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传输技术与演进 内容提要 面向未来的传输承载网 传输承载网的技术体制 传输承载网的演进史 用户层 城域核心层 城域汇聚层 SDH MSTP 城域接入层 BSC RNC MSC GSN 当前传输城域网承载和宽带接入方式 SDH MSTP SDH WDM SDH MSTP SDH MSTP NodeB BTS DWDM开始建设 SDH逐步成为传输主力设备 容量增加 业务多样化 WDM规模建设 SDH标准完善 PDH仍为主力 PDH产品开始规模使用 实用化产品出现 高锟提出光传输理论 1966 80年代 94年 99年 90年代初 98年 1976 Metro城域网 MSTP逐渐使用 2002年以后 PDH 准同步数字传输系统 SDH 同步数字传输系统 WDM 波分复用系统 OADM 光分插复用系统 OXC 光交叉连接系统 ION 智能光网络 背景 传输网络演进 背景 传输网络演进 SDH MSTP 网络 PTN PON TDM电路业务为主 IP分组业务为主小颗粒业务 大颗粒业务 干线 城域核心层 城域汇聚层 接入层 业务层 IPoverWDM OTN网络 SDH 传统WDM 内容提要 面向未来的传输承载网 传输承载网的技术体制 传输承载网的演进史 一 SDH技术 信息交换的基础 传输系统 光纤与光缆 单根光纤的理论承载带宽可达数十Tbit级 1T 1000G 光缆芯 中心加强件 护套 光缆束管 什么是SDH SDH全称叫做同步数字传输体制 是一种传输协议 PDH1 光 电接口不标准 没有统一的规范 欧洲系列 北美系列和日本系列2 复用方式复杂 复用解复用损伤大 140M 34M 8M 2M3 开销字节少 管理困难 SDH1 世界性统一标准规范 建立标准的速率等级 基本速率155M帧结构2 统一字节间插复用 指针的使用 SDH信号中直接分 插出低速支路信号 节省设备 增加可靠性3 丰富的用于运行维护 OAM 功能的开销字节 保护完备 高度统一的 标准化的 以一个传输速率为STM 16的光纤剖面为例 VC 4 1VC 4 2VC 4 3VC 4 4VC 4 5VC 4 6VC 4 7VC 4 8VC 4 9VC 4 10VC 4 11VC 4 12VC 4 13VC 4 14VC 4 15VC 4 16 光纤 SDH设备的核心作用 VC 12 1VC 12 2VC 12 3 VC 12 63 2 5Gb s 16 155Mb s 16 63 2Mb s SDH网元的基本结构 1 线路接口 完成线路信号STM N的光 电转换 进行管理开销的处理 2 支路接口 完成上 下业务信号 PDH 2M 34M 45M 140M SDH 155M 622M 2 5G 3 交叉矩阵 按需求对线路信号 支路信号中的VC进行交叉连接 实现线路 线路 线路 支路 支路 支路间的交叉连接 满足上 下电路等功能 5 通信与控制 采集设备各单元的数据 通过DCC通道传到网关 接收网管系统的命令并执行 4 定时电路 对内 向设备的各单元提供定时信号 对外 外定时 提取定时 保持 自由运行方式 定时基准倒换 6 公务 提供公务联络电话 拓扑与网元类型 应用 链形拓扑环形拓扑星型拓扑 TM ADM DXC TM TM TM TM ADM 分 插复用器 三端口的器件TM 终端复用器 双端口的器件 传输网络的组成 传输网络系统的构成 NE1 NE2 NE3 NE1在机房内实际连接 NE1 传输侧DDF ODF 光缆成端ODF 从NE3来的光缆 从NE2来的光缆 转接尾纤 电源线 电源 BITS设备 保护地排 保护地线 业务侧DDF ODF 业务设备BSC MSC SR BRAS 业务侧机房 传输侧机房 典型的SDH组网结构 核心层 汇聚层 接入层 大容量10G设备 CMNET网 核心网 软交换 IP承载网 BSC RNC MSC HLR NodeB BTS 高交叉能力2 5G 10G设备 较低速率155M 622M设备 2M接口 155M接口 155M接口 GE 2 5G SDH自愈保护机制 所谓自愈 指不需要人为干预下 网络能够在极短时间内从失效的故障中自动恢复自身所携带的业务 使用户感觉不到网络已经出现了故障的能力 具备这种自愈能力的网络就是自愈网络 什么是自愈网络 备用路由强大的交叉连接能力网络节点的智能性 为什么要引入自愈网络 为了提高网络的安全性 使网络具有较高的生存能力 自愈网络前提条件 自愈网络概念 线性复用段保护 环形网络保护 子网连接保护 SNCP 1 1线性复用段保护 1 N线性复用段保护 通道保护环 PP 复用段保护环 MSP SDH的保护机制 传送的SDH网络为什么它的业务接口就是2M 155M等模式 因为前期用户对电话的接入需求很大 光传送网络要承载的业务主要就是话音等业务 对接设备主要就是接入网 交换机等设备 SDH只要提供这些接口就能很好的满足用户需求 此时同样也有数据传送的需求 但业务量需求小 如企业各地区间重要数据的传送 通过协转设备 PPP HDLC等封装协议 打包到E1进行传送 如DDN FR 基本能够满足当时需求 随着城域网的宽带 专线等应用逐渐兴起后 网络承载的数据内容越来越大 为了满足其需要 需要建立宽带 多业务接入的城域传送网 其支持的业务类型包括ATM IP SDH等等 MSTP的引入 MSTP Multi ServiceTransportPlatform 基于SDH的MSTP定义 基于SDH的多业务传送节点是指 基于SDH平台 同时实现TDM业务 ATM业务 以太网业务的接入 处理和传送 提供统一网管的多业务节点 2 5G2 4FMSP 10G2 4FMSP 汇聚层 接入层 OADM环 OADM环 Internet接入小区接入SOHO网吧公共场所 局间互联PSTN VOIPG网 C网 3G PHSATMGSR L3 基站接入GSMGPRSCDMA3G 专线企业内部互联行业集团互联政府互联 155 622PP环 MSTP的设备形态 一般情况下 城域网是指数据通信设备所构成的网络 对于城域传送网来说 MSTP设备 在原有SDH设备基础上增加相应业务的处理板和软件实现MSTP 相对于国标增加了DDN和低速数据业务拓展 对以太网和ATM的功能进行了增强 10M 100M 1000M 传输网络 100M 100M 协议封装 20 2M 15 2M 5 2M 100M 100M 1 100M 协议封装 协议拆封重整 协议封装 协议封装 20 2M 15 2M 2 VC4 1000M 100M 2 100M 协议拆封重整 协议封装 协议封装 20 2M 15 2M 5 2M 100M 100M 100M 1 100M 协议封装 协议拆封重整 协议封装 协议封装 5 2M 100M 支持点到点透传 点到多点汇聚支持二层交换 实现环网带宽共享 点到点透传 点到多点汇聚 二层交换带宽共享 1000M 二层交换 段开销处理 STM N光接口 协议封装 映射 FE GE业务接口 SDH交叉连接业务传送VC MSTP主要应用 IP EthernetoverSDH MSTP网络定位 通过利用原有SDH网的空余2M时隙进行IP数据业务拓展 实现宽带上网等数据业务 通过配置2M数量的多少来调节数据用户需要的带宽 无带宽压缩功能 MSTP的定位是低带宽 高性能 高安全要求的业务接入 用户层 城域核心层 城域汇聚层 SDH MSTP 城域接入层 BSC RNC MSC GSN SDH MSTP SDH WDM SDH MSTP SDH MSTP BTS MSTP网络定位 NodeB 二 WDM技术 WDM产生的背景 采用SDH 铺设多芯新光缆 需考虑时间与成本 更高比特率TDM STM 1 STM 64 一根光纤上传输多个信号 各种新业务的蓬勃发展 需要的带宽越来越大 如何提高传输容量 把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传送 这种方式我们把它叫做波分复用 WavelengthDivisionMultiplexing WDM的概念 稀疏波分复用 CWDM 波长间隔大 一般为20nm密集波分复用 DWDM 波长间隔小 小于等于0 8nm l 1 l 2 l 1 l 2 l n 一个形象的例子 小车 信号高速路 光纤加油站 光放站巡逻车 监控信道 2 5G 10G GE WDM的组网应用 点到点组网 SDH环1 SDH环2 SDH环n 虎踞路机房 江宁机房 虎踞路 虎踞路 虎踞路 江宁 江宁 江宁 OTU 完成非标准波长信号光到符合G 694 1 2 的标准波长信号光的波长转换功能OM OD 完成G 694 1 2 固定波长信号光的合波 分波OA BA 功放 通过提升合波后的光信号功率 从而提升各波长的输出光功率PA 预放 通过提升输入合波信号的光功率 从而提升各波长的接收灵敏度LA 线放 完成对合波信号的纯光中继放大处理OSC 通常采用1510nm和1625nm 负责整个网络的监控数据传送 WDM系统的组成 光缆线路OLP保护 安全性问题的解决 OTU OTU OTU OTU OTU OTU 单一路由 局站A 局站B OTU OTU OTU OTU OTU OTU 局站A 局站B TO1 TO2 光缆路由1 光缆路由2 RI1 RI2 O L P O L P 双发选收 单端倒换 不需要APS协议 倒换速度快 稳定可靠 倒换时间小于100ms 子架间1 1通道保护 OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OLP OLP OLP OLP OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OTU OLP OLP OLP OLP Workingroute Standbyroute Clientsignalsaresplittedtoworkingandstandbysystem Buid inswitchselectsignalatclientside OLP单板或SCS单板 用户层 城域核心层 城域汇聚层 SDH MSTP 城域接入层 BSC RNC MSC GSN SDH MSTP 少量的WDM SDH WDM SDH MSTP SDH MSTP BTS SR BRAS WDM的网络定位 SDH WDM 三 PTN技术 城域网高带宽要求驱动PTN技术发展 GGSN A Abis 汇接局 PSTN PLMN Internet MGW 3G 2G SGSN MSC MSC CS PS 端局 MGW Gb Gn Gi Nb Mc Nc Iu PS Iub Iu CS 接入网 RAN RNC NodeB BTS BSC PCU 核心网 CN ALLIP化驱动传送PTN技术发展 IP化路标初步明确 现网已实施 现网正进行 网络 NG OPTICS必须满足的条件 提出PTN是用于满足运营商的IP化传送需要 多业务需要 支持各种业务类型在各种物理层网络上的透明传送 能够承载L3 L2 以及L1业务 大业务量需要 强大的数据业务扩展性 同时平滑支持现有TDM业务运维成本需要 业务综合承载以降低建网投资 CAPEX 融合的管理降低运营投资 OPEX 电信级运营需要 层次化端到端的多业务QOS保障 多种可选的保护方式 PTN设备是融合IP和光传送技术的设备 ITU T定义了新一代的分组传送标准 TransportMPLS T MPLS T MPLS是面向未来全分组化传送网络的技术 希望能够提供基于分组传送的所有优点 高效的带宽管理 同时 继续保持传统TDM传送网络的可靠性 可用性 OAM能力以及可管理能力 什么是PTN PTN的核心封装技术 PWE3 PseudoWireEmulationEdge to Edge提供TDM ATM IMA ETH的统一承载 对信元 PDU 或者特定业务比特流的入端口封装 携带它们通过IP或者MPLS网络进行传送 PWE3作为一种端到端的二层业务承载技术 为各种业务 FR ATM Ethernet TDMSONET SDH 通过包交换网络 PSN 传递 在PSN网络边界提供了端到端的伪线仿真 通过此技术可以将传统的网络与分组交换网络互连起来 从而实现资源的共用和网络的拓展 任意客户层业务EthernetIP MPLST MPLS carrier carrierservice ATM FR T MPLS 客户端设备 用户设备运营商设备 e g IP DSLAM Ethernetswitch IP MPLSrouter 其他运营商的设备 e g T MPLSswitch 统计复用能力使其传送管道成为 柔性 管道 符合IP化业务属性实现更高的带宽效率T MPLS独立于物理层 T MPLS具有可扩展性和多业务能力 适合组建电信级的大网 客户端设备 PTN的通道组织 PTN的核心交换技术 MPLS 标签转发替代IP转发 PTN设备VS交换机 路由器六大特点 FE GE 基于报文的转发 交换机设备架构 FE GE 基于信元的转发 路由器设备架构 报文切片与重组 报文切片与重组 流量调度 转发引擎 FE GE FE GE 流量调度 转发引擎 FE GE FE GE 转发表项 转发表项 PTN设备架构 报文切片与重组 报文切片与重组 流量调度 转发引擎 FE GE FE GE 流量调度 多业务仿真 IMA ATM 转发表项 转发表项 电信级保护 系统级同步方案 报文编辑 报文编辑 FE GE FE GE 二 针对于管道化传送 优化了转发表项 电信级业务监控管理 三 新增了硬件实现的电信级业务监控 可以10ms检测到业务中断 四 新增了硬件实现的电信级业务保护倒换 上千条业务同时倒换满足50ms要求 五 新增了系统级同步方案 包含TOP 同步以太 1588V2 TDM 基于信元的转发 六 新增了多业务仿真处理 实现移动多业务管道化传送 基于信元的转发 一 交换机是基于包交换 转发的包长长短不一 会造成高优先级短包 如时钟报文 受长包影响 造成抖动 PTN基于信元的交换 交换粒度是短包等长的 可以保证高优先级的优先通过 解决抖动问题 PTN设备级保护上 增加了1 1主备保护配置 交叉板倒换时业务流量保持不变 完全符合传输的习惯和电信级可靠性要求 PTN的端到端QOS设计 MPLS流量工程 MPLS TE 区分业务DS TE DiffServer DiffServer 用户侧的QOS保证 DiffServ区分服务EF 优先转发AF 保证转发BE 尽力转发 网络侧的QOS设计 类似SDH的OAM PTN的网络生存性 保护 数据平面 50ms的自动保护倒换 APS 协议运行在数据平面的OAM通道中1 1 1 1 N 1单向和双向连接段 路径 通道保护子网连接 SNCP 环网共享保护 TM Spring 双节点互联 DNI T MPLS 客户端设备 恢复 控制与管理平面 分布式 控制平面 ASON GMPLS 全LSP重路由恢复预置LSP重路由恢复任意网络拓补 网状网 基于GMPLS的恢复配合其他传送技术 SDH OTN WDM 环网保护 DNI 通道和通路级的保护 段层保护 客户端设备 两种传送网的对比 E1 E1 E1 VC12 VC12 VC4STM N帧结构 基于环网或高低阶通道的保护 TMN网管 端到端管理 SDH节点 带宽的汇聚和疏导 STM N线路光口 VC2 E1 Eth Eth Eth TMC TMC TMPTMPLS帧结构 基于环网或通路 通道的保护 PTN节点 带宽的汇聚 统计复用 和疏导 Eth STM N OTN线路光口 TMC Eth TMN网管 端到端管理 基于SDH的TDM传送网 基于TMPLS的分组传送网 汇聚环10G 接入环622M 汇聚环10GE 接入环GE 用户层 城域核心层 城域汇聚层 SDH MSTP 城域接入层 BSC RNC MSC GSN PTN网络的层次定位 SDH MSTP SDH WDM SDH MSTP SDH MSTP NodeB BTS 四 OTN技术 骨干网高带宽要求 骨干网的发展要求 不具备带宽压缩功能 带宽利用率低 对于大颗粒的带宽通道交叉效率低 通过ODF架转接量大 业务提供慢 大量IP化连接需求提供难以适应 业务IP层保护 需大量的重路由 达到秒级 经常引发网络振荡 子波长通道保护提供一定的高可靠性 但代价昂贵 传统SDH WDM的维护复杂 传统SDH WDM 由于系统相互独立 故障定位复杂 OTN的概念理解 OTN OpticalTransportNetwork 大容量高速率全业务接入的WDM SDH交叉保护 IP化骨干网承载解决方案 灵活的业务配置 节省波道资源 OTN的特点 灵活的业务配置 节省波道资源 OTN的优势 OTU的支线路分离 调度升级灵活 OTN的技术优势 OTU的支线路分离 保护投资 优化备件 OTN的特点 完备的多重波分保护机制 支路板 线路板 OTN的特点 ODUK2FSPRING 延伸电交叉保护 OTN的特点 用户层 城域核心层 城域汇聚层 SDH MSTP 城域接入层 BSC RNC MSC GSN OTN的未来网络定位 SDH MSTP SDH WDM SDH MSTP SDH MSTP NodeB BTS SR BRAS 小区 楼宇 Splitter PON ONU OLT PTN PTN OTN 五 PON技术 什么是PON PON PassiveOpticalNetwork无源光网络 分光器1 32 网管 OLT ONU ONU 光分配网络 核心侧 用户侧 IP LAN 语音数据 20KM 是一种点到多点的光纤接入技术由局侧的OLT用户侧的ONU以及ODN 光分配网络 组成 所谓 无源 是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源 全部由光分路器 Splitter 等无源器件组成 光 电媒体转换技术的两种使用方式 点到点以太接入N根光纤 2N个光收发器管理独立小区交换机接入只需铺设2根光纤到小区2N 2个光收发器设备占用局端机房空间小在传输过程中需要有源设备设备分级管理PON的接入方式 只需铺设1根光纤到小区需N 1个光收发器设备占用局端机房空间最小传输中不需有源设备设备集中管理 以32个结点为例 64根光纤64个收发器 P2P P2P 2根光纤66个收发器 几种光纤接入方式比较 总体来看 PON技术的关键是在线路中引入了无源的分路器 这使得系统设备的理论成本和线路成本均可以较传统的P2P技术有较大幅度的优化 还可以增强OAM能力和QoS水平 另外 由于分路器是无源器件 维护简单 环境适应能力强 Splitte