浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用

四川邮电职业技术学院四川邮电职业技术学院 毕毕 业业 论论 文文 论文 设计 题目 浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用 班 级 光纤通信 姓 名 管芷微 学 号 1410309126 指导教师 杨一荔 时间 2017 年 5 月 20 日 2 浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用 管芷微 内容摘要 自 2000 年 城域网 的概念在中国首次亮相以后 国内就不断掀起城域网建设高潮 城域网 如此受业界关注 引得各种城域网技术趋之若鹜 本论文以城域网的背景为前提 浅议基于城域 网的传输技术 重点讨论 MSTP 技术与 PTN 传输技术 并探讨这些传输技术在中国移动城域网的应 用以及发展 望广大读者以批判精神给予建议 关键词 PTN 城域网技术 MSTP 传输 3 目录目录 前言 1 第一章 城域网传输技术 2 第一节 基于 SDH 的多业务平台 2 第二节 基于 ATM 的多业务平台 2 第三节 基于以太网的城域网方案 3 第四节 基于 WDM 光网络 3 第五节 基于多业务传送平台 MSTP 3 5 1 MSTP 技术的工作原理 3 5 2 MSTP 关键技术及优点 4 第六节 基于 PTN 多业务平台 5 6 1 PTN 技术的工作原理 5 6 2 PTN 关键技术及优势 6 第七节 PTN 与 MSTP 对比 9 第二章 各传输技术在中国移动城域网组网应用建议 10 第一节 SDH 技术 10 第二节 ATM 技术 10 第三节 以太网技术 11 第四节 WDM 光网络技术 12 第五节 MSTP 技术 13 第六节 PTN 技术 14 结语 16 致谢 17 参考文献 18 4 毕毕 业业 设设 计 论文 任计 论文 任 务务 书书 班级光纤一班 姓名管芷微 学号1410309126 论文 或设计 题 目 浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用 指导教师姓名杨一荔 指导教师 专业技术职称 副教授 一 设计 论文 内容与方法一 设计 论文 内容与方法 1 分析城域网传输技术发展趋势 2 重点对 MSTP PTN 传输技术的技术优势与缺陷进行分析 3 对各种传输技术在中国移动城域网组网中的应用给出合理化建议 二 设计 论文 写作要求二 设计 论文 写作要求 1 收据的资料要真实 2 计算的数据要正确 3 论点明确 论据充实 中心思想集中鲜明 4 层次清楚 结构完整 5 图表要科学 规范 合理而整洁 6 内容要翔实 语言简洁流畅 逻辑性要强 7 不得由他人包办代替或抄袭他人作品 8 要做到理论联系实际 结合企业实际情况 撰写论文 9 采用定性分析与定量分析技术相结合 运用图表等直观表现手法 10 设计 论文 字数在 5000 字左右 三 设计 论文 写作步骤三 设计 论文 写作步骤 1 到学院网站的教务管理系统中下载论文相关表格 了解论文格式要求 并填写毕 业设计相关表格 2 准备从图书馆或网络上收集相关资料并将这些资料列入参考文献目录 3 按照设计要求拟定论文提纲及目录 4 进行调研或实践获得相关数据或设计参数 5 整理所收集的资料及数据 进行论证或方案设计 得出自己的看法 6 按照规定格式进行论文的撰写 论文字数在 5000 字左右 7 论文初稿上交截止时间 2017 年 3 月 31 前 定稿时间截止 2017 年 5 月 20 日 逾 期拒收 后果自负 主要参考文献 资料 1 SDH 技术 第2版 孙学康 毛京丽 编 人民邮电出版社 第2版 2009年7月1日 2 PTN IP 化分组传送 黄晓庆 唐剑锋 徐荣 北京邮电大学出版社 第1版 2009 年10月1日 3 电信网新技术 IPRAN PTN 作者 王元杰 杨宏博 方遒铿 邓宇 等著出版社 人民 邮电出版社出版时间 2014年05月 1 前言前言 城域网的典型应用即为宽带城域网 就是在城市范围内 以 IP 和 ATM 电信 技术为基础 以光纤作为传输媒介 集数据 语音 视频服务于一体的高带宽 多功能 多业务接入的的多媒体通信网络 宽带城域网能满足政府机构 金融保险 大中小学校 公司企业等单位对 高速率 高质量数据通信业务日益旺盛的需求 特别是快速发展起来的互联网 用户群对宽带高速上网的需求 宽带城域网的发展经历了一个漫长的时期 从传统的语音业务到图像和视 频业务 从基础的视听服务到各种各样的增值业务 从 64 kb s 的基础服务到 2 5 Gb s 10 Gb s 等的租线业务 随着技术的发展和需求的不断增加 业务 的种类也不断发展和变化着 目前我国逐步完善的城市宽带城域网已经给我们的生活带来了许多便利 高速上网 视频点播 视频通话 网络电视 远程教育 远程会议等等这些我 们正在使用的各种互联网应用 背后正是城域网在发挥着巨大的作用 2 第一章第一章 城域网传输技术城域网传输技术 城域网传输技术是提高网络利用率的关键 自 城域网 的概念在中国首 次亮相以后 城域网的高速建设就吸引了各种城域网传输技术 目前城域网传 输技术主要是基于 SDH ATM 以太网和 WDM 的多业务平台 以及 MSTP 和 RPR 等 第一节 基于 SDH 的多业务平台 这个方案是利用大家熟悉和信任的 SDH 技术 特别是它的保护恢复能力和 确保的性能 加以改造来充分适应多业务应用 支持 Layer2 Layer3 的数据智 能 基本思路是将多种不同的业务通过 VC 级联等方式映射进不同的 SDH 时隙 而 SDH 设备和 Layer2 和 Layer3 及 Layer4 分组设备在物理上集成为一个实 体 减少了机架数 机房占地 功耗和架间互连 加快了业务提供速度 改 进了网络的扩展性 而 SDH 多业务点还可以方便地完成协议终结和转换 但是在这种方案中 SDH 电路层上需要附加多个包 信元 帧交换层 涉及多层帧的映射而导致带宽效率低下 开销处理复杂 同时由于这个方案基 于同步工作 抖动要求严格 设备成本较高 并且带宽配置时间较长和管理成 本较高 从长远来看 特别是从数据业务将成为主导业务的角度来看 这个方 案不是一个有效的方案 第二节 基于 ATM 的多业务平台 ATM 的固有设计已经充分考虑了业务的 QOS 服务质量 问题 因此可 以为 IP 或其他任意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 ATM VP 技术可以使 SDH 网更有效地承载数据流 但是其缺点也是很明显的 主要包括 1 网络体系结构复杂 2 传输效 率低下 3 速率难以提高 4 信令建立复杂 选路灵活性不高 5 硬件投 资高 运行维护管理复杂 6 有较大的带宽损失 不适应大型 IP 骨干网应用 所以以 ATM 为基础的多业务平台不是一个长远的解决方案 3 第三节 基于以太网的城域网方案 作为城域传送网的最初形态 以太网直连被看作是最简单的城域传输组网 方式 它只需要少量的规划 设计和测试工作 作为一种标准技术 以太网互 连操作性好 具有广泛的软硬件支持 成本低 它是一种与可适应多种媒体的 技术 可以提供与铜线对 电缆和各种光纤等不同传输媒体透明的接口 避 免了重新布线的成本 具有良好的扩展性 支持 10Mbit s 100Mbit s 1Gbit s 和 10Gbit s 的速率 以端到端的形式出现 消除了网络边界处 的格式变换 减少了网络的复杂度 第四节 基于 WDM 光网络 采用 WDM 后 容量有了大幅度的提高 至少几十倍 还提供某种形式 的 WDM 环保护 网络运营者可以提供透明的以波长为基础的业务 不再受限 于 SDH 格式 其光接口可以自动接收和适应 10Mbit s 10Gbit s 的信 号 具有良好的波长扩展性 随时增加新的波长而不影响原有工作波长 这 样就可以迅速提供新的业务 WDM 系统的主要不足之处在于不能有效灵活地将 低速率业务汇聚进比较昂贵的波长通路 不能动态地分配波长 实现光层灵 活连接 再者 WDM 系统目前的成本比较高 第五节 基于多业务传送平台 MSTP 5 1 MSTP 技术的工作原理技术的工作原理 基于 SDH 的 MSTP 技术将各种业务通过虚电路 VC 或 VC 级联的方式 映射入 SDH 电路的各个时隙 由 SDH 网络提供传输通道 支持话音 GE ATM 等多种业务接口 MSTP 节点设备可以同时实现 TDM ATM 和以太网业 务的接入 处理和传送 其功能结构原理如图 1 1 所示 4 图 1 1 MSTP 功能结构原理 5 2 MSTP 关键技术及优点关键技术及优点 1 对于以太网业务采用 通用成帧 GFP 封装 可标明数据等级 支持 二层交换 简单灵活 数据封装协议 将变长的以太网数据封装成帧 映射进 SDH 虚容器中 不足之处 PPP 和 LAPS 不足 不能区分不同的数据包 从而进行流量控制 和带宽管理 优势 效率高 适用于点到点 环形 全网状扩扑 无需特定的帧标识符 安全性高 可以在 GFP 帧里标示数据流的等级 可用于拥塞处理 GFP 提供了一种把不同上层协议里的可变长度负载映射到同步物理传输 网络的方法 底层可以是 SDH 2 采用 虚级联 VCAT 提高 VC 利用率 首先带宽映射效率如下图 1 2 5 图 1 2 带宽映射效率 优势 传送路径上只需要源和宿两点具备虚级联处理功能即可 对中间节点无 特殊要求 不需要 VC N 相邻 虚级联组内每个成员可以独立传送 具备延时补偿功能 支持多路径传送 可以更好地利用网络的带宽资源 应用灵活 效率高 采用 LCAS 协议 在 VCG 内个别成员失效后 可以避免业务中断 3 采用 链路容量调整方案 LCAS 动态调整业务带宽 LCAS 是一种灵活的 不中断业务地自动调整和同步虚级联组大小 并将 有效净荷自动映射到可用的 VC 内 从而实现虚级联带宽动态可调的方法 即 LCAS 是在虚级联的基础上 动态调整带宽的一种方法 优势 LCAS 可以不中断业务地调整带宽 第六节 基于 PTN 多业务平台 6 1 PTN 技术的工作原理技术的工作原理 1 通过 PWE3 技术实现各类非分组业务的端到端仿真 2 通过标签交换机制实现面向连接的快速转发 6 3 通过 CIR 保证带宽 和 PIR 突发带宽 机制实现统计复用 如下图 1 3 所示 图 1 3 PTN 工作原理图 6 2 PTN 关键技术及优势关键技术及优势 PTN 作为具有分组和传送双重属性的综合传送网技术 目前已成为 3G LTE 时代 IP 化移动回传网的主流解决方案 这在很大程度上得力于以下各项 关键技术的支撑 其核心技术如图 4 所示 图 1 4 PTN 核心技术 7 6 2 1 全业务支撑全业务支撑 尽管 3G 发展势头非常迅猛 但在很长一段时间内传统的 TDM 业务仍是 通信业务的主体 所以 PTN 必须具备多业务承载能力 端到端伪线仿真 PWE3 技术即是为满足这一需求而出现的 PTN 采用 PWE3 的电路仿真技术来适配所 有类型的客户业务 包括以太网 TDM 和 ATM 等 并为之提供端到端的 专 线级别的传输管道 PWE3 的技术实质是将业务数据用特殊的电路仿真报文头进 行封装 在特殊报文头中携带该业务数据的帧格式信息 告警信息 信令信息 以及同步定时信息等基本业务属性 以达到业务仿真的目的 6 2 2 分组交叉技术分组交叉技术 PTN 融合数据 电路和光层传输功能于一体 可以实现分组交叉连接以及 对各种业务的统计复用 通用交换结构采用 量子交换 理论 将业务流分割 成 信息量子 一种比特块 信息量子可以从一个源实体被交换到另一个 或多个目的实体 PTN 使用统一的通用交换平台来简化网络 有效的解决了多业务平台的融 合问题 将业务处理和业务交换相分离 把与技术相关的各种业务处理功能放 置在不同的线卡上 而与技术无关的业务交换功能置于通用交换板上 其最内 层的通道可以承载 ATM IP MPLS Ethernet 和 TDM 业务 外层的通道提供伪 线和隧道类传送管道 该技术实现了全业务的接入和承载 运营商也可以根据 不同业务需求 通过更换不同线卡来灵活配置业务的容量 6 2 3 QoSQoS 技术技术 传统的 SDH 网络 为业务提供的是独占的刚性传输管道 虽然保证了可靠 性 但对业务的传输来说是种浪费 如高实时性的语音业务和普通上网业务 两 者对网络的传输要求就截然不同 而 PTN 则可以感知业务特性并提供恰到好处 的服务质量 QoS 做到按需分配 8 6 2 4 层次化层次化 OAM 及保护及保护 PTN 的可操作管理 OAM 机制基本继承了 SDH 思想 通过为段层 隧道层 伪线层提供层次化的告警 性能管理来支持层次化 OAM 可实现对 PTN 网络故 障的快速定位 并可检测网络性能 包括丢包率 时延等 PTN 支持全面的接入链路保护 网络级保护及设备级保护 OAM 与保护在 应用上密不可分 通过 OAM 机制实现的快速 及时的故障检测是实现电信级保 护的前提 与 PTN 保护机制相关的 OAM 分为 3 种类型 告警相关 OAM 性能 相关 OAM 和通信信道 OAM 6 2 5 同步技术同步技术 现实的 PTN 网络将存有大量的 TDM 业务 而 TDM 业务对同步要求很高 因此 PTN 需要考虑网络的时钟和时间的同步需求 PTN 区别于以往分组技术最 大的特点就是同步技术 PTN 在支持 TDM over Ethernet 业务时 在网络出口 必须提供 TDM 码流定时信息的重建机制 为了解决这一问题 业界提出了 CES TOP 同步以太网等时钟处理技术 分组同步目前存在两种思路 一是基于现有 传送网技术的分组网同步 另一种是全分组化网络的同步 9 第七节 PTN 与 MSTP 对比 如图 1 5 所示 图 1 5 PTN 与 MSTP 对比 10 第二章第二章 各传输技术在中国移动城域网组网应用各传输技术在中国移动城域网组网应用 建议建议 第一节 SDH 技术 事实上 SDH 为城域网络提供了一个稳定的平台 并且表现了二层交换能力 城域网则在上诉基础上进行构建并展开多项数据业务 在进行整体系统业务构 建过程中首先要保证系统与网络环境适配 以 SDH 为基础的网络业务系统整体 结构是固定的 系统在多方技术的支持下使带宽颗粒能够合理 有效分配 这 给相关资源整合带来了极大的便利 当前情况来看我国 SDH 体系当中 STM N 是 体系标准 这也就是要求实际设计过程中一定的简洁性 但尽管我国城域网取 得了一定的进展 依然有一定程度的缺陷问题 首先是城域网络覆盖面偏窄并 且在网络结构上存在缺陷 其次是一定程度的网络堵塞 从上诉问题可得治网 络的可靠性受到一定程度的制约并且暴露了网络安全问题 所以对此我们应该 采取针对性措施进行优化 对系统规划进行完善 结合城市实际分区来细化市 场 考虑用户规模 以及目标覆盖群 从而对城市传送网络进行了有效的计划 网络构建也要与当前网络达成统一 保证体系的完整 通过网络合理连接与优 化来提升网络质量 第二节 ATM 技术 随着基于以太网业务的快速发展 骨干网汇聚的业务负荷越来越大 国际 上许多电信运营商和设备商的研究机构纷纷转向研究利用已建立的 ATM 骨干网 接入和互连以太网 特别是互连以太城域网的技术 希望借助现有的 ATM 网络 的空闲资源和 ATM 技术的 QOS 优势实现以太城域网的互连和以太网业务的接入 其主要的优势在于 最大程度的利用已建立的 ATM 网络资源 保护运营商 投资的同时创造更多的附加价值 ATM 网络固有的 QOS 保障机制是包括 ETHERNET 等其他网络技术所欠缺的 部分克服了 ETHERNET 城域网在故障恢复 能力 多协议支持方面弱点 11 基于 ATM 网络的以太网接入和互连技术可以应用于企业以太网用户也可以 应用于新兴的以太城域网互连如下图 2 1 所示 图 2 1 ATM 连接 第三节 以太网技术 伴随着速率的提升 以太网技术实现某种程度的智能 提供给用户端到端 的以太网传送业务 沿袭了以太网统计复用的电路特性 其发展方向是将以太 网专线承载业务发展为主要的传送网业务 今天看来 以太传送网已经在城域 范围内逐步得到普及和推广 从目前的发展趋势看 100G 以太网一旦发展成熟 以太网应用会与日俱增 这将是一个崭新的时代 对于只需要提供端到端链路 连接的数据用户 如通过路由器组网的 VPN 用户 采用以太网协议连网比采用 SDH 接口的 TDM 电路连网在性能价格比上更具优势 当然 SDH ASON 网络提供的 TDM 电路具备光以太网电路所不能提供的 QoS 特性 主要是带宽独享特性 因 此双方在一定时期内不会构成替代型竞争 而是互补型竞争 双双成为未来传 送网络中的重要业务提供方式 其网络的带宽发展如图 2 2 所示 12 图 2 2 1990 2016 年网络带宽发展 第四节 WDM 光网络技术 图 2 3 为 WDM 自 2010 到 2016 的带宽情况 我们可以得知我们可以 看出 WDM 在网络的发展道路上 多业务承载 OTN 13 图 2 3 城域网 WDM 发展方向 如图 2 4 所示我们可以看出 WDM 光网络将会对 100G 技术有非常重要的影响 图 2 4 WDM 的影响 第五节 MSTP 技术 MSTP 技术是基于 SDH 技术发展而来的 它具有 SDH 技术所能实现的几乎一 切功能 因此 前期城域网的建设 可以同时兼顾语音业务的发展 并在一定 14 的时期内实现 TDM 业务的需求 MATP 技术能够支持 IP 和 ATM 业务 能够提供 多种类型的数据接口 在营运商城域网组网的初期实现数据接入 数据交换和 数据传输等各项功能 且待后期数据业务实现大幅度增长以后 还能够配合 ATM IP 家还击 为数据的接入 交换以及传输继续提供必要的保管功能 为网 路的发展提供可靠性保障 各大网络营运商竞争的焦点主要是市场上的大客户 大企业 大客户和大企业能够为营运商带来较多的现金流量 从而保障企业市 场地位的提升 MSTP 技术提供的以太网专线和数字专线能够为大客户的争夺提 供良好的契机 MSTP 技术还可以融合多种数据业务传输体制 为技术选择的风 险规避提供最大限度的保障 第六节 PTN 技术 如下图 2 5 所示 PTN 增强的分组核心 SDH 操作体验 图 2 5 PTN 承载概念 由于 MSTP 承载 IP 业务能力太差 调度灵活性也差 交换机 QOS 能力不足 网络管理能力严重缺乏 路由器网