城域传输网接入IP化演进策略研究

1 目录 1、概述 3 2、中国移动城域传输网 IP 化趋势 7 3、城域传输网 IP 化承载技术简介 9 3.1 IP OVER FIBER . 10 3.2 IP OVER SDH（ MSTP） . 10 3.3 IP OVER WDM . 11 3.4 EPON/GPON. 13 3.5 分组化业务传送技术 . 15 3.5.1 电信级以太网（ CE）技术 . 15 3.5.2 分组传送网（ PTN）技术 . 17 3.6 几种承载技术的比较与小结 . 18 4、分组化传送技术 20 4.1 IP 承载网技术发展概况 . 20 4.1.1 IP 技术的起源及发展 . 20 4.1.2 电信级 IP 承载网保证措施 . 21 4.2 电信级以太网（ CE） . 24 4.2.1 电信级以太网 的应用 . 24 4.2.2 烽火 CE设备 . 25 4.3 PTN 的技术特征及关键技术 . 26 4.3.1 PTN 的技术特征 . 26 4.3.2 PTN 的关键技术 . 28 4.4 阿尔卡特朗讯 PTN 系列产品简介 . 34 4.4.11850TSS 系列的总体特征 . 34 4.4.21850TSS 系列设备 . 35 4.5 华为 PTN 系列产品简介 . 36 4.6 小结 . 36 5、城域传输网接入 IP 化的演进策略 38 5.1 城域传输网发展指导思想 . 38 5.2 城域传输网现状和发展趋势 . 38 5.2.1 网络现状及面临的挑战 . 38 5.2.2 发展趋势和技术引进 . 39 2 5.3 城域传输网接入 IP 化的演进策略 . 41 5.3.1 PTN 技术的适用场景和组网方案 . 42 5.3.2 PON 技术的适用场景和组网方案 . 45 5.3.3 城域传输网技术发展的思考 . 47 5.4 几种承载技术在城域传输网中的应用分析 . 47 5.5 城域传输网 IP 化演进过程中 的几个关注点 . 52 6、软课题研究的成果 53 3 1、 概述 由于自身在网络拓扑结构上特殊的承上启下地位，城域网 已成为各 运营商 进行各类技术大比拼、 实施战略转型的一颗重要棋子， 也 是运营商近年来网络建设的重中之重 ，将会在整个网络转型的战略调整中起到 “ 谋篇布局 ” 的作用， 其中城域传输网技术的发展和应用尤为突出 。 城域传输网是指 覆盖城市及其郊区范围，以多业务光传送网络为基础、以多种接入技术为辅，为多种业务和通信协议提供多业务传送的综合网络平台。 城域 传送 网 还 承担着集团用户、商用大楼、智能小区的业务接入和 专线 任务，具有覆盖面广、投资量大、接入技术多样 化 和接入方式灵活的特点。 经过多年的规划建设，以 MSTP、 WDM 为代表的城域网传送技术较好的满足了移动运营商的战略发展需求，良好地解决了 大量 TDM 业务和少量的 ATM 和数据 以太网业务。 但是 ，随着业务模式的变化、新技术的大量涌现 以及 3G 时代的日趋临近， 现有传送网面临着新的机遇和挑战 （如图 1） 。 图 1 移动运营商面临的挑战 由于 传统通信网络 往往需要 为各种业务建设专用的承载平台， 使得 业务资源难以融合、共享，运营商 必须 同时维护多个承载平台，造成建网成本和维护力量的双重浪费 ，而 IP 化 承载 网络的出现首先适应了网络融合的需要。 目前，移动 网络 ALL IP 化已经成为 业界的共识。 首先，从业务层面来看， 业务需求和市场需求共同决定了现代通讯网络的发展方向，而 新业务则是推动网络发展的源动力。 伴随移动语音业务市场的持续增长， VoIP 和终端 IP 化对 IPv6 带来强烈速求， 2007年底全球移动用户已超过 30 亿； 以 IP 技术 为基础的数据业务正在快速发展， 移动应用层业务层出不穷，企业移动商务、移动邮件、移动 IM、远程教育、可视电话等 业务正围绕 IP 技术进行融合， NGN 和 3G 业务网络以及逐渐兴起的 IPTV 业务需要充分依赖IP 网络技术，因此 多业务承载平台是 IP 网络发展的趋势 。另外，以 MPLS 技术为基础 4 的 VPN 企业互联业务市场需求强劲，高质量要求的 IDC（互联网数据中心） 业务也是未来新的业务增长点。 技术的推动 宽带移动化，移动宽带化 ： WiMAX 的提出和推进， E3G 的标准化的启动和加速，使得无线移动通信领域呈现明显的宽带化和移动化发展趋 势，即宽带 无线接入向着增加移动性方向发展，而移动通信则向着宽带化方向发展 。 核心网 接入网 终端： 目前， 为解决大颗粒业务的传输需求，诸多运营商已开始了城域 核心层 IP over WDM 承载网的建设 ，城域波分承载网 的 IP 化 不仅为 IP 网 /以太网提供强大的带宽支撑 ， 给予网络融合各种业务应用和用户体验的能力 ，而且在灵活性、安全性和资源利用率方面都有很大的优势 ；与此同时， 接入层 基站 IP 化进程的 深入 ，使得接入层的 IP 化势在必行， 接入网 的 IP 化意在承接多样化 的 用户和质量需求，为多种业务提供更高的带宽，全面降低成本 ；而作 为 IP 融合的重要一环终端设备的 IP 化尽管进展略显缓慢，但随着 3G 格局的逐渐明朗， IP 化的终端设备 终将成为终端设备 的主流 。 IPv4 -IPv4/IPv6 共存 -IPv6： 在网络协议方面，无线 数据业务的迅速发展和快速增长 ， 对 IP 地址 、网络可靠性、安全性等方面提出了更高的要求， 针对 IPv4 存在的问题，IPv6 在 标准中采用了一系列措施，为 IP 网的可持续发展奠定了良好的基础 ， IPv6 在地址资源、移动 IP、 IP 网的服务质量 (QoS)问题、 IP 网中的安全问题等方面有较大突破 ，为移动 IP 业务提供了强有力的支持和保证。 标准牵引 ITU-T、 IEEE、 TISPAN 和 ETSI 等各大标注组织，包括 两大主流移动标准组织 3GPP 和 3GPP2 积极推动并牵引网络的各个层面向 IP 化演进，最终实现从核心网，无线接入网到终端的全网 IP 化 。目前 3GPP 和 3GPP2 已经 分别制定了各自向 IP 演进的步骤，为 ALL IP 奠定了坚实的基础。 例如 3GPP 推动 WCDMA 从 GSM 到 WCDMA R99，再到 R4 和 R5，最终过渡到全 IP 承载 IMS 网络； 3GPP2 推动 CDMA 网络从 IS-95 体制向CDMA2000 系列演进，历经 Phase0/1/2/3 四个 阶段，最终实现基于 IMS 的 CDMA2000 ALL-IP 网络。 移动网络 IP 化的 显著优势 移动网络 IP 化的优势主要体现在以下几个方面： 1) 基于 IP 的丰富多彩的业务、开放性架构带来更多的全新的商业机会； 2) 基于 IP 的控制和 O&M 简化控制和管理， 减少了网络层次， 降低运维成本 ； 3) 基于 IP 的高带宽无线接入能力、基于 IP 的承载，有利于更灵活、更方便的扩容，节省 CAPEX&OPEX； 4) 基于 IP 的融合智能终端，支持更丰富的多媒体应用，带来更好的用户体验 。 全球 TOP 运营商网络 IP 化动态 5 目前， 世界各大 电信运营商都在积极转型， 绝大多数的电信运营商都已经制订并实施了网络升级换代计划， 欧洲的 VODAFONE、 T-Mobile、 Orange， 日本 NTT DoCoMo、美国 Verizon、 韩国 SK 电讯 等数家全球主流移动运营商部署了 HSDPA 服务，在向 LTE 过渡时完成移动网络 IP 化也成为他们的必然选择。 VODAFONE VODAFONE 是英国领先的移动运营商，拥有 1 亿 8 千万的用户，仅 3G 用户就有 1千万。 VODAFONE 于 2006 年 10 月开始建设 基于 IP/MPLS 的骨干网络，用以承载语音及多媒体、宽带数据（ GPRS 及 UMTS）、 计费等业务。目前，所有的 3G流量都在这张 IP 网络上承载，这使得 VODEFONE 在向全 IP 网络转型过程中达到了一个新的里程碑。 NTT 为了实现网络升级计划， NTT 也 提出了全 IP 化的战略构想 ， 计划在 2010 年为 3000万家庭提供下一代网络服务 ： 基于 IP 网络，实现无缝的固定移动融合业务； 开放业务接口，让各种类型的业务提供商在统一的网络上提供多种业务； 兼容实现业务融合所需的各种 技术 ， 开放的业务连通功 能，如业务捆绑等； 实现 IP 多播功能，提供大范围的视频分发业务 ， 为语音和视 频业务提供端到端的质量控制功能 ； 保障网络安全，能够阻止无授权的非法接入 。 法国 Orange 计划在 2008 年实现全部语音业务的 IP 承载，将传统交换替换为软交换； 另外， 截至 2006 年底， 德国 T-Mobile 已完成基于 IP 承载语音的软交换替换现有的 2G 和 3G 核心网，采用统一的以太网传送平台，提供 VoIP 和 IPTV 业务。 图 2 移动网络 IP 化历程 6 统观国外领先运营商的下一代网络发展策略，其 共同之处就是建设 IP 化的下一代网络 ，以统一的网络提供多种类型的 业务， 兼容各种终端 ， 实现有线和无线之间以及语音、数据和视频业务之间的真正融合 。 图 2 所示为移动 IP 化的发展历程。 本课题 就是在移动通信网络向着 ALL IP 化 演进 的新形势下，从城域传输网 接入 IP化的角度，分析城域传输网 建设的策略，明确近期城域传输网的建设思路；重点研究不同阶段、不同场景下城域传输网接入 IP 化的组网策略及演进模式，探讨新技术条件下的组网方案，实现网络的平滑升级，为移动城域网的建设提供有价值的参考模型。 7 2、中国移动城域传输网 IP 化趋势 互联网络开放性导致运营商对产业价 值链的控制力降低， Skype 等新语音技术对传统语音业务冲击逐渐增强，以及互联网络模式导致单位带宽的价值愈来愈低。 在网络多业务融合和高带宽、低成本需求等因素的驱动下，移动通信网络向全 IP 网络演进已经成为业界共识。 从 “移动通信专家”到“移动信息专家”，反映出了中国移动的转型目标， 移动网络 IP 化成为整体战略转型的必由之路。 在建设了一张全球最大规模的基于 IP 承载网的软交换汇接网络之后，中国移动于近期提出了移动网络全 IP 化的战略，准备将世界上最大的移动网络转换成全 IP 网络 ，为“移动信息专家”的构想奠定坚实的 基础 。 中国移动实施 IP 网络转型的动力来源于一系列因素的驱动： 其一，中国移动作为目前全球上用户和网络规模第一大的 移动 运营商，其业务仍在持续增长之中，网络建设压力不断增大； 其二，产业融合成为发展趋势，技术和管理融合也在兴起； 其三，技术演进带来投资方向、投资结构的变化； 最后，在资本市场上，中国移动投资收入比与业界先进水平尚有差距，把握住下一代网络发展的先机， 进一步降低投资收入比， 将有利于中国移动 在移动市场保持领先的主导地位 。 作为全球最大的移动网络运营商，中国移动在这方面走在了业界最前列。 2004 年底，中国移动携手华为建设了全球最大规模的基于 IP 承载网的软交换汇接网络，近期又提出了 GSM 无线接入网 IP 化的战略。据 统计 ，目前中国移动已经有超过一半的话务量采用 IP 网络承载，基于 IP 的移动软交换已经发展成熟。 为了保证整个移动网络 IP 化的顺利进程，从而提升网络的服务能力，优化整网架构，奠定未来向 3G、 IMS 平滑演进的基础。在始于核心网 IP 化、走向 ALL IP 的道路上，中国移动计划采取 “三步走 ”战略。 第一步，引入控制和承载分离的软交换架构，长途网实现 IP 承载。 第二步，实现承载 IP 化。具体来说，就是通 过在端局和关口局实施软交换改造，实现语音承载 IP 化，实现 IP 承载向下延伸，进行大本地网的网络架构演进。 第三步，迈向 ALL IP，实现业务、控制 IP 化， IP over WDM 以及无线网络 IP 化 在此过程中，应该注意以下三个问题： 1) 这个网络一定是可运营、可管理、可控制的网络，考虑这一点就必须考虑灵活性和稳定性； 2) 要保证 IP 化网络的 QoS。互联网发 展最大的问题之一就是安全性，所以也要考虑安全性和系统资源的问题 ； 3) 最后，要平衡考虑可靠性和技术成本。 8 图 3 移动网络 ALL IP 化演进步骤 城域网是高 度竞争和开放的网络环境，受到用户需求和业务应用的直接驱动，其基本特征是业务类型多样化，业务流向流量的不确定性。各种不同背景的技术在此碰撞交融，所以 城域网在 移动网络中所处的位置决定了其在 ALL IP 化 的 过程中 将受到最直接的冲 击。 秉承 “业务发展，传输先行 ”的原则，本地 传输网的规划成为各大运营商传输网络建设项目中非常重要的内容之一。 目前 中国移动正处在网络转型的关键时期， 面对 IP 业务、宽带业务发展的新形势以及日益成熟的新技术 ，城域传输网 如何 合理地 实现平滑 过渡是运营商制定发展规划必须应对的问题，因此 有必要对 相关技 术以及 城域网 IP 化的演进 策略 进行详细的研究和论证。 本项软可课题侧重于讨论在接入 IP 化的趋势下， 针对浙江移动城域网现状，结合新技术 ， 如 电信级以太网（ CE）、 分组传送 网（ PTN）、无源光网络（ PON） 等 ，研究浙江移动 城域 传输网的演进策略 ， 为传输网 的建设 提供切实可行的、具有指导意义的组网方案 。 9 3、 城域传输网 IP 化 承载 技术简介 近年来，传统话音业务的年增长率只有 5%-10%，而以 Internet 为代表的数据业务的年增长率达到 20%-30%。数据通信业务量持续高速增长最直接的动力来自 Internet 业务量的持 续指数级增长。网络通信业务量的井喷式增长，掀起网络和业务融合的浪潮，在其融合过程中， IP 将扮演十分重要的角色，随着 IP 业务量的日益膨胀， IP 需要更高的带宽、更有效的新传输技术来支持其发展。 因此， 世界 各大运营商 都把 建设具有多业务承载能力的 IP 承载网 作为 下一代网络建设的重点， 加速发展，以争取在未来激烈的竞争中占据优势。 中国移动在率先 完成全国骨干 IP 承载网的基础上，将 建设重点逐步转向 城域 IP 承载网。 IP 化业务的特征及其对承载网的要求 主要有 以下几个方面： 1) 语音业务：主要包括 NGN 和 3G 语音，业务对时延、抖动非 常敏感，对网络带宽要求不高，但需要可预计的时延和丢包率。 2) 交互式视频：主要有 可视电话、 视频会议、 IPTV、 3D网游 等应用，业务对时延、抖动非常敏感，对网络带宽要求高，也需要可预计的时延和丢包率。 3) 数据业务：主要包括大客户互联网业务、 IDC、 3G 数据，时延、丢包、抖动与企业应用有关，带宽需求随业务量变化较大，一般都要求可靠传送。 4) 企业互连：即 VPN 业务，通常企业有语音、视频、企业关键业务系统等多业务同时运行的要求，因此通常有兼具以上业务的需求。 从总体上来看，这些业务突发性强，业务调度灵活， 对 可靠性、安全 性要求高，在通过 IP 网络进行融合承载时，客观上需要部署与之相适应的承载技术，才能保证业务的正常运营。 IP 业务的承载技术大致经历了如图 4 所示的演进历程，下文将逐一进行介绍。 图 4 IP 承载技术的发展历程 10 3.1 IP over Fiber IP over Fiber 即采用光纤资源直连将 IP 网络业务节点 路由器 /交换机连接组网。通常利用路由器 /交换机提供的各种 IP 业务接口： FE/GE/10GE/POS 等直接映射在光纤上，实现 IP 业务的传输连接。 采用光纤直连的方式，虽然实现方式较为简单，但随着 IP 业务数 量的不断增加，其本身存在的 问题 限制了其进一步的广泛应用 ： 1) 需耗费大量的光纤资源，光纤利用率低； 2) 网络拓扑连接复杂化导致的光纤网铺设杂乱；存在 “黑光纤 ”隐患，即无法监控、定位、管理光纤出现的问题故障 ； 3) 路由收敛时间完全依赖核心路由器恢复，甚至达到了几百 ms，难以满足 50ms以内的要求， IP 网无法提供电信级保护； 4) 缺少有效的资源与 QoS 的映射关系 ， 无法规划网络 QoS，端到端的 QoS 使业务（ VoIP、 VOD、 VPN 等）难以开展； IP over Fiber 的承载技术中， 由于传统的数据业务网络是通过路由器之间光纤直 连的方式进行组网建设的，这样，随着 IP 业务数量的不断增加，需要的光纤数量就与路由器端口数量成正比例增长，这就造成了网络光纤资源大量消耗，并且导致网络拓扑连接复杂化，给建设和维护带来很大麻烦。除此之外，随着数据业务网络应用规模的不断扩大，大量的数据设备端口长距传输需求也会导致建设成本的大幅上升。 正是由于光纤直连方式存在上述缺陷，故 IP over Fiber 被认为是解决 IP 业务承载的初级方案，但不是最合适、有效的 IP 业务承载的终极技术。 3.2 IP over SDH（ MSTP） 在 SDH 系统中增加 IP 功能模 块，通过类 HDLC 的 PPP、 LAPS、 GFP 等协议将 IP业务包封装进 SDH 的 VC12、 VC3、 VC4 等容器中， 利用 SDH 网络 做 为 IP 业务的承载平台 ， 实现在 SDH 平台上传输 IP 业务， 此方式 即为 城域传送网中解决多业务传输最有生命力 的 MSTP（多业务承载平台）技术。 运营商大力 建设的 SDH 传输网络 ， 是在主干网上实施 MSTP 技术必要的物理基础。SDH 标准本身具有很好的兼容性 、较低的协议开销和较高的带宽利用率， 不同体系 、 不同速率的信号都可以在 SDH 信道上复用和解复用 ， 并且在 SDH 传输平台上方便地实现全球性网络互连 ， 缓 解城域网资源紧张的压力， 同时 SDH 技术 利用其 完善的 OAM（操作、管理、维护）功能，克服了 “ 黑光纤 ” 的问题。 SDH 技术固有的 50ms 电信级网络保护能力， 则 为 IP 网络的安全 行、 可靠 性提供了有力保障 ， 充分展示 了 MSTP 技术的优越性。 MSTP 技术可以对现有的多种成熟的网络协议 (如 IP、 IPX 等 )进行封装 ， 支持多 业务 传送 ，可以同时 兼顾 TDM 业务与 IP 业务的承载需求 。 在实现 SDH 网络透明传输 IP业务的基础上，通过在 IP 功能模块上开发二层交换功能，引入数据网络层的 MPLS、 11 STP 等协议，便可在 SDH 网络上实现 IP 业务的 二层网络交换功能，从而提高了 SDH网络中 IP 业务调度的灵活性。 此外， 在目前多媒体网络尚不能够有效支持大量用户同时使用交互式多媒体业务的时候， MSTP 技术充分利用 IP 广播的优点 ， 合理利用网络带宽 ， 因而具有相当大的竞争优势。 MSTP 技术 的优势 主要体现在一下几个方面 ： 1) 可以有效 保护现有投资，业务开展迅速；新建网络可以兼顾语音接入，成本较低； 2) 支持多业务 传送 ， 且 多种业务统一网管，便于运营管理，实现端到端的业务模式； 3) 安全可靠，实时传送，专线业务模式下性能好 ； 4) 技术和设备成熟，应用非常广泛。 虽然 MSTP 作为 IP 业 务的承载平台相对采用光纤直连方式有许多明显的优势，但其也存在一定的缺陷： 1) SDH 环网过长，和上层 IP 网的网状需求差异大； 2) 网络带宽资源利用率低 ，难以满足业务需求动态化和差异化的传送需求。这主要是因为 SDH 网络为固定带宽分配网络，而 IP 业务具有突然性 强、流量变化大的特点， 所以在网络设 计规划中需按照 IP 业务 的峰值 带宽需求在 SDH 网络预留的固定带宽，由此造成 网络带宽利用率较低 ； 3) 主要基于 SDH VC 的调度和交换， 大带宽的提供能力 较小， 难以满足业务 IP 化 、高带宽、 大颗粒化的发展需求，比较 适合 小颗粒 IP 业务（ FE）的 承载 。 MSTP 技术统计复用能力较弱的特点决定了其 提供 大带宽 的 成本较高，尤其是 随着GE 业务 的大量出现 ，若采用 MSTP 作为 IP 业务的承载平台，其所能提供的传输带宽资源 已经显现出力不从心的局面，但在 基站 IP 化 初期， 考虑到 业务 IP 化程度不高， 仍然以语音业务为主，对统计复用要求实际并 不高， MSTP 的弱点并不明显。因此在新一代分组传送设备商用 之前，城域传输网汇聚、接入层可以继续采用 MSTP 技术 实现对 TDM业务和少量 IP 业务的 承载 。 3.3 IP over WDM IP over Fiber， IP over SDH 等技术的陆续应用，在一定时期阶段内 缓解了 IP 业务承载需求，但由于其自身存在的问题， 限制了二者在承载 IP 数据业务方面的能力。 例如：采用 路由器之间光纤直连的方式进行 IP 承载网的 建设 会 随着 IP 业务数量的不断增加， 引起组网所需 的光纤数量就与路由器端口数量成正比 增长，这就造成了网络光纤资源大量消耗，并且导致网络拓扑连接复杂化，给建设和维护带来很大麻烦。除此之外，随着数据业务网络应用规模的不断扩大，大量的数据设备端口长距传输需求也会导致建设成本的大幅上升。因此， 作为电信级 IP 业务的承载网 在以下几个方面需要重新进行定位 ： 12 1) 在网络容量方面，网络业务宽带化，对容量的需求较高； 2) 在 接口需求方面，网络的业务颗粒逐渐增大，向 GE、 2.5G 、 10GPOS 发展； 3) 由于网络与数据网配合，对业务调度能力的要求趋弱；同时，网络结构扁平化，对组网能力的要求降低。 与此需求相对应， WDM 传输技术与其他传输技术相比 ，在带宽容量、 承载效率、传输距离 方面 更具 优势， 因此 IP over WDM 技术应运而生。 采用 IP over WDM 技术， 采用 SDH 帧或者 GE/10GE 帧结构，将 IP 业务 直接 映射进 WDM 网络进行 传输和交换， 减少 了 网络各层间的中间冗余部 分， 也 减少 了 SDH、ATM 和 IP 等各层间的功能重叠 以及 设备操作、维护和管理费用。同时，由于省去了ATM 层和 SDH 层，所以传输效率高，额外开销低，简化了网管，并可与 IP 的不对称业务量特性相匹配，充分利用带宽，大大节省网络运营商的成本 ，从而间接地降低了用户获得多媒体通信业务的费用 。 显然，这是一种直接、简单、 经济的 IP 网络体系结构，非常适用于 城域网的核心 层和 骨干 层 。 IP over WDM 优势 主要有 ： 1) 超大的系统传输容量： 通过波道复用技术， 现网中常用的 WDM 系统已能提供1.6T 的系统容量，支持 40/80/160 波 的波道复用，超大的系统传输容量非常适合现日益增长的 IP 业务传输的带宽需求 ，更大大节省了光纤资源 ； 2) 灵活的组网方式： WDM 系统可灵活的组建成链形、环形等网络结构 ， 便于网络的规划和后期的工程维护操作 ； 3) 灵活的业务调度能力： WDM 系统中 OTM、 OADM 站型的应用，可依据 IP 业务网络的需求，实现波长级的 IP 业务调度。同时，随着 ROADM 节点设备逐步运用，在大大增强 WDM 系统中的业务调度的灵活性的同时，也会提高 WDM系统对新业务需求反应速度 ； 4) 超长的传输距离： WDM 系统自身具备超长距离传输能力，能够有效减少长距离数据 设备的成本建设要求。现在成功商用的超长传输 WDM 系统（ ULH），已实现 1000KM 以上无电中继的传输。 5) 丰富的业务接口： WDM 系统能支持的 2.5G POS、 10G POS、 10G WAN、 10G LAN的接口，丰富的接口类型，能满足各种 IP 业务接口类型的传输需求。 6) 完善的保护 恢复 能力： WDM 系统已能提供的完善的保护功能：光线路复用段保护、光通道的 1 1 和 1： N 保护、光线路保护， 1： N 的 OTU 保护等。通过WDM 系统完善的保护功能，大大增强了 IP 业务网络的安全可靠性。 IP over WDM 存在的问题 从以上的 分析来看， IP 技术与 WDM 技术的结合，使 IP 数据流直接进入了粒度的光通道， 在外围网络以千兆以太网成为主流的情况下， 有利于充分综合 WDM 技术大容量与 IP 技术统计复用的优势，真正达到 IP 优化的目的。但对于长期应用，需要规范一 13 种新的最佳的 IP 对光路的适配功能，即开发一种全新的光线路接口。这方面尚无统一意见，需要重点考虑的问题包括恒定比特率和突发传输、适配协议和帧结构、物理接口特性、最佳网络结构、生存性策略和网管等。 其次， IP over WDM 结构中存在传输层面非常静态的问题 ， 只提供了大量原始的传输带宽 ， 不能迅速 提供端到端的新电路 。 由于流量很难预测 ， 业务模式又频繁地发生大的改变 ， 因此迫使网络设计者采取保守态度按照峰值流量来提供承载 ， 这就造成核心网络资源的非充分利用 。 IP over WDM 技术 的 优势， 在骨干 IP 承载网中解决了 电信 运营 商 的 带宽需求压力 ，但就城域网的汇聚层和接入层而言， 由于网络边缘用户对波长通道的应用和需求目前毕竟有限， 如果在城域网的汇聚、接入层全面展开 WDM 系统 的建设投资成本非常高，因此 IP over WDM 的建设目前主要集中在城域网核心层， 但可以预见的是，随着 WDM 技术的成熟 ， CWDM 技术有望成为中 短距离传输市场极具竞争力的解决方案。 3.4 EPON/GPON 无源光接入技术（ PON）作为光接入技术的另一重要分支，随着技术的不断成熟、各类成本的不断下降得到了各运营商 的重视。采用无源 光网络（ PON） 的接入协议有以ATM 为传输平台的 APON/BPON 和以 以太网 技术为传输平台的 EPON 以及以通用帧结构为传输平台的 GPON 三种类型。 以 ATM 作为承载协议的无源 光网络 APON/BPON 可以利用 ATM 的集中和统计复用，再结合无源光分路器对光纤和线路终端的共享使用，使得性价比有重要改进，但是APON/BPON 的业务适配 提供很复杂，业务提供能力有限，数据传送速率和效率不高，可用带宽 难以 满足网络和业务的发展需求，同时伴随着 ATM 的衰落， APON/BPON 并不是一种主流技术。 EPON/GPON 是将以太网与无源光 网络 结合在一起形成的能很好 承载 IP 数据业务的接入方式。 在城域网接入层面， EPON/GPON 技术 凭借 其高带宽、能够与 IP 业务紧密结合 的 特点，在 保护运营商投资 ， 便于向未 来网络升级 方面具有很大的优势 ，成为光 接入技术中 的 一枝独秀 ， 不但被认为是下一代网络体系结构中全光接入网领域的最佳解决方案，还赢得了来自全球的设备制造商、基础网络运营商、标准组织及科研院校的广泛关注。 EPON 技术 EPON 由 2000 年 11 月成立的 EFM 工作组提出，并在 IEEE 802.3ah 标准中进行规范。它以以太网作为载体， 采用点到多点结构、无源光纤传输方式， 上行 工作于 TDMA方式， 以突发的以太网包方式发送数据流，可提供上下行对称的 1.25Gbit/s 线路传输速率。 14 图 5 EPON 原理上行数据 下行方向工作于 TDM 方式，数据流以变长以太帧方式广播到 ONU，每个 ONU 根据以太帧的 MAC 地址决定取舍，其速率为 1 Gbit/s（最高可达到 10 Gbit/s）； 图 6 EPON 原理下行数据 由于 EPON 采用以太网封装方式，所以非常适于承载 IP 业务，符合网络 IP 化的发展趋势。 另外， 相比较其他 PON 技术， EPON 也提供一定的运行维护和管理 (OAM)功能， 成熟度和设备价格方面 也 具有 一定 优势，被认为是实现 FTTH 的主要技术。 由于 IEEE 制定 802.3ah 的初衷是为了接入 IP 数据业务，并没有考虑 TDM 业务接入对时钟同步、时延和抖动等性能的要求，因此， EPON 所采用的标准以太网封装方式存在一个先天缺陷 难以承载包括话音或电路型数据专线等 TDM 业务，目前，虽然对以太网承载 TDM 业务正在研究并取得了一定成果，但要完全达到 TDM 业务所要求的 QoS 尚有困难，考虑到下一代网络转型期内，必然涉及到原有的大量 TDM 电路业务与 IP 业务共存的情况 ，所以 EPON 在城域网向 IP 化演进的初期， 优势难以充分体现出来 ， 但在 全网 ALL IP 之 后， EPON 技术有望获得大规模的应用 。 GPON 技术 15 ITU-T 在 APON 技术未能获得成 功的情况下，重新设计了新的物理层传输速率和传输汇聚层，发布了 G.984.x 系列的 GPON 标准。 GPON 的下行最大传输速率高达2.488Gbit/s，上行最大传输速率可达 1.244Gbit/s，传输距离至少为 20km，具有高速、高效传输的特点。 GPON 的封装除了传统的 ATM 外，还可以支持全新的 GEM（ GPON 封装模式）格式 ， GEM 类似于 GFP，可以适应各种用户信号格式和任何传输网络制式，按固有格式传送语音、数据和视频信号，这样，运营商提供业务的灵活性就大大提高了。GEM 封装方式也使时钟同步变得容易， GPON 因 此可以支持端到端的定时和其他准同步业务，可以直接支持 TDM 业务，不需要像 EPON 那样进行 TDM 仿真，提高了 TDM传输质量。 GPON 的 OAM 机制完善，这方便了运营商的管理维护。 GPON 既可以在现网 中传送传统业务（ POTS、 T1/E1、模拟电视） ， 又 支持所有的以太网协议，而且还支持虚拟 局域网 （ VLAN）交换 、 业务质量等级 、 互联网组管理协议（ IMGP）和二层以上的新兴 IP 业务 ， 实现向 全 IP 业务 的 无缝迁移，为业务运营商们提供了向全 IP 业务过渡的合适 路径。对今天的业务运营商来说， GPON 是最佳选择 传统业务和 IP 业 务可以结合在一起 ， 同时又是最高效的全 IP 网络。 ITU-T 制定的 GPON 系列标准完善， 在 性能方面， GPON 具有更高的速率和传输效率、更强的 OAM 功能、更高的标准化程度。 从技术上分析， GPON 可以提供一种从传统网络到全 IP 网络的过渡路径 ，更加顺应了网络演进的趋势 ， 是各类 PON 技术中的最佳选择。虽然 现阶段与 EPON 相比， GPON 成本仍然偏高，但 GPON 正在奋起直追，发展前景看好，而且随着技术的发展和互相借鉴，二者在产品形态和性能、功能方面可能会越来越靠近并最终走向统一。 3.5 分组 化业务 传送技术 在电信网络 IP 化不断深入的大背景下，作为近年来发展较快的光传送网络，其中很大一个特点就是分组化。目前，实现分组传送的技术手段也比较丰富，但最被人们看好的便是 电信级以太网 （ CE）技术和 分组传送网络 （ PTN） 技术。上述两种技术 通过在统一的分组转发平面上承载不同的业务，简化了网络管理和维护，提高了业务汇聚的能力。 事实上， CE 与 PTN 并没有本质的区别，两者都是分组业务传送技术，其不同之处在于， CE 产品主要由数据设备厂家提供，是 由 数据层面来发展的，而 PTN 产品主要由传输设备厂家提供，是从光传输层面发展而来的。 下面将分别予以介绍。 3.5.1 电信级以太网 （ CE）技术 以太网作为一种快速、简单和高带宽的局域网（ LAN）技术，在企业中已经使用了30 年之久 ， 由于不具备电信运营商所要求的属性，多年来人们一直低估以太网的应用。随着电信级以太网的出现，以太网现已成 为一种标准，运营商既用它来提供接入业务，也用它来提供端到端业务 ， 最终 将 以太网渗透到运营商自己的网络里。 所谓电信级以太网，即在保留传统以太网的帧结构的基础上，通过扩展帧头和引入 16 二层信令，在以太网上实现与电信网类似的功能， 它具备网络和业务扩展性、运营级网管能力和 QoS 保障能力， 并 最终定位 于在城域网络中解决 IP、以太网、 TDM 等业务的传送问题 ， 可向城域乃至广域延伸，推动传统电信运营商向分组化网络转型。 根据 ITU-T 和 MEF（城域以太网论坛）的定义，电信级以太网应具备以下特征： 1) 高可靠性。在环型、双星型和格型拓扑下能够提供 50 ms 以内的自愈能力； 2) 端到端的 QoS 保障能力。具备业务区分和识别能力，能够提供基于 CIR 和 EIR的 QoS 保障能力 ； 3) 完善的 OAM（操作、管理、维护）和可管理性。基于二层提供对故障和性能的管理功能，具备灵活的业务管理和提供能力 ； 4) 多业务。能够满足 TDM、语音和视频等业务 的综合承载需求，通过伪线或仿真方式实现和现有网络的互通 ； 5) 标准化。具备良好的互联互通性，实现不同厂商和运营商之间的业务互通。 电信级以太网多业务传输平台的概念在 2005 年一经提出后，讲过 2 年多的发展，在 业务保护、 QoS 保障、 TDM 支持和业务管理等电信级业务特征上 取得了 持续 的 改进和完善， 引起了 电信运营商的关注。 近来以太网技术发展很快，许多以太网的基本问题已经得到较充分研究，取得了一些里程碑式的成果。 电信级以太网技术发展前景 电信运营商之所以青睐电信级以太网技术，很重要的一个原因是希望在数据业务大发展的背景下 ，可以利用以太网的优势来降低 CAPEX 和 OPEX。我们知道，传统以太网具有众多优势， 包括技术成熟、性价比高、操作维护简单、用户接入无限制、应用灵活等等 ， 但这些显然不能涵盖电信以太网的所有特点。电信级以太网需要对以太网技术进行必要的改造，包括需要满足 MEF 所定义的 5 个方面的要求，以及控制平面、流量工程、网络安全等方面的需求。当在以太网技术上增加了这些电信网络的特征后，其原有低成本优势是否仍然存在还需要打上一个问号。所以业界在实现和应用电信级以太网技术时，应该慎重选择所需要增加的功能，避免将其做得过于复杂。 目 前， 电信级以太网的网管和控制平面功能还是一个空白，根据简化的原则，网管功能可以确定在 ITU-T 定义的传送网络网管功能基础上进行扩展，而控制平面可以与ASON 控制相兼容，将 GMPLS 作为控制平面信令的基础。 CE 可以以较小的成本实现多业务的承载，但在全网端到端的安全可靠性、单波长系统带来的光纤资源问题上还没有好的解决办法。 在未来三到五年内， 受到运营商部署先进的娱乐、通信服务（如 IPTV 和 VoIP），以及无线回传（ Wireless Backhaul）业务的推动， 全球范围内的电信级城域以太网建设将形成一个高潮 。 电信级以太网可以用于广域网和城域网，但是考虑到二层网络规模太大可能会导致寻址和可扩展性等一系列问题，目前还是主要定位在城域范围内使用。 相对国外而言，电信级以太网技术目前在国内的应用主要还处于试点验证阶段 ， 通过现网 17 试验，总结电信级以太网引入的策略 ， 同时，对宽带接入网如何进一步优化改造提出具体建议。 例如：国内某运营商已于 2006 年开始在全国进行了多厂家的新型以太网技术试点，期望结合宽带上网、软交换、 IPTV、大客户专线等具体业务，对电信级以太网的综合承载能力进行验证，包括 QoS、可靠性等的提供能力。 CE 类 设备 与传统 SDH 设备相比， 从核心到接口 区别均比较大，在接入 IP 化的趋势下， 短期内 组建分组传送网一般采取单独 组网 的模式 ， 与现有 MSTP 网形成两个业务承载平面。 当然， 以太网技术 最终 要 走向 电信级 城域 网 范围， 除了 可管理 性 、可运营 性 、可扩展 性等 最直接 的 因素 外 ，建设成本、运营成本以及网络拓扑的复杂程度和网络管理的复杂程度也是重要的影响因素。 3.5.2 分组传送网（ PTN） 技术 面对电信业务的加速数据化和 IP 化以及多样化的业务环境， SDH 技术加强了支撑数据业务的能力并向多业务平台发展，形成了多业务传输平台。 MSTP 的基 本思路是将不同的业务，通过 VC 级联等方式映射进不同的 SDH 时隙，而 SDH 设备与二层设备乃至三层分组设备在物理上集成为一个实体，构成具有业务层和传送层一体化的网络节点。作为 SDH 设备的改进， MSTP 所改善的是在用户接口一侧，但是内核一侧却仍然是电路结构，因此，可以说 MSTP 技术向包处理或 IP 化的程度不够彻底。随着 TDM 业务的相对萎缩及 “ALL IP 环境 ”的逐渐成熟，传送设备要从 “多业务的接口适应性 ”转变为“多业务的内核适应性 ”（图 7），逐步将智能的 IP 层直接架构在智能的光层之上，通过统一的控制 平面在所有层面上 (分组，通道，波长，波带，光纤等 )实现最高效率的光纤带宽资源调度，分组传送网的出现迎合了这种趋势。 图 7 MSTP 和 NGNT的网络架构对比 城域分组传送 网 包括两种网络形态：一种是具备 GE/10GE 汇聚和调度能力的OTN/WDM 网络，主要是在传送 骨干网 中首先引入光 /电层控制平面，提高网络业务动 18 态智能调度、业务保护恢复和新业务提供的能力，然后 向着更大颗粒度和分组化智能的方向发展，以提供低成本、大带宽的业务，配合交换机和路由器完成对三重播放或视频业务的传送，或者提供大管道专线业务，逐步引入 ODU 以及 ROADM 技术，利用 OTN的复用和监控功能提升光层的可管理 性 ，在此过程中传送层面将逐步完成向着 PTN 方向的升级和改造 。 另外一种是采用分组内核的传送网络 PTN，它具备面向连接的特质， 通过 采用支持完全分组能力的 PTN 传送节点，彻底打破传 统传输网和二层数据网的界限，构建融合的统一网络，具备 TDM/ATM over Packet 业务 以及 将来可能出现的各种新业务 的 接入、汇聚和传送能力，支持同步时钟、支持类似 SDH 的保护、支持以太网端到端的性能监控和管理维护 ， 主要用于多业务的环境，运营商可以根据自身业务类型和规模，灵活选择适合于城域分组传送的网络形态 ，确定最优化 的演进方案。 OTN/WDM 和 PTN 是 All-IP 网络的核心部件，既能适应当前业务发展需要，又能面向未来业务和网络平滑演进。基于 PTN 提供细颗粒的多业务的接入和汇聚、OTN/WDM 提供大颗 粒业务端到端传送的网络，是下一代传送网中综合性价比最优的解决方案。 目前，主要应用于城域网核心骨干层的 OTN 技术及其商用条件已经成熟，本课题不再 赘述 ，而 PTN 的技术标准正在不断发展之中， ITU-T、 IEEE、 MEF 分别在近几年研究并发布了大量的分组传送标准，并且新的技术还在不断立项和研究中。业界也有一些相应的 PTN 产品出现，它们正在向更有效地承载城域网中的各类业务这一目标努力迈进 ，本课题有关 PTN 技术的详细研究和讨论将在第四章进行。 3.6 几种承载技术的比较与小结 上面对六种城域光传送网技术的特点、发展和应用 范围分别进行了详细的阐述，下面通过列表方式对其进行横向的综合比较。 表 1 城域光传送网技术的比较 比较项目 IP over Fiber IP over SDH IP over WDM EPON GPON CE PTN 核心技术 以太网技术 电路交换 时分 复用 波分复用 无源 光 传输以太网 时分复用 分组交换 统计复用 分组交换 统计复用 业务承载 数据业务 为主 TDM 业务为主，数据业务为辅 大颗粒的数据业务 数据业务为主，通过仿真支持 TDM 业务 数据业务为主， TDM 业务为辅 数据业务为主， TDM 业务为辅 业务颗粒 VC-12-nV VC-4-nCV 2.5G/10G GE/10GE E1、 FE、 GE、10GE E1、 FE、 GE、10GE 带宽利用率 低 较低 中 较 高 高 高 19 比较项目 IP over Fiber IP over SDH IP over WDM EPON GPON CE PTN QoS 机制 难以规划网 络 QoS 刚性带宽 指配，静态带宽预留 带宽动态可调整， 业务 有优先级队列 对接入流量进行 VLAN ID、 MPLS等标志符的指配映射 层次化的QoS 设计 ，带宽 动态分配 、可共享 网络保护 IP 网络自有保护方式 100保护带宽的环网保护 ， 50ms级电信级保护 1 1 波长、子波长保护 主干保护、全保护 1+1、 1:1 LSP 保护 1+1、 1:1 LSP 保护 应用范围 城域网 城域 网 核心 、 骨干、汇聚、接入层 城域 网 核心、骨干层 城域 网 接入层 城域网汇聚、接入层 城域 网 汇聚、接入层 技术成熟度 成熟 成熟 成熟 较成熟 较 成熟 成熟（ 尚 未商用化） 建网 成本 中 较 低 较 高 高 低 较高 综上所述，以上六 种城域光传送网技术 中除了 IP over Fiber 技术 由于其本身的缺点导致其应用的范围正在逐渐缩小之外，其它技术凭借各自的技术特点均有不同的适用范围。在网络转型期，运营商 应根据自身的业 务发展、传输 资源等具体情况，在城域传送网的不同层面具体选择和应用适当的技术，但在 城域传输网总体向着 IP 化、数据化 演进的背景下 ， 具有 QoS 保证的下一代 分组化传送技术 PTN 和 CE 必将成为 技术发展 的主流，而 PON 等接入技术也有望 在城域网 最后一公里解决方案 中迅速获得应用。 20 4、分组 化 传送技术 4.1 IP 承载网技术发展概况 经过多年的讨论， IP 网最终成为实现未来网络融合的基石和各种业务的统一网络层承载平台。 传统的 IP 网是一个强调自治，缺乏集中控制和管理的网络，其采用尽力而为的（ besteffort）的方式进行无 差别的包转发，所以对延迟、抖动和丢包率等网络指标缺乏有效的保障。传统的电信网络则是一个有着完善网络管理系统，对网络的配置、性能、故障、安全和计费等进行全面管控，且能够严格保证业务质量的网络。如何在电信网运营管理模式的基础上，引入并充分利用 IP 互联网的先进技术，通过商业模式上的创新建设下一代通信网，实现 “电信网络 IP 化， IP 网络电信化 ”成为运营商们关注的重点。在下一代网络中， IP 无论在承载层还是业务层都将担任重要角色，目前， ITU-T， 3GPP，OMA 等国际主流标准化组织都与 IETF 建立了联络，充分利用 IP 领 域已有的先进技术实现电信业务。图 8 为下一代网络的发展目标。 图 8 下一代网络的发展目标 4.1.1 IP 技术的起源及发展 IP 技术最初是为满足院校、学术机构的资源共享而发明的，随着网络规模的不断扩大，共享资源的爆炸式增加， IP 网络成为全球范围的国际互联网络 Internet，互联网的发展极大地改变了人们的生产、生活，也对电信网络的发展产生了深刻的影响， IP 技术以其简单、开放、灵活等特性使电信网络快速开发和提供丰富多彩的增值业务成为可能。 随着互联网业务的普及， TCP/IP 协议已经成了各种操作系统的默认配 置，目前大部分业务系统使用 TCP/IP 协议进行通信。互联网的开放性使其成为新业务最好的试验场，电信网也不断从互联网业务中吸取营养， SIP 是目前业界公认的下一代网络的核心控制技术之一，它最初就产生于互联网。 20 世纪 90 年代的关于 ATM 和 IP 的争论已经彻底成为历史。目前， IP 无论从技术、设备还是标准化方面的发展都远远超过对手，一枝独秀。目前，路由器广泛采用 ASIC，NP 等硬件 /准硬件技术实现，性能、稳定性大为提高， ATM 等其他技术已经成为 IP 之 21 下的二层技术。 IP 领域技术发展带有明显的技术驱动的特点，新技术 层出不穷，但由于 IP 技术的最初定位不是满足电信网络的需求，在满足电信网的 QoS、安全、高可用性等要求方面还 没 有形成体系。 4.1.2 电信级 IP 承载网保证措施 目前，以 IETF 为代表的各类国际标准化组织和企业（包括设备制造商和运营商）进行了大量的技术研究工作，希望通过对传统 IP 网络进行改进，从而使得 IP 网能够担当起电信级业务承载网的重任。这些研究工作主要围绕传统 IP 网和电信网络之间的性能差别，从 QoS（服务质量）、安全性、可靠性和 IP 网络的可控可管等方面进行了探索和研究。 1) QoS 保证措施 IP 网的 QoS 问题 一直是电信界诟病的焦点，随着下一代网络从理论研究阶段过渡到实际应用阶段，关于 QoS 的要求也不断发展和完善。 影响最终用户业务使用体验的因素包括从物理层、链路层、网络层一直到应用层、表现层。 ITU-T 和 ISO 在定义 QoS时，对 QoS 所涉及的范围均不仅仅局限于 IP 层。由于本文讨论的主要是 IP 网络，故文中 QoS 所指是 IP 层的 QoS，其主要性能描述参数包括丢包率、吞吐量、时延、抖动等指标，这些性能参数所约束的行为主体是 IP 包。 保证业务 QoS 的方法有多种，包括：过量资源配置，资源预留和业务区分。为保证IPQoS， IETF 提出了区分服务（ DiffServ）和集成服务（ IntServ）模型，同时随着 MPLS技术的不断完善，出现了基于 MPLS（多协议标记交换）的 QoS 保证方案。 （ a） 过量资源配置 充足的资源保证使得 IP 承载网是轻载网络。试验表明， IP 网络在轻载的情况下（峰值带宽利用率在 50%以下），一般可以满足电信业务 QoS 要求。但由于 IP 网络上承载的业务（特别是一些互联网业务）其可控可管的能力较差，同时由于病毒和黑客攻击等原因，容易在短时间内产生很大的流量冲击，导致网络负荷加大，此时 IP 包的 QoS 性能将大大下降，完全不满足电信 业务的承载要求。故仅仅采用过量资源来保证 QoS 存在较大的风险，在实际应用中需要和其他 QoS 保证技术配合使用。 （ b） 资源预留 资源预留的基本思想是在传送业务流之前，根据业务的服务质量需求进行网络资源预留（包括带宽、 CPU 处理时间片和队列），从而为该数据流提供端到端的服务质量保证。资源预留是一种传统电信业务实现思路，理论上可以严格保证业务的 QoS。 IETF 提出的集成服务（ IntServ）模型采用了资源预留技术，采用面向流的资源预留协议（ RSVP），在流传输路径上的每个节点为流预留并维护资源。其主要缺点是由于 RSVP 信令需要为每一个业务流进行端到端的信令建立，同时为了维持链路状态还需要大量的定期刷新信息，占用大量带宽资源和路由器的 CPU 处理能力，扩展性差，难 22 以在大型 IP 网络中实施。 （ c） 业务区分 区分服务的基本思想是通过对不同的业务流（包）按照服务质量要求进行标识，划分不同等级，从而使得不同的业务流（包）能够在网络节点上获得区别对待：语音等电信级业务具有最高的服务等级；普通用户互联网业务的服务等级最低。当网络出现拥塞时，服务等级高的业务流比级别低的业务流有更加优先的转发权，从可以有效改善电信业务流的 QoS 性能。 IETF 提出的区分服务（ DiffServ）模型通过 DSCP（ DiffServCodePoint）字段（ 6bit）来标识业务，理论上可最多支持 64 种业务分类。业务的标识一般在网络接入边缘完成，网络核心节点（路由器）通过 DSCP 匹配相应的 PHB（每跳行为）来进行包的策略转发，PHB 主要依靠各种复杂排队机制来实现。由于区分服务只包含有限数量的业务级别，状态信息数量少，同时不需要维持庞大的链路状态信息，其扩展性要比集成服务模型好。但区分服务模型只是改善了业务流流经的业务节点对 IP 包的处理，缺乏全局的信令机制以协调节点之 间的信息传递与控制，因而其对业务 QoS 的保证也是相对的和局部的。 （ d） 基于 MPLS 技术的 QoS 解决方案 MPLS 是一种介于第二层和第三层的包转发技术，引入了基于标签的机制，把路由选择和 IP 包转发分开，由标签来规定一个 IP 分组通过网络的路径。 MPLS 网络由核心标签交换路由器（ LSR）、标签边缘路由器（ LER）组成。 MPLS 的报文头中包含一个3bit 的 EXP 字段，通过该字段可以标记该 MPLS 报文的优先级，从而使设备在转发该MPLS 报文时能根据优先级标志进行区别对待。 MPLS 技术是一个良好的基础平台，被认为是构建电信 级 IP 承载网的关键技术之一。在此基础上又衍生出了 MPLS VPN 技术、MPLS/DiffServ 技术和 MPLS TE（流量工程）技术等。 基于 MPLS TE 通过将 MPLS 技术、 RSVP 技术和约束路由技术相结合，也可以提高业务的 QoS 性能。通过 RSVP-TE 信令可以创建一条具有严格的资源保证的 LSP（标记交换路径），从而严格保证业务 QoS。同时，通过 MPLS FRR（快速重路由）可以实现链路的快速故障倒换，从而提高网络的 QoS 性能。 2) 安全保证措施 安全域的划分和隔离：从网络层面来看，解决电信业务安全问题的一 个根本方法就是将电信业务和非电信业务进行隔离。根据具体实现方式的不同，隔离又可以分为物理隔离和逻辑隔离。所谓物理隔离也就是专网专用，通过构建电信业务的专用承载网络来确保电信业务安全。逻辑隔离主要通过 VPN（虚拟专用网）的方式，在公用网络上划分出电信业务的专用通道，其他业务不能渗透到这些专业通道上，从而实现业务安全。必须指出的是无论物理隔离还是逻辑隔离只能将潜在的威胁降低到相对较低的水平，是一种主动防范措施，还需要对应用系统、网络网元（包括路由器，交换机，宽带接入服务器等）和用户终端的安全进行全面考虑，从而将 安全风险控制在可控的水平上 。 目前， 23 运营商主要采用物理隔离来建设电信业务的 IP 承载网 ； （ a） 构建终端和网络之间的 UNI 接口：在网络边缘构建终端和关键业务网络之间的 UNI 接口，避免终端对网络内部的直接访问； （ b） 基于业务感知的访问控制：网络边缘的安全控制设备与业务层建立接口，根据业务需求确定访问控制策略 ； （ c） 建立安全管理体系：安全是 30%技术 +70%管理，需要建立一整套安全管理系统和制度，有效地综合使用各种安全技术手段保证网络安全。 3) 高可靠性保证措 施 传统电信级业务要求 99.999%的可靠性，但目前 IP 网的可靠性一般只能 达到 99.9%，还存在一定的差距。传统 IP 网络的故障自我恢复能力是比较强的，当发生链路或节点故障时，依靠路由协议的重新收敛，只要存在连通的物理链路，理论上目的地址就可达。但依靠传统路由协议的收敛来实现故障恢复，其所需时间较长（根据故障检测方法、网络规模、路由协议的不同，故障恢复时间有所不同，一般为秒级或 10 秒级），不能满足电信业务要求。需要提高 IP 网络的可靠性，减少 IP 网络的故障率。 为了提高 IP 网可靠性，可以从网络结构设计、链路保护技术和节点冗余技术来采取相应的措施。 a) 采用双平面架构来提高网络可靠性。采用 类似于七号信令的网络架构设计思路，分别设置两个 IP 平面，业务设备同时接入两个 IP 平面，当一个平面出现某种故障，对业务产生影响时，可以快速切换到另一个平面，从而提高业务的可靠性。从工作方式上来看 ，双平面架构可以采用负荷分担方式工作，也可以采用主备方式工作。 b) 采用 MPLS FRR（快速重路由）技术来实现链路的快速保护机制。目前传输网能够实现 50ms 以内的故障倒换，故电信级 IP 承载网的链路故障倒换时间也应该控制在类似水平。 MPLS FRR 通过对主用 LSP 建立备用 LSP，当链路、节点和 LSP 出现故障时，通过主备用 LSP 之间的切换实现对 LSP的保护，其切换时间理论上小于 50ms。 c) 提高路由器可靠性。一方面可以对路由器在框架系统设计、元器件可靠性、备份电源风扇等方面不断进行改善，降低故障率和缩短故障修复时间。同时也可以从路由器的工作机制来提 高路由器在业务转发时的可靠性，如平稳重启技术和不间断路由技术。 4) 网络管理能力 为了保证承载在 IP 网络上的业务 QoS、 高安全和高可靠性，必然要求加强对 IP 网络的管理能力建设。电信网络一直强调严格和高度的网络管理，通过网络管理可以对网络的性能、故障、配置、安全和业务计费进行有效控制，从而 对电信业务的运营起到支撑和保障作用。 24 传统的 IP 网络是一个自治网络，相对而言其网络管理能力是比较弱的。现有的 IP网络管理系统主要通过 SNMP、 ICMP 等协议，实现网络拓扑发现、设备性能监测、链路状态监视、异常接入发现、异常告警等网络管理功能。但这些功能对于电信级 IP 承载网的需求还存在较大差距。 ITU-T 已经提出了可管理的 IP 网络框架（ MAN-NGN），它是基于服务等级协议（ SLA）的可管理的 IP 网络， SLA 是运营商与用户之间的业务协定， SLA 运营商规定了提供的服务质量标准，并设定相关的性能指标。保证电信业务的 QoS，需要有一个端到端的、统一的 QoS 管理平台。现有的 IP 网络管理系统往往只能实现对网元的 QoS 管理，缺少全网的 QoS 管理结构和应用方案。目前，有的厂商提出通过在网络中部署策略服务器来达到整个网络中所有设备 QoS 策略的统一管理，但还没有得到广泛的认可。关于电信级 IP 承载网的网络管理系统研究还有待进一步深入。 4.2 电信级以太网（ CE） 4.2.1 电信级以太网 的应用 电信级以太网可以用于广域网和城域网，但是考虑到二层网络规模太大可能会导致寻址和可扩展性等一系列问题，目前还是主要定位在城域范围内使用。从应用场景来看，电信级以太网在城域应用模式可以划分为 3 类：以太汇聚网（ EAN）应用、专线应用和IP RAN 应用。 1) EAN 应用 EAN 应用是电信级以太网技术在现阶段最主要的应用方式。它用于城域网中业务控制点（ BRAS 或 SR）以下和“最后一公里”以上的宽带流量汇聚。具体而言， EAN将 LAN 接入交换机、 IP DSLAM、 FTTx、软交换 AG、 Wi-Fi和 WiMAX 的上行以太网流量进 行接入和汇聚，并通过高速的以太网接口上行到业务控制点。 与其他汇聚方式相比， EAN 中采用电信级以太网技术有以下优势： a) 可以有效地实现对大粒度（ GE 和 10GE）的数据业务进行接入和调度； b) 可以通过双星型和环型的拓扑提供对数据业务的小于 50 ms 保护倒换； c) 利用电信级以太网技术的 OAM 机制实现故障定位和性能监控。 EAN 应用比较适合采用增强型以太网技术，因为它能在成本较低的情况下满足对OAM 和高可靠性的需求，并且便于从现有网络实现平滑升级过渡。此外，增强型以太网技术由于对组播的支持较好，可以满足 IPTV 等业务大 规模部署的需求。 2) 专线应用 专线应用是指基于电信级以太网搭建专网，并在二层提供 E-Line、 E-LAN 和 E-Tree的应用。专线应用主要面向大客户市场，其业务需求除了数据业务以外，通常还有对TDM 和视频业务的需求，因此，这就要求电信级以太网设备具备对 TDM 仿真等功能的支持。 电信级以太网用于专线的优势有以下几点： a) 用户可用带宽更大且可平滑升级，能够从十兆、百兆过渡到吉比特； 25 b) 基于以太网便于开展多点到多点和点到多点的数据业务； c) 如果需要新建网络，投资回收期相对其他方式更短。 增强型以太网、 PBB-TE 技术均能 满足以太网专线应用的需求，只是建网初期的成本存在一定差异。另外，考虑对多业务的需求， TDM 仿真功能应该是专线应用中需要考虑的一个重要因素。 3) IP RAN IP RAN 是无线回传的一种重要应用，包括在 IP 化的 2G 和 3G无线接入网络中的应用。电信级以太网技术在 IP RAN 中主要是用于基站和基站控制器或 Node B 到 RNC之间（如 WCDMA）的流量回传。 电信级以太网技术在 IP RAN 应用的优势有以下几点： a) 能够提供端到端电信级的数据传送，具备类似电路的服务质量和高可靠性； b) 直接采用以太网承载 IP 业务，避免了协议 之间的转换和封装带来的开销； c) 降低建网成本，符合网络整体 IP 化的趋势。 IP RAN 的应用对面向连接的特性要求较高，并且需要保障端到端的服务质量 。 需要指出的是， IP RAN 对同步时钟的精度有较高要求，尤其是对于基于 TDD 方式的 cdma 2000 和 TD-SCDMA 系统，因此，电信级以太网需要考虑引入同步以太网等技术来满足高精度同步时钟的传送和提取。 4.2.2 烽火 CE设备 烽火网络基于 F-engine M8000 系列电信级以太网多业务平台（ CESP）来提供电信级以太网多业务承载解决方案。 F-engine M8000 系列电信级以太网多业务平台根据可运营和可管理的电信级 IP 城域网的需求，结合目前城域网的最新技术和标准研制而成的新一代城域网电信级以太网产品。它主要应用于城域网的宽带流量汇聚，提供数据、 TDM 和视频业务的综合承载；也可以广泛用于大客户专线和行业 /企业网建设，提供大带宽、高品质的专线接入；或者作为中小城市新建网络的基础数据承载网络。除此之外， M8000 还可以用于现有网络的扩容和 3G 业务的承载。 F-engine M8000 系列产品由 M8008、 M8012、 M8012-T、 M8416 等组成，分别提供RS-232/485、普通电话、 E1、快速以太网、千兆以太网、万兆以太网等接口，支持电源冗余和防雷保护，能够满足不同应用场合的组网要求。 产品系列 描述 M8008 接入型多业 务分组设 备。紧凑型模块式插卡结构， 1U 高度。机架支持 4 个FE SFP 光接口， 2 个 GE SFP 光接口，并提供 8FE 电接口卡、 8 路RS-232/485/422 串口接口卡、 8 路 E1/T1 接口卡 M8012 千兆 多业务分组设备 ， 固定接口， 1U 高度。提供 4 个 FE 电接口、 4 个 FE光接口、 2 个多功能 GE SFP 光接口或电接口、 2 个 GE 环路 SFP 光接口 M8012-T 千兆 多业务分组设备， 支持 TDM 功能。机箱采用前 /后插卡的结构， 1.5U 高 26 度 ， 机箱提供 4 个 FE电接口 +4 个 FE光接口或者 8 个 FE光接口、 4 个 GE SFP光接口 ，可 提供 32 路 E1/T1 接口卡， 4 路 E1/T1 接口卡 M8416 机架 型插卡式 多业务分组设备 ， 采用高可靠性设计，共 6 个槽位，其中 2 个槽位用于主控冗余备份，其余 4 个槽位可以选配各种接口的线卡，所有模块支持热插拔。 M8416 提供的板卡包括： M8416 主控制卡，最大可配置 16 个 GE 接口； 8GE 电接口子卡， 8GE 光接口子卡； 4 路 10GE 光接口线卡； 32 路 E1/T1 接口线卡 ； 16 路 FE 电接口卡。 F-engine M8000 系列电信级以太网多业务平台可以提供大管道的业务承载和电信级（ 50ms）业务保护功能，具备灵活的业务控制能力，可以基于用户、业务和应用来分配相应带宽和 QoS 等级。通过应用这些主动策略，不但可以防止网络瓶颈，还可以加强SLA，提高用户的体验质量（ QoE），提供差异化的客户服务，从而以有限的带宽创造更多的利润。 4.3 PTN 的技术特征及关键技术 分组传送网络 （ PTN ， Packet Transport Network） 定位于一种面向连接的网络技术，其思想是以 T-MPLS（通用的多协议标记交换协议） 或 PBT（电信级核心网传送协议）为核心、采用类似于 SDH 的端到端性能可管理的网络，来支持网络从当前向下一代网络的平滑演进。 它针对分组业 务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并 应用 于多业务 环境 ， 具有更低的总体使用成本 (TCO)，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的 OAM 和网管、可扩展、较高的安全性等等。 PTN 一方面继承了面向 MSTP 网络在多业务、高可靠、可管理和 时钟等方面的优势，另一方面又具备以太网的低成本和统计复用的特点，是下一代网络 的 核心部件。 PTN 的出现是光传送网技术在 运营商网络现状 和 新业务需求发展 的必然结果。 PTN技术能否得到运营商们认可，能否 顺应网络平滑演进的趋势， 在下一代网络中获得大规模应用，与其本身的特征 、技术实现方式以及 成熟度息息相关 。 4.3.1 PTN 的 技术 特征 从运营商的观点来看，分组传送网是一种独立于其他传送机制的组网架构，以分组为主要承载对象，也以分组为网络运行机制，可以在 WAN/MAN 范围内支持以分组业务为主的服务层网络，而其客户层 网络（ e.g. IP/MPLS 网络）可以支持业务供应商所提供的多种业务，如 VPLS、多业务专线、 VoIP、 IPTV、 HIS 等。 图 9 为 PTN 的分层结构示意图。 27 图 9 分组传送网（ PTN）分层结构 结合 PTN 的功能需求和目前的组网技术现状，可以总结出 PTN 的核心技术特征与需要解决的关键问题。 PTN 作为 传送网技术， 面向连接的分组内核 、 可扩展性、 高可靠性 和可用性 (protect, restore, low failure rare)、 高效的带宽管理和流量控制、 强大的 电信级 OAM 机制和网管能力 、更 低的每比特传送成本 等 是其核心技术特征。 图 10 分组传送网的核心特征 由于 PTN 秉承了 “传送 ”的 理念， 使运营商可以采用与原有的传送网络（ SDH 网）相同的网络管理方式和网络维护手段，让用户具有与现网相同的用户体验，所以， PTN技术有利于现有的传输网络资源向分组化传送平滑过渡。 在现有的技术条件和业务环境下，新建 PTN 层需要解决以下一些关键的技 术问题 ： 1) 在网络中的定位 PTN 应该为 L3/L2 乃至 L1 用户提供符合 IP流量特征而优化的传送层服务，往下可以构建在各种光 /L1/以太网物理层之上。 2) 承载的业务 PTN 应承载以 IP 为主的各类现有业务，包括以太帧、 MPLS(IP)、 28 ATMVP 和 VC、 PDH、 FR等等。这其中， PTN 层面如何与 MPLS 核心网互通是最关键 的问题 。 3) 网络架构 PTN 应该具有分层的网络体系架构，例如划分为段、通道和电路各个层面，每一层的功能定义完善，各层之间的相互接口关系明确清晰，使得网络具有较强的扩展性，适合大规模 组网。 4) 设备形态。 PTN 需要定义功能具体的设备形态，同时明确各种设备的网络中的位置以及所扮演的角色， 以 便于产品的开发及组建实际网络。 5) 业务服务质量 (QoS)要求确保 IP 业务电信级 QoS，将 SDH 和 ATM/IP 技术中的带宽保证、优先级划分、同步等技术和概念结合起来，实现承载在 IP 之上的 QoS 敏感业务的有效传送。 4.3.2 PTN 的 关键技术 网络层承载技术 在目前的网络和技术条件下 PTN 有许多实现方案，许多厂家和标准化组织纷纷推出了不同程度地满足 PTN 功能需求的产品和技术 。 总体上可分为 以 T-MPLS 和 PBB-TE为代表的两大类支撑分组化传输 的 网络层承载技术。 (1)T-MPLS 技术 固定时隙分配的传统 SDH 在以分组交换为主的网络环境中暴露出很多缺点，难以满足分组以太网业