（通信与信息系统专业论文）dwdm在城域网中应用研究.pdf

贵州大学硕士研究生学位论文 摘要 随着超大容量d w d m 系统在长途网中的大规模建设，用户接入及局域网的宽带化 技术的普及，网络的瓶颈逐渐转移到了城域网。原先以承载话音为主的城域传输网络， 已无法适应城域数据业务的快速增长。因此目前全世界大部分运营商的竞争重点正在从 长途网转向城域网，建立高效经济的支持多业务的城域网已经成为各运营公司的共同目 标。 本文的研究内容是当前城域网建设的网络技术，特别是通过对基于d w d m 技术城 域光网络技术进行深入的分析，提出未来光城域网的发展前景和建设发展方向。本文首 先系统地概述了城域网络的发展、宽带城域网的概念、特点及其主要组网方案；然后通 过对各种方案的比较，提出城域d w d m 是城域网建设的发展方向之一；接着详细讨论 了d w d m 城域网络的特点、关键技术、网络保护与恢复、网络管理等一系列问题。重 点对锋火密集波分实验室做了深入研究，分析其系统构架，结构单元及运营网络管理等。 最后对i p d w d m 网络融合方案进行了一定研究，这是未来通信领域研究的热点，具有 科学意义，在m 网络融合方面重点分析了m p l s 技术及m p 入s 在i p d w d m 中的应用 方案。 关键词：城域网、密集波分复用、s d h 、多协议标记转换、i po v e rd w d m 贵州大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t w i t hl a r g e s c a l ec o n s t r u c t i o no fu l t r al a r g ec a p a c i t yd w d ms y s t e mi nl o n gd i s t a n c e n e t w o d 【，p o p u l a r i z a t i o no fu s e ra c c e s sa n dw i d e b a n dt e c h n o l o g yi nl o c a la r e an e t w o r k ，t h e n e t w o r kb o t t l e n e c kh a st r a n s f e r r e dt ot h em e t r o p o l i t a na r e an e t w o r kg r a d u a l l y m e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r kw h i c hi sm a i n l yu s e df o rl o a d i n gv o i c ei su n a b l et os u i tt h es w i f tg r o w t ho f m e t r o p o l i t a nd a t as e t v i c e s oa tp r e s e n t ，t h ek e yc o m p e t i t i o no fc o m m u n i c a t i o no p e r a t o r si n t h ew o r l di sc h a n g e df i o mt h el o n gd i s t a n c en e t w o r kt ot h em 咖o p o l i t a na r e an e t w o r k e s t a b l i s h i n gt h eh i g m ye f f e c t i v ee c o n o m i c a lm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r kw h i c hs u p p o r t s m u l t i 一, q a , ：t v i c eh a sa l r e a d yb e c o m et h ec , o m i l o ng o a lo f v a r i o u s o p e r a t o r s t h i sa r t i c l ei sa b o u tt h ec u r r e n tm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r kc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yt h r o u g hd e e pa n a l y s i sb a s e do nd w d mn e t w o r kt e c h n o l o g y i tp r o p o s e dt h e d e v e l o p m e n tp r o s p e c ta n dc o n s t r u c t i o nd i r e c t i o no ff u t u r el i g h tm 咖o p o l i t a na r e an e t w o r k f i r s t , i ts y s t e m a t i c a l l yo u t l i n e dt h ec o n c e p t s ，d e v e l o p m e n t , c h a r a c t e r sa n dm a i nn e t w o r kp l a n s o fm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k t h e nt h r o u g hc o m p a r i n gw i t he a c hk i n do fp l a n s ，i t o p o s e d t h a td w d ms h o u l db eo n eo ft h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o n si nm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k c o n s t r u c t i o n t h e ni td i s c u s s e dt h ec h a r a c t e r s ，k e yt e c h n o l o g i e s ，n e t w o r kp r o t e c t i o na n d r e s u m e , n e t w o r km a n a g e m e n ta n ds oo n i td e e p l yr e s e a r c h e do nw h id e n s ew a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n gl a b o r a t o r y , a n di ta n a l y z e di t ss y s t e ms k e l e t o n , s t r u c t u r a lu n i t ，o p e r a t i o n n e t w o r km a n a g e m e n ta n ds oo n f i n a l l y , i td i dc e r t a i nr e s e a r c ho nt h ei p d w d mn e t w o r k f u s i o np l a n t h i sw i l lb et h eh o ts p o ti nf u t u r ec o m m u n i c a t i o na r e aa n do fg r e a ts c i e n t i f i c s i g n i f i c a n c e i ni pn e t w o r kf u s i o na s p e c t , i ta n a l y z e dm p l st e c h n o l o g ya n dm p 天si n i p d w d ma p p l i c a t i o np l a n k e yw o r d s ：m 附o p o l i t a na r e an e t w o r k ，d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ，s d h ， m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 、i po v e rd w d m n 贵州大学硕士研究生学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的科研成果。对本文的研究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：叠i 皇连日 期：2 0 0 8 年月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅：本人授权贵州大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文拓者签名：鱼i 兰趁导师签名：勿亟丝鱼白期：2 。8 年乡月 贵州大学硕士研究生学位论文 1 1 光纤通信发展的历史 第一章概述 1 9 6 6 年英籍华裔学者高锟( c 。k 。k a o ) 和霍克哈姆( c 。a 。h o c k h a m ) 发表了 关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤( o p t i c a lf i b e r ) 进行信息传输的可能性 和技术途径，奠定了现代光纤通信n 1 光纤通信的基础。 1 9 7 0 年，光纤的研制取得重大突破。在当年，美国康宁公司研制成功了损耗2 0d b k m 的石英光纤。它的意义在于；使光纤通信能和同轴电缆通信竞争，从而展现了光纤通信 的美好前景，促进了世界各国投入大量人力物力，把光纤通信的研究开发推向一个新的 阶段。同时，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。美国贝尔实验室、日本电 气公司( n e c ) 和前苏联先后突破了半导体激光器在低温( - - 2 0 0 ) 或脉冲激励条件 下工作的限制，研制成功了室温下连续震荡的镓铝砷( g a a l a s ) 双异质半导体激光器( 短 波长) 。 自从1 9 6 6 年高锟提出光纤作为传输介质的概念以来，光纤通信从研究到应用，发 展非常迅速：技术上不断更新换代，通信能力( 传输速率和中继距离) 不断提高，应用 范围不断扩大。光纤通信的发展可以粗略的分为3 个阶段： 1 ) 1 9 8 0 年以前为第一阶段，这是从基础研究到商业应用的开发时期。在这个时期， 实现短波长( 0 8 0 9i lm ) 低速率( 4 5 或3 4 m b s ) 多模光纤通信系统，无中继传输距离 约为1 0 k m 。 2 ) 8 0 年代为第二阶段，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推 广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到 长波长( 1 3 1i im 和1 5 5l lm ) ，实现了工作波长为1 3 1pm 。传输速率为1 4 0 - - 一5 6 5 m b s 的单模光纤通信系统，无中继传输距离约为1 0 0 - - - 5 0 k m 。 3 _ ) 从8 0 年代末开始为第三阶段，这是以超大容量和超长距离为目标，全面深入开 发新技术研究时期。这个时期，实现了1 5 5 1 1m 色散移位单模光纤通信系统。采用外调 制技术，传输速率可以达到一2 5 1 0 g b s ，无中继传输距离可达1 0 0 1 5 0 k m 。实验室 可以达到更高的水平。 1 2 光通信系统的分类 光通信系统可以按不同的方式来进行分类： 若按传输介质来来进行分类，可以分为大气光通信系统和光纤通信系统9 1 。大气光 通信系统是属于无线通信系统，它的传输介质是大气或者是真空。光纤通信系统是属于 贵州大学硕士研究生学位论文 有线通信系统，它的传输介质是光纤。 若按照调制方式来进行分类，可以分为模拟光通信系统和数字光通信系统。模拟光 通信系统送的是模拟信号，数字光通信系统送的是数字信号。所谓模拟信号，是指在幅 度上和时间上都是连续变化的信号；所谓数字信号，是指幅度上和时间上都是不连续变 化的、离散的信号。 若按信号复用方式来进行分类，可以分为频分复用( f d m f f e q u 锄c yd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 。时分复用系统( t d m - t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 。波分复用系统 ( w d m ) 和空分复用系统( s d m s p a c ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 。所谓的频分、时分、 波分和空分复用，是指按频率，时间，波长，空间来进行分割的光通信系统。应当说频 率和波长是紧密相关的，频分也即是波分，但在光纤通信系统中，由于波分复用系统分 离波长是采用光学分光元件，它不同于电通信中一般采用的滤波器，所以许多人仍将两 者分成两个不同的系统。 若按光电探测方式来进行分类，可以分为直接探测光通信系统和相干探测光通信系 统。直接探测是将光作为粒子，即光子来处理的，而相干探测则是将光作为波，即光波 来处理的。 若按传输距离来分类，可以分为长距离干线光纤通信系统、中短距离局间光纤通信 系统和短距离用户光纤通信系统。长距离干线光纤通信系统一般是几百公里、上千公里、 甚至几千公里陆地或者跨洋海底光纤通信系统，局间光纤通信系统一般只有几公里或者 几十公里。随着光纤光缆的成本的下降，光缆甚至可以直接到户，这种超短距离使用的 用户光纤通信系统一般只有几十米到几百米，同时，这种超短距离使用的光纤通信系统 在光纤传感通信方面，也是有相当广阔的应用前景的。 1 3 光纤通信的发展现状 迅猛发展的光纤通信被称为通信史上的一次革命性变革，国外已形成北美、日本、 欧洲三个光纤通信最发达地区，远东地区被认为光纤通信发展速度最快的地区。我国光 纤通信研究开展的时间与世界同步。经科技人员的不懈努力以及各界的支持，使我国的 光纤通信有了一个良好的开端，至今与世界发达国家差距还不算太大。8 0 年代研制出长 波长多模光纤、长波长激光器和光电检测组件，并投入商用。1 9 8 8 年在武汉建成一条架 空单模光缆线路，码率为1 4 0 m b i t s ，距离为3 5 k m 。1 9 9 1 年在合肥至芜湖建成直埋的单 模光缆线路，码率为1 4 0 m b i t s ，全长l5 0 m k 左右，光缆从水下跨越长江。现在，国内 已广泛使用光纤通信，全国己铺设近1 0 0 万k m 光缆。我国现在已有一定规模的光纤通 信产业，能生产光纤、光缆、光电器件、光端机和仪表，其中光纤年产约1 0 万k m 。目 前国内自行开发的光纤通信设备中，己采用了最先进的光器件和光电器件。我国能生产 少数发达国家才能生产的长波长半导体激光器、n n f e t 和n i ：g a a s h i p a p i 组件， 激光器寿命达2 0 万小时，已满足商用要求。国产光端机具有区间通信功能，适用于沿 2 贵州大学硕士研究生学位论文 线中间小城市电路，符合我国国情。 d w d m “钉的研制进展很快，除了4 x 2 5 g b s 、8 x 2 5 g b s 、1 6 x 2 5 g b s 系统的产品 己投放市场，3 2 x 2 5 g b s 系统正准备建立试验工程。8 x 1 0 g b s 系统完成了传输实验，目 前正在进行1 6 x 1 0 g b s 系统的研制。先进的s d h 1 系统新技术在我国光网络建设中起 到了主要作用，我国成为世界上采用s d h 系统新技术最早和最多的国家之一，先进的 1 5 5 0 r i m 掺饵光纤放大器n q ( e d a f ) f f ：t 高密集波分复用( d w d m ) 等高新技术已开始应用于 我国的核心网络中。我国的光纤网络及相关技术己进入世界先进水平的行列。此外，许 多院、所、校还开展了光时分复用( o t d m ) 方面的研究，4 x 2 5 g b s 的o t d m 已初见成 效，4 x 1 0 g b s 或8 x 1 0 g b s 的研究也拉开了帷幕。 1 4 光纤通信向全光通信方向发展 随着i n t e r n e t 业务和多媒体应用的快速发展，网络的业务量正在以指数级的速度迅 速膨胀，这就要求网络必须具有高比特率数据传输能力和大吞吐量的交叉能力。光纤通 信技术出现以后，其近3 0 t h z 的巨大潜在带宽容量给通信领域带来了蓬勃发展的机遇， 特别是提出信息高速公路以来，光技术开始渗透于整个通信网，光纤通信有向全光网协， 推进的趋势。尽管光纤传输技术的发展这样迅速，但传统的通信网络无论从业务量设计、 容量安排、组网方式，以及交换方式上来讲都己无法适应这一新的发展趋势，例如目前 的超高速传输网络中，如果网络节点处仍采用原有的设备，以电信号处理信息的速度进 行交换、分插复用和交叉连接，网络节点将变得庞大而复杂，并受到“电子瓶颈”的限 制，这样超高速所带来的经济性将被昂贵的光电和电光转换费用所抵消。全光通信是 涵盖了光交叉连接汹1 ( o x c ) 、光插分复用陴1 ( a o d m ) 、全光网的管理、控制和运作、 光交换技术、全光中继技术五大关键技术在内全程光纤通信网。即端到端的全光路，中 间没有光电转换器。这样，网内光信号的流动就没有光电转换的障碍，信息传递过程无 需面对电子器件处理信息速率难以提高的困难。国际电信标准局( t i u n 决定按光传 送n ( o t n ) 的概念来研究光网络技术及制订相应的标准化建议。o t n 是据该网络的功能 及主要特征来定名，它不限定网络的透明性，其最终目标是全透明的全光网络。 1 5 论文的主要工作 本文从理论分析结合工作实践需要，完成了以下主要工作。 本论文的研究内容是当前城域网建设的传送技术，特别是通过对基于d w d m 城域 光网络技术进行深入的分析，提出了未来光城域网的发展前景和建设发展方向。本文首 先系统地概述了光网络的发展、宽带城域网的概念、特点及其主要组网方案；然后通过 对几种方案的比较，提出了城域d w d m 是城域网建设的发展方向之一；接着详细讨论 了d w d m 城域网络的特点。我有幸参加锋火密集波分实验室的建设及培训等工作，并 3 贵州大学硕士研究生学位论文 以锋火密集波分实验室为平台，重点分析以s d h 为基础的d w d m 传输平台的系统构架、 关键技术、网络保护与恢复、网络管理等一系列问题，最后讨论了多协议标记交换( m p l s - - m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) ，分析了m p 天s 网络的基本原理，讨论了m p l s 在 i p d w d m 网络的应用技术。 4 贵州大学硕士研究生学位论文 2 1 城域网的概念 第二章城域网 城域网阳1 ( m a n m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) 是在一个城市范围内所建立的计算机通 信网，简称m a n 。这是8 0 年代末，在l a n 的发展基础上提出的，在技术上与l a n 有 许多相似之处，而与广域网( w a n ) 区别较大。 m a n 的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数 据库，以及l a n 等互相联接起来，这与w a n 的作用有相似之处，但两者在实现方法 与性能上有很大差别。m a n 不仅用于计算机通信，同时可用于传输话音、图像等信息， 成为一种综合利用的通信网，但属于计算机通信网的范畴，不同于综合业务通信网。 城域网实际上是一个处在不断发展和变化中的概念，特别是不同的标准化组织，对 城域网的定义并不完全一致。但随着市场的兴起以及相关研究的不断深入，业界对城域 网的认识也逐步达成了一些共识。从概念上讲，城域网是一个共同工作网络的集合， 在一个城市地区提供接入和服务。特别是，城域网是单个、独立、明确的“城市地区网 络”，由一个网络运营商，通常是一个服务商或电信运营商拥有的运行。城域网是一个 网络或者网络的集合，将一个局域网的业务流传送到广域网或同一城市的另一个局域网 中。城域网也能以距离和功能来描述。以距离来描述，局域网典型跨越距离不超过2 公 里，而城域网覆盖的距离达到1 5 0 公里。相比较来说，广域网比城域网扩展的距离更远， 典型覆盖的距离大于1 5 0 公里。以功能来描述，城域网的目的是为最终用户提供安全的 分布式宽带接入。 2 2 城域网系统介绍 城域网可分为核心层1 1 3 1 汇聚层m 1 和接入层“3 1 三层结构，其结网络模型如图2 1 ， 由于各层所执行的功能不同，其传输网络组织也呈现出不同的特点： 图2 1 城域网网络模型 5 贵州大学硕士研究生学位论文 2 2 1 核心层 核心层的作用是把多个边缘汇聚层连接起来，为汇聚层网络提供数据的高速转发， 同时实现与省级或国家级骨干网络的互联，提供本地业务出口。因此其核心层在组网时 应以可靠性、扩展性及开放性为原则。传送技术的选择应该综合考虑网络的可靠性和网 络成本，在业务量不太高的情况下，推荐采用s d h 传输，并利用s d h 的链路保护机制。 这时有两种方式可以选择：1 、使用普通的s d h 设备，实现话音和数据业务混合传输； 2 、使用具有p o s 接口或f e g e 接口的m s t p 钉设备。具有f e g e 接口的m s t p 设备具有二层交换功能，对数据业务可以实现带宽的统计复用功能，能有效的提高带宽 利用率，保证网路安全性的同时降低网络建设成本。 对于省会级大城市，由于用户众多，昂贵的d w d m 设备可以由城域网内所有用户 分摊，每比特的净成本可以达到一个较低的水平，因此在大的城域网内采用d w d m 技 术不失为网络扩容的很好的选择。在数据业务远远超过话音业务的情况下，宜采用话音 业务和数据业务分别组网。话音业务s d h 理所当然是首选，数据业务可以采用光纤直 连方式。此种方式光纤、光口浪费严重，无保护机制，单端口容量限制在1 g 以内，弊 端会随着业务的发展越来越明显。但在目前来讲仍是最常用的组网方式。由于r p r 没 有跨环标准，单个环的r p r “信息无法跨环传递，独立组大网的能力较弱，无法实现 相切环、相交环、环带链等复杂的网路拓扑，不能提供端到端业务。但利用与m p l s 相 结合的方法可以使跨环业务流配置成同一个m p l s 2 1 标记交换通道，从而实现多个r p r 环业务的互通。这显然又增加了成本。此外，r p r 使用共享接入方法，扩展性受限。因 此目前核心层不推荐使用此项技术。但随着该技术逐渐成熟和标准化，其巨大的带宽优 势和自愈保护机制将使其成为核心网络中最具竞争力的一项技术。 2 2 2 汇聚层 汇聚层的作用是完成本地业务的区域汇接，进行带宽和业务汇聚、收敛及分发，并 提供用户管理和流量控制功能，是城域网实施业务管理的主要层面。汇聚层节点一般设 置在业务集中区域，负责该区域业务的汇聚。应该说汇聚层相对于核心层来说是局部的， 相对于接入层来说又具有相对多的用户群，因此汇聚层网络既能容忍一定程度的局部故 障，又能承受相当的网络建设成本。所以说各种传输体制都能在汇聚层找到施展本领的 舞台。光缆紧张，传输需扩容时可以使用c w d m 技术甚至d w d m 技术。数据业务量 大时可以采用光纤直连，汇聚层节点向上与2 个核心层节点相连，以达到保护备份的目 的。还可以组织r p r 环网，使汇聚层网络具有安全性和高带宽的性能。汇聚量不大时 m s t p 技术应该是优先选择的技术。m s t p 设备可以是简单的透明传输数据业务的s d h 设备，也可以是集成二层交换功能和r p r 技术的复杂m s t p 设备。可以根据实际需要 灵活选用。 6 贵州大学硕士研究生学位论文 2 2 3 接入层 边缘接入层直接面向用户，主要承担全业务的有效接入，具有业务接入灵活、适应 复杂环境需求、易于维护管理等特性，可实现业务的全覆盖。接入层网络的拓扑结构可 以根据实际情况采用环形、星形、总线形等结构。接入层宜以s d h 、m s t p 、光纤直连 为主。特别是m s t p 技术在一些业务发展不明朗的区域，有预见性的建设m s t p 传输网 络，在该地区有明确的业务需求时，只需简单增加接口板就能方便地实现业务地快速接 入，有利于运营商占领市场，由于传输节点与业务节点融为一体有利于节省建设成本。 c w d m 嘲1 、r p r 技术由于是还存在成本偏高的问题，暂时还不会是接入层的主流技术。 但鉴于r p r 具有很好的汇聚特性和优化的数据接入能力，因此最适合于城域网的接入 层应用，特别是以太网业务带宽需求占绝对优势的场合。一般认为，对于较大的城域网 在核心层和汇聚层，传输网与p 网宜分别组网，即少量使用m s t p 技术，礤网u 2 1 的承 载可通过光纤、d w d m c w d m 的波长直连，也可通过传输网的带宽通道提供。在接 入层应向统一组网的方向发展，以传输与i p 数据节点设备融合为主，实现多业务的综 合接入、传输。有利于节省网络投资，提高网络资源的利用率。对于中小规模的城域网 络，网络结构也不必拘泥于以上网络的严格分层，可以根据需要分为核心层网络既能容 忍一定程度的局部故障，又能承受相当的网络建设成本。所以说各种传输体制都能在汇 聚层找到施展本领的舞台。光缆紧张，传输需扩容时可以使用c w d m 技术甚至d w d m 技术。数据业务量大时可以采用光纤直连，汇聚层节点向上与2 个核心层节点相连，以 达到保护备份的目的。还可以组织r p r 环网，使汇聚层网络具有安全性和高带宽的性 能。汇聚量不大时m s t p 技术应该是优先选择的技术。m s t p 设备可以是简单的透明传 输数据业务的s d h 设备，也可以是集成二层交换功能和r p r 技术的复杂m s t p 设备。 可以根据实际需要灵活选用。城域传输网络分层结构和各层网络的传输技术适用情况如 图2 2 所示。 图2 2 城域传输网络的分层结构 7 贵州大学硕士研究生学位论文 2 3 城域传送网技术 目前在城域传送网应用的主要有四种技术：基于s d h 多业务传送节点( 或多业务传 送平台m s t p - m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f o r m ) 、基于分组多业务传送平台、基于 w i ) m 多业务传送平台、以a t m 为基础的多业务平台。 2 3 1 基于s d h 多业务传送平台m s t p 基于s d h 多业务传送节点是目前应用最多的产品。为了适应城域网多业务的需求， s d h 从单纯支持2 m b s 、1 5 5 m b s 等话音业务接口向包括以太网和a t m 等多业务接口演 进，将多种不同业务通过v c 或v c 级联方式映射入s d h 时隙进行处理。s d h 多业务节 点将传送节点与各种业务节点融合在一起，各厂商只是融合程度不同。基于s d h 多业务 传送节点的出发点是将2 层或3 层的功能作为s d h 附加功能来支持完成的。其对2 层 或a t m 层处理都是与s d h 处理相分离的，但都可以映射到s d h 的v c 时隙进行重组或 交叉到群路接口。从功能上看，m s t p 除了具有s d h 功能外，还具有2 层m a c 层功能和 a 1 m 功能。m s t p 的缺点是每个m s t p 设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行m a c 地 址查询，随着环路上的节点增加，查询m a c 地址表速度下降，处理性能明显下降。另外 在以太网环上，则表现在每个m s t p 节点上的以太网板卡分配带宽的不公平性，无法保 证环路各个节点带宽的公平接入，即使采用端口速率限制机制，也不能成为全局性公平 机制，不能适应数据业务的突发性。针对这一问题，许多公司采用了新的方案。将弹性 分组环( r p r ) 技术与s d h 技术相结合，将r p r 卡板集成到s d h 设备中，r p r 采用g f p 协议映射到s d h 的v c 通道中。将s d h 对t d m 业务和r p r 对分组业务有效支持的优势结 合起来。对于一个s d h 环网系统，一些v c 通道承载t d m 业务，另外一些通道则承载 r p r 数据业务，承载r p r 数据的时隙可以不参加m s s p i n g 的保护，其对应的保护时隙 依然可以传输数据业务，提高了带宽利用率。当光纤切断时，承载t d m 业务的v c 通道 进行复用段环倒换，而承载数据业务的实际则进行2 层的r p r 保护。网络初期可以一个 或两个v c - 4 通道用于r p r 传输，随着数据业务增加可以进行调整，这种变化通过s d h 的 网管系统指配完成。 m s t p 比较适合于已经敷设大量s d h 网的运营公司，可以方便有效地支持分组数据 业务，实现从电路交换网到分组网的过度，适合支持混合型业务量特别是以t d m 业务量 为主的混合型业务量，同时可以保证网络管理的统一性。 2 3 2 基于分组的多业务传送平台 基于分组的多业务传送节点主要包括两种方式：基于以太网技术和基于弹性分组环 ( r p r ) 技术。以太网在城域网中的应用正在由e f m ( e t h e r n e tf i r s tm i l e ) 组织进行 贵州大学硕士研究生学位论文 研究和标准化。由于以太网开始是一种l a n 技术，因此需要对其进行改进才能适合于城 域网的应用。这些改进主要包括保护恢复时间，服务质量等。传统的以太网恢复时间需 要3 0 秒左右，无法满足语音业务的需求。e f m 提出的方案是改进s t p 协议，即快速s t p 协议( f s t p ) ，可以是保护恢复时间缩短为2 秒。 另外一种基于分组的m s t p 是正在由i e e e8 0 2 1 7 工作组制定的r p r 技术。r p r 技术 吸收了千兆以太网的经济性、s d h 系统5 0 m s 环保护特性。r p r 采用类似以太网的帧格式， 结合m p l s 标记，基于m a c 高速交换，简化i p 前传。r p r 帧封装比p o s 更简化、更灵活。 r p r 同时具有空间复用机制。r p r 技术可以支持更细致的带宽颗粒，网络成本较低，可 以承载具有突发性的i p 业务，同时支持传统语音传送，有比较好的带宽公平机制和拥 塞控制机制。r p r 环是在整个环上实行公平机制而不是在单独链路上，容易实行全局的 公平机制。服务供应商可以利用源节点发送数据包的速率来控制上游节点和下游节点的 速率。带宽策略允许在无拥塞的情况下把环上任意两个节点之间所有的带宽分配给这两 个节点，没有s d h 那种固定电路系统的不灵活性，同时又比点到点的以太网更加有效。 目前r p r 的标准化尚未完全完成，主要的厂家分为两类，一种支持t d m 话音业务， 另一种则只支持数据业务。r p r 的重要不足在于对t d m 业务的支持，虽然目前有厂商声 称可以很好地支持t d m 业务，但是实际的效果仍不尽人意。其中的一个重要问题是对时 钟的透明传输，r p r 同步机制与s d h 不同，必须确保t d m 时钟可以透明传输到对端。另 外一个挑战来自网络管理系统，基于s n m p 的网络管理系统无法像s d h 网管系统对一个 复杂、庞大的网络进行有效的管理，并且缺少s d h 的端到端性能监视和配置等手段。第 3 个挑战来自r p r 定义的是一个环网结构下的技术，无法工作在复杂的网络环境下( 甚 至是环间互联) 。而实际的城域网络环境则是十分复杂。 r p r 技术适合于以数据业务为主、t d m 业务为附的网络。随着数据业务日益成为业 务的主体，其应用范围将逐渐扩大，适合于新建网络。 2 3 3 基于w d m 的城域网 随着城域网内传输带宽需求的不断增长，波分复用( w d m ，w a v e l e n g t hd i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ) 系统越来越多地应用于城域传输网络。目前，将w d m 技术引入城域光传 送网的实现思路主要有两种：一种思路是在保持原有密集波分复用( d w d m ，d e n s ew a v e 一1 e n g t hd i v i s i o nm u i t i p l e x i n g ) 技术特性的基础上，对相应系统进行改进以使其更 适合应用于城域网，由此产生出城域d w d m 系统；第二种思路是保留w d m 的波长复用特 点，针对城域网这一特定的应用环境及其业务特点，规范出新的w d m 系统，由此产生了 粗波分复用( c w d m ，c o a r s ew a v e l e n g t hd i v is i o nm u l t i p l e x i n g ) 系统。 1 城域d w d m 和o a d m 和干线光传送网相比，城域网这一特定的应用环境对d w d m 系统有着一系列新的 要求。首先是成本方面的要求，城域d w d m 系统应具有更低的成本。其次是承载业务 9 贵州大学硕士研究生学位论文 的灵活性，和干线网相比，城域网需承载业务的类型复杂多样，业务流量变化的随机性 很强，通常没有明确的规律。第三是对业务的可靠性和q o s 保证尤其是后者) 具有更高 的要求。 因此，城域d w d m 的技术发展和网络应用也相应具有了一系列新的特点。首先， 由于光分插复用( o a d m ，o p t i c a la n d d r o pm u l t i p l e x e r ) 节点既能够实现客户信号的直 传，又能够方便地在本地上下信号波长，还能够组成自愈环网对业务提供保护和恢复， 因而已经在城域光传送网的建设中得到大量采用。其次，城域d w d m 的组网和业务调 度更灵活，其网络拓扑从最初的点到点，逐步发展到环形网，到环环相联，再到网状网。 第三，可以支持更丰富的业务类型，包括s d h 业务、a t m 业务、i pp o s 业务、以太网 业务，以及未来可能将广泛应用的其他业务。第四，具有更低的成本。在需要分接波长 的中间节点，城域d w d m 采用o a d m 设备代替传统背靠背设置光终端设备的方式， 节省了昂贵的电中继费用。另外，由于城域d w d m 的节点间距较小，除了网络所需光 纤放大器的数量大幅减少外，系统各组成部分的要求也大为降低。 总的来看，城域网d w d m 的演进可以分为以下几个阶段：最初在城域网敷设 d w d m 的主要目的是解决城域网枢纽节点光纤耗尽的问题；第二步是逐步敷设o a d m 设备构成光自愈环网，将大量现有的s d h 自愈环汇聚到光自愈环；第三步是引入光交 叉连接( o x c ，o p t i c a lc r o s s - - c o n n e c t ) 设备，将大量的光自愈环互联为光网状网结构， 从而带来网状网结构的大量好处，并提供端到端波长业务；最后，还需要在适当的阶段， 以o x c 等具有更强业务调度能力的节点设备为基础引入自动交换光网络( a s o n ， a u t o m a t i cs w i t c h e do p t i e a ln e t w o r k ) ，进一步实现动态部署、分配波长通路以适应承载 i p 业务流量的需要 2 c w d m c w d m 技术在本质上和d w d m 技术一样，都是波分复用技术的一种，两者的主要 差别是c w d m 的光通道间隔比d w d m 要大得多。 由于城域网内的信号传输距离一般在10 0 k m 以下，因而相应的w d m 系统通常无 须使用光放大器，对光收发模块的要求也明显降低。由于可能省掉光放大器，w d m 系 统波长数目的增加将不再受到光放大器有效增益带宽( 增益平坦) 的限制，可以允许使用 波长间隔较宽、波长精度和稳定度相对较低的光收、发模块和合、分波器件，进一步降 低系统成本。当系统的波长间隔扩大到一定程度( 如大于2 n m ) 时，就是c w d m 。c w d m 对器件的要求比d w d m 低得多。以分波器为例，d w d m 系统中使用的1 0 0 g h z ( 0 8 n m ) 滤波器一般大约有1 5 0 层，而c w d m 系统中使用的2 5 0 0 g h z ( 2 0 n m ) 滤波器只需5 0 层， 目前其成本比d w d m 滤波器的成本少5 0 。 c w d m 是城域光网络中值得关注的一项技术。目前，该技术已经在城域网中得到 了一定规模的应用。和城域d w d m 主要应用于城域网核心层不同，c w d m 更多应用于 城域网的边缘。 w d m 技术不仅提高光纤利用率，而且在业务信号复杂多变的城域网中，对信号具 l o 贵州大学硕士研究生学位论文 有透明性，它可以直接对从不同设备出来的信号不进行速率和帧结构调整，直接进行透 明传输。这可给用户，特别是租用波长的用户以最大的灵活性。同时，不同波长间的信 号互不牵涉，每个波长都可以进行自己的灵活上下。基于未来城域网业务多样性、业务 量的指数级增长、c w d m 系统日后的扩容成本高、c w d m 还没形成统一的国际标准以 及d w d m 系统价格下降，c w d m 的发展前景似乎并不看好。 2 3 4 以a t m 为基础的多业务平台 以a t m 为基础的多业务平台技术可以为i p 或其他任意客户层信号提供面向连接的、 带宽可控、安全性好、延时小的高质量业务。对于未来网络最重要的i p 客户层信号而言， 将p 与a t m 结合可以综合利用a t m 的速度快、颗粒细、多业务支持能力强的优点以及口 的简单、灵活、易扩充和统一性的特点，达到优势互补的目的，可以为不同类型的业务 流建立不同的通道，根据业务流负荷和阻塞情况疏导不同链路，确保实时业务的q o s 。 以a t m 为基础的多业务平台最适用于多业务电信环境以及服务质量要求较高的m 业务， 主要应用于网络边缘多业务的汇集和一般i p 骨干网。但是网络体系结构复杂重复、传输 效率较低、速率难以提高、选路灵活性差、硬件投资高、运行维护管理复杂，对于口业 务量会持续大幅度攀升、网络规模需要大幅度扩展的情况，这并非一种长远的解决方案。 城域o a d m 环网可承载大量客户的多种协议和多种速率的业务，每个波长承载一 种业务的方式将很快耗尽波长，为提高每个波长的带宽利用率，应尽量避免低速率业务 单独占用一个光波长通道。一种新兴的经济有效方法是将多个低速率客户信号复用到一 个波长信道中，该技术被称为子速率( 或子波长) 复用，从而实现了“每个波长多种业 务”。这种“子速率复用器”降低了城域w d m 系统的应用门槛，可以直接容纳低速率的 信号，给组网带来了灵活性。w d m 环网解决了两个重要问题：光纤短缺和多业务的 透明传输。成本是限制其应用的重要因素。目前它主要用来保护那些s d h 还无法保护 的业务，如e s c o n 、f i b e rc h a n n e l 等。 综上所述m s t p 比较适合已经敷设大量s d h 网的运营公司，可以方便有效地支持 分组数据业务，实现从电路交换网到分组网的过度。而s d h 与r p r 的结合更是增强了 它对数据业务的支持。在m s t p 上实现r p r 对以太网业务支持是一种很好的解决方案， 将两者的优势结合起来。对于中国电信这种传统运营商，基于s d h 多业务传送节点应 是其应用重点。 r p r 技术适合于以数据为主、t d m 业务为辅的网络环境，可以作为中小城市组网 的手段，特别适合于新运营商在竞争区域开展业务。但是它仅支持环网结构和相对简单 的网管系统限制了它在更大范围的应用。城域w d m 技术的最大的挑战来自成本，随着 电信市场竞争的加剧和业务类型的增加，在城域内光纤短缺将越来越普遍，而w d m 应 用的概率也大大提高，但维护的复杂性、成本依然是它规模使用的限制因素。总之，面 对复杂动态的城域网应用环境，上述各种方案都将在特定应用场合或时间获得应用，共 贵州大学硕士研究生学位论文 同构成完整的城域网解决方案。对于多数运营公司而言，近期选择以s d h 为基础的多 业务平台方案为主，以a t m 为基础的多业务平台方案为辅是稳妥的可持续发展的策略： 而中长期则可过渡到以基于w d m 为平台与其他方法相结合的形式为主，而核心以城域 网w d m 方案为主并在适当时机引入a s o n 迸一步实现动态分配部署波长通路以适应 m 业务量的需要m 1 。 2 4 城域网建设若干原则 i p 城域网是传送网与业务网、数据网与传统电信网、长途网与接入网的交汇点，是 口广域骨干网的延续，是同城信息的高速交换和宽、窄带接入的汇聚。从业务流量的增 长趋势来看，主导传输网络的业务随时间的发展将分别是语音、数据和图像。尤其是图 像业务的大规模应用，如视频点播等，将更多地呈现本地化业务特征，使本地城域网的 业务流量大大增加，甚至可能远比长途骨干业务流量要大。众所周知，城域网中既有标 准的s d h 业务，也有数据业务、视频等业务。单单数据业务一项，又包括以太网、p 路由器以及其他各种数据业务类型。因而，城域网具有复杂的业务接口，其设计不仅需 要考虑到各种业务的兼容，还应考虑对不同业务单元的就近汇集、梳理、疏导，以提高 网络的利用率：另外，对于城域网而言，制约其发展的关键在于等效节点带宽管理能力的 大小。城域网中业务的调度和转接远比骨干网为多，因此，如何提高等效节点带宽管理 能力成为一个重要问题。为应付以上问题的挑战，可依据以下原则建设宽带i p 城域网1 。 2 4 1 建设可运营