（电磁场与微波技术专业论文）城域光网关键技术研究.pdf

摘要 城域传送网作为一个通用的传送平台，需要高效可靠地传送各种业 务，这要求城域传送网提供多种业务接口，优化业务传输效率。由于目 前各种新业务的不断出现使得城域网技术不断向前发展，城域网由起初 仅为数据业务提供点到点的透传，到以太网数据的二层交换，再到现在的 链路带宽动态调整技术l c a s 、v c 虚级联、通用成帧协议g f p ，以及到 智能城域网技术。 本论文在国家8 6 3 项目基金地支持下，在认真分析了当前城域网的 发展趋势及技术特点基础上，对智能城域光传送网的若干技术进行了研 究。论文主要的创新工作如下： 1 首次对采用l c a s 和虚级联技术的s d h 网络的保护问题进行了分 析和研究。仔细分析了虚级联的传输延时和l c a s 协议引入的固 定延时。指明在现有的s d h s o n e t 网络中，仅采用复用段保护 或通道保护不能完全满足生存性的要求，基于他们各自的优点提 出将两者结合的方法。通过仿真和分析，组合保护在恢复率和恢 复时间上优于复用段保护和通道保护。 2 分析了虚级联在光传送网中的应用存在的相对时延问题，并提出 了双向约束路径优化问题算法( a l g o r i t h mf o rt w o - s i d e d c o n s t r a i n e do p t i m a lp a t h ，a t s o p ) 。仿真结果表明该算法在有效 解决虚级联相对时廷问题的前提下，能有效利用网络的链路资源， 优化网络的性能。 3 分析了动态业务条件下，带可调谐波长变换器的多粒度光交叉连 接节点结构特点，并提出一种适用于多粒度光交换网络的动态路 由和波长分配算法一基于分层图的多粒度光交换网络的路由和波 长分配算法( p a t hg r a p hb a s e dm u l t i g r a n u l a r i t yo p t i c a ls w i t c h i n g r w a a l g o r i t h m ，p g m g 算法) ，对上述算法进行了仿真实验，并 与传统的0 x c 和m g o x c 节点构成的光网络的业务阻塞性能进 行了比较，结果表明具有可调谐波长变换器的m g - o x c 组成的网 络阻塞性能优于已有的网络。 4 研究了智能城域光传送网中的u n i 接口的实现。我们首先简要分 析了u n i 接口的功能，在此基础上对u n i 接口通过有限状态机进 行了描叙。 5 结合国家8 6 3 项目，在老师的指导下，协同本组同学建立了多粒 度光网络系统实验平台，共有四个节点。该平台将新一代m s t p 系统，多粒度光交换系统与a s o n 控制平面融合，实现城域网的 智能管理，同时该平台可提供丰富的业务接口，满足用户多种业 务的需求和通道的建立。 关键词：智能城域传送网、虚级联、链路容量调整计划、通用成帧协议、 弹性分组环、多协议标记交换、多粒度光交换、u n i a b s t r a c t m e t r oo p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r ki sag e n e r a lt r a n s p o r tp l a t f o r m i tc a n s u p p o r td a t a , v o i c ea n dv i d e ot r a f f i c o v e rt h es 锄ei n f r a s t r u c t u r e t h s r e q u i r e st h em e t r oo p t i c a lt r a n s p o r tn e t w o r kt op r o v i d ev a r i o u sd a t ai n t e r f a c e ， m a x i m i z eu t i l i z a t i o no fa v a i l a b l eb a n d w i d t h 硼1 en e w t e c h n o l o g i e s s u c ha s v i r t u a lc o n c a t e n a t i o n ，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 ( l c a s ) a n dg e n e r i c f r a m i n gp r o t o c o l ，i n j e c tas t r o n gv i g o rt oi t sa p p l i c a t i o ni nn e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k s t h e s et e c h n o l o g i e sm a k ei t p o s s i b l ef o rs d h s o n e tt oc r e a t ea f i g h t - s i z e dp j p e ( b a n d w i d t h ) f o rd a t as e r v i c e s s p o n s o r e db yt h e8 6 3p r o g r a mo fc h i n ao u rr e s e a r c hw o r ki n t h i s d i s s e r t a t i o ni sl i s t e da sf o l l o w ： n l ea r c h i t e c t u r eo f t h es m a r t m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k i ss t u d i e di nt h i s d i s s e r t a t i o n 1 h ek e yt e c h n i q u e s ，s u c h 私v i r t u a lc o n c a t e n a t i o n , l c a s ，a n d g f pa r ea n a l y z e di nd e t a i l t h et r a n s m i s s i o nd e l a yo fv i r t u a lc o n c a t e n a t i o n a n dt h ed e l a yd u et ot h el c a sp r o t o c o la r ea n a l y z e dc a r e f u l l y i nc u r r e n t s d s o n e tn e t w o r k s ，o n l ym u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o no rp a t hp r o t e c t i o n c a n ts a r i s t h en e e do fs u r v i v a b i l i t y t h ec o m b i n a t i o np r o t e c t i o ni s s u g g e s t e db a s e do nt h ea d v a n t a g e so fa b o v et w op r o t e c t i o nm e t h o d s b y s i m u l a t i o na n da n a l y s i s ，t h ec o m b i n a t i o np r o t e c t i o ni s s u p e r i o r t ot h e m u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o na n dp a t hp r o t e c t i o ni nt h er a t i oa n d t h et i m eo f p r o t e c t i o n t h ep a t hs e l e c t i o nf o rm e m b e ro fv i r t u a lc o n c a t e n a t i o ng r o u pi sn p c o m p l e t ep r o b l e mi ns d h n e t w o r k sa p p l i e dv i r t u a lc o n c a t e n a t i o nt e c h n o l o g y a - t s o pa l g o r i t h mi s p r o p o s e dt h a tt h en e wa d d i n gv c - ns a t i s f i e st h e d i f f e r e n t i a ld e l a yc o n s t r a i n t sw h i l em a i n t a i nh j g hu t i l i z a t i o no fn e t w o r k r e s o u r c e s s i m u l a t i o i l sa r ec o n d u c t e dt os h o wt h ep e r f o r m a n c eo fa - t s o pi s s u p e r i o rt ok - s h o r t e s tp a t ha l g o r i t h ma n dm o d i f i e d l i n k - w e i g h tk - s h o r t e s t p a t ha l g o r i t h m t h ec h a r a e t e r i s t i e so ft h em u l r i - g r a n u l a r i t yn o d ew i t ht h et u n a b l e i i i w a v e l e n g t hc o n v e r t e r sh a v eb e e na n a l y z e d an e wd y n a m i cr o u t i n ga n d w a v e l e n g t ha s s i g n m e n ta l g o r i t h ma p p l i e d i n m u l t i - g r a n u l a r i t yo p t i c a l s w i t c h i n gn e t w o r ki sp r o p o s e d 豇l ep e r f o r m a n c eo fo u rm g - o x cw i t h t u n a b l eo p t i c a lc o n v e r t e r si se v a l u a t e dw i t hn u m e r i c a le x p e r i m e n t su n d e r n s f n e tt o p o l o g y , c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lo x co rm g - o x c t h er e s u l t s s h o wt h ep e r f o r m a n c eo f o u rm g - o x cw i t ht u n a b l ew a v e l e n g t hc o n v e r t e r si s s u p e r i o rt o 也en e t w o r kc o m p o s e dw i t ht r a d i t i o n a lo x c a n dm g - o x c t h ek e yt e c h n o l o g i e si nt h eu n i ，f o re x a m p l et h es e r v i c e so f f e r e do v e r t h eu n l 9s i g n a l i n gt r a n s p o r ta n ds e r v i c ei n v o c a t i o nr e f e r e n c ec o n f i g u r a t i o n , a d d r e s s i n g ，e t e ，h a v eb e e nr e s e a r c h e di nc h a p t e r3 i nt h ee n daf i n i t es t a t e m a c h i n ef o re a c hn o d ei sr a i s e db a s e do ng 瞳l sr s v p 1 et oi m p l e m e n t u m s i g n a l i n g t h em u l t i - g r a n u l i a r i t yt e s t h e di sc o m p l i s h e db ym yr e s e a r c hg r o u p s t e s b e th a sf o u rn o d e s a n dw i l lc o m b i n ew i t ha s o na n dm s t ps y s t e m s e v e r a le x p e r i m e n t sr e l a t e dt om g l i g h t p a t he s t a b l i s h m e n ta n dr e s t o r a t i o r s a l ed e m o n s t r a t e dw i t ht h e s ep l a t f o r m s k e yw o r d s ：s m a r tm e t r oo p t i c at r a n s p o r tn e t w o r k 、 v l r t u a l c o n c a t e n a t i o n 、l c a s ，g f p ，r p r ，m p l s ，m u l t i - g r a n u l a r i t yo p t i c a l s w i t c h i n g 、u n i i v 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书丽使用过的材 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了谢 意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：缝迭幽日期：丕巫也 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即； 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：2 1 塾! 朔 日期：滏f ：! ：6 。 导师签名： 北京邮电大学博士学位论文 引言 第一章引言 随着电信业和因特网技术的普及和发展，全球数据业务量呈现出快速增长趋势， 因特网接入、口电话、多媒体应用、电子商务等新型数据业务层出不穷。数据业务 的突发特征和非本地化趋势，给以承载话音业务为主的传统城域网带来巨大的挑战。 此外，骨干网的大规模部署和接入网的宽带化发展，导致城域网成为全网的带宽瓶颈。 城域网因此成为电信业关注的焦点，宽带城域网的建设和发展也势在必行。目前大力 建设的新一代城域网需要支持包括语音、视频、数据在内的综合通信业务。该网不仅 仅要能提供宽带传输通道，更为重要的是要能提供灵活创建业务、有效的业务控制、 可靠用户管理的能力。 目前，根据应用的组网技术不同，存在多种城域网解决方案。比较典型的解决方 案包括：基于a t m 的多业务平台、基于s d h s o n e t 的多业务平台、基于以太网技 术的城域网解决方案、基于w d m 的解决方案、基于r p r 的解决方案以及基于m - 1 x 8 7 标准的m s r ( 多业务环) 城域网技术。 a s o n 1 是智能化地自动完成光网络交换连接功能的新一代光传送网。所谓自动 交换连接是指在网络资源和拓扑结构的自动发现基础上，调用动态智能选路算法，通 过分布式信令处理和交互，建立端到端的按需连接，同时提供可行可靠的保护恢复机 制，实现故障情况下连接的自动重构。a s o n 的优势集中表现在其组网应用的动态、 灵活、高效和智能方面。支持多粒度、多层次的智能，提供多样化、个性化的服务， 是a s o n 的核心特征。a s o n 的这些特点特别适用于城域网的需求，它的第一步实 现很可能就在城域网中。 1 1 城域网的概念 城域网的概念来自于数据通信。随着数据通信的发展，根据网络覆盖的地理范 围大小，网络被分为局域网、城域网和广域网。第一个可以称为城域网的标准是1 9 9 0 年i e e e 规范的8 0 2 6 体系，它是一种覆盖城域范围的分布式排队双总线结构的计算 机网络。城域网具有以下三个特征： 覆盖区域比局域网大，比广域网小，典型的城域网覆盖范围在5 0 1 5 0 k m ； 连接多个局域网： 北京邮电大学博士学位论文 引言 通常覆盖整个城区及城郊。 相对于广域网和局域网，城域网有其自身的特色。城域网是一种主要面向企事业 用户的，最大可覆盖城市及其郊区范围的，可提供丰富业务和支持多种通信协议的公 用网。 如图1 一l 所示，一个完整的城域网在垂直方向上由城域传送网、城域承载网、城 域业务应用网及支撑网( 如信令网、同步网、管理及用户支撑系统) 组成。城域传 送网和城域承载网共同构成了整个城域网的基础承载平台。城域业务应用网是整个 城域网各种业务和应用的提供平台，由具体的业务与应用系统组成，如城域会议电视 网、城域i p 电话网、城域远程教育网等。目前大家经常提及的城域网通常指由城域传 送网和城域分组承载网共同构成的基础承载平台。城域传送网、城域承载网在水平方 向一般可分为核心网、汇聚网和接入网等。对于中小规模的城域网则可以简化为两层 ( 只有核心层、汇聚层( 汇聚层与接入层综合在一起) 。 图1 1 城域网结构 对于城域传送网来说，它的主要作用是为城域承载网提供可靠的数据专线。城域 承载网完成业务信息元的交换或路由，将业务信息元从源端送达目的端。 1 2 城域网技术 城域传送网常用的技术主要有：光纤、w d m ( 包括c w d m 和d w d m ) 、s d h 和 北京邮电大学博士学位论文 引言 r p r 。很显然，以上这些技术主要是用于提供粒度大小不同的数据专线，属于典型的 城域传送网。从目前的发展方向看，城域传送网主要是以宽带光传输系统为开放平台， 通过各种网关实现话音、数据、图像多媒体业务的接入，提供各种增值业务以及智能 业务。良好的生存性、高可靠性、数据的高效传送及高速转发是当前城域网发展的主 要方向。未来的城域传送网将不再是一个静态的传送网，而是一个具有智能化程度高、 管理能力强、面向多业务接入的宽带多媒体通信光网络。 目前，城域传送网主要有以下技术：第一类是基于s d h 的m s t p 多业务平台；第 二类是基于以太网的城域网方案；第三种是城域波分复用光网络；第四类是基于a t m 的多业务平台方案；第五类是基于r p r 的解决方案；第六类是基于1 1 f u tx 8 7 国际标 准的m s r ( 多业务环) 城域网技术。 1 基于s d h 的m s t p 多业务平台 s d h 传输网络在8 0 年代开始就在城域范围内大肆铺设，s d h 技术的发展初衷是用 来传送基于语音的1 1 ) m 业务，它为各种速率的t d m 业务提供了大小合适的虚容器。 为保护现有投资并继续从现有服务中获利，许多服务提供商更希望能在支持现有 t d m 系统的基础上，构建面向未来m 业务的网络体系结构。新一代多业务光传输平台 ( m s t p ：m u l t i s e r v i c 宅t r a n s m i s s i o np l a t f o r m ) 就可以满足这些需求。以s d h 为基础 的多业务平台的出发点是充分利用大家所熟悉和信任的s d h 技术，特别是其保护恢复 能力和确保的延时性能，加以改造以适应多业务应用，支持层2 和或层3 的数据传 输。m s 口能够在s d h 系统上支持数据业务的传送，终结多种数据协议，实施数据透 明传输，以及2 层交换和本地汇聚。 点到点透明传输方式，基本思路是将多种不同业务通过v c 虚级联方式映射进不同 的s d h 时隙进行传送，该方式具有实现简单、成本低的优点，同时具有安全隔离功能 和用户带宽保证，适合有较高q o s 要求的数据业务。同时该方式对每个业务创建一个 连接，不支持端口汇聚应用，带宽的利用率低，缺乏灵活性。2 层交换和汇聚方式， 用户以多点到单点汇聚方式进入网络，用户数据根据媒体访问和控制地址完成用户侧 不同以太网端口与网络侧不同虚容器间的包交换，具有端口汇聚和带宽共享能力；利 用s d h 环和快速生成树保护实现环路带宽共享和2 层保护；通过虚拟局域网( v l a n ) 方式实现用户隔离和数率限制。 m s t p 技术大量减少独立的业务节点和传送节点设备，简化节点结构和降低设备 成本。随着网络中数据业务分量的加大，m s t p 正从简单的支持数据业务的透明模式 向更加灵活有效支持数据业务的新一代系统演进和发展。由于m s t p 多业务平台是基 于s d h 技术，它对t d m 业务有良好的支持能力，但对口数据为主的业务，仍然有一定 北京邮电大学博士学位论文 引言 的局限性，比如带宽和用率不高，支持突发业务的能力不足等。为此，m s t p 多业务 平台引入了r p r 技术以及m p l s 技术，通过内嵌r p r 来提高m s t p 对突发口业务的支 持，通过内嵌m p l s 提高m s 仰的组网能力以及q o s 保证c 2 3 j 。 一 下一代的m s l p 必将是将g f p 4 s 、v c a t 、l c a s 、l u ) r 和m p l s 等几种功能集 成在一起，同时配合自动交换光网络的自动选路和指配功能，以大大增强灵活有效支 持数据业务的能力，将智能核心光网络的功能扩展到网络边缘【6 】。 s d h 多业务平台缺点在于网络基于同步工作，抖动要求严格，设备成本高i 用固 定时隙支持数据业务的带宽利用率较低。本质上看，m s t p 只是在s d h 层面上增加了 附加层，当数据业务成为网络的主导业务后，基于s d h 的多业务传送平台解决方案将 会被其他更有效的方案所取代。 2 基于以太网的城域网方案 第二类是基于层2 交换和层3 选路的方案，主要指以太网解决方案。以前以太网 技术主要用于企事业网络，主要包括e t h e m e to v c - rs d h 、e t h e m e to v e rd w d m 和 e t h e m e to v e l ：r p r _ 三种方式。近来以太网最重要的动向是向城域网乃至广域网发展。 从技术上看，以太网是一种成熟简单的解决方案，只需要少量的规划、测试工作，而 且以太网是标准技术，互换互操作性好，具有广泛的软硬件支持，成本低。最后，以 太网是与媒体无关的承载技术，可以透明地与铜线对、电缆和各种光纤等不同传输媒 体接口，避免重新布线的成本。从结构上看，以太网的端到端解决方案的出现，消去 了其他解决方案所必不可少的网络边界处的格式变换，减少了网络的复杂性。从管理 上看，由于同样的系统可以应用在网络的各个层面上，网络管理可以大大简化。近来， 1 0 g b i t s 以太网的出现和发展使以太网技术能在基本保持传统以太网帧结构的基础上 使容量又有了大幅度提升，而且还能与广域网中基于s o n e t s d h 的t d m 底层结构实 现完美的统一，不需要在数据包多封装类型之间添加封装层和转换层，首次提供了跨 越局域网、城域网和广域网的统一的开放的标准平台 7 8 。与s d h 相比，以太网的 统计复用方式更适于传输数据，其成本也低得多。目前基于以太网城域网来支持口传 输的方案有以下4 种：p e s 结构( p a c k e t o v e r e t h e m e t o v e r s o n e t - b a s e d o p t i c a l ) ；p e w 结构( p a c k e to v e re t h e r n e to v e rw d m - b a s e do p t i c a l ) ；p e f 结构( p a c k e to v e fe t h e r m 吐 o v e rf i b e r ) ：p e r ( p a c k e to v e re t h e r n e to v e rr p r ) 。 然而，以太网用于局域网时，q o s 不是个问题，当以太网在走入运营商网络之际， 也面临着四大问题：首先，以太网还没有机制能保证端到端性能，无法提供实时业 务所需要的q o s 和多用户共享节点和网络所必需的计费统计能力。其次，以太网原来 是为局域网企事业用户内部应用设计的，缺乏安全机制保护。即使有需求也是由高层 4 北京邮电大学博士学位论文引言 协议来处理。当扩展到m a n 和w a n 以后，上述利用高层协议的处理方法就无法接受， 需要开发新的安全机制。第三，以太网主要用于小型局域网络环境，网管能力较弱， 目前只有网元级的管理系统。对于公用电信网络，必须有效的运行和维护大规模的地 理分布的网络，需要有很强的o a m 能力和网络级的管理能力。最后，以太网交换机 的光口是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，无法提供故障定位和性能监视， 保护功能难以实现 9 】。 3 城域波分复用光网络 第三类是城域网用w d m 解决方案，随着技术的进展和业务的发展，w d m 技术 正从长途传输领域向城域网领域扩展，同时需要对城域网的特定环境进行相应的改 造。首先，采用w d m 后，容量有了大幅度的增加，至少几十倍，且可以提供某种形 式的w d m 环保护其次，应用w d m 后容许网络运营者提供透明的以波长为基础的 业务。这样用户可以灵活地传送任何协议和格式的信号而不受限于s d h 格式。特别 是对于应用在城域网边缘的系统，直接与用户接口，需要能灵活快速地支持各种速率 和信号格式的业务，因而要求其光接口可以自动接收和适应从l o m b s 到2 5 g b s 范 围的所有信号。对于应用在城域网核心的系统，将来有可能还会要求支持1 0 g b i t ，s 的s d h 信号和1 0 g i b s s 的以太网信号。和i p o v e r a t m 等形式相比，i t o v a l d w d m 节省了中间层、设备区域扁平化、易于管理且d w d m 采用o a d m 代替传统的 o t m - t o o t m ，除了在业务两端外，其余节点不需要o - b - o 转换，节省了昂贵的电中 继。最后，城域w d m 系统还具备波长的可扩展性，新的波长能随时加上而不会影响 原有的工作波长，这样，城域w d m 系统可以通过简单的增加波长的方式迅速提供新的 业务，极大地增强网络的扩展性和市场的竞争力。 城域网w d m 系统的主要不足之处在于不能灵活有效地将低速率信号汇聚进较昂 贵的波长通路；此外，不能动态地配置波长，实现光层灵活连接；最后，目前其成本 仍然较高。由于目前的大带宽接入业务需求并不突出，这种技术在接入层的应用前 景并不明确，所以城域网w d m 将主要应用在城域网骨干层。 为了有效降低城域w d m 多业务平台的成本，粗波分复用( c w d m ) 技术逐渐得 到重视和应用。c w d m 技术的工作原理与d w d m 技术相同，它通过增大波长间隔 来降低对光器件的指标要求，从而大幅度降低系统成本。m m 第1 5 研究组在g 6 9 4 2 建议中定义了c w d m 系统的一组中心波长，从1 2 7 1 1 6 1 1 n m 总共1 8 个波长，间隔 为2 0 n m 1 0 一1 1 。滤波器通带宽度约1 3 m ，允许波长漂移士6 5n m ，大大降低了对激 光器的要求。传统d w d m 系统用激光器的波长精度要求至少有o 1 r i m ，而c w d m 系统用激光器的波长精度要求可以放宽到2 3 n m 。此外，由于c w d m 系统对激光器 北京邮电大学博士学位论文引言 的波长精度要求很低，无须制冷器和波长锁定器，不仅功耗低、尺寸小，而且其封装 可以用简单的同轴结构，比传统碟型封装成本低( 激光器模块的总成本可以减少2 3 ) 。 从滤波器角度看，典型的1 0 0 g h z 间隔的介质薄膜滤波器需要1 5 0 层镀膜，而2 0 r i m 间隔的c w d m 滤波器只需要5 0 层镀膜即可，其成品率和成本都可以获得有效改进， 预计成本至少可以降低1 2 。c w d m 系统无论是对激光器输出功率要求，还是对温度 的敏感度要求，对色散容忍度的要求以及对封装的要求都远低于d w d m 激光器，再 加上滤波器要求的降低，成本有望大幅度下降 1 2 】。特别由于8 波长c w d m 系统的 光谱安排避开了1 3 8 5n m 附近的吸收峰，可以适用于任何一类光纤，将会首先获得应 用。从业务应用上看，c w d m 收发器已经应用于吉比特接口转换器和小型可插拔器 件，可以直接插入到吉比特以太网交换机和光纤通路交换机中，并允许用户选择波长。 其体积、功耗和成本均远小于对应的d w d m 器件。用户可以首先应用c w d m 系统 应付业务需求，在业务量发展需要更多波长时，可采用d w m t c w d m 混合组网， 或直接采用d w d m 收发器替换c w d m 收发器，就可平滑升级到数百个波长通路系 统。 4 基于a t m 的多业务平台方案 a t m 是一种出色的多业务平台技术，而且由于其固有的设计已经充分考虑了业务 的q o s f 司题，因此可以为口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。特别是目前在城域网中应用的a t mv p 环技术利用在 s d h 骨干网上为a t m 业务量生成虚通道v _ p 的方式可以使s d h 网更有效地承载数据 流。对未来网络最重要的口客户层信号而言，将口与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。由于a t m 具有固定的信元长度，且工作在链路层，因此删 是速度最快的分组交换技术。这种技术具有较强的流量工程能力，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 a t m 主要缺点是网络体系结构复杂重复；传输效率较低；在网络扩展性方面，a t m 的分段和组装( s a r ) 功能将随着接口速率增加而变得十分复杂困难，速率难以作高； 此外，a t m 的连接建立信令较复杂，选路灵活性不高；硬件投资高，运行维护管理复 杂，特别是作大型路由配置时耗时耗力；对于较短的数据包，链路建立时间远长于网 络数据传输延时，期间无法传数据，在高速条件下成为重要的带宽损失。 以朋嘣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 p 业务，主要应用于网络边缘多业务的汇集和一般口骨干网。由于其扩展性受限、商 6 北京邮电大学博士学位论文引言 业务量下的性能表现不理想，a t m i 环也不支持网状网结构，因而以a t m 为基础的 多业务平台不太适合超大型口骨干网应用 1 3 。 5 基于r p r 的解决方案 由上面的讨论可知，在下一代城域网的解决方案中，m s t p 的网络带宽利用率较 低，设备成本高，以太网解决方案不能提供有效的q o s 保证，w d m 多业务平台受到 成本的限制，a t m 解决方案机构复杂。为了提出一个更适应下一代城域网的解决方案， 2 0 0 0 年1 1 月i e e e 标准化组织正式成立i e e e 8 0 2 1 7 弹性分组数据环工作组，目标是开发 一个弹性分组环( r p r ) 的媒体接入控制层标准，优化在l a n 、m a n 和w a n 拓扑环 上数据的传输。目前，r 协议的标准化进程已经完成，并于2 0 0 4 年年底制定出砌，r 媒 体接入控制协议标准。 r p r 采用一种新的m a c 协议，是一种先进的针对m 分组优化的数据传输技术。它 吸收了吉比特以太网的经济性、s d h 对延时和抖动的严格保障、能实现快速环保护和 恢复等特性，并利用空间复用协议和带宽公平分配算法以保证共享带宽的高利用率、 提供区分业务类型以支持业务q o s 保证。 r p r 的具体实现方案可以分为3 类：独立式的基于二层的r p r 实现方案、基于路由 器的单卡r p r 实现方案和基于m s t p 的r p r 实现方案。这3 种r p r 的实现方案，都各 有厂家推出的相应的产品。独立式的基于二层的r p r 实现方案主要适用于m 城域网的 接入层和汇聚层，是目前最成熟的一种解决方案。有的厂家将多协议标签交换 ( 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 ) 技术、时钟同步技术、粗波分复用 ( c w d m - c o a r s ew a v ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 技术和电视视频广播技术与这种二层的 实现方案结合在一起，提供了面向p 优化、支持t d m _ 业务的宽带多业务解决方案。另 外，有的厂家推出的基于二层的r p r f 品具有很强的组网能力，可以支持线性、相切 环、相交环等拓扑结构以及双节点互连( d n i d u a ln o d ei n t e r l i n k a g e ) 跨环保护等。 具有这些增强功能的基于二层的r p r 产品也可以应用于小城市中坤城域网的核心 层。基于路由器的单卡r p r 实现方案主要应用于ip 城域网的核心层和汇聚层，多数 厂家都是以现有的路由器产品为平台，通过增加板卡来实现r p r 的功能。这种实现方 案可以看作是对现有路由器组网的一种优化，在节省光纤资源的同时，可以大大加强 其保护性能，获得5 0 m s 的环路保护功能。基于m s t p 的r p r 实现方案，实际上是在m s t p 环网带宽上划分出独立的通道来支持r p r 技术。与传统s d h 相比，虽然m s t p 引入了 二层交换技术以实现以太网业务的带宽共享，并通过通用成帧规程( g f p - - c ) e n e r i c f r a m i n gp r o c e d u r e ) 实现以太网帧到s d h 虚容器( s d h v c - - s d hv i r t u a lc o n t a i n e r ) 的 映射，以及采用了虚级联( v c - - v k , t u a lc o n c a t e n a t i o n ) 和虚级联信号的链路容量调整 北京邮电大学博士学位论文 引言 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 ) 技术增强虚容器带宽分配的灵活性和 可靠性。很多厂家都在考虑将r p i t 技术引入新一代的m s t p 中，从而为支持数据业务 提供全面的解决方案 1 4 。 6 基于m - 1 x 8 7 国际标准的m s r ( 多业务环) 城域网技术 m s r 是一种新型的光城域网组网和应用模式。m s r 工作于弹性分组环( r p r ， r e s i l i e n t p a c k e t r i n g ) m a c 层之上，通过全新定义的x p ( x 8 7 1 3 2 4 p r o t o c 0 1 ) 帧、 引入创新的支路( 业务) 概念来实现传输与交换的一体化以及语音、数据和视频业务 的融合。m s r 的光传送机制和r p r 完全一样。可以承载在光纤、w d m 或 s d h s o n e t 之上。m s r 的最大贡献是在数据链路层将不同业务：数据( 通过 e t h c r n e t 、g e 等承载) 、语音( 通过g 7 0 2 p d h 、采用t c e ( t d m 电路仿真，t d m c i r c u i t e m u l a t i o n ) o v e rm s r 等方式承载) 和视频( 通过d 、，b 等承载) ，不同的网络支 路形态，不同类型的比特码流( 业务数据码流、网管数据码流、信令c s 码流) 有机地聚合在一起，实现了各类数据和业务的底层大集合与统一封装，是一种真正意 义上的融合网络解决方案 i s l 。 按照m s r 的定义、架构和功能设计，m s r 系统具有某些独到的系统特性。由于 架构在r p r m a c 层之上，m s r - 首先继承了r p r 诸多的优秀特性：比如空间复用、分 布式带宽管理与拥塞控制功能、c o s 级的业务质量、对数据、语音和视频的多业务 支持、电信级的保护倒换以及自动拓扑发现等等。但是，由于m s r 创新地提出了支 路( 业务) 的概念，并通过c l i e n tp d u 的方式对r p r 的帧格式作了重大改进，因此具 备了以下突出的系统特性和功能亮点； ( 1 ) 在双纤环、链型和广播型拓扑光纤网中支持以太网、帧中继、同步和异步g 7 0 2 p d h 、视频信号、语音信号以及基于i s d n 的数字通道等协议的封装和传输； ( 2 ) 基于业务或支路的5 0 m s 内的1 + 1 ，1 ：1 和i ：n 保护或备份； ( 3 ) 基于业务或支路的多播以及基于站点的多播和广播； ( 4 ) 基于业务或支路的对称与非对称带宽限制； ( 5 ) 对称与非对称支路融合； ( 6 ) 基于支路或业务的线速过滤，可从第二层到第七层； ( 7 ) 基于支路或业务的性能监测和环回测试； ( 8 ) 支持支路( 业务) 镜像： ( 9 ) 实现了从接入到骨干、基于帧的p p p o e 和p p p o a 透传，简化了计费机制，降低 了维护工作量，改善了应用的响应时间( 相对于2 、3 层交换机) 。 北京邮电大学博士学位论文 引言 1 3 基于s d h 的m s t p 技术发展现状和趋势 从概念提出至今，m s t p 经历了一个快速的发展过程：第一代m s t p 出现在2 0 0 0 年前，主要是采用m l - p p p 来进行数据封装，提供的物理接口主要是f e 和p o s ；第 二代m s t p 出现予2 0 0 1 年和2 0 0 2 年之间，标准趋于统一，出现了p p p l a p s i g f p 等多种以太网帧，a i m 信元o v e rs d h 映射方式以及连续级联和虚级联方式，增加了 二层交换的功能，支持了丰富的接口，包含p o s 、f e 、g e 、a t m l 5 5 6 2 2 m 等；第三 代m s t p 称为d y l l a m i cm s t p 阶段，出现在2 0 0 2 2 0 0 5 年，主要是在骨干环路上融 入r p r 技术以支持数据业务，用户接口方面基本没有太大的变化；第四代m s t p 成 为i n t e l l i g e n tm s t p 阶段，将在2 0 0 5 年后出现，那时可以达到真正的a s o n ，实现 v c - - 4 3 1 2 - n c n 电路的自动路由配置、网络拓扑发现、自动邻居发现、电路租赁、 带宽分配等智能化的城域传输业务。 目前m s t p 主要处于第三代，部分厂家提供支持r p r 功能支持数据业务的第三代 产品。 中国通信标准协会于2 0 0 2 年发布了关于m s t p 的行业标准，基于s d h 的多业务 传送节点的技术要求，编号：1 d t1 2 3 8 2 0 0 2 。同时，中国通信标准协会还制订了 基于s d h 的多业务传送平台的测试方法，以便在对厂家设备的入网验证，为多厂 家互通性测试方面提供一个行业标准。 m s t p 在支持t d m 业务方面和传统s d h 是一样的，目前可以支持点到点透传、 多点汇聚、环路带宽共享。 对于点到点透传，m s t p 支持v c l 2 、v c 3 、v c 4 级别带宽配置，g e 采用v c 3 n c a 映射，f e 采用v c 3 v c l 2 映射，同时还对g e n e 提供流量控制。这种方式主要面向 企业专线互联。 对于多点汇聚，中心节点内置二层交换功能，支持i e e e s 0 2 i q i p 、i e e e 8 0 2 i d 、 i e e e s 0 2 3 x 、m a c 地址学习功能等，支持v c l 2 、v c 3 、v c 4 级别带宽配置，主要应 用在i n t e r n c t 接入或企业专线接入。 对于环路带宽共享，链路容量调整机制支持v c l 2 、v c 3 、v c 4 级别带宽动态配 置，并在二层交换中支持f s t p 、8 0 2 1 q 1 p 。可以提供给普通用户进行i n t e m e t 访问， 具有充分利用带宽资源和数据业务保护功能。m s t p 将在目前第三代的基础上向第四 代发展。引