP城域網(wǎng)滿(mǎn)足新一代城域網(wǎng)的要求必須解決以下問(wèn)題：

　　1.根據(jù)服務(wù)水平協(xié)議SLA保證服務(wù)質(zhì)量QoS，分配帶寬。

　　2.提供基于TDM的傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)如租用專(zhuān)線(xiàn)等。

　　3.用做接入網(wǎng)集中器時(shí)要解決，同一樓內(nèi)局域網(wǎng)不同用戶(hù)之間互相隔離問(wèn)題和每個(gè)用戶(hù)多業(yè)務(wù)流的分別管理(提高不同的QoS)和計(jì)費(fèi)問(wèn)題。以及以組播方式提供視頻廣播，不對(duì)稱(chēng)的服務(wù)方式。

　　4.光纜環(huán)路被切斷時(shí)的保護(hù)和自愈恢復(fù)。

　　目前 L2/L3 一體化的吉位以太網(wǎng)路由交換機(jī)的背板容量已經(jīng)達(dá)到幾百Gb/s，數(shù)據(jù)包通過(guò)量達(dá)每秒1億個(gè)以上�？梢砸跃�(xiàn)速進(jìn)行第三層 IP / IP X 路由和第二層無(wú)阻塞交換。支持冗余端口，生成樹(shù)，多選擇路由和冗余路由器協(xié)議增加系統(tǒng)可靠性。可以提供上百個(gè)1000 BASE - X 端口。提供帶寬管理、優(yōu)先權(quán)和基于策略的QoS�？梢苑奖愕赝ㄟ^(guò)HTTP、SNMP、RMON、本地和遠(yuǎn)程CLI的進(jìn)行靈活管理。有的設(shè)備可以支持?jǐn)?shù)千個(gè) IE EE 802.1 QVLANs ，并且兼容 IE EE 802.1 ad 的鏈路聚合技術(shù)�？梢詫⒍鄠�(gè)吉位以太網(wǎng)端口結(jié)合成一條干線(xiàn)，在各端口之間進(jìn)行負(fù)載平衡。最新的產(chǎn)品還可以支持MPLS，其能力已經(jīng)和骨干高性能路由器相當(dāng)。目前已經(jīng)被用于城域網(wǎng)骨干網(wǎng)，其價(jià)格較高性能路由器要便宜得多。在“城域網(wǎng)2000”實(shí)驗(yàn)中做過(guò)一次價(jià)格比較，采用以太網(wǎng)路由交換機(jī)構(gòu)成寬帶IP城域網(wǎng)方案與采用POS端口的路由器的方案價(jià)格差可以達(dá)10倍。隨著萬(wàn)兆以太網(wǎng)10 Gb E 標(biāo)準(zhǔn)的完成，10 Gb E 將用于廣域網(wǎng)，將會(huì)出現(xiàn)從局域、接入、城域到廣域網(wǎng)全部采用以太網(wǎng)的局面，即實(shí)現(xiàn)端到端的以太網(wǎng)。

　　對(duì)于以太網(wǎng)城域網(wǎng)而言，最困難的是如何在無(wú)連接的IP網(wǎng)上提供端到端的連接，仿真TDM電路。一些公司的產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始可以提供 IP TDM 業(yè)務(wù)。核心網(wǎng)的VMAN和接入網(wǎng)的VLAN配合�？梢砸怨潭ㄑ訒r(shí)傳輸語(yǔ)音和視頻。為公共電話(huà)網(wǎng)提供等效E1的 IP TDM 通道。但是這還不是真正的TDM通道，目前有一種產(chǎn)品提供 TDM over　IP ，在IP網(wǎng)上建立透明的 T1/E1 電路。其方法是：在數(shù)據(jù)包中插入同步比特流，加上IP包頭送入IP網(wǎng)傳輸。數(shù)據(jù)包通過(guò)IP網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到終點(diǎn)后，在終點(diǎn)重建同步中，除去包頭，提供同步的比特流。當(dāng)然IP網(wǎng)必須對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流給以QoS保證。用戶(hù)接口基于標(biāo)準(zhǔn)租用專(zhuān)線(xiàn)(T1，E1)，不分幀或分幀/通道化，對(duì)協(xié)議透明，可以是任何數(shù)據(jù)(BSC，F(xiàn)R，..)、任何話(huà)音PCM， ADPCM ，..)、任何信令(PRI，SS7，..)。網(wǎng)絡(luò)接口是低成本10/100 Base T 以太網(wǎng)�？梢耘渲肣oS選件：VLAN用于第二層優(yōu)先級(jí)(802.1　D ) 、ToS用于IP層優(yōu)先級(jí)確定、UDP口用于第4層優(yōu)先級(jí)

　　補(bǔ)償包延時(shí)變化。這種系統(tǒng)具有外部的/自適應(yīng)時(shí)鐘再生，處理延時(shí)很低(小于1ms)，可擴(kuò)展，有冗余備份和管理及診斷功能。其系列產(chǎn)品，單機(jī)最多可以提供16個(gè)E1端口，TDM有效負(fù)荷48-384字節(jié)。采用這種設(shè)備可以在IP網(wǎng)上提供 TDM E1 專(zhuān)線(xiàn)，比SDH網(wǎng)提供的E1和ATM都要便宜。

　　以太網(wǎng)城域網(wǎng)不使用SDH設(shè)備，當(dāng)光纜環(huán)路被切斷時(shí)如何能夠像SDH一樣在50ms內(nèi)完成自愈恢復(fù)是需要解決的問(wèn)題。目前在網(wǎng)絡(luò)的第一層到第三層均有解決方案。DWDM系統(tǒng)用光交換可以在光路上在50ms內(nèi)完成自愈恢復(fù)。第二層的彈性分組環(huán)RPR可以像SDH一樣快速進(jìn)行自愈恢復(fù)，而又能利用環(huán)路備份部分傳輸數(shù)據(jù)。而最新的路由交換機(jī)則可以在第三層完成環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)狀網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)的快速自愈恢復(fù)。一種方法是事先計(jì)算好各種可能出現(xiàn)故障時(shí)的恢復(fù)路徑的路由表，一旦監(jiān)視發(fā)現(xiàn)故障快速轉(zhuǎn)換到備份路徑。另外一種方法是利用MPLS來(lái)實(shí)現(xiàn)自愈恢復(fù)。這兩種方法都可以在50ms內(nèi)完成自愈恢復(fù)。

　　新一代吉位路由交換機(jī)支持熱插拔模塊和元件，有雙系統(tǒng)軟件和雙系統(tǒng)配置，達(dá)到電信級(jí)的可靠性。具有靈活管理能力，可以方便地從本地或遠(yuǎn)程通過(guò)瀏覽器、用SNMP、RMON命令行進(jìn)行靈活管理。

　　智能光網(wǎng)和邊緣路由器構(gòu)成Tb/s城域網(wǎng)

　　由于電路由器性能限制，上述用電路由器直接在光纜網(wǎng)上架構(gòu)寬帶城域網(wǎng)的方案帶寬在100 Gb / s 量級(jí)。要架構(gòu)Tb/s城域網(wǎng)將采用核心智能光網(wǎng)和邊緣高性能路由器配合的方案。

　　智能光網(wǎng)為WDM光網(wǎng)，在結(jié)點(diǎn)上各個(gè)光波長(zhǎng)通道之間設(shè)置光交換機(jī)，在 MPLm S 協(xié)議的控制下運(yùn)行。人們稱(chēng)之為波長(zhǎng)路由器或 Lam bda 路由器。具有同一標(biāo)記的數(shù)據(jù)流由波長(zhǎng)路由器進(jìn)行波長(zhǎng)之間的選路交換，快速形成新的光路徑。這樣客戶(hù)可以為一段時(shí)間或一種業(yè)務(wù)租用一個(gè)波長(zhǎng)端口。其交換速度在幾十ms級(jí)，而建立新光路徑時(shí)間在秒級(jí)。目前已經(jīng)有一些產(chǎn)品面世。容量可以高達(dá)2.4 Tb / s 。目前正在制定智能光網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)系統(tǒng)。一是國(guó)際電聯(lián)ITU的 G. ASON ( 自動(dòng)交換光網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)工作組。采用重疊模型。由運(yùn)營(yíng)商控制網(wǎng)絡(luò)資源，按照用戶(hù)請(qǐng)求提供鏈路；另外一個(gè)是IETF的 GMPLS ，它采用對(duì)等模型，用戶(hù)利用 MPLm S 協(xié)議直接調(diào)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源形成自己需要的鏈路。

　　智能光網(wǎng)和設(shè)在邊緣的高性能配合工作，在根據(jù)數(shù)據(jù)包的 GMPLS 標(biāo)記設(shè)置光路徑連接路由器端口。今后幾年內(nèi)智能光網(wǎng)提供以太路徑，與邊緣高性能路由器配合將是太位IP骨干網(wǎng)的主要形式。

　　(未完待續(xù))

摘自《通信產(chǎn)業(yè)報(bào)》