城域光傳輸網技術動態和生存性研究

摘 要： 本文對城域光傳輸光網絡的一些技術和發展趨勢作了一些分析，主要分析對比了RPR、MSTP、SDH、WDM的特點，并且在保護和恢復兩個方面重點分析了RPR和WDM的生存性。

關鍵詞： 城域光傳輸網 技術動態 生存性

1.城域光傳輸網

城域光傳輸網成為業界最為關注的焦點，一方面是由于運營商在大規模建設長途骨干傳輸網和寬帶高速接入網后，急需解決兩者之間通過城域網進行互聯時的帶寬瓶頸問題，另一方面是由于運營商急需通過建設城域光傳輸網來開發新業務，創造業務收入的新增長點。同時，在城域光傳輸網領域中新技術和新產品也不斷涌現，眾多廠商的推動也是使城域光傳輸網成為熱點的主要原因之一［１］。

網絡生存性是指網絡在經受各種故障時仍能維持可接受的業務質量等級的能力，是現代網絡規劃設計和運行的關鍵因素，也是網絡完整性的重要組成部分［２］。

2.城域光傳輸網的技術動態與生存性

從傳統意義上來講，網絡的生存性是指在網絡發生故障的情況下，能夠繼續提供服務的能力。在超高速、超大容量的光傳輸網中，當發生網絡故障時，一條鏈路的損壞將影響大量的應用業務，如果不能及時對網絡進行修復，將會造成巨大的影響和損失，這使網絡的可靠性和生存能力受到很大的挑戰。因此，光網絡的生存性問題成為光網絡研究的熱點。

目前城域光傳輸網的技術主要有：RPR（彈性分組換）、MSTP（多業務傳送平臺）、SDH（同步數字序列）和WDM（波分復用）。下面分別對這些技術的特點和生存性進行分析。

2.1RPR的技術特點與生存性

2.1.1RPR技術特點

RPR技術能夠有效地處理環形拓撲上的數據流問題，實現的方法是通過在環形網上增加一個新的MAC層協議來解決城域網的瓶頸問題。

RPR一般采用雙環結構，由2根反向光纖組成環形拓撲結構。其中1根順時針，1根逆時針，其節點在環上可從2個方向到達另一節點。每根光纖可以同時用來傳輸數據和同向控制信號，RPR環雙向可用。利用空間重用技術實現的空間重用，使環上的帶寬得到更為有效的利用。

RPR致力于實現帶寬的高效利用（不帶靜態保護帶寬預留的空間重用），基于數據包的阻塞控制（公平控制）和服務等級（CoS）用以在環中支持不同質量的連接業務，兼容SDH/SONET/WDM和MPLS等其它技術。IEEE 802.17制定了RPR標準。

RPR技術適合于以數據業務為主、TDM業務為輔的網絡環境。它可以作為中小城市組網的手段，特別適合于新運營商在競爭區域開展業務。但是它僅支持環網結構和相對簡單的網管系統，這限制了它在更大范圍的應用。

2.1.2RPR技術的生存性

目前RPR生存性的研究已經成為一個熱點問題。單環的RPR具有WRAP或源重選路由可提供類似SDH/SONET的環網保護能力。

RPR采用環狀拓撲，網絡的拓撲結構采用環型拓撲，是為了保證其生存性。為了有更好的生存性，RPR拓展環技術得以研究，這種技術是相切環的應用。目前，擴展結構中有一種形式為相切環的RPR拓撲結構已經有眾多文獻給出相應的論證，這種相切環的拓撲結構基于以太網結合結構，也就是將802.3以太網幀格式簡便地映射到802.17幀格式中，再修改幀結構來做拓撲擴展。拓撲擴展后也有其它的拓撲結構，這些結構也是一個研究的熱點方向。

2.2SDH的技術特點與生存性

2.2.1SDH技術特點

SDH/SONET技術以其在可靠性、傳輸質量和標準化等方面的優勢，依然在城域網應用中占據重要位置。目前SDH技術已經是一項成熟的技術。在華為等廠商中SDH基本進入了維護階段。SDH加上光纖傳輸，是比較理想的傳輸方式，在通信網的過去和現在都發揮了巨大的作用，據估計，至少還有2—3年的生存周期。

基于SDH/SONET技術的多業務傳送平臺（MSTP）技術正在廣泛的使用，MSTP技術既能夠很好地支持TDM語音業務，又能夠高效地支持數據業務，是現在城域網組網的主要技術之一。

MSTP比較適合于已經敷設大量SDH網運營公司，它可以方便有效地支持分組數據業務，實現從電路交換網到分組交換網的過渡，適合支持混合型業務，特別是以TDM為主的混合型業務。

2.2.2SDH技術的生存性

對于SDH而言，有兩種保護機制，一種是通道保護（1+1），一種是復用段保護（MSOH）（1∶1）。這兩種保護機制都是SDH自愈保護，也是SDH的特色，目前已經非常成熟。但是隨著業務的增長，對于實時可靠的業務，1+1和1∶1的保護在成本和必要性方面都不可行。而目前采用虛級聯保護級聯技術與LCAS技術的結合的鏈路容量動態調節結束使數據業務的傳送效率和質量得到了提升。其中LCAS（鏈路容量調整技術）是MSTP的新亮點，屬于ITU-TG.7042規范。但是LCAS跟SDH的通道保護和復用段保護之間的協調問題需要重視，目前解決的方式尚未出臺。

2.3WDM的技術特點與生存性

2.3.1WDM技術特點

WDM技術不僅可以充分利用光纖中的帶寬，而且其多波長的特性具有將光通道進行直接聯網的優勢，促使WDM技術由傳統的點到點傳輸系統（第一代光網絡）向波長路由光網（第二代光網絡）的方向發展。

第二代光傳送網的核心設備是光的交叉連接設備（OXC）和分插復用設備（OADM），它們可以實現光信號的交叉連接和分插復用，而無需將其轉換到電域上進行相關處理。

在傳統點到點的光網絡中，業務在每個中間節點需要經過光—電—光轉換，最終傳送到目的節點。在這種網絡中，業務傳輸速率受限于中間節點的電處理速率這一瓶頸，同時也使得傳輸變得不透明。

使用WDM技術的波長路由光網絡能夠在業務的源、目的節點間建立一條全光通路，借助于波長實現路由，同時消除了中間節點的電子瓶頸，已成為下一代骨干網的必然選擇。

2.3.2WDM技術的生存性

WDM光網絡的生存性可以分為保護倒換和利用OXC重新選路進行業務恢復，前者適用于線路應用和環形網絡，后者適用于含有OXC的網狀網；前者的實現可以基于光通道層，也可以基于光復用段層，后者一般基于光通道層。

現有的WDM技術多以采用NSNFET骨干網絡的物理拓撲結構（NSFNET骨干網絡包含了14個節點，22條鏈路）作為分析對象拓撲為研究背景，并且通過算法仿真來研究路由的選擇和優化。

2.3.3WDM網狀網（MESH網）技術特點

網狀網是解決帶寬的最佳方案，而且寬帶城域光纜網應該建立在現有的本地光纜網基礎上。為此，我們必須根據光網狀網的拓撲要求，在現有光纜網的物理拓撲基礎上，對光纖類型和組網方式進行合理且有預見性的規劃和完善。雖然光網狀網尚未進入實用階段，但是，光網狀網是解決城域網帶寬的最佳方案是毫無疑問的。

2.3.4WDM網狀網的業務疏導問題的研究現狀

業務疏導的定義業務量疏導就是將低速業務連接（或者業務流）匯聚到一個波長上傳輸，低速業務流可以通過一條光路到達目的網絡節點（單跳業務量疏導，single-hop traffic grooming），也可以通過多跳光路到達目的網絡節點（多跳業務量疏導，Multi-hopartffiegl coming）。

近幾年來業務量疏導作為光網絡的一項關鍵技術已經引起了業界的廣泛關注與研究。由于環網具有很強的自愈能力，很多網絡是采用環形結構來組網的。前幾年業務量疏導研究主要基于SDH/WDM環網。近一年來，由于網狀結構能夠提供快速和有效的容量配置，良好的抗毀能力現已成為長距離骨干網的主要組網方式，光城域網也開始由環形網向網狀網過渡。網狀網中的業務量疏導成為關注的熱點。

2.3.5WDM網狀網的生存性

未來的光網絡將是網狀網，光網狀網的生存性問題比環網要復雜得多。光網狀網絡生存性是通過相關OXC的重新配置（重選路由）來實現的，也分為保護和恢復兩種類型［３］。

保護是在網絡建立時預留好保護路由，網絡故障時將受損業務直接重選路由到預先分配好的保護路由上。根據保護資源能否共享，保護機制可分為專用保護和共享保護。

恢復是按重選路由的計算和執行原理，可以分為集中式和分布式恢復；按重選路由的類型，分為基于通道（Path-based）和基于鏈路（Link-based）的恢復方法；按失效發生后路由計算的時效性，分為實時和預計算的恢復［４］。

3.結語

本文詳細分析了RPR、SDH、MSTP、WDM的特點，同時分析了各種網絡的生存性。結果表明：網絡生存性是一個系統工程，在下一代光網絡中，隨著網絡技術的發展，WDM網狀網和RPR技術都是值得我們考慮的關鍵技術。

參考文獻：

［1］任海蘭.光傳送網設備［M］.北京：北京郵電大學出版社，2003.

［2］VINODKRISHNAN Kulathumani，CHANDHOK Nikhil，DURRESi Arjan，et al.Survivability in IP over WDM networks［J］.Journal of High Speed Networks，2001，10：79-90.

［3］王健全，張永健，顧畹儀.WDM光網絡中的共享通道保護方法［J］.電子學報，2004，3：32-33.

［4］唐勇，孫小菡，張明德等.IP Over Optical網絡中間層協作的生存性策略的研究［C］.全國第十次光纖通信暨第十一屆集成光學學術會議論文集，2001.