多平面傳送網改造方案探析

聯通（遼寧）產業互聯網公司 呂生亮

隨著通信技術的革新和新業務類型的不斷發展，運營商的傳送網已經發展成多個平面并行的網絡結構。在今天數據流量激劇增長的時代，如何充分利用現有資源并適應未來發展需要構建新型傳送網成了運營商的頭等大事。本文結合中國聯通某地市公司的傳送網現狀，詳細分析并總結SDH、IPRAN、OTN三種傳輸技術特點，依據未來發展趨勢，探析多平面傳送網的改造方案，為后續傳送網發展建設提供參考。

隨著通信技術的不斷發展和多種新型應用的不斷涌現，目前三大通信運營商的傳送網至少擁有3個平面。這些不同平面傳送網承載著多種不同類型的業務，涵蓋傳統的電信、互聯網、多媒體、金融、娛樂等多個領域和多種業務，也包括消費電子、遠程醫療、5G、4K、VR、物聯網、云計算等正在迅猛發展且數據流量極大、帶寬占用極高的業務類型。傳送網正在扮演著全方位多角度為滿足用戶的生活、工作、娛樂、運動、健康等需求，提供通信、應用和跨行業、跨地域服務的重要角色。然而，二十幾年來，傳送網隨著技術變革和業務需求發展至今天，造成了今天網絡層次不清晰，業務類型混亂，多種平面互相交織， SDH傳送平面時隙明顯不足，OTN傳送網尚未完善的現狀。為了更好的適應未來大帶寬、高流量、高可靠性、低時延的要求，也為了減少投資，充分利用現有資源，傳送網亟待進行一次深入的改造。想要改造好傳送網，首先要了解傳送網有哪幾種技術，這些技術有哪些優缺點；其次要結合網絡現狀和未來業務發展趨勢，提出合理的改造方案。下面就中國聯通某地市公司的傳送網現狀進行深入剖析，探討傳送網的改造方案。該地市公司傳送網分為三個平面，SDH、IPRAN和OTN。目前SDH時隙十分緊張，OTN網絡剛具雛形。下面先分析一下這三種傳輸技術的主要特點。

1 SDH傳輸技術

依 據ITU-T的 建 議，SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系）是為不同速率的數字信號的傳輸提供相應等級的信息結構，包括復用方法和映射方法，以及相關的同步方法組成的一個技術體制[1]。SDH傳送網是以光纖技術和同步時分復用技術為核心的傳送網絡，它的網元設備主要包括分插復用設備、交叉連接設備和信號再生放大設備。它的特點是網絡節點接口全球統一，不同設備制造商所生產的設備能夠做到信號的互通，使得信號的復用、交叉鏈接和交換過程都得到了簡化，成為一個獨立于各類業務網的業務公共傳送平臺。

1.1 SDH的產生背景

在20世紀70至80年代，通信要求傳送的信息除了語音，還有文字、圖像、數據和視頻等。同時隨著計算機技術和數字通信技術的迅猛發展，T1(DS1)/E1載波系統(1.544/2.048Mbps)、X.25幀中繼、ISDN(綜合業務數字網)和FDDI(光纖分布式數據接口)等多種技術開始陸續應用。在這種情況下，人們希望能夠有一種傳送網絡能快速、經濟、有效地提供各種電路和業務，于是SDH技術就應運而生。SDH的誕生，解決了由于入戶媒質的帶寬限制而產生的用戶與核心網之間的接入“瓶頸”的問題。由于SDH具有容量大、對承載信號語義透明、可以在通道層上實現保護功能和路由功能，光接口標準化、網管能力強大、網絡拓撲靈活和可靠性高等諸多優勢，使得SDH技術獨霸傳送網多年，直至3G無線通信網絡的發展，才逐漸在帶寬及帶寬利用率方面顯示出自己的不足。

1.2 SDH傳送網的優點

（1）SDH傳輸系統在國際上有統一的幀結構、統一的數字傳輸標準速率以及標準的光路接口，使得網管系統可以互通，能夠做到橫向兼容，而且還完全兼容了PDH，又考慮到容納各種新的業務信號，形成了全球統一的數字傳輸體制標準，提高了網絡的可靠性[2]。（2）SDH接入系統的不同等級的碼流在幀結構凈負荷區內的排列非常有規律，而凈負荷與網絡是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號，實現了一次復用的特性，克服了PDH準同步復用方式對全部高速信號進行逐級分解然后再生復用的過程，從而大大簡化了DXC，減少了背靠背的接口復用設備，改善了網絡的業務傳送透明性。（3）SDH網絡的自愈功能和重組功能非常強大，具有較強的生存率。（4）SDH技術網管功能強大，可以實現網絡智能化和自動化，提升網絡生存能力，提高信道的利用率、降低網絡的維護管理費用。（5）SDH組網靈活，網絡拓撲結構靈活多變，網絡監控功能強大，具有自動配置和運行管理功能，同時，SDH網絡運行靈活、安全、可靠，網絡的功能齊備，極大的優化了網絡性能。（6）SDH對數據鏈路層以上的各層沒有嚴格的限制，多種網絡技術的業務網數據都可以在SDH傳送網上傳輸，同時，SDH也支持ATM或IP傳輸。（7）SDH網絡穩定可靠，誤碼率低，便于調整、復用。（8）統一的標準光接口實現了不同設備廠家生產的設備可以兼容，無須協議轉換，降低聯網成本。

1.3 SDH傳送網的缺點

（1）用于OAM功能的開銷字節雖然增加了網絡的可靠性，但必然會造成頻帶利用率降低。此外，SDH網絡為每個辦理業務的用戶預留了既定帶寬，不管這個用戶是否有業務要傳送，這個既定帶寬會一直保留，降低了網絡的利用率。（2）指針調整機理極為復雜，拆分的低速信號性能劣化。為了能夠實現從高速信號中直接下低速信號，SDH設置了復雜的指針機理，指針的作用是時刻指示低速信號的位置，以便在“拆包”時能正確地拆分出所需的低速信號，保證了SDH從高速信號中直接下低速信號的功能的實現。這種指針機理不但增加了系統的復雜性，而且還會使系統產生由指針調整引起難以濾除的結合抖動。這種抖動幅度大，頻率低，多發于網絡邊界，導致低速信號在拆出后性能劣化[3]。（3）SDH與當今的DWDM技術相比，帶寬明細不足。SDH采用的是時分復用，光纖最大的傳送速率限制了SDH的傳輸速率。而DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長同時進行組合和傳輸，這樣一根光纖可以轉換為多個虛擬光纖。隨著網絡傳輸的數據數量的激增，SDH技術淡出歷史的舞臺也是必然的選擇。

2 IPRAN傳輸技術

IPRAN是指以IP/MPLS協議及關鍵技術為基礎，主要面向移動業務承載并兼顧提供二、三層通道類業務承載，以省為單位，依托CN2骨干層組成的端到端的業務承載網絡。在IP RAN網絡中主要包括接入層、匯聚層和核心層，而核心層又分為城域核心層、省核心層[4]。

2.1 IPRAN的產生背景

21世紀，隨著3G技術的不斷成熟和4G技術也提上日程，以及視頻業務、對口數據連接和IP高價值含量的新業務的不斷創新，傳統的TDM/SDH技術已經不足以滿足當今時代的要求。過去傳統基站的傳送網絡只能承載固定的移動回傳業務，這樣會給未來移動互聯網業務的拓展造成困難。為了應對移動互聯網高流量、大帶寬、多業務的發展需求，IPRAN技術應運而生。首先在移動互聯網絡基站進行部署，全面建設，搭建傳送網的第二平面。雖然搭建IPRAN網絡的最初原因是運營商為了更好的發展第三代、第四代移動通信，但由于IPRAN技術獨特，對綜合業務的承載能力獨具優勢，不但有利于移動互聯網業務的傳送，還有利于大客戶的合作發展。在未來的傳送網的建設中，不但要考慮基站的回傳業務，還要考慮到固網的承載需求。

2.2 IPRAN的優點

（1）多業務承載能力是IPRAN技術的顯著優點。不但可以承載基站的TDM語音業務，還可以承載以太網、ATM大客戶專線等業務。動態三層的組網方式，在多種業務共同承載時，可以實現資源統一調度和控制層面統一管理，能夠提升運營商的運營能力。（2）IPRAN傳送網采用IP方式承載業務，可以降低網絡復雜度，簡化網絡配置，減少基站割接和調整的工作量，縮短基站開通時間。此外，由于采用了IP方式承載業務，數據無須進行協議轉換，無須封裝解封裝的過程，這樣就提高了傳輸效率。IP化的網絡還有助于提高網絡智能化。（3）IPRAN采用Diffserv技術，保證了QoS，可以根據優先級和局域網協議標準將業務進行分級，然后根據業務級別給予不同的保障服務，從而保障了業務承載質量。（4）IPRAN傳送網可以承載多種業務，而且所有業務通道都是可配置的，配置起來也十分的方便，并且可以做到無需人工干預，完全自動調節。（5）IPRAN網絡有著非常高效的資源利用率。IPRAN采用基于IP/MPLS的動態尋址方式，自動優化路由，后期網絡維護和網絡優化幾乎無需人工干預，可以極大地降低運維成本，并且分組交換和統計復用技術能夠很大程度提高網絡利用率。

2.3 IPRAN的缺點

（1）IPRAN的網絡保護功能弱于SDH網絡。SDH網絡擁有極強的自愈保護功能，而IPRAN網絡尚無這一功能，但IPRAN通過其他網絡保護技術盡量彌補這一缺陷。目前成熟的保護技術有報刊雙向轉發檢測（BFD）、流量工程（TE）、虛路由器冗余協議（VRRP）、IGP路由收斂、雙歸組網等。（2）IPRAN的OAM功能弱于SDH網絡。SDH網絡存在從端至端的OAM故障檢測體系，在配置方面具有操作簡單、直觀形象等優點，非常適合批量化管理。這些都是傳統的IP網絡不具備的。經過研發團隊的努力，開發出基于圖形界面的網管，實現了“SDH-Like”的圖形化業務配置以及可視化管理。不僅節約了維護成本，還降低了運維人員的技術門檻。IPRAN設備即插即用，避免了大量的現場調測工作。核心、匯聚、接入設備都支持OAM協議，實現了層次化檢測。IPRAN的OAM對于IP業務可實現逐跳故障定位與定界功能，極大提高了端至端故障檢測水平。（3）IPRAN網絡可能會發生網絡擁塞。網絡擁塞是所有IP網絡的固有缺陷，尤其在數據流量很大且集中爆發的時候表現的尤為明顯。因此需要通過輕載來避免網絡擁塞的發生，即通過保留冗余帶寬，避免網絡擁塞發生。利用IPRAN的統計復用的功能，提高網絡的效率。

3 OTN傳輸技術

OTN(Optical Transport Network)光傳送網絡，是指在光域內實現業務信號的傳送、復用、路由選擇、監控，并且保證其性能指標和生存性的傳送網絡。OTN技術是電網絡與全光網折衷的產物，將SDH強大完善的OAM&P理念和功能移植到了WDM網絡中，有效地彌補了現有WDM系統在性能監控和維護管理方面的不足。OTN技術可以支持客戶信號的透明傳送、高帶寬的復用交換和配置(最小交叉顆粒為ODU1，約為2.5 Gbit/s)，具有強大的開銷支持能力，提供強大的OAM功能，支持多層嵌套的串聯連接監視(TCM)功能，具有前向糾錯(FEC)支持能力[5]。

3.1 OTN網絡的優點

（1）OTN基于ITU-TG.709的幀結構，支持對多種不同類型的信號進行透明傳輸和映射。（2）OTN定義的電層帶寬顆粒為光通路數據單元，而光層的帶寬顆粒為波長，交叉、復用以及配置的顆粒都是很大的，可以顯著提高數據客戶業務的適配和傳送效率。（3）OTN網絡提供了開銷管理功能，光通路層的OTN幀結構可以極大程度的提高OCH層的數字監視能力。OTN具有層嵌套串聯連接監視(TCM)功能，不但可以進行端到端的監視，還可以對多個分段同時進行性能監視。（4）OTN網絡通過幀結構、ODUk交叉和多維度可重構光分插復用器(ROADM)的引入，可以極大地增強傳送網的組網能力和保護能力。

3.2 OTN網絡的缺點

（1）OTN網絡技術還不夠成熟，很多細節仍需進一步完善。（2）OTN網絡很多技術還沒有標準化，不同設備制造商網絡的兼容性會比較差。

4 傳送網改造方案

基于以上關于SDH、IPRAN、OTN三種傳輸技術的特點和優劣勢的分析，就中國聯通某地市的三個平面的傳送網的改造方案提出以下幾點意見，以供參考。

4.1 無線網和固網融合思想

考慮未來發展以及建設成本，移動網和固網的傳送網須面向固移融合的方向發展。無線基站將同家客、政企客戶一樣被看做是客戶，無線接入方式將被看做是有線接入方式的一種補充。基站傳輸、光纖寬帶網絡、政企專線網絡等勢必統籌考慮，特別是在光纖光纜、機房等基礎設施和傳輸承載設備方面，都需要考慮資源共享，降低成本。基礎設施和基礎網絡共享是傳送網改造必須考慮的前提條件。

4.2 多個傳送網平面并存，互相補充

三種傳輸技術各有其優缺點，傳送網的建設也投入了大量的資金，不能輕易廢棄，理應根據不同需求和網絡現狀進行改造優化，盡最大可能利用其優勢發揮其最大作用，減少成本投入，獲取最大收益。最理想的就是多個傳送網平面并存，根據特點，承載不同業務，經過改造，使其相互補充，完美統一。

SDH網絡從發展趨勢上來看貌似要退出歷史的舞臺，但它的優勢仍舊十分明顯，它極強的自愈保護功能是其他傳送網絡無法比擬的，它不會發生網絡擁塞，時延小、可靠性高，方便的網絡管理監控能力，讓它特別適合于銀行類數據業務的傳送，它的幀結構也十分適合于語音的傳輸。目前SDH網絡時隙十分緊張，已經無力面對客戶不斷增長的帶寬需求，但現在確實不宜對SDH網絡進行擴建，畢竟它是過時的技術，也滿足不了帶寬增長的需求。SDH傳送網的改造，只能對現有網絡結構進行調整，SDH網絡只設置接入層和匯聚層，匯聚層設備直接接入同局的OTN網絡的匯聚設備之中。將骨干網退役的高速率設備下移到匯聚層，盡量提高匯聚層的容量，減少傳輸環的節點數量，增強傳送能力。把從基站退役的SDH設備用于安全性要求高的大客戶接入，采用雙上聯不同端局的方式，組成環網，如果一個接入環中能多加入幾個客戶節點則更好。非重要的數據客戶可采用MSAP的方式接入。另外，將高帶寬非重要數據業務遷到IPRAN傳送網當中，釋放SDH網絡時隙。

IPRAN為基站而生，但它也應兼顧固網業務的服務。大帶寬高流量的數據業務（例如視頻監控業務）需要采用IPRAN的方式接入，緩解SDH網絡時隙不足。原有基站的IPRAN承載網絡可以保持不變，按照5G的發展規劃繼續發展。固網的IPRAN傳送網也只建設接入層和匯聚層，匯聚層設備直接匯入到同局的OTN匯聚設備上。IPRAN的網絡建設應充分做好帶寬冗余度的預留，確保服務質量，避免網絡擁塞的發生。

OTN網絡提供的是大顆粒的帶寬復用、交叉和配置，并不適合接入網。目前的帶寬需求應該還是用不到OTN作為接入網來使用。但是隨著帶寬需求的增長，設備技術成熟和價格的下降，為了更好的保證時延性和可靠性，全光網絡勢必成為未來通信發展的趨勢。OTN網絡匯聚層設備匯聚來自OTN網絡的接入層和SDH、IPRAN網絡匯聚層的業務，并對業務進行交叉和傳送。地市間和省際間的干線傳輸都應交由OTN網絡來實現，不僅包括來自傳送網的數據，還包括OLT、交換數據網的數據。

另外，在改造傳送網時，在條件允許下避免接入層與匯聚層同路由。如有此種情況，盡量調整光纜路由，保證數據傳輸安全。

4.3 依據不同業務類型選擇接入方式

對于大客戶業務可以進行分類，SDH網絡只用來接入銀行類、語音類、對時延和可靠性要求十分高的低帶寬業務，其他高帶寬的業務改為IPRAN的接入方式，例如監控業務，普通的高帶寬數據專線。可以設定界限，比如超過30M（銀行數據業務除外）的數據業務，應采用IPRAN的接入方式。

4.4 關注未來傳送網云化科技的發展

隨著互聯網、移動互聯網、物聯網、云計算等新技術的飛速發展，用戶對業務類型的需求越來越多樣化，尤其是視頻、專線等業務的暴增，傳送網將面臨巨大的帶寬增長壓力，傳送網需要變得靈活、敏捷，走向云化必將成為未來發展趨勢。傳送網云化主要目的是構建極簡網絡架構，提供極簡的運維管理平臺。云化的傳送網具有資源可視、業務敏捷、運維自動化三大方面的優勢。未來的傳送網，核心OTN將下沉到網絡邊緣節點，通過直達方式獲取內容。而在骨干網，主要特征是大容量、高功耗，業務調度非常復雜，這就要求網絡調動升級為全光層的調度，可以保證低時延。低時延可以提高金融類、游戲類業務的用戶體驗，提高通信運營商的競爭力。著眼于未來，關注未來傳送網云化科技的發展，使現在的傳送網改造適應未來發展趨勢。

5 結語

網絡建設，承載先行，傳送網的建設是通信業務發展的基礎。做好傳送網改造，為未來通信的發展建設打下堅實的基礎。希望文中提到的關于傳送網改造的方案和策略能為通信建設工程實踐提供參考。