（信号与信息处理专业论文）mstp技术的发展和3g传输网络.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 由于受到承载数据业务量增加、成本和技术更新等诸多因素的影响，原有的s d h 环网结构已经不能满足当前的容量需求，对网络的传输能力提出了更高的要求。目 前建设一个大容量的高度灵活、动态、可靠的传送网已成为传送网转型的关键和下 一步发展的重点。城域网内分组业务占用的带宽资源已远远超过了传统的语音业务。 多业务传送平台m s t p 继承了同步数字系列( s d 啪的技术优势，又具有丰富的接口、 灵活的带宽管理和服务质量保证机制，它能同时承载以太网、i p 和a t m 等多种数 据业务，将发展成为城域传送网的主流技术。它作为一种新的城域网解决方案可以 解决对分组业务支撑能力不足的问题。 本文的主要工作内容有： 文章分析了被应用在新一代多业务传送平台中的新的协议和标准：通用成帧规 程( g f p ) 、虚级联( v c ) 、链路容量调整规程( l c a s ) ，并将g f p 、v c 和l c a s 技术与 可靠的s d h 平台结合，使传统的s d h 可以较完美地承载数据业务，为s d h 带来新 的发展机遇，也使m s t p 成为城域网最佳解决方案之一。 3 g 技术是当今无线通信乃至整个通信界的重要发展方向。随着数据业务的飞速 发展，数据接入的可移动性要求不断凸现。结合现有网络的基础，基于w c d m a 系 统分析了3 g 移动网络节点之间的业务传送问题，提出并分析了在保证3 g 业务传送 质量的同时提高带宽利用率以降低传送带宽需求的高效低成本传送网解决方案。在 3 g 传输网中，m s t p 可以方便有效地支持语音和分组数据业务，并能充分利用已有 的s d h 网络，成为许多运营商在建设3 g 传输网时的一个很好的选择。 本文的创新点是： 对3 g 网络传输需求进行分析并结合现有3 g 设备分析了可能采用的传输技术方 案，从实际的运营商现状出发，提出了较为合理的解决方案。 3 g 代表了未来移动通信的发展走向，是移动用户和移动业务发展的必然趋势。 在3 0 网络建设中应立足现有网络情况，并充分考虑3 g 网络的特点，建设满足3 g 业务需求的传输网络。 关键词：多业务传送平台，弹性分组环，m p l s ，3 g 重庆邮电大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a f f e c t e db yi n c r e a s e db e a r e rd a t as e r v i c e ，c o s t ，o nt e c h n o l o g i c a lr e n o v a t i o n ， o r i g i n a ls d hl o o pn e t w o r ka r c h i t e c t u r ea k e a d yf a i l st om e e tp r e s e n tc a p a c i t y r e q u i r e m e n t ，w h i c hs e t se v e nh i g h e rd e m a n do nt h et r a n s m i s s i o nc a p a c i t yo fn e t w o r k t oc o n s t r u c tal a r g ec a p a c i t y ，h i g h l yf l e x i b l e ，d y n a m i ca n dr e l i a b l et r a n s p o r tn e t w o r k h a sb e c o m et h ek e yt ot h et r a n s f o r m a t i o no fo u r t r a n s p o r tn e t w o r ka n d t h ep f i o d t yo f n e x td e v e l o p m e n t i nt h em e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ( m a n ) ，p a c k e ts e r v i c e so c c u p y f a rm o r eb a n d w i d t ht h a nt h et r a d i t i o n a lv o i c e s e r v i c e s m s t p ( m u l t i s e r v i c e t r a n s p o r tp l a t f o r m ) w i l lt u r nt ob eam a i n s t r e a mt e c h n o l o g yf o rt h ec o n s t r u c t i o no f m e t r ot r a n s p o r tn e t w o r k ，s i n c ei th a si n h e r i t e dt h et e c h n i c a la d v a n t a g e so fs d ha n d h a sa b u n d a n tp o r t s ，f l e x i b l eb a n d w i d t hm a n a g e m e n ta n dq o sg u a r a n t e em e c h a n i s m a n di tc a ns u p p o r tv a r i o u sd a t as e r v i c e so v e re t h e m e t ，i pa n da t m m s t pc a ns o l v e t h ep r o b l e mo fl a c k i n ga d e q u a t eb a n d w i d t hf o rp a c k e ts e r v i c e s t h em a i nw o r ko f t h i sd i s s e r t a t i o ni ss u m m a r i z e da sf o l l o w ： n l en e wg e n e r a t i o nm s t pa d o p t sp r o t o c o l sa n ds t a n d a r d ss u c ha sg e n e d c f r a m i n gp r o c e d u r e ( o f p ) ，v i r t u a lc o n c a t e n a t i o n ( v c ) a n dl i n kc a p a c i t ya d j u s t m e n t s c h e m e ( l c a s ) m l i l ec o m b i n e dw i t hg f p , v ca n dl c a s t h er e l i a b l es d h p l a t f o r mc a l le f f e c t i v e l yc a r r yd a t as e r v i c e s ，t h u sb r i n g i n gan e wo p p o r t u n i t yt ot h e t r a d i t i o n a ls d ha n da l s om a k i n gm s t po n eo f t h eb e s tm a ns o l u t i o n s 3 gt e c h n o l o g yi st h ed e v e l o p m e n tt r e n do fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o na n dt h e w h o l ec o m m u n i c a t i o nf i e l d w i t ht h e r a p i dg r o w t ho fd a t as e r v i c e ，d a t aa c c e s s r e q u i r e sm o b i l i t y b a s e do nw c d m as y s t e m s ，t h i sa r t i c l ea n a l y z e ss e r v i c e t r a n s m i s s i o ni s s u ea m o n g3 0m o b i l en e t w o r ks o l u t i o nw i t hh i 曲e f f i c i e n c ya n dl o w c o s to nc o n d i t i o nt h a tt h et r a n s m i s s i o nq u a l i t yo f3 gs e r v i c e si sg u a r a n t e e d i nt h e c o n s t r u c t i o no f3 gn e t w o r k m s t ph a sb e e ns e l e c t e dt ob u i l d3 gt r a n s m i s s i o n n e t w o r kb yt e l e c o mo p e r a t o r s ，w h i c hc a ne f f e c t i v e l yc a r r yv o i c es e r v i c e sa n dp a c k e t d a t as e r v i c e sa n dm a k et h eb e s to f o r i g i n a ls d hn e t w o r k t h em a i ni n n o v a t i o n so f t h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w ： f i r s t l y , w ea n a l y s i st h et r a n s m i s s i o nn e e d so f3 gn e t w o r k ，a n dt h e nr e s e a r c ht h e t e c h n o l o g ym a y b eu s e dc o n j o i n i n gw i t h3 ge q u i p m e n t f i n a l l y , p r o v i d er e a s o n a b l e s o l u t i o n st ov a r i a b l ec a r r i e r s 1 1 1 em o b i l ec o m m u n i c a t i o ni s d e v e l o p i n gt o w a r d3 gw h i c hh a sb e c o m ea n i n e v i t a b l et r e n d i nt h ec o n s t r u c t i o no ft h e3 gn e t w o r k , w es h o u l dc o n s i d e rf u l l yt h e 1 1 重庆邮电大学硕士论文 a b s 仃a c t n e e d so f 3 gn e t w o r kt ob u i l da p r o p e rt r a n s m i s s i o nn e t w o r k k e y w o r d s ：m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp i a t f o r m ( m s t p ) ，t h er e s i l i e n tp a c k e tr i n g ( r p r ) ，m p l s ，3 g - i l l - 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废邮电太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：私需豕荔 签字日期： 力吵年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞噬鱼太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查 阅和借阅。本人授权重废韭电太堂可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一 冬日饬叽 粞 名 皖 躲 砷 师 孔 导 醐 字誉 秘 ， 移 日 钳 “ 前 阳 名 一l l 戳 年 作 “ 蜘 加 论 ： 鲥 飙 学 日字登 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 论文背景 第一章绪论 随着光传输技术( d w d m ) 和宽带i p 技术的逐渐成熟，太位路由交换机和 d w d m 系统已进入商品化，这使得传输骨干通信网络速度大幅度提高，已经达到 t b p s 的量级。利用s d h 、p s t n 等传统电信网构建城域数据通信网络以及接入 i n t e m e t 的方式已成为新的网络发展瓶颈，因此对城域网的变革已成为必然。 目前构建城域光传送网主要采用的三种技术是：以s d h 为基础的多业务传送 平台( m s t p ) 、城域w d m 环网和弹性分组环( r p r ) 。这些技术的共同特点就是在解 决城域t d m 业务传送需求的基础上，又同时能够解决以太网业务、a t m 业务等 其他业务的传送需求，也就是具有多种业务的传送能力。对于这些技术应该根据 具体的建设地区情况，灵活选择，以便每一项技术能够发挥自己的优势。 在各种城域网的解决方案中，m s t p 以其综合性价比和技术成熟度的优势而成 为应用热点。m s t p 在传统s d h 的基础上，通过支持i p a t m 等多业务处理，可 以有效支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡而成为了城 域网建设的主流技术。正是由于数据业务的迅猛发展，城域网承载主体正在发生 深刻变化，m s t p 的出现延长了s d h 的寿命，是光发展低潮中的亮点【2 8 】。 m s t p 最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以t d m 业务 为主的混合业务。它既可通过多业务汇聚方式实现城域网业务的综合传送，又可 通过自身对多类型业务的适配性实现业务的接入和处理，非常适应城域网多种技 术相融合的发展趋势，成为一套相对完善的城域网技术体系。与其它技术相比其 优势在于： 解决了s d h 对于数据业务承载效率不高的问题； 解决了a t m i p 对于t d m 业务承载效率低、成本高的问题： 解决了i pq o s 不高的问题； 解决了r p r 技术组网限制问题、实现双重保护，提高业务安全系数； 增强数据业务的网络概念，提高网络监测、维护能力； 实现降低投资、统一建网、按需建设的组网优势。 m s t p 技术的发展主要体现在对以太网业务的支持，以太网业务对m s t p 设 备影响最大，对以太网业务接入、传送和调度的技术发展最多，也是备受争议的。 m s t p 最重要的特性是以太网业务的处理。按照实现技术划分，m s t p 上以太网功 能可以分为透传、二层交换、环网等。它包括4 个发展阶段：最初提供以太网点 到点透传，第二代支持以太网二层交换能力，引入中间适配层的第三代，以及正 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 在发展的第四代i n t e l l i g e n tm s t p 。 网络发展导致传输网与业务网关系越来越紧密，m s t p 在借鉴数据网、交换网 等行之有效的技术基础上，将传送和业务节点紧密结合可以灵活的满足多种业务 信号的传输要求。因此，在相当长的一段时间内，m s t p 将依然是国内城域传输网 建设的主流技术。但是一方面由于m s t p 技术出现的时问不长，其本身还在不断 自我发展和完善，尤其是m s t p 如何将数据处理功能和数据网络更好的结合是 m s t p 发展中值得进一步探讨的问题；另一方面，在光传输网中引入控制平面，通 过a s o n g m p l s 实现业务端到端调度和保护也是m s t p 发展的重要方向。目前 如何更好的与即将大规模建设的3 g 网络相结合，为3 g 业务提供更好的传输通道 已经成为m s t p 需要重点考虑的问题【3 2 j 。 本课题就是在上述背景下，针对近期城域网的主流技术m s t p 进行研究，并 以m s t p 技术为基础，主要探讨了3 g 网络中核心网和接入网的传输解决方案。 1 2 论文所做的工作 本文的工作主要是重点探讨3 g 网络对传送网的新需求，基于s d h 的m s t p 技术近年来得到很大的发展，由于其支持语音和分组数据等业务成为在建设3 g 传 输网时的一个很好的选择。以已商用化的、对传输接口要求最全面的w c d m a 系 统为例，从m s t p 新技术、3 g 网络对传输的新要求以及m s t p 新技术在3 g 传输 网络中的应用分析等方面展开论述，并提出了在3 g 网络中的m s t p 组网解决方案。 1 3 论文的安排 本文的章节安排是这样的： 第一章是绪论部分，简述了构建城域网的主流技术之一的m s t p 技术。 第二章首先概述了m s t p 技术的原理和发展，接着详细介绍了新一代m s t p 技术中虚级联、通用成帧规程、链路容量调整机制和智能适配层等关键技术，并 对实现智能适配层的m p l s 和r p r 技术进行了介绍和比较。同时针对在m s t p 设 备和网络的工程验收和维护要求，介绍在测试中所需考虑的项日以及测试方法。 第三章先分析了3 g 网络。主要分析了基于3 g 移动通信网基站接入传输需求 的分析，对3 g 传送网络的核心网和移动网基站的接入网方案进行了分析论述，并 以实际运营商的3 g 基站传输网为例对它的初期建设提出了合理的建议。 第四章是对全文进行总结并指出不足之处和今后的研究方向。 重庆邮电大学硕士论文 第二章多业务传送平台m s t p 第二章多业务传送平台m s t p 近几年，伴随i p 业务迅猛发展及宽带业务需求的快速增长，在日趋激烈的竞 争环境中，运营商必须有能力向用户提供全业务服务，并且在开源节流的双重压 力之下，构建综合多业务承载平台成为必然的选择，候选方案可基于 e t h e m e 以p l 订p l s s d h 等多种技术实现方式。m s t p ( m u l t i s e r v i c e t r a n s p o r t p l a t f o r m ) 具有技术成熟、兼容性好、可靠性高、成本适中的优势，是当前城域传 送建设的首选。 m s t p 的概念是我国几家通信设备厂商共同提出的，于2 0 0 1 年4 月正式起草 相关技术标准，2 0 0 2 年2 月完成了报批稿提交。 m s t p 技术的标准化是从2 0 0 2 年开始的，目前已经发布的m s t p 标准有： 基于s d h 的多业务传送节点技术要求i l 】 基于s d h 的多业务传送节点测试方法l z j 基于s d h 的多业务传送节点( m s t p ) 技术要求内嵌r p r 功能部分1 3 基于s d h 的多业务传送节点( m s t p ) 测试方法一内嵌r p r 功能部分州 基于s d h 的多业务传送节点( m s t p ) 技术要求内嵌m p l s 功能部分 3 1 2 1m s t p 功能方框图 基于s d h 的多业务传送节点基本功能模型如图2 1 所示1 1 1 。从图2 1 可以看出， m s t p 把非t d m 业务信号的一些处理与s d h 层面的处理相互分离。如以太网业 务信号，先进行二层交换处理( 也可不进行) ，然后按一定规则进行封装 ( g f p l a p s p p p ) ，再把封装后的数据帧映射到v c 或v c x c 中；最后对所有的v c ( 包括t d m 信号映射的v c ) 统一进行s d h 层面的处理，形成s t m - n 线路信号 进行传输。 蹙 歼 也! 垡坐 ， v l ；篇 圈i ! ! ! ：坚c 冀 锈 匝母匹垩鲥圈一 黻1 卜一 旋 缝 瓣 叫溢? = 翌翌h 盈翻扣 差蒌卜 继 嫦 图2 1m s t p 功能方框图 目前m s t p 所支持的数据特性，虽然包括a t m 等业务但其中最主要的还是表 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 现在对以太网业务的支持，以下将重点讨论m s t p 对以太网业务支持的关键技术。 2 2 通用成帧规程g f p 目前主要有三种链路层适配协议可以完成以太网数据业务的封装，即点到点 协议p p p ( p o i n tt o p o i n tp r o t o c 0 1 ) 、链路接入s d h 规程l a p s ( l i n ka c c e s s p r o c e d u r e s d h ) 与通用成帧规程g f p 。p p p 是最早的封装协议，技术成熟，已得到 广泛的应用。l a p s 是由我国向i t u t 提出的，专门把数据报文封装进s d h 的建 议，主要用于e t h e m e to v e rs d h ( e o s ) 、i po v e rs d h ( i p o s ) 。g f p ( g e n e r a lf r a m i n g p r o c e d u r e ) 标准化程度高，是以太网封装协议发展的方向，下面重点介绍。 g f p 属于i t u t0 7 0 4 1 规范【6 】，其修订版对m p l s 映射进g f p 作了规定，对 r p r 用户信息分配了用户净负荷标识( u p i ) ，使得今后在多厂家的m s t p 进行互连 互通时，g f p 是一个重要环节。 g f p 帧结构 g f p 帧结构比较复杂，包括两大部分，即核心报头与净负荷，如图2 2 所示。 4 4 嗡5 s 3 s 拿镦 一匝强j 。 巨薹三盘遗i 蔓釜薹：懑! 盔三鎏， 睦孟急五嘉萄譬謦 图2 2 g f p 的帧结构 g f p 帧包括两种类型，即用户帧和控制帧。用户帧包括用户数据帧和用户管 理帧，前者用于承载用户的数据信号，而后者用于承载与用户信号相关的管理信 息。控制帧包括空闲帧和管理帧，空闲帧用于在源端进行g f p 字节流与传输层速 率的适配；管理帧可以承载o a m 信息。 ( g ) g f p 的映射方式 业务信号映射进g f p 时有两种方式，即帧映射方式g f p f 与透明映射方式 g f p t 。前者适用于以太网、i p 等数据业务；后者适用于编码块一类的实时业务， 如g e 、d v b 、f i c o n 、e s c o n 等。 1 ) 帧映射方式g f p - f ( g f p f r a m e ) 该方式就是把整个p d u 帧原封不动地映射进g f p 帧中，如太网帧以帧映射方 式映射进g f p ，就是把整个以太网帧从目的地址一直到帧校验和f c s 等原封不动 地装入g f p 用户帧的净负荷部分，其字节顺序与比特顺序都不改变口7 】。它适用于 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 各种p d u 数据业务，如以太网、i p 、r p r 、m p l s 等数据业务信号。以g f p f 具 有以下特点1 2 6 】： f l , ，它是一种面向p d u 的映射方式，可以对各种长度( 包括变长) 的p d u 进 行完整的映射，而不需要进行分段和重组，简化了链路层的映射解映射之间的关 系，在接收端可方便地从数据流中提取映射的p d u ； b 、g f p 的长度是可变的，其长短根据p d u 的长度而改变； c 、在接收端需要进行帧缓存，延时相对较大。 2 ) 透明映射方式g f p t g f p t ( g f p t r a n s p a r e n t ) 方式就是把编码块透明地映射进g f p 帧中，它适用于 对时延要求较高的用户业务，如千兆以太网业务g e ( g i g e b i t se t h e m e t ) 、光纤互连 业务f i c o n ( f i b e ri n t e r e o n n e c t i o n ) 、企业系统互连业务e s c o n ( e n t e r p r i s es y s t e m s c o n n e c t i o n ) 、异步串行接口承载的数字视频广播业务d v ba s i ( d i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t a s y n c h r o n o u ss e r i a li n t e r f a c e ) 。g f p t 具有以下特点： a 、它是一种面向数据编码块的映射方式，映射时把多个数据编码块透明地装 入到g f p 帧的净负荷部分； b 、g f p 帧的长度是相对固定的，具体取决于超级编码码块的个数； c 、在接收端不需要进行帧缓存，所以延时较小。 馒) g f p 与l a p s 、p p p 协议的分析比较 p p p 和l a p s 是较早应用在m s t p 中将i p 分组映射至s d h 虚容器中的两种封 装协议。p p p 和l a p s 都是属于h d l c 类的协议。其中，利用p p p 协议进行i p 分 组的封装，是先将i p 数据包通过p p p 协议进行分组，然后使用h d l c 协议根据规 范对p p p 分组进行定界装帧，构成一个h d l c 帧，最后将其映射到s d h 虚容器中， 再加上相应的s d h 开销置入s t m n 帧中。l a p s 是i t u tx 8 5 y 1 3 2 1 定义的 h d l c 一个子集，但它是把以太网的m a c 帧直接封装到l a p s 帧的数据区，再将 l a p s 帧映射到s d h 虚容器中，故其比p p p h d l c 方式简单、效率高。 采用g f p 协议来实现数据包的帧映射过程，与l a p s 和p p p 协议相比有明显 不同，g f p 克服了其他技术所无法避免的只支持点到点的逻辑拓扑结构、需要有 特定的帧定界字节、需要对帧内的负荷进行扰码处理等诸多弊病。利用g f p 进行 数据封装无须对负载填充和抽离字节，使得链路的容量仅与负载总量有关，而与 负载包含的字节内容无关，因而效率更高。另外，g f p 利用多种扰码机制最大限 度地抑制了伪数据帧的出现，并提供优良的纠错机制以保证在物理链路发生误码 时依然能正常工作，这使g f p 具有十分高的可靠性。 g f p 也存在着一些缺点，如协议比较复杂，g f p 帧占用的开销比较大，所以 封装效率较低。 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 2 3v c 级联与以太网业务的映射 2 3 1v c 级联技术 在实际应用中，一方面许多数据通信业务的信号速率与v c 的标准速率并不完 全匹配，在数据业务信号装入( 映射) v c 时可能会出现比较严重的带宽浪费；另 一方面伴随现代数据通信的快速发展，网络面临传送带宽业务的需求与巨大压力， 但目前的s d h 传送网络在传i p 和a t m 业务等巨大数据流时显得有些力不从心。 s d h 的最大虚容器是v c 4 ，它所能承载的净负荷即业务带宽仅有1 4 0m b s ，根本 不能满足宽带业务的需求，如千兆以太网信号的速率就为1 2 5 g b s ；所以为了合理 有效地使用带宽、满足宽带业务传输的需求，就出现了v c 级联技术。级联有两种 方式，即相邻级联和虚级联i 3 3 。 相邻级联v c - n - x c 又称为连续级联，就是将同一个s t m - n 中的x 个v c 首尾依次连接在一起， 成为一个整体v c g 进行传输，在传输过程中能够保持连续的带宽。相邻级联的 v c g 只保留一列通道开销p o h ，其余原通道开销改为填充字节，而且不再允许每 个帧都拥有自己的分离指针，只有第一个帧中的指针被用作为该相邻级联负荷的 指针，其余指针都设为级联指示。 虚级联v c - n - x v 将分布在不同s t m - n 中的x 个v c ( 可以同一路由，也可以不同路由) 用字 节间插复用方式级联成一个虚拟结构的v c g 进行传送。也就是把连续的带宽分散 在几个独立的v c 中，到达接收端再将这些v c 合并在一起获得连续的带宽。与相 邻级联不同的是，在虚级联时，每个v c 都保留自己的p o h 。p o h 中的个别字节 如v c 4 的h 4 、v c 1 2 的k 4 ，将用于虚级联的序列号指示，即表示该v c 在v c o 中的序列号。虚级联中的每个v c 都有一个唯一的序列号，有了序列号就允许不经 寻迹就可以检查虚级联结构的正确性以及每个v c 的准确位置。 虚级联由于可以把不同s 刑- n 中的v c 组合使用，所以大大提高了带宽利用 率，而且应用方便灵活；但因各v c 可能为同一路由，也可能为不同路由，因此 v c 之间可能会出现传输时延。 相比之下，虚级联更加可以有效、灵活，因为它可以动态地分配、利用带宽 资源。但虚级联的实现技术比较复杂，需要特殊硬件的支持，而且业务提供速度 相对较慢，可能会产生传输时延，另外单一物理通道的损坏可能会对整个虚级联 产生致命的影响。为了增强虚级联的健壮性，出现了链路容量调整方案l c a s 。 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 2 3 2 以太网业务的映射 以太网业务信号的映射可参考表2 1 表2 1 以太网信号与级联v c 的映射对应关系 以太网信号虚容器级联组v c g v c 1 2 x v v c 3 1 0 m b s 、1 0 0 m b s v c 3 2 v v c 4 v c - 4 8 c 1 g b s ( g e ) v c - 4 7 v 从上表可以看出，g e 的映射可采用相邻级联v c - 4 8 e ，它实现简单、传输时 延小，但会造成一个v c 4 的浪费。因v c - 4 可使用的带宽是1 4 9 7 6m b s ，8 个v c 4 级联后的可使用带宽为1 4 9 7 6 8 = 1 1 9 8 0 8m b s ，而g e 的所需带宽仅为1 0 0m b s 。 因此g e 的映射更多的是采用虚级联技术，很好地利用了带宽资源。 2 4l c a s 功能 2 4 1l c a s 简介 链路容量调整机制l c a s ( l i n kc a p a c i t ya d j u s t m e n ts c h e m e ) 喁】就是利用虚级联 v c 中某些开销字节传递控制信息，在源端与宿端之间提供一种无损伤、动态调整 线路容量的控制机制。它和虚级联都是衡量m s t p 带宽是否有效利用的重要指标。 l c a s 是在虚级联技术基础上发展起来的一种双方握手的传送层信令协议。虚 级联技术只是规定了将不同的v c 级联起来，但在实际传送中由于数据业务流的带 宽是动态的，因此如何在不中断业务流的情况下动态地调整虚级联的个数，l c a s 起到了重要作用。l c a s 是提高v c 虚级联性能的重要技术，它不但能动态调整带 宽容量，而且还提供了一种容错机制，大大增强了v c 虚级联的健壮性。 2 4 2l c a s 控制帧 l c a s 是一种带内控制机制，其控制帧的传递由s d h 帧结构中特定开销的字 段和比特组成。i t u ts g l 5 在2 0 0 3 年的1 月的2 0 0 1 2 0 0 4 年研究期第四次会议上 对l c a s 的控制帧结构及字段定义进行了修改，说明了虚级联和l c a s 方面的一 些技术问题，如c r c 比特分配、序列号分配等口5 1 。 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 控制帧的作用是在源端和宿端之间传送链路的相关信息，以便进行链路容量 自动调整即增加或删除链路中的v c 。每个控制帧描述的内容是下一个控制帧发送 期间的链路状态，提前发送变化状态便于宿端收到后立即切换到新的配置。控制 帧分为前向控制帧与后向控制帧。前向控制帧由源端发向宿端，提前一帧把本帧 的相关信息发送给宿端，以便宿端及时处理。后向控制帧则是由宿端发向源端， 是对前向控制帧的应答。 高阶v c 虚级联的控制信息1 2 6 】利用h 4 字节传送，控制帧的总长为6 4b “( 包 括前向和后向控制帧) 。因为每帧( 1 2 5 u s ) 信号有1 个h 4 字节，所以2 m s 复帧包括 2 0 0 0 1 2 5 = 1 6 个m f i i 即1 6 个h 4 字节，于是共有1 6 4 = 6 4 b i t 构成控制帧。控制 帧由2 m s 复帧中高阶v c p o h 中的h 4 字节的b l - b 4 b i t 构成，而h 4 字节的b 5 b 8 b i t 则指示第一级复帧m f i i ( m u l t if r a m ei n d i c a t o r ) 编号。 低阶v c 虚级联控制信息利用k 4 字节来携带，控制帧的总长为3 2 b i t ( 包括前 向与后向控制帧) 。控制帧利用5 0 0 u s 复帧中低阶v cp o h 的k 4 字节的备用b 2 比 特构成。因为每5 0 0 u s 复帧包括1 个k 4 字节( 1 个b 2 比特) ，所以3 2 个5 0 0 u s 复 帧共有3 2 b i t 构成控制帧。 2 4 3 链路容量自动调整 l c a s 可以根据v c g 中的成员状态或业务流量自动调整v c g 容量【2 7 l 。 v c g 容量的增加( 添加成员) 当业务流量变大时需要在v c g 中添加成员v c ，或者因失效而被删除的v c 修复后，将自动把该v c 添加到v c g 中。添加一个成员v c 时，该成员将被分配 一个新的序列号，该序列号比当前在c t r l 代码中为“e o s ”或“d n u ”( d o n tu s 曲 状态的最高序列号大“1 ”。利用a d d 命令实施成员的添加。在a d d 命令之后， 响应m s t = o k 的第一个成员将被分配一个新的最高序列号，并改变它的c t r l 代 码为“e o s ”。与此同时，原来占用最高序列号的成员v c 将更改其c t r l 代码为 “n o r m ”。 v c o 容量减少( 删除成员) 当业务流量变小时，需要在v c g 中删除成员，或v c g 中某成员出现失效需 要将其删除。源端收到后就将该v c 的c t r l 代码改为“d n u ”，并把它从v c g 中删除。v c g 中的最后一个成员v c 的c t r l 代码将被置为“e o s ”。 总之，伴随虚级联技术的大量应用，l c a s 的作用越来越重要。一是它可以通 过网管实时地对系统所需带宽进行配置；二是当系统出现故障时，它可以动态地 调整系统带宽，不需要人工介入，提高了配置速度，而且调整时对业务无损伤。 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 2 5 以太网业务的处理 m s t p 的最重要的数据特性表现在对以太网业务的技术处理与支持，它主要包 括几个方面：以太网业务的透传、二层交换与以太网环网功能等。 2 5 1 以太网业务的透传 透传就是以太网业务不在本节点下载，而是“透过”本节点向下游传送。因 为以太网业务已被封装并映射进v c 之中，所以利用m s t p 交叉矩阵对v c 的直通 功能就可以实现对以太网业务的透传。 m s t p 的透明传送功能是指将来自以太网接口的信号不经过二层交换直接映 射到s d h 的虚容器中，然后通过s d h 设备进行点到点的传送。这种方式可以保 证以太网业务的透明性，包括以太网的m a c 帧、v l a n 标记等的透明传送。但存 在以下缺点： 不提供以太网业务层保护，完全基于s d h 提供的物理层保护，需要预留保 护带宽； 支持的业务带宽颗粒受限于s i ) h 的虚容器，最小为2 m b s ； 不提供以太网q o s 支持，无法满足不同业务的差异性应用； 不提供多个业务流的统计复用和带宽共享，带宽利用率低； 只提供物理层上的多用户隔离，不提供业务层( m a c 层) 上的多用户隔离， 网络扩展能力差。 2 5 2 以太网业务的二层交换与汇聚 m s t p 的二层交换 m s t p 以太网二层交换功能是指在一个或多个用户以太网接口与一个或多个 s d h 虚容器的点对点链路之间，实现基于以太网链路层的数据帧交换1 3 3 1 。该交换 根据数据帧的m a c 地址或v l a ni d 进行。 例如线路信号中的某个v c - 4 承载了一个f e 信号，m s t p 可根据该信号的 m a c 地址或v l a n 标示，利用本身的交叉矩阵把它交叉连接到设备的某个f e 端 口，这就是二层交换。再如线路信号中的多个v c - 4 承载了多个f e 信号( 每个v c - 4 承载一个f e 信号) ，m s t p 可根据f e 信号的m a c 地址或v l a n 标记，利用本身 的交叉矩阵把它们分别连接到设备的各相应f e 端口，或者都连接( 汇集) 到设备 的某个g e 端口，这也是二层交换，后者又称为汇聚。 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p m s t p 的二层交换主要在多用户，业务的带宽共享和隔离方面进行了一定的改 善，但还是存在以下一些缺点： 1 ) 不提供以太网q o s 支持，只能提供有限的c o s 能力； 2 ) 基于s t p r s t p 的业务层故障恢复时间太长，根据网络的规模不同，收敛 时间可能要花几十秒，不适用于传送语音、视频数据； 3 ) 所提供的业务带宽颗粒度受限于v c ，一般最小为2 m b s ； 4 ) v l a n 的4 0 9 6 个地址空间使其在核心节点的扩展能力很受限制，不适合 大型城域网的应用；节点处在环的不同位置时难以实现业务的公平接入； 5 ) m a c 地址的获取维护影响了系统的性能； 6 ) 基于8 0 2 3 x 的流量控制只是针对点到点链路，不能提供端到端的流量控制； 7 ) 多用户业务的带宽共享是对本地接口而言，还不能对整个环的业务实现带 宽共享。 以上两种m s t p 在支持以太网业务时，都不能提供良好的q o s 保障。一个主 要原因是现有的以太网技术是无连接的，不具备足够的q o s 处理能力。为了能够 真正将q o s 引入以太网业务，需要在以太网和s d h 之间引入一个智能适配层来处 理以太网业务的q o s 要求，由此在m s t p 引入了中间智能适配层、g f p 高速封装 协议、虚级联和l c a s 等技术。目前大多数企业采用的策略是将二层m p l s 作为 智能适配层，同时使用分组环( p a c k e tr i n g ) 技术实现5 0 m s 内的保护倒换。 汇聚与汇聚比 汇聚( c o n v e r g e n c e ) 其实是m s t p 二层交换的一种应用，m s t p 的汇聚有两层含 义：多节点向单节点的汇聚与多端口向单端口的汇聚。 1 ) 多节点向单节点的汇聚 多个m s t p 节点上的以太网业务可以通过各自不同的传送路径汇聚到中心节 点m s t p 的一个端口上输出，或反之。需注意两点，一是汇聚的依据都是m a c 地 址或v l a n 标识；二是不同的传送路径是指有可能是物理路径的不同，也可能是 逻辑路径的不同，或者二者皆有之。多节点的业务向中心节点的汇聚如图2 3 所示。 图2 3 多节点向中心节点的汇聚( f e g e ) 示意图 蝴 嗽 眦 嗽 重庆邮电大学硕士论文第二章多业务传送平台m s t p 这里的不同传送路径有两层含义，一是f e 1 f e - 4 信号分别通过不同的物理 线路传送到中心节点，即物理传送路径不同；二是各f e 信号在各自的s t m - 4 容 量中所占用的v c - 4 序号可能不同，即逻辑传送路径不同。 2 ) 多端口向单端口的汇聚 一个m s t p 节点上位于不同v c 中的多个端口的以太网业务，可以通过各自 独立的传送路径汇聚到上游节点m s t p 的一个端口输出，或反之。如图2 4 所示。 游留露 游链焱 扣 ，一。铡z p 、 s t 秦b i：茉! 辄莉 s f 艄6 缝辫s 懈 ：譬i 卜 劬 s 1 w l 器! i 。 彝弧j g i ： 写i 递 解m j 缝鳓i l缝熬l 图2 4 多端口向单端口点的汇聚( f e g e ) 示意图 在图2 4 中，上、下游节点皆为2 5 g b s 的m s t p 设备，下游节点的4 个f e 信号f e 1 f b 4 分别由2 5 g b s 容量中的第1 、6 、1 1 、1 6 个v c 4 承载，它们通过 同一物理线路s t m 1 6 传送到上游节点，然后由上游节点的m s t p 设备汇聚到它 的g e 端口。这里的不同传送路径只有一层含义：逻辑传送路径不同。即f e 一1 f e 4 信号分别占用了s t m 1 6 中不同序号的s t m 1 支路，但物理传送路径相同。汇聚 功能可以大大增强m s t p 设备的组网能力，而且能动态、合理地分配利用带宽。 衡量m s t p 汇聚功能的一个重要指标是汇聚比，即能汇聚到m s t p 中心节点 ( 端口) 的最多分节点( 分端口) 的数量。它体现了m s t p 二层交换的多方向交 换能力。汇聚比越高说明设备的汇聚能力越强，可以扩大网络的覆盖范围，则系 统的组