城域网和SDH10G技术和产品探悉

城域网和 SDH10G 技术和产品探悉 城域网传输主要采用的技术为基于 SDH 的 MSTP 基于 DWDM 的 OADM 和光纤直连技 术 为满足城域数据业务的发展 实现对数据业务的保护 核心层引入 OADM 技术和基 于 SDH STM 64 10G 的 MSTP 是必要的 SDH STM 64 10G 产品由于其大容量 单位比特成本较低 业务交叉便捷的特性已经深得运营商的信赖 有迹象表明 STM 64 10G 产品即将由 旧时王谢门前燕 走入寻常地市局 本文就 10G 相关技术以及目前业界 10G 产品的特性和进展进行比较深入的探悉 一 STM 64 的最大容量 最大容量分为两层涵义 SDH 设备组成的网络的最大容量和最大接入容量 SDH 设备组成的网络的最大容量 由传输网络采用的传输速率等级和网络结构以及网络 保护方式共同决定 在采用 STM 64 速率下 采用相邻型业务流向模型 其最大组网容量 可达 64 M 1 2 个 VC4 M 为 STM 64 环上节点数 考虑到在保护时隙可以传送低等级额 外业务 则上述容量提高一倍 最大接入容量 最大接入容量是针对单个 SDH 设备而言 由设备交叉能力和各接入单 元单盘的端口集成度共同决定 目前业界在 768 768 交叉单元下 最大接入容量为 768 个 VC4 即 120G 在 512 512 的交叉能力下为 512 个 VC4 即 80G 二 交叉能力 交叉能力的大小主要由交叉处理盘协同背板总线完成 交叉等级分为高阶交叉和低阶交 叉 交叉连接类型分为单向 双向 交叉 广播和环回 交叉连接方向分为群路到群路 群路到支路 支路到群路和支路到支路 高阶交叉能力 早期的 STM 64 产品高阶交叉能力比较弱 一般为 256 256VC4 最大 可以实现 384 384VC4 交叉 由于 STM 64 产品在网络中核心的定位以及四纤复用段环的 选用 早期的 10G 产品的交叉能力愈来愈显得力不从心 随着技术的发展目前业界可以 稳定提供的是 512 512VC4 的交叉单元 最大可实现 768 768VC4 全交叉 由于目前实际 网络容量和出于网络安全性的限制 512 512VC4 交叉能力并没有用满 低阶交叉能力 早期的 STM 64 产品全部是基于 VC4 级别的交叉 都不支持 VC12 级别 的低阶交叉 目前 STM 64 产品可以直接或者间接提供低阶全交叉能力 在实现方式主要有两种思 路 第一种方式是 STM 64 提供低阶盘 直接具有低阶交叉能力 其优点在于无论是长期运 营成本 故障率还是日常维护量和维护难度都大大减小 缺点在于低阶交叉盘占用 10G 设 备业务槽位 第二种是通过扩展 2 5G 设备提供低阶交叉能力 其本质还是 STM 64 不提供而是通过 扩展设备提供低阶交叉能力 本方式的巧妙之处在于将扩展 2 5G 子架以扩展子框形式集成 在 10G 设备机架内 此种方式实现比较简单 优点在于借用了 2 5G 设备的强大的低阶交 叉能力 同时又以 2 5G 子框 的形式解决了机房面积占用的问题 缺点在于降低了设备的 整体集成度 增加了故障点 同时由于要维护两套设备 所以设备日常维护不可忽视 三 背板总线 目前 背板都采用无源设计 背板总线技术主要有三种 LVDS LVTDL GLT 等 对于如 2 5G 和 2 5G 以下中低速系统 由于系统容量不是非常大 系统的瓶颈不在背板 总线 所以对背板总线速率没有严格要求 一般采用 LVTDL 或 GLT 技术 背板总线为 77M 或 38M 如此已经完全满足系统的要求 倘若采用 LVDS 低压差分信号 技术使背 板总线速率提高到 622M 除了方便背板布线外对系统几乎没有优化作用 对于高速通信系统 如 10G 或其以上设备 由于系统速率和交叉容量非常高 对背板总 线的速率和布线提出了更高的要求 所以一般采用 LVDS 技术 目前业界的背板速率一般 为 622Mbit s 或者 777Mbit s 四 机架尺寸和端口密度 设备的端口密度由设备的业务槽位 单盘集成度 交叉能力共同决定 业务槽位的多少 在一定程度上和设备机架尺寸有密切关联 目前 10G 设备机架尺寸长和宽差别不大 主要 在厚度上有争议 一般分为 300MM 或 600MM 两种厚度 对一个成熟的 10G 产品而言 机架厚度尺寸对设备的稳定度几乎没有影响 但对机房长期规划而言则必须要重点考虑 端口密度通常是在所有的光接口都不考虑 DCC 通道的限制即 POS 方式下和最大可能提 高端口密度的情况下理论计算得出 在 SDH 中抛开网络 单纯的在理论上比较端口密度并 没有任何实际意义 目前 在 10G 双 ADM 配置模型下 即在组成 2 个两纤环的情况下还可以提供的端口数 量一般如下表所示 STM 64 设备 型号 单盘集成度 端口总计 STM 64 光 1 路 盘 最大 4 STM 16 光 1 路 盘 16 STM 4 光 4 路 盘 64 STM 1 光电合一 4 4 路 盘 64 电 64 光 STM 1 光 4 路 盘 8 路 盘 16 路 盘 256 STM 1 电 4 路 盘 8 路 盘 16 路 盘 128 GE 支路盘 1 光 盘 2 光 盘 32 100M 以太网 4 100M 盘 8 100M 盘 128 ATM 接口盘 实现原理不同 一般不用端口密度衡量 最近业界新提出 2 路 盘的 STM 16 分支盘以及直接带有低阶交叉功能 155 622 的交叉 集线盘 此类单盘的提出对我们的组网思路又带来了比较大的改变 五 设备单盘通用性 主要是指 STM 64 STM 16 STM 4 STM 1 相关业务机盘是否支持从低速率到高速率 系统设备间可通用 即原 STM 4 的 155 盘能否在 STM 64 系统上使用 此思路的提出非常 好 但由于各个单盘原所隶属的复用系统的背板速率差别极大 故目前业界几乎都不支持 除非是高速率系统降级为低速率系统使用 六 组网能力 10G 群路光口 对于 10G 群路光口的数量理论上当然是多多益善 但考虑到实际组网规 模 够用即可 例如 BJ 联通本地传输网 4 端 10G 使用 10G 光口数量为 4 个 SH 联通宽 带城域网 4 端 10G 使用 10G 光口数量为 4 个 DL 市话 5 端 10G 使用 10G 光口数量为 4 个 NN10G 市话传输网 4 端 使用 10G 光口数量为 2 个 光口标准都严格按照 ITU T 相关建议规范 接口类型常用的分别为 I 64 2 S 64 2a L 64 2a 光收发模块可以采用合一光模块或者分离模块 光收发模块合一为最新推出的光 核心模块 其减少单盘体积和功耗 但由于此芯片一般外购 价格较高 独立模块一般自 主研发 价格较低 但占用空间较大 FEC 特性 由于在工程中不存在理想的数字信道 信号在各种媒体的传输过程中总会产 生畸变和非等时时延 对数字信号来说就意味着产生误码和抖动 而抖动的最终效果也反 映在系统的误码上 信号的失真由此产生 依据干扰的性质 可将信道分为 3 类 即随机 差错信道 恒参信道 突发差错信道 变参信道 和混合信道 光传输系统一般可认为是 随机差错信道 因此 FEC 一般采用了 ITU T G 975 标准规定的方式 FEC 实现方式分为带内和带外两种 带外 FEC 采用 RS 编码 可提高 6 7DB 接收灵敏度 从而可以将光信号传送更远 但 由于额外增加了误码校正字节以及帧同步字节 因而会造成光口速率的增加 并且误码校 正能力越强 所加入的误码校正字节则越多 光口速率增加也越明显 当然 色散的影响 也就越大 带内 FEC 一般 嵌 在 STM 64 光群路盘内 通过网管软件可灵活开关群路接口盘带内 FEC 功能 采用 RS 编码 每帧可纠错 1152 比特 可纠突发误码 128 比特 可改善大约 2 3dB 的接收信噪比 其优点在于利用开销字节传送 不会造成光口速率的增加 不足之 处在于没有带外 FEC 提高的接收灵敏度高 色散补偿 传输距离大大增加 整个传输线路的总色散也随之增加 原来的损耗限制系 统变成了色散限制系统 光纤色散是指由于光纤所传输的信号是由不同模式或不同频率成 分或不同的偏振态来携带的 这些不同的模式成分或不同的频率成分或偏振态成分的传输 速度不同 从而引起传输信号在波形上发生畸变的一种物理现象 其现象就是随着脉冲在 光纤中传输 脉冲的宽度被展宽 光纤的色散就可以分为 模间色散 Mode Dispersion 色度色散 Cromatic Dispersion 和偏振模色散 Polarization Mode Dispersion 在以上三种色 散中 色度色散可通过色散补偿的技术完成 STM 64 信号通过在 G 652 光纤上传输 通过色散补偿功能模块延长高速信号传输的色 散受限距离 由于 DCF 补偿光纤入纤有效面积较小 为避免非线性原因 采用后补偿和欠 补偿原则 目前业界色散补偿单元分为占业务槽位的插盘式和不占业务槽位而放置在机框下部的模 块式 色散补偿量标称值分为 40 公里 60 公里 80 公里不等 一般在 G 652 光纤上 60KM 内可以不补偿 补偿原则为欠补偿 七 网络 设备保护能力 随着光纤传送传输容量的增大 传输网络的可靠性 可用性和对线路故障的应变能力至 关重要 设备级保护功能 此保护一般指交叉 时钟盘 电源 1 1 可热备份 业务盘例如 STM 1 电接口可实现 1 N 或者 1 1 保护 关于供电 目前业务和功能接口盘几乎都是全分散 供电 设备电源具有 1 1 两路电源引入口 网络级保护功能 网络级别的保护分为 链 路 1 1 线路保护 环形包括有复用段和通道保护 具体组网又可分为子网连接保护 复用 段共享保护 共享光纤虚拟路径保护 环网间互通业务的保护 子网连接保护 子网连接保护是一种通道层的保护 无需 APS 协议 它可以应用在环网上形成二纤通 道保护环 在网络结构日趋复杂的情况下 SNCP 子网连接保护是可适用于各种网络拓扑 结构且倒换速度快的业务保护方式 对于 SNCP 即使同时存在多个业务倒换 成熟的 STM 64 都完全满足 G 841 G 842 建议的要求 共享复用段保护 复用段共享保护倒换要使用 APS 协议 按照组网形式可分为线形和环形 线性组网包 括 1 1 和 1 N 两种 环形组网包括单向复用段和双向复用段保护两种 目前常用的是双 向复用段保护 复用段保护倒换时间是关键的参数之一 按照 ITU T G 841 的建议模型 在环的总长度 不超过 1200km 的情况下 保护倒换应在 50ms 内完成复用段倒换 一次完整的倒换将经历 故障确认 倒换协议字节传输 开关执行和电路恢复四个过程 在实际工程中 故障确认 时间和开关执行时间及电路恢复时间与厂家系统有关 在 2002 年 5 月结束的中国移动城域网测试中 业界国产某 10G 设备在 STM 64 2F 复用 段保护环保护倒换时间最大为 29 901ms STM 64 4F MS SPRING 保护倒换测试 保护倒 换时间最大为 38 810ms 比较优秀 同时是通道保护和复用段保护 同时是通道保护和复用段保护是指在 STM 64 系统中 既可以将某几个时隙用来做复用 段保护 又可以将剩余的时隙组成通道保护 还可以支持在保护时隙传额外业务 支持这 种交叉的提出 不仅提高了网络容量 同时也为实际业务类型的多样性提供了便捷的适应 性 共享光纤虚拟路径保护 这种组网方式就是将光纤的容量按 VC 4 为单位进行划分并将其归入不同的逻辑子系统 每个逻辑子系统可以独自采用不同的保护方式 从而在一根光纤内可以采用多种网络保护 TMUX 功能 将共享光纤虚拟路径保护功能做的近一步强大 结合 MUX 功能 在子环上可以接入不 同厂家的设备 即利用未定义开销字节透传 STM 16 的 J0 E1 E2 F1 K1 K2 S1 D1 D12 等有 定义开销 此功能在城域网中最有应用 尤其适用于在本地网为非本公司设备的实际情况 下承建新建的城域核心网 环网间互通业务的保护 在环间存在一条以上互通路由时便可实现环间业务的保护 对于双节点互连 ITU TG 842 建议规定了可保护在不同或者相同设备组成的 SNCP 环网或者 MSP 环网间进行互 通的业务 环网间的环间互通业务可分为单节点互连方式和双节点互连方式 单节点互连方式可以用 STM 64 STM 16 STM 4 STM 1 光电口直接相连 目前由 于多光口增强型 ADM 设备的普及 此类组网方式在逐步减少 双节点互连方式规定了一个环上的两个互通节点分别在复用段共享环或者通道环工作方 式下的保护方式 只要严格遵循 ITUT G 842 建议 采用该建议规定的保护方式可实现不同 厂家设备 不同保护方式组成的两个环网间互通业务的保护 由于是双节点 对光纤失效 节点失效均可进行保护 保护方式为 D C 功能 即 DROP AND CONTINUE 由于增强型多光口 ADM 设备的普及 运营商往往将同一个站点的同一个厂家的设备合 二为一 甚至合三为一 组成相交环形成新的 DNI Dual Node Interface 双节点互联保护方 式 由于充分利用设备强大的交叉 多光口能力 用一套设备内部总线和内部交叉代替两 套或者三套设备间复杂的光 电口连线 节约了投资 减少了故障点 减轻了维护量 这 种 DNI 即这样理解 G 842 在某种意义上 的确优于传统的 ITUT 的 G 842 建议方式 但 由于两 三套设备由一套来完成 减少了出故障率 增加了故障的破坏力 一旦出故障其 影响将是非常的恶劣 八 多业务支持 10G MSTP SDH STM 64 对多业务的支持能力是由 VC4 级联实现 级联类型包括 VC 4 2c VC 4 4c VC4 8c VC 4 16c VC 4 64c 以及 1 到 16 个 VC4 的虚级联 GE 接口 GE 往 SDH 上映射通常采用 LAPS 或者 GFP 协议 提供每盘两路的 GE 光接口 目前 有的厂商可以做到支持 1 到 8 个 VC4 的虚级联 工作波长一般采用 1310nm 或者 1550 窗 口 采用标准的 SC PC 传输距离 10km 支持以太网业务透传 目前业界 GE 接口盘虽然市场宣传上支持但实际组网中并不支持二层交换 这一点从中 国移动 2002 年 5 月份的测试中得到印证 ETH 接口 以太网往 SDH 上映射也采用 LAPS 或者 GFP 协议 每个 ETH 盘提供 8 路的 100Base FX 光接口 接口支持单模 15km 和多模 0 5km 两种传输距离 支持带宽控制 数据透明 传送 从中国移动测试的结果来看 目前业界都不支持二层交换功能 根据设备制造商对技术一贯跟进性 10G 的支持二层交换 GE 接口 VLAN 甚至功 能更强大的以太网接口盘很快就会浮出水面 ATM 155M 统计复用接入盘 目前业界对 ATM 接口盘的思路分为两种 一种是 4 个对外 ATM 接口 对内 2 个 VC4 适用远端使用 另一种对内为 4 个 VC4 对外为 2 个 ATM 接口 适用于局端使用 这两种 ATM 接口盘的交叉容量都是 6x155 Mbit s 一个成功的 ATM 盘应不仅要支持统计复用 VP 环保护 还应该支持 VP VC 空间组 播 VP VC 逻辑组播 支持 CAC 支持信元传送优先级 支持强制倒换等 ATM 交换机 支持的功能 九 网管能力 由于网管涉及的内容非常多 本章仅仅就我们比较关心的参数进行探悉 网管的研发都基于 YDN037 1997 03 97 同步数字体系 SDH 管理网管理功能和符合 ITU T 相关建议和 ISO 标准 采用分层结构和模块化设计 能够便捷的增加和扩充管理对象 具有性能管理 故障管理 配置管理和安全管理 计费管理功能 可以提供 Q 接口 CORBA 接口 F 接口 f 接口 DEBUG 接口 可以在一个平台下对同一设备制造商的传 输 接入等产品进行统一网管 单个网管可管理的网元数 网元级网管 业界最大可以做到一个网元级网管可管理 256 个网元 一套子网级网管可 以管理 32 个网元级网管 即 32 256 协议栈与 DCN 路由协议 协议栈和 DCN 路由协议目前业界也有两种思路 一种是底 层协议栈基于 OSI 应用层基于 CMIP 其 DCN 路由可使用 v 35 2M 10 100M 通道 实现硬件为符合 G 703 建议的 2M 接口配合高速网络互联器使用 可以途径任何一个公司 的设备到达主网管 由于采用 OSI 的 TP4 协议 网管协议比较复杂 但网络安全性高 另一种是底层协议栈基于 TCP IP 应用