城域網(wǎng)的發(fā)展與技術(shù)選擇

城域網(wǎng)面臨的首要問(wèn)題是帶寬“瓶頸”。在其用戶(hù)側，由于低成本千兆比以太網(wǎng)的出現和發(fā)展，局域網(wǎng)的速率上了一個(gè)大臺階;在其長(cháng)途網(wǎng)側，由于WDM技術(shù)的發(fā)展，傳輸容量擴展了幾個(gè)數量級。因而使得中間的城域網(wǎng)/接入網(wǎng)成為全網(wǎng)的帶寬“瓶頸”。 　　

1 城域網(wǎng)面臨的問(wèn)題及下一代城域網(wǎng)的基本要求

城域網(wǎng)面臨的首要問(wèn)題是帶寬“瓶頸”。在其用戶(hù)側，由于低成本千兆比以太網(wǎng)的出現和發(fā)展，局域網(wǎng)的速率上了一個(gè)大臺階;在其長(cháng)途網(wǎng)側，由于WDM技術(shù)的發(fā)展，傳輸容量擴展了幾個(gè)數量級。因而使得中間的城域網(wǎng)/接入網(wǎng)成為全網(wǎng)的帶寬“瓶頸”。

城域網(wǎng)面臨的另一個(gè)問(wèn)題是其仍然存在多個(gè)重疊的網(wǎng)絡(luò )。首先，目前多數電信運營(yíng)公司通過(guò)SDH和電路交換機提供語(yǔ)聲和專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)，通過(guò)SDH和分離的幀中繼、ATM和IP網(wǎng)提供各種數據業(yè)務(wù)，造成分離的網(wǎng)絡(luò )和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)需要分離的網(wǎng)管系統和人員、不同的網(wǎng)絡(luò )配置和計費系統甚至不同的終端。而出于慣性思維、組織架構的限制，以及每次升級的初始成本考慮，這種分離的網(wǎng)絡(luò )發(fā)展模式仍在繼續。但從整體和長(cháng)遠看，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模越來(lái)越大，無(wú)論初始成本還是運行成本都將快速增加，業(yè)務(wù)提供也將更加費時(shí)耗力。其次，通過(guò)不同的接入技術(shù)和線(xiàn)路獲取不同的業(yè)務(wù)，用戶(hù)不僅麻煩，而且使用費高。第三，企業(yè)用戶(hù)正從簡(jiǎn)單的原始帶寬連接要求轉向更加個(gè)性化的業(yè)務(wù)剪裁要求以適應特定的應用，使得網(wǎng)絡(luò )需要支持復雜的2層和3層功能，因而單一業(yè)務(wù)模式將會(huì )減少收入且無(wú)法鎖定用戶(hù)。最后，目前城域網(wǎng)底層多數采用傳統SDH作傳送平臺，在傳送突發(fā)數據業(yè)務(wù)時(shí)，利用為電話(huà)業(yè)務(wù)設計的固定帶寬的SDH進(jìn)行數據傳送不僅效率低下，而且改變帶寬往往意味著(zhù)改變物理接口甚至改變了業(yè)務(wù)類(lèi)型。使企事業(yè)用戶(hù)改變業(yè)務(wù)時(shí)常常不得不重新設計和重新建設網(wǎng)絡(luò )。

目前，城域網(wǎng)不僅成為電信網(wǎng)的容量“瓶頸”，而且也成為電信網(wǎng)進(jìn)一步全面發(fā)展的“瓶頸”。

要解決城域網(wǎng)面臨的問(wèn)題，下一代城域網(wǎng)必須能有效地處理混合的第1層、第2層和第3層業(yè)務(wù)。在混合業(yè)務(wù)中，每種業(yè)務(wù)的比例是不確定的，而且隨時(shí)間而異，因此基礎傳送網(wǎng)不僅要能在目前有效地支撐第1層業(yè)務(wù)并具有足夠的容量擴展性以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)增長(cháng)的需要，還要能提供第2層和第3層業(yè)務(wù)，并確保向支撐第3層業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò )平滑過(guò)渡。

2 城域網(wǎng)解決方案之一：SDH多業(yè)務(wù)平臺

SDH多業(yè)務(wù)平臺(MSTP)能夠在SDH設施上支持數據業(yè)務(wù)的傳送，終結多種數據協(xié)議，實(shí)施數據透傳或2層交換和本地匯聚。其中點(diǎn)到點(diǎn)透傳方式直接將數據封裝到虛容器中傳送，簡(jiǎn)單，成本低，具有較好的用戶(hù)帶寬保證和安全隔離功能，適合有較高QoS要求的數據租線(xiàn)業(yè)務(wù)，但帶寬利用率較低，網(wǎng)絡(luò )硬件資源消耗較大，不支持端口匯聚等應用，缺乏靈活性，而且需要手工配置每一個(gè)物理通道，耗時(shí)費力。而2層交換和匯聚方式用戶(hù)以多點(diǎn)到單點(diǎn)匯聚方式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )，用戶(hù)數據根據媒體訪(fǎng)問(wèn)控制(MAC)地址完成用戶(hù)側不同以太網(wǎng)端口與網(wǎng)絡(luò )側不同虛容器間的包交換，具有帶寬共享、端口匯聚能力;通過(guò)虛擬局域網(wǎng)(VLAN)方式可以實(shí)現用戶(hù)隔離和速率限制;利用SDH環(huán)或快速生成樹(shù)保護(RSTP)實(shí)現2層保護和環(huán)上的帶寬共享，節省網(wǎng)絡(luò )資源和端口。但由于2層交換有競爭帶寬的特性，難以確保用戶(hù)實(shí)際帶寬，安全性稍差。帶有2層交換和匯聚功能的SDH多業(yè)務(wù)平臺可以明顯減少節點(diǎn)的業(yè)務(wù)端口，降低網(wǎng)絡(luò )成本，減輕3層交換機/路由器負擔，組網(wǎng)靈活，適合于匯聚層和接入層應用，適合安全性要求較低的網(wǎng)絡(luò )瀏覽和視頻點(diǎn)播(VoD)類(lèi)業(yè)務(wù)。當然還可以進(jìn)一步利用集成的路由器功能將數據業(yè)務(wù)在3層上處理，以享受更豐富靈活的數據聯(lián)網(wǎng)功能。

MSTP的出現不僅減少了大量獨立的業(yè)務(wù)節點(diǎn)和傳送節點(diǎn)設備，簡(jiǎn)化了節點(diǎn)結構，降低了設備成本，減少了機架數、機房占地、功耗和架間互連，簡(jiǎn)化了電路指配，加快了業(yè)務(wù)提供速度，改進(jìn)了網(wǎng)絡(luò )擴展性，節省了運營(yíng)維護和培訓成本，還可以支持各種數據業(yè)務(wù)。特別是集成了以太網(wǎng)、幀中繼、ATM乃至IP選路功能后，可以通過(guò)統計復用和超額訂購業(yè)務(wù)來(lái)提高TDM通路的帶寬利用率和減少局端設備的端口數使現有SDH基礎設施最佳化。另外，MSTP可以為任何端口提供1層、2層乃至3層業(yè)務(wù)的任意結合而不管物理接口類(lèi)型是什么。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中數據業(yè)務(wù)份量的加大，MSTP正從簡(jiǎn)單的支持數據業(yè)務(wù)的透傳方式向更加靈活有效支持數據業(yè)務(wù)的新一代系統演進(jìn)和發(fā)展。最新的發(fā)展是支持通用組幀程序(GFP)、鏈路容量調節方案(LCAS)、彈性分組環(huán)(RPR)和自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON)標準。特別是實(shí)現了在協(xié)議層面上的多廠(chǎng)家設備互連互通后，可以避免支路口互連帶來(lái)的網(wǎng)管復雜性和成本開(kāi)銷(xiāo)，有利于MSTP的廣泛應用。

若下一代的MSTP能將GFP、LCAS和RPR幾種標準功能集成在一起，再配合核心智能光網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)選路和指配功能，則不僅能大大增強自身靈活有效支持數據業(yè)務(wù)的能力，而且可以將核心智能光網(wǎng)絡(luò )的智能擴展到網(wǎng)絡(luò )邊緣，增強整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的智能范圍?？偟膩?lái)看，SDH多業(yè)務(wù)平臺最適合作為網(wǎng)絡(luò )邊緣的融合節點(diǎn)來(lái)支持混合型業(yè)務(wù)量特別是以TDM業(yè)務(wù)量為主的混合型業(yè)務(wù)量。不僅適合缺乏網(wǎng)絡(luò )基礎設施的新運營(yíng)者應用于局間乃至大企事業(yè)用戶(hù)駐地，對于已敷設了大量SDH網(wǎng)的運營(yíng)公司，SDH多業(yè)務(wù)平臺也可以更靈活有效地支持分組數據業(yè)務(wù)，增強業(yè)務(wù)拓展能力，降低成本，有助于實(shí)現從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)的過(guò)渡。

這種方案的缺點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò )基于同步工作，抖動(dòng)要求嚴，設備成本較高;難以靈活地生成業(yè)務(wù);用固定時(shí)隙來(lái)支持數據業(yè)務(wù)的帶寬效率較低，目前數據業(yè)務(wù)功能也還不夠靈活豐富;同時(shí)管理多個(gè)面向連接和無(wú)連接網(wǎng)比較困難，管理成本偏高。從長(cháng)遠看，當數據業(yè)務(wù)成為網(wǎng)絡(luò )的絕對主導業(yè)務(wù)類(lèi)型后，這種解決方案不是一種最有效的方法，將會(huì )被更有效的方案所替代。

3 城域網(wǎng)解決方案之二：以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺

以太網(wǎng)技術(shù)源自局域網(wǎng)，十分簡(jiǎn)單，應用多年，為用戶(hù)熟悉，業(yè)務(wù)指配時(shí)間可以減少到幾小時(shí)或幾天;以太網(wǎng)是標準技術(shù)，互換互操作性好，具有廣泛的軟硬件支持，成本低;以太網(wǎng)是與媒體無(wú)關(guān)的承載技術(shù)，可以透明地與銅線(xiàn)對、電纜及各種光纖等不同傳輸媒體接口，避免了重新布線(xiàn)的成本。從結構上看，以太網(wǎng)是一種端到端的解決方案，在網(wǎng)絡(luò )各個(gè)部分統一處理2層交換、流量工程和業(yè)務(wù)配置，省去了其他方案所必不可少的網(wǎng)絡(luò )邊界處的格式變換，減少了網(wǎng)絡(luò )的復雜性;以太網(wǎng)的擴展性很好，容量分為10 Mb/s、100 Mb/s、1 000 Mb/s 3級，在網(wǎng)絡(luò )邊緣，通過(guò)改變流量策略參數即可迅速地按需要以64 Kb/s至1 Mb/s的帶寬顆粒逐步提供所需的帶寬，直至1 Gb/s。目前10 Gb/s以太網(wǎng)系統也已經(jīng)問(wèn)世。從管理上看，由于同樣的系統可以應用在網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)層面上，網(wǎng)絡(luò )管理可以大大簡(jiǎn)化。此外，由于很多用戶(hù)已經(jīng)熟悉了以太網(wǎng)，新業(yè)務(wù)可以拓展得更快。因此，將以太網(wǎng)擴展至城域網(wǎng)可以使業(yè)務(wù)提供商迅速經(jīng)濟地提供用戶(hù)所需的高速數據傳送和應用業(yè)務(wù)。

總的看，以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺最適合IP業(yè)務(wù)量占據絕對主導的網(wǎng)絡(luò )應用場(chǎng)合，也可以在IP業(yè)務(wù)量足夠大的中、小城市作為獨立的IP城域網(wǎng)應用，還可以在IP業(yè)務(wù)量很大的大、中城市作為IP城域網(wǎng)的匯聚和接入層應用。以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺的核心為高端路由器。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中IP業(yè)務(wù)量的日益增加，以太網(wǎng)多業(yè)務(wù)平臺在城域網(wǎng)中的應用將會(huì )越來(lái)越多。

然而也不是沒(méi)有問(wèn)題，首先，歷史上以太網(wǎng)用于局域網(wǎng)時(shí)QoS不是個(gè)問(wèn)題，但當試圖擴展應用到公用電信網(wǎng)時(shí)則需要提供隨用戶(hù)而異的QoS和服務(wù)等級合同(SLA)機制。目前以太網(wǎng)還沒(méi)有機制能保證端到端的抖動(dòng)和延時(shí)性能，無(wú)法提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)所需要的全網(wǎng)范圍的標準QoS指配能力，無(wú)法提供多用戶(hù)共享節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )所必須的計費統計能力。其次，以太網(wǎng)原來(lái)是為局域網(wǎng)企事業(yè)用戶(hù)內部應用設計的，缺乏安全保證機制，當擴展到城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)以后，在大量的終端用戶(hù)由同一個(gè)基礎設施提供服務(wù)時(shí)，需要開(kāi)發(fā)新的安全機制。第三，以太網(wǎng)原來(lái)主要用于小型局域網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，操作、管理、維護和配置(OAMP)能力很弱。而在公用電信網(wǎng)中，必須有效地運行和維護大規模的地理分散的網(wǎng)絡(luò )，需要有很強的OAMP能力、網(wǎng)絡(luò )級的管理能力及商務(wù)贏(yíng)利模式。第四，以太網(wǎng)交換機的光口是以點(diǎn)到點(diǎn)方式直接相連的，省掉了傳輸設備，不具備內置的故障定位和性能監視能力，使以太網(wǎng)中發(fā)生的故障難以診斷和修復，花費很大，特別是對復雜的大網(wǎng)很難診斷和修復。以太網(wǎng)沒(méi)有內置保護功能，主要靠路由器來(lái)實(shí)施保護，需要至少大約1 s的時(shí)間才能使數據流重新定向，使以太網(wǎng)無(wú)法傳送電信級的語(yǔ)音數據流。第五，以太網(wǎng)中光纖線(xiàn)路成本隨網(wǎng)絡(luò )規模的擴大和節點(diǎn)數的增加而迅速增長(cháng)，其網(wǎng)絡(luò )成本對于復雜的大型電信級網(wǎng)絡(luò )是否合算是個(gè)未知數。最后，盡管以太網(wǎng)作為局域網(wǎng)應用是一項久經(jīng)考驗的技術(shù)，但是否能提供大型電信級公用網(wǎng)所必須的硬件和軟件可靠性需要實(shí)踐和時(shí)間的驗證。只有妥善地解決了上述問(wèn)題，以太網(wǎng)才能作為真正的多業(yè)務(wù)平臺應用于大型公用電信網(wǎng)環(huán)境，提供電信級的業(yè)務(wù)。

4 城域網(wǎng)解決方案之三：彈性分組環(huán)多業(yè)務(wù)平臺

為了將以太網(wǎng)擴展到電信級的核心網(wǎng)，需要解決以太網(wǎng)固有的一系列問(wèn)題，RPR就是解決方案之一。這是一種基于以太網(wǎng)或SDH的分組交換機制，屬于中間層增強技術(shù)，采用一種新的MAC層和共享接入方式，將IP包通過(guò)新的MAC層送入1層數據幀內或裸光纖上，無(wú)須進(jìn)行包的拆分重組，提高了交換處理能力，改進(jìn)了性能和靈活性。RPR既可以工作在1層的SDH和千兆以太網(wǎng)上，也可以直接工作在裸光纖上作為路由器的線(xiàn)路接口板。早期的獨立RPR設備架構在以太網(wǎng)上，目前的趨勢是架構在SDH上，成為新一代MSTP的內嵌功能，從而可以充分利用兩者的優(yōu)勢。

RPR簡(jiǎn)化了數據包處理過(guò)程，不必像以太網(wǎng)那樣讓業(yè)務(wù)流在網(wǎng)絡(luò )中的每一個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行IP包的拆分重組，實(shí)施排隊、整形和處理，而可以將非落地IP包直接前轉，明顯提高了交換處理能力，較適合分組業(yè)務(wù);RPR又能確保電路交換業(yè)務(wù)和專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(能做到50 ms的保護倒換時(shí)間);RPR具有自動(dòng)拓撲發(fā)現能力，可以自動(dòng)識別任何2層拓撲變化，增強了自愈能力，支持即插即用，避免了人工配置帶來(lái)的耗時(shí)費力易出錯的毛病;RPR可以有效支持兩纖雙向環(huán)拓撲結構，可以在環(huán)的兩個(gè)方向上動(dòng)態(tài)地統計復用各種業(yè)務(wù)，同時(shí)還能按每個(gè)用戶(hù)每種業(yè)務(wù)為基礎保留帶寬和服務(wù)質(zhì)量，從而最大限度地利用光纖的帶寬，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )配置和運行，加快業(yè)務(wù)部署;RPR還具有較好的帶寬公平機制和擁塞控制機制。

彈性分組環(huán)的最大特點(diǎn)是采用了一個(gè)嵌入控制層，從而可以提供很多新的功能。從成本上看，RPR成本介于SDH和千兆以太網(wǎng)技術(shù)之間，數據接口越多，其成本越接近千兆以太網(wǎng)，反之則趨近SDH?？偟目?，該技術(shù)最適合數據業(yè)務(wù)量占主導，而TDM業(yè)務(wù)量也需要可靠有效支持的應用場(chǎng)合。

鑒于RPR具有很好的匯聚特性和優(yōu)化的數據接入能力，因此最適合于城域網(wǎng)的接入層應用，特別是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬需求占絕對優(yōu)勢的場(chǎng)合。

然而，RPR需要新增一個(gè)MAC層，系統成本將增加。由于RPR沒(méi)有跨環(huán)標準，單個(gè)環(huán)的RPR信息無(wú)法跨環(huán)傳遞，獨立組大網(wǎng)的能力較弱，無(wú)法實(shí)現相切環(huán)、相交環(huán)、環(huán)帶鏈等復雜的網(wǎng)路拓撲，不能提供端到端業(yè)務(wù)，但利用與MPLS相結合的方法可以使跨環(huán)業(yè)務(wù)流配置成同一個(gè)MPLS標記交換通道，從而實(shí)現多個(gè)RPR環(huán)業(yè)務(wù)的互通。RPR使用共享接入方法，擴展性受限。

5 城域網(wǎng)解決方案之四：WDM多業(yè)務(wù)平臺

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)展和業(yè)務(wù)的發(fā)展，WDM技術(shù)正從長(cháng)途傳輸領(lǐng)域向城域網(wǎng)領(lǐng)域擴展。當然，這種擴展不是直接的，需要對城域網(wǎng)的特定環(huán)境進(jìn)行改造，其主要特點(diǎn)和要求可以歸納如下：首先，采用WDM后，容量有了大幅度的增加，可以擴大數十至數百倍，而且可以提供某種形式的WDM環(huán)保護。其次，應用WDM后容許網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)者提供透明的以波長(cháng)為基礎的業(yè)務(wù)。用戶(hù)可以靈活地傳送任何協(xié)議和格式的信號而不受限于SDH格式。特別是對于應用在城域網(wǎng)邊緣的系統，直接與用戶(hù)接口需要能靈活快速地支持各種速率和信號格式的業(yè)務(wù)，因而要求其光接口可以自動(dòng)接收和適應從10 Mb/s到2.5 Gb/s范圍的所有信號，包括SDH、ATM、IP、千兆比以太網(wǎng)和光纖通路等。而對于應用在城域網(wǎng)核心的系統，將來(lái)可能還會(huì )要求支持10 Gb/s乃至40 Gb/s的SDH信號和以太網(wǎng)信號。最后，城域WDM系統還應具備波長(cháng)可擴展性，新的波長(cháng)應能隨時(shí)加上而不會(huì )影響原有工作波長(cháng)，這樣，系統可以通過(guò)簡(jiǎn)單地增加波長(cháng)的方式迅速提供新的業(yè)務(wù)，極大地增強了網(wǎng)絡(luò )擴展性和市場(chǎng)競爭能力。

然而，目前WDM多業(yè)務(wù)平臺的成本仍然較高，特別是傳輸距離較長(cháng)時(shí)需要光纖放大器，因此需要開(kāi)發(fā)低成本光纖放大器。由于當前在網(wǎng)絡(luò )邊緣需要整個(gè)波長(cháng)帶寬的用戶(hù)和應用畢竟很少，因此WDM多業(yè)務(wù)平臺主要適用于核心層，特別適用于擴容需求較大、距離較長(cháng)的應用場(chǎng)合。為此進(jìn)一步開(kāi)發(fā)允許不同業(yè)務(wù)量和不同協(xié)議共享同一波長(cháng)的子速率復用技術(shù)，改進(jìn)容量利用效率是WDM向網(wǎng)絡(luò )邊緣擴展的必要手段。

為了降低城域WDM多業(yè)務(wù)平臺的成本，出現了粗波分復用(CWDM)的概念。系統的典型波長(cháng)組合有3種，即4、8和16個(gè)，分別覆蓋1 510～1 570 nm、1 470～1 610 nm、1 310～1 610 nm范圍，波長(cháng)通路間隔達20 nm之寬，濾波器通帶寬度約13 nm，允許波長(cháng)漂移±6.5 nm，大大降低了對激光器的要求。傳統DWDM系統用激光器的波長(cháng)精度要求至少有0.1 nm，而CWDM系統用激光器的波長(cháng)精度要求可以放松到2～3 nm，甚至可以在制造DVD光驅用激光器的生產(chǎn)線(xiàn)上制造出來(lái)，因此成本可大大降低。此外，由于CWDM系統對激光器的波長(cháng)精度要求很低，無(wú)須制冷器和波長(cháng)鎖定器，不僅功耗低、尺寸小，而且其封裝可以用簡(jiǎn)單的同軸結構，比傳統碟型封裝成本低(激光器模塊的總成本可以減少2/3)。從濾波器角度看，典型的100 GHz間隔的介質(zhì)薄膜濾波器需要150層鍍膜，而20 nm間隔的CWDM濾波器只需要50層鍍膜即可，其成品率和成本都可以獲得有效改進(jìn)，預計成本至少可以降低1/2。

簡(jiǎn)言之，CWDM系統無(wú)論是對激光器輸出功率要求，還是對溫度的敏感度要求，對色散容忍度的要求以及對封裝的要求都遠低于DWDM激光器，再加上濾波器要求的降低，成本有望大幅度下降。特別由于8波長(cháng)CWDM系統的光譜安排避開(kāi)了1 385 nm附近的吸收峰，可以適用于任意一類(lèi)光纖，將會(huì )首先獲得應用。

從業(yè)務(wù)應用上看，CWDM收發(fā)器已經(jīng)應用于吉比特接口轉換器和小型可插拔器件，可以直接插入到吉比特以太網(wǎng)交換機和光纖通路交換機中，并允許用戶(hù)選擇波長(cháng)。其體積、功耗和成本均遠小于對應的DWDM器件。目前100 GHz間隔的吉比特接口轉換器已經(jīng)問(wèn)世，50 GHz間隔的吉比特接口轉換器也將很快問(wèn)世。這樣，用戶(hù)可以首先應用CMDM系統應付業(yè)務(wù)需求，在業(yè)務(wù)量發(fā)展需要更多波長(cháng)時(shí)，直接用DWDM代替CMDM收發(fā)器，其他部分不動(dòng)，即可平滑升級到數百個(gè)波長(cháng)通路系統。

總的看，對于光纖資源短缺的城域網(wǎng)或者大型城域網(wǎng)的核心層乃至未來(lái)的匯聚和接入層面，城域WDM多業(yè)務(wù)平臺都將是一種有長(cháng)期技術(shù)壽命的通用解決方案。CWDM多業(yè)務(wù)平臺則最適合城域匯聚和接入網(wǎng)部分。