下一代SDH技术发展趋势及应用分析(上)

摘要：随着新技术的不断发展，传统的SDH技术将逐渐朝着下一代SDH的方向演进。 本文首先介绍了下一代SDH多业务化、智能化以及更高传输容量等一系列发展特点，接着对其所涉及的虚级联、LCAS、封装、网络管理等关键技术及下一代SDH标准化进展等方面的相关情况进行了必要论述，最后详细介绍了基于下一代SDH的以太网、ATM、ASON方面的各种应用解决方案及其在互联互通方面的研究。

一、概述

　　从20世纪末以来，SDH技术已经成为国家通信基础设施的建设重点，近年来，植根于SDH技术上的新技术层出不穷。因此，在“十一五”规划前期预研课题中突出“下一代SDH技术发展趋势分析”，对于充分利用网络中的已有投资，进一步提升国内产品的领先地位都有着重要意义。

　　未来几年内，SDH将向多业务承载能力、智能化和更高的传输容量这三个方面发展。

　　1.更丰富的多业务承载能力

　　随着电信运营市场竞争的加剧，网络需要承载的业务类型大幅增加。如何在单一的基础网络中实现多类型业务的有效承载，成为了人们广泛关注的问题，并由此产生出一个新的技术概念？多业务传送平台(MSTP)。在国内当前实际的网络建设中，应用最普遍的是基于SDH的多业务传送平台MSTP。

　　基于SDH的MSTP的基本思想是在传统的SDH传输平台上，将SDH对实时业务的有效承载和网络二层甚至三层技术所具有的数据业务处理能力有机结合起来，以增强传送节点对多类型业务的综合承载能力。在当前实际的设备开发和应用中，如何有效地承载以太网业务是关注的重点。为满足客户层对以太网业务性能日益增长的要求，当前新的研究重点己集中在将多协议标签交换(MPLS)和弹性分组环(RPR)等技术内嵌入MSTP中，并和已有技术有效配合，共同提高以太网的业务性能及其组网应用能力。

　　2.更强大的传送智能

　　具有更高的智能也是基于SDH的MSTP的一个重要的发展方向。智能化的光传输技术ASON则可进一步将客户层网络对带宽需求的变化和节点的带宽调整动作关联起来，实现基于SDH的MSTP节点的带宽按需分配。

　　智能光网络是网络发展的必然趋势，但它在网络中的应用将是一个逐步演进的过程。目前，能够部分支持ASON的智能光节点已经开始逐步应用于电信网络。从实际进展情况看，ASON大规模应用于网络各层面还需要一定时间，它将首先在长途骨干网以及城域网的骨干层中得到应用，进而逐步向网络边缘渗透。

　　3.更高的传输容量

　　从过去20多年的电信发展过程来看，光纤通信的发展始终在按照TDM方式进行，高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长。目前，10Gbit/s系统已开始在各运营商的骨干网络中大量使用，一些设备制造商的实验室已开发出40Gbit/s系统。

　　从网络应用看，10Gbit/s接口的路由器已经问世，为了提高核心网的效率和功能，希望单波长内能处理多个数字连接，因此核心网的单波长速率向40bit/s方向演进是合乎逻辑的。从实际应用来看，40Gbit/s在节点技术的实现、网络应用和系统的性能价格比等方面还存在一定的问题，因此短期内规模应用的可能性不大。

　　总之，网络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，将传送和业务节点紧密结合，可灵活的满足多种业务信号的传输要求。因此，在相当长的一段时间内，MSTP将依然是国内城域传输网建设的主流技术。

二、新一代SDH的特点和关键技术

　　(一)新一代SDH节点关键技术

　　1.级联与虚级联

　　随着通信技术的不断发展，越来越多不同类型的应用需要由SDH传送网络承载。但是，大量新的数据业务所需的传送带宽不能和SDH的标准虚容器(VC，Virtual Container)有效匹配。为了使SDH网络能够更高效的承载某些速率类型的业务，尤其是宽带数据业务，需要采用VC级联。

VC级联的概念是在ITU-T G.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，共用相同的通道开销(POH)，此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级联。SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理，此种情况称为虚级联。通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。尤其是虚级联技术，可以将从VC-4到VC-12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小的颗粒带宽调节。虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优势。

　　2.链路容量调整方案(LCAS)

　　链路容量调整方案(LCAS)是在ITU-T G.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。

　　LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制分组来动态调整业务带宽。控制分组所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS(表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC)、空闲和不使用6种。LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽指配速度，对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入。

　　3.MPLS以及RPR

　　为了能够在以太网业务中更好地引入QoS，在以太网和SDH/SONET之间引入了一个智能适配层。智能适配层的实现技术主要有MPLS和RPR两种。

　　MPLS技术通过LSP标签栈突破了VLAN在核心节点的4096地址空间限制，并可以为以太网QoS、SLA增强和网络资源优化利用提供很好的支持。而RPR技术为全分布式接入，提供快速分组环保护，支持动态带宽分配、空间重用和额外业务。显然，针对不同的网络应用环境和以太网业务的流量模式，内嵌MPLS与内嵌RPR的MSTP各有优缺点。综合两种技术共同实现对以太网业务的处理是一种可以考虑的方法。

　　(二)以太网封装协议

　　目前，MSTP传送以太网帧的协议主要有3种：PPP、LAPS和GFP。LAPS(Link Access Procedure-SDH)和GFP(General Frame Protoco1)是其中应用前景较好的适配协议。

　　LAPS是由武汉邮电科学研究院提出的第一个ITU-T EoS标准X.86。该方案采用ITU-TX.85标准规范的LAPS协议作为以太网MAC层与物理层的SDH之间的数据链路适配层。GFP是在ITU-T G.7041中定义的一种链路层标准，它采用了与ATM技术相似的帧定界方式，利于多厂商设备互联互通。GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP-F和GFP-T两种方式，从而既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。

　　(三)MSTP的网络管理

　　MSTP网络管理完成标准管理信息的交换及故障管理、性能管理、配置管理、安全管理、计费管理。由于MSTP设备具有较强的多业务承载能力，MSTP-EMS和MSTP-NMS所包含的管理功能可以分别在逻辑上分成SDH传送管理层和数据业务管理层两个层次。SDH传送管理层主要包含传统SDH传送网络所需要的各项管理功能，数据业务管理层主要包含MSTP实现多业务承载后，作为业务提供网络所需的各项业务管理功能。

　(四)动态带宽分配

　　如何提高SDH带宽分配的灵活性，一直是人们十分关注的问题。通过综合采用前面介绍的各项新技术(虚级联、LCAS、GFP/LAPS)，配合以日趋成熟的ASON标准所定义的控制平面智能，能够实现SDH带宽的动态按需分配(BoD，Bandwidth on Demand)。

　　SDH带宽的按需分配可以采用分布控制或集中控制两种不同的实现方法。分布控制的实现方法中，通路的建立需要基于标准的UNI接口和使用GMPLS协议；集中控制实现方法则需要使用网管系统(网元管理系统EMS/网络管理系统NMS)完成网络控制。 (未完待续)

三、标准化进展概述

　　(一)国际标准进展

　　1.与以太网承载相关的国际标准

　　(1)ITU-T：主要关注运营商网络的体系结构，因此其关于以太网技术和业务的标准重点是规范如何在不同的传送网上承载以太网帧。 ITU-T与以太网相关的标准主要由SGl5和SGl3研究组负责制订。

　　ITU-T SG15 WP3工作组负责制订传送网承载以太网(EOT)的标准，已经和正在制订的标准包括以太网层网络体系结构G.8010、以太网业务框架G.8011、以太网专线业务G.8011.1、以太网UNI接口和以太网NNI接口G.8012、以太网传送网设备功能块特性G.8021、多承载和多运营商环境中的业务管理结构G.asm等。SGl3 WP3主要研究以太网的性能和流量管理，目前已经和正在制订的标准包括以太网OAM需求Y.1730以及以太网OAM机制Y.17ethoam。

　　(2)IETF：主要研究如何在分组网络中提供以太网业务。与以太网标准相关的工作主要是端到端虚拟线模拟(PWE3，Pseduo Wire Emulation Edge-to-Edge)和L2VPN。PWE3工作组目前正在制订业务封装和业务模拟的标准，L2 VPN工作组负责制订由运营商提供的L2 VPN实施方案。

　　(3)MEF：主要目标是定义一个电信级的城域以太网(MEN)体系结构，主要包括以下4个方面：体系架构、提供的业务、以太网的传送和协议、管理。MEF对以太网业务的标准化采用分阶段的方式进行，其中第一阶段包括以太网业务模型(ESM)、以太网业务定义(ESD)以及以太网流量管理(ETM)3个技术规范。

　　2.智能化(ASON)方面的标准进展.

　　(1)ITU-T：主要规范网络体系结构和与协议无关的要求。有关控制平面的标准主要包括自动交换传送网总体要求G.807和自动交换光网络结构G.8080、与协议无关的分布式呼叫和连接管理信令G.7713、通用自动发现技术G.7714、ASON链路管理G.7716以及ASON路由体系结构和要求G.7715。此外，G.7712定义了DCN的体系结构。G.fame则主要针对控制平面的管理。

　　(2)IETF：主要工作是提出了面向光网络控制的通用多协议标记交换(GMPLS)。2003年，3个有关信令方面的GMPLS标准草案成为正式的RFC文档，即GMPLS信令功能描述RFC3471、GMPLS CR-LDP扩展RFC3472以及GMPLS RSVP-TE扩展RFC3473。目前，IETF正在讨论有关链路管理(LMP)、网络保护恢复以及域间路由等方面的标准草案。

　　(3)OIF：主要是制定一些实施协议，并采用这些协议进行互操作性试验。OIF最重要的成果是用户网络接口UNI1.0信令规范，并准备制定UNI2.0。OIF下一步的主要工作是制定E-NNI路由协议，目前已经完成NNI1.0。

　　(二)国内行业标准

　　多业务承载方面，国内相关行业标准的讨论和制定主要关注于基于SDH的多业务传送平台技术规范及其测试方法。从2001年以来，先后确立了与MSTP技术相关的5个标准项目，分别是《基于SDH的多业务传送平台技术要求》、《基于SDH的多业务传送平台测试规范》、《基于SDH的多业务传送平台技术要求？？内嵌RPR功能部分》(报批阶段)及其测试规范(报批阶段)、《基于SDH的多业务传送平台技术要求？？内嵌MPLS功能部分》(讨论阶段)，另外网管标准组也计划围绕MSTP网络管理指定一系列标准(讨论阶段)。

　智能化方面，国内早在2002年10月就确定启动ASON标准化的制定工作。前期着手制定了两个有关ASON标准框架和体系结构方面的标准？？《自动交换光网络(ASON)标准的体系结构》和《自动交换光网络结构和功能要求》，将用于指导我国ASON的规划设计和设备开发。

四、下一代SDH的应用研究

　　(一)基于MSTP的以太网业务网络应用

　　结合当前业务的状况及今后的发展趋势，可以将基于MSTP以太网业务的网络应用分为基本应用及增强应用两种主要形式。基本应用目前已获得长足的发展，增强型应用将在今后有着良好的应用前景。

　　1.基本应用形式

　　点到点以太网数据的透传是MSTP最简单的一种应用形式。在这种方式中，每路数据流从源端到宿端独占一个带宽固定的VC或VCG物理层通道，业务之间带宽不共享。在业务开展初期，这种方式发挥了重要作用，当前，这种透传方式仍适合于重要大客户专网的实时业务传输。

　　L2以太网汇聚解决方案主要是基于数据统计复用的原理。这种方式可以使大量的用户数据在远端站或中心站点汇聚，从而节省了WAN口和网络资源。但是由于远端站点数据流仍然通过点对点透传至中心站点，因此L2仅在各个单点汇聚的方法仍然无法共享传送层整体带宽资源。

　　简单以太共享环是汇聚与共享的结合，通过二层共享以太环网的方式接入最终用户，在汇聚节点对各共享环的业务再进行二层汇聚。这种方式根据业务流量模型来改变数据层的逻辑拓扑结构，不仅带宽利用率和业务效率高，并具备良好的业务分类(COS)机制及安全性能，且费用低廉，适用于广大普通用户。但相对而言安全性较差。

　　2.增强型应用形式

　　(1)内嵌RPR

　　上述基于简单以太共享环的组网方式有它的优点但也同时存在一些缺点：在环上节点不同位置时的业务接入具有不公平性和时延性；采用STP保护倒换时间过长等。这就必须引入RPR弹性分组环。

　　在内嵌RPR的MSTP出现早期，RPR映射颗粒是基于VC4。随着数据业务的发展，规模较小的用户数量增多，从而导致接入层或汇聚站点出现可能的带宽紧张和瓶颈问题。因此，内嵌RPR的MSTP设备应用在网络的接入/汇聚层的发展趋势相对更为可能，其映射颗粒应基于VCl2。

　　(2)内嵌RPR+MPLS

　　MPLS作为内嵌RPR的MSTP中的RPR的业务层

　　在这种应用中，RPR负责将数据从源传送到宿，MPLS提供不同用户数据的隔离，负责将数据从入口的UNI发送到出口的UNI。

　　MPLS提供内嵌RPR的MSTP跨环的业务

　　即MPLS作为RPR的服务层，提供以太网端到端的可靠连接，它将以太网业务在VC中传送，多个VC复用到一条隧道LSP，节约了传送通道。结合双节点(dual attach)技术可以把RPR环提供的保护机制扩展到多环和网关结构中并实现全网范围内的弹性恢复，在保持QoS和不改变SLA的情况下，继续把分组业务传至其他环。

　　(3)MPLS L2VPN

　　内嵌MPLS的MSTP可以提供各种新型以太网业务，即L2VPN业务，包括以太网专线(EPL)、以太网虚拟专线(EVPL)、以太网专网(EPLAN)、以太网虚拟专网(EVPLAN)业务。

　　(二)基于MSTP的ATM业务网络应用

　　1.ATMDSLAM上联

　　现网中的DSLAM仍大量采用了以ATM为内核的DSLAM设备，因此在网络中依赖ATM155Mbit/s上行接口汇聚到BRAS进行AAA认证的组网应用非常多见。

　　MSTP中提供的内嵌ATM功能板卡具有汇聚功能，能有效减轻ADSL新增用户对于上联端口和带宽的压力。首先，MSTP中提供的内嵌ATM功能板卡可在ATM网覆盖有限的情况下，实现ATM-DSLAM到BRAS的上联，并通过VP Ring功能进行统计复用和有效保护；此外，对于边远地区的DSLAM所需实际带宽可能只有n×2Mbit/s，但众多主流ATM-DSLAM产品的上联接口为155Mbit/s。这时可采用MSTP中IMA接口盘，这样就可通过n×2Mbit/s直接接入原有传输网络，并在中心站点汇聚多方向的2M，并还原成ATM 155M接入BRAS或ATM骨干网。

　　2.3G传输

　　从无线技术长期发展来看，MSTP不但能够满足目前GSM/GPRS网络的传输要求，还能提供完善的低成本的基于ATM承载技术的3G传输解决方案。

　　(1)node B采用IMA El接口解决方案

　　对于一般业务区，Node B只需采用几个IMA E1上联，在城域接入层MSTP产品实现IMA E1接入，并传送至汇聚层节点。在汇聚节点提供具有IMA处理和汇聚能力的ATM交换卡，该板卡实现接入层上传的IMA E1电路，通过VCl2进入ATM交换，基于信元实现统计复用并汇聚成ATM VC4。ATM VC4可以经汇聚层透明传送至RNC，或者通过ATM VP-Ring进一步提高带宽的利用率。

　　(2)Node B采用ATM 155Mbit/s接口解决方案

　　对于部分高业务区，Node B会直接提供ATM 155Mbit/s接口，接入方案一是：通过接入层MSTP提供的ATM STM-1接口实现接入，并在接入层环中组成ATM VP-Ring，通过统计复用提高带宽的利用率，然后再通过ATM STM-1接口上传至RNC。接入方案二是：若原有接入层MSTP设备的速率为155Mbit/s，为了避免网络从155Mbit/s升级为622Mbit/s，保护现有网络投资，可通过新一代MSTP设备提供的ATM 155Mbit/s→IMA E1的板卡，从而将高业务区的Node B提供的155Mbit/s接口接入并转换为IMA E1后上传至汇聚层节点；通过汇聚节点的相关ATM板卡进行统计复用、IMA汇聚等相关处理，从而提高了现有网络的利用率。

(三)ASON典型应用

　　ASON是面向业务的网络，它可在光层直接实现动态业务分配，不仅缩短了业务部署时间，而且提高了网络资源的利用率，并实现服务等级协议(SLA)。

　　1.加强型专线业务

　　加强型专线业务(PBS)提供增强的租用线/专线业务，此业务是由PC或SPC的业务管理接口(MI)指配的，这种指配可以是实时的或近实时的，具有以下特性：连接请求需要经过管理接口；客户和光网络之间是客户/服务的关系；光网络对客户不可见，光连接的建立依赖于网络智能或网络操作者。

　　2.按需带宽业务

　　按需带宽业务(BDS)通过UNI信令接口提供按需分配带宽的自动连接，连接指配是实时的，使用SC光连接，具有以下特性：用户或其代理可以直接通过UNI发起连接请求；根据所使用的互联模式和网络管理策略不同，光网络对客户可以不具有或者具有有限的可见性；根据控制平面互连模型的不同，连接的建立依赖于网络或客户的智能。

　　3.虚拟专用网

　　虚拟专用网(OVPN)在光层为特定的用户组提供虚拟专用网业务，具有以下特性：客户签约特定的网络资源(如光连接端口、波长等)；支持封闭用户组(CUG)概念；根据指配模式的不同，光连接可以是PC、SPC或SC；一个OVPN站点可以请求动态重新配置与其在同一CUG内的站点之间连接；在客户业务合同允许的范围内，客户具有对网络资源的可见性和控制能力。此外，可以将传送网划分为多个VPN，但每一部分网络资源只能属于一个VPN，VPN的用户终端可以根据网络的授权对相应的资源直接进行管理。

　　(四)MSTP的互联互通

　　不同厂家设备的互通性是规划电信网络中的关键因素，同时也是决定一项新技术能否大规模应用的关键因素。中国电信、中国移动、中国联通等各大运营商于2003-2004年间组织了一系列由国内外主流MSTP制造商参加的大规模设备测试。经过运营商和设备商在制订互通测试方案、确定具体协议参数等方面的多次协调和论证，由多厂家参加的几次MSTP互联互通取得了实质性的重大突破，并在世界电信领域率先实现了GFP映射、VC虚级联和LCAS3种类型的互通。这些可喜的成果将在许多方面直接或间接地加速今后运营商对于城域传送网的规划、选型和建设。

　　从目前来看，MSTP还处于快速发展阶段，许多新技术尤其是数据层面的处理技术还在不断发展，因此在MSTP设备上实现RPR、MPLS以及ASON层面的互通和组网将会成为业界关注的下一个焦点。

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