基于IP RAN及分組增強型OTN的SDH退網及優化探討

曹新德

中國電信股份有限公司連云港分公司

0 引言

隨著網絡通信技術的發展，網絡所承載的業務及網絡設備都發生了巨大的變化，光傳送網也隨之發生變革，從PDH時代到SDH（MSTP）時代，再到現在的IP RAN、分組OTN時代，網絡不斷的向前演進。目前，PDH傳送網基本退出了運營商歷史舞臺，SDH傳送網仍然是運營商承載2G業務、3G業務及黨政軍等政企專線業務的主力軍。由于短期內2G、3G網絡很難全部退網，SDH傳輸網絡還將在一定時期內存在。

SDH網絡的長時間運營，面臨以下幾個問題：（1）SDH網絡的帶寬接入能力難以滿足客戶日益提速的需求，基本無法承載100M以上大顆粒業務；（2）運營商從2016年禁止集采SDH設備，SDH傳送網已無法投資新建擴容；（3）老舊SDH承載設備壽命超長服役，故障率高發，維護工作量大，需要對網絡進行優化，確保網絡運行質量；（4）設備廠家支持能力弱，部分核心元器件采用國外芯片，因受經濟封鎖等因素影響，導致部分板件無法修復，廠家難以提供維修服務，致使設備備件短缺；（5）設備智能性欠缺，不利于集中化運營管理。

因此，SDH網絡設備及業務需要及時進行優化，積極引導新業務優先從IP RAN網絡及分組OTN網絡開放，同時優化老舊SDH業務至IP RAN及分組OTN網絡承載，退網部分SDH設備，適當補充備件。

1 傳輸承載網技術介紹

1.1 SDH技術

SDH網絡定義了標準的數字信號速率及幀結構，第一次實現了數字傳輸體制上的世界性標準。SDH采用同步復用技術及交叉技術，實現不同顆粒業務的匯聚與落地；通過豐富的再生段、復用段、通道層開銷，實現網絡的告警管理及各種網絡保護方式，具備強大的網絡管理能力；具有標準的光接口，可實現異廠家設備之間互聯；基于VC的時隙設計，使SDH業務成為天然的剛性管道，深受政企專線客戶青睞。

SDH網絡始建于上世紀90年代，現存設備主要承載2/3G基站業務、政企專線業務。基站業務上行通過155M光接口與基站控制器（BSC）對接，實現冗余分擔；下行通過2M電纜與無線基帶處理單元（BBU）設備對接。政企專線業務分為重要大客戶中心點及普通邊緣客戶分支點，中心點客戶端建有MSTP設備，實現業務匯聚；分支點通過局端MSAP設備下掛光貓等開放業務。城域間業務通過省市SDH網絡下掛本地銜接點設備開放電路。城域內建有市縣、市區等多張SDH網絡平面，實現業務傳輸及冗余保護。

SDH網絡支持最大線路接口為STM-64，下行業務端口一般為2-20Mbit/s，無法應對目前政企業務及4/5G業務對帶寬的需求，且設備運行十幾年，老化嚴重，已無法滿足網絡正常運行需求。

1.2 IP RAN技術

IP RAN網絡采用路由器組網，通過IP/MPLS技術和OSPF、ISIS、BGP等協議，實現全網絡IP連接。在接入層應用L2VPN承載技術，匯聚層應用L3VPN承載技術。IP RAN網絡具備完好的三層路由功能，具有很好的業務開放性及調度靈活性；依靠STP、FRR、VRRP、冗余PW等技術，實現網絡的多重保護功能；采用分組技術，帶寬能力能大大滿足業務發展的新需求。

IP RAN網絡始建于2010年后，主要用于承載4G業務及政企專線業務。采用核心ER路由器、B匯聚路由器、A接入路由器三層組網。ER設備通過城域波分上聯省核心ER設備，連接4G核心網；通過A設備下聯無線BBU設備。政企專線業務通過A到A設備或A設備下掛的U設備，開放多段PW業務，實現業務透傳。

IP RAN網絡匯聚環采用10GE組網，接入環采用GE/10GE組網。環網數量眾多，且傳送通道為彈性管道，帶寬能力及利用效率遠高于SDH網絡，但是其業務通道安全性及管控性上要弱于SDH網絡。

1.3 分組增強型OTN技術

分組增強型OTN設備是指具有ODUk交叉、分組交換、VC交叉和OCH交叉等處理能力，可實現對SDH和分組等業務統一傳送的設備。統一線卡是其關鍵板卡，能夠在一個接口中統一傳送OTN、SDH、分組業務，速率可以達到100G或者更高。保護方案主要是ODUk SNC/S保護，通過段監視（SM）、通道監視（PM）和串聯連接監視（TCM）的開銷監測來觸發保護倒換，從而實現OTN的分層分域保護；業務層面可實現LAG、及冗余PW切保護。分組增強型OTN網絡囊括了SDH、IP RAN、OTN網絡的優點，是傳輸承載網絡的演進方向。

分組增強OTN網絡始建于2016年后，因設備成本等因素，網絡發展及覆蓋范圍受限。采用10GE/100GE組網，覆蓋至地市縣區重要匯聚機房，主要承載高帶寬政企業務，同時兼具傳統低速2M業務傳送能力。可以很好地替換機房的老舊匯聚SDH設備，實現SDH業務接入及SDH設備退網。

2 SDH業務向IP RAN網絡遷移場景

由于目前很多非智能化終端、物聯網等都是通過3G網絡承載，無法切換至4G、5G網絡，因此對于3G網絡的安全性要求仍然很高。作為3G承載網的SDH網絡，在建設時對網絡的質量要求及安全標準遠低于后建的IP RAN網絡。IP RAN網絡對接入設備的成環率以及匯聚環網雙路由等指標要求嚴格，網絡安全性遠高于SDH網絡。使得IP RAN網絡替換SDH網絡承載3G基站業務成為可能。下面探討通過無線網業務及承載網分組化改造實現IP RAN網絡承載SDH業務。

2.1 無線網業務分組化改造

通過對現有3G無線業務進行分組化改造，實現3G業務通過IP RAN網絡承載，SDH老舊設備進行退網。無線網分組化改造包括基站側和BSC側兩個部分：基站側具備分組化能力的BBU可直接配置分組單板，與同機房IP RAN網絡A設備通過網線對接；BSC側規劃IP RAN網絡ASBR設備與BSC設備進行對接。BSC側對接方案如圖1所示。

圖1 3G無線網分組化改造圖

OMMR網管和ASBR直接通過交換機對接，BSC設備ABES單板與ASBR設備GE口對接，兩臺互為主備。在兩臺ASBR設備上采用VRRP協議進行ABES單板保護。OMMR、ABES虛地址、ABES接口地址、BSC虛地址和ASBR的接口地址都發布在VPN CDMA-RAN中進行互通。地址規劃示例如表1所示。

表1 BSC分組化改造地址分配示例表

ASBR通過靜態路由的方式指向BSC虛地址，與BSC設備互通。ABES接口地址作為3G DHCP relay地址，需加入B設備腳本中。根據3G地址，在不同的B設備對下分配不同的網關地址，用于3G基站業務接入。業務開放方法與4G業務類似，采用A設備至B設備做一源兩宿PW業務。

2.2 SDH承載網分組化改造

對于一些難以實現分組化改造的業務，可以將VC業務轉換成分組業務，通過IP RAN網絡承載，替換原SDH網絡。實現方式如圖2所示。

圖2 IP RAN網絡承載VC業務示意圖

核心POP設備采用具有STM接口的A設備，通過STM口與核心SDH設備對接，實現兩張網的互通。接入端POP設備下掛U設備，通過U設備實現2M業務進行以太格式封裝與解封裝，實現VC業務分組傳送。業務配置方法與一般IP RAN政企專線PW業務類似，只是PW業務的源和宿為TDM

接口，并對接口進行VC12時隙綁定。

通過對PW承載的2M業務進行性能測試，業務測試性能達標。測試方法：一端2M通道環回，另一端掛2M誤碼儀。測試15分鐘，結果如表2所示。

表2 2M電路性能測試結果

3 SDH業務向分組OTN網絡遷移場景

3.1 退網部分匯聚SDH設備，釋放板卡資源

2.5G SDH匯聚網絡的保護方式主要為復用段環網保護和主要交叉單板、時鐘單板1+1主備保護。線路故障時，復用段環發生倒換，業務保持正常；交叉時鐘等重要單板發生故障時，進行主備切換，保證業務不斷。目前，2.5G匯聚設備，特別是以中興S380、S385為代表的SDH設備，經常發生以下問題：

（1）SC時鐘板故障，會引發設備同步故障，導致設備單板信號幀丟失等故障，影響設備自身及途經的所有電路。目前SC單板返修率高，修復率極低，導致備件短缺。

（2）由于設備在網運行達12年之久，經常出現某交叉時鐘單板故障，沒有告警上報，主備單板也不倒換的情況，這就導致該網元的業務及途經的業務均發生中斷。

可以通過分組OTN網絡的2.5G端口承載原SDH 2.5G設備所承載的業務。避免老舊設備單點故障引發大面積群障。同時將退網的中興S380、S385設備的重要板卡用來充當備件，緩解備件短缺問題。

圖3 3G SDH拓撲圖

如圖3所示，2.5G匯聚環下楊集與四隊兩個節點分別獨自下掛1個155M接入環，共同下掛1個155M接入環。該片區相鄰區域因政企專線網絡改造，建設有分組OTN網絡。考慮將原匯聚節點退網，接入節點保留，業務割接至分組OTN網絡。割接后拓撲圖如圖4所示。

圖4 分組OTN承載示意圖

網絡優化步驟如下：

Step 1：規劃分組OTN網絡的SDH端口，設計與中興S200接入環對接方案。其中包括對接端口的安排；光纜路由、纖芯規劃；接入環S200設備的監控規劃。

由于中興設備與異廠家分組OTN設備無法加載到同一網管進行管控，為了割接后S200接入端設備仍然可以管理，需要事先完成S200設備的監控問題。將接入環兩頭的S200設備作為環上其他接入設備的主備網關網元；網關網元的管理Qx口連接至自身的以太業務端口，通過專線方式開至中興SDH生產網交換機，實現網元的監控、業務下發等操作。

Step 2：在分組OTN網絡中建立VC12通道，準備承接原S380、S385承載的業務。

Step 3：將接入環S200設備的上行口割接至分組OTN設備155M口，利舊原有的光路資源，節省光纜纖芯資源；核心側做VC12業務割接。

Step 4：縣局和二局原SDH設備做線性復用段保護，承載的其他業務保持不變。

Step 5：更新OSS相關光路及電路資源信息，確保現場、網管、OSS資源一致。

3.2 優化現網業務，分匯聚設備承載

對于難以退網的SDH匯聚設備，可對VC業務進行優化，實現業務不同匯聚設備分擔承載，避免匯聚設備單點故障導致大面積障礙。以核電站S200設備承載3G業務為例，原拓撲及業務流向如圖5所示。

圖5 核電站3G業務原拓撲及業務流向

從圖5中可發現業務開通方式在接入環是SNCP保護，匯聚環是復用段保護。其中，宿城S385設備故障和海連路S385設備故障都可引發業務中斷，特別是海連路S385設備，是整個匯聚環的出口，易引發整個匯聚環業務阻斷。這種網絡在設計時主要考慮匯聚環的時隙利用效率，未全程采用SNCP方式。目前，IP RAN網絡及分組OTN網絡已日趨成熟，一部分VC業務已通過IP RAN網絡及分組OTN網絡承載，釋放了部分SDH網絡時隙資源，故可通過電路全程SNCP改造的方式，提高業務的安全性。

通過對墟溝S385與墟溝分組OTN設備對接，實現第一傳送平面和第二傳送平面互通。SNCP業務備用路徑通過墟溝匯聚節點流入第二平面，傳送至核心網。在核心網側做雙發選收，實現業務保護。此業務全程分匯聚設備承載，可抵御任一匯聚節點故障引發障礙的風險。如圖6所示。

圖6 核電站3G業務優化后拓撲及業務流向

4 結束語

SDH網絡以其出色的剛性管道傳送能力，已在網運行30余年。目前SDH的設備功能已被兼容到分組OTN設備中，利用OTN的大帶寬特性，大大提高了SDH業務的承載能力。傳統的VC業務也逐步被遷移到IP RAN網絡及分組OTN網絡中，傳統SDH設備也將逐漸退出歷史舞臺。在退網的過程中，我們需要結合業務等級要求、網絡質量要求、維護壓力、資源情況、網絡投資等多方面因素進行綜合考量，選擇一種最為合適的退網及業務優化方案。