1 目錄 1、概述 3 2、中國移動城域傳輸網 IP 化趨勢 7 3、城域傳輸網 IP 化承載技術簡介 9 3.1 IP OVER FIBER . 10 3.2 IP OVER SDH（ MSTP） . 10 3.3 IP OVER WDM . 11 3.4 EPON/GPON. 13 3.5 分組化業(yè)務傳送技術 . 15 3.5.1 電信級以太網（ CE）技術 . 15 3.5.2 分組傳送網（ PTN）技術 . 17 3.6 幾種承載技術的比較與小結 . 18 4、分組化傳送技術 20 4.1 IP 承載網技術發(fā)展概況 . 20 4.1.1 IP 技術的起源及發(fā)展 . 20 4.1.2 電信級 IP 承載網保證措施 . 21 4.2 電信級以太網（ CE） . 24 4.2.1 電信級以太網 的應用 . 24 4.2.2 烽火 CE設備 . 25 4.3 PTN 的技術特征及關鍵技術 . 26 4.3.1 PTN 的技術特征 . 26 4.3.2 PTN 的關鍵技術 . 28 4.4 阿爾卡特朗訊 PTN 系列產品簡介 . 34 4.4.11850TSS 系列的總體特征 . 34 4.4.21850TSS 系列設備 . 35 4.5 華為 PTN 系列產品簡介 . 36 4.6 小結 . 36 5、城域傳輸網接入 IP 化的演進策略 38 5.1 城域傳輸網發(fā)展指導思想 . 38 5.2 城域傳輸網現狀和發(fā)展趨勢 . 38 5.2.1 網絡現狀及面臨的挑戰(zhàn) . 38 5.2.2 發(fā)展趨勢和技術引進 . 39 2 5.3 城域傳輸網接入 IP 化的演進策略 . 41 5.3.1 PTN 技術的適用場景和組網方案 . 42 5.3.2 PON 技術的適用場景和組網方案 . 45 5.3.3 城域傳輸網技術發(fā)展的思考 . 47 5.4 幾種承載技術在城域傳輸網中的應用分析 . 47 5.5 城域傳輸網 IP 化演進過程中 的幾個關注點 . 52 6、軟課題研究的成果 53 3 1、 概述 由于自身在網絡拓撲結構上特殊的承上啟下地位，城域網 已成為各 運營商 進行各類技術大比拼、 實施戰(zhàn)略轉型的一顆重要棋子， 也 是運營商近年來網絡建設的重中之重 ，將會在整個網絡轉型的戰(zhàn)略調整中起到 “ 謀篇布局 ” 的作用， 其中城域傳輸網技術的發(fā)展和應用尤為突出 。 城域傳輸網是指 覆蓋城市及其郊區(qū)范圍，以多業(yè)務光傳送網絡為基礎、以多種接入技術為輔，為多種業(yè)務和通信協議提供多業(yè)務傳送的綜合網絡平臺。 城域 傳送 網 還 承擔著集團用戶、商用大樓、智能小區(qū)的業(yè)務接入和 專線 任務，具有覆蓋面廣、投資量大、接入技術多樣 化 和接入方式靈活的特點。 經過多年的規(guī)劃建設，以 MSTP、 WDM 為代表的城域網傳送技術較好的滿足了移動運營商的戰(zhàn)略發(fā)展需求，良好地解決了 大量 TDM 業(yè)務和少量的 ATM 和數據 以太網業(yè)務。 但是 ，隨著業(yè)務模式的變化、新技術的大量涌現 以及 3G 時代的日趨臨近， 現有傳送網面臨著新的機遇和挑戰(zhàn) （如圖 1） 。 圖 1 移動運營商面臨的挑戰(zhàn) 由于 傳統通信網絡 往往需要 為各種業(yè)務建設專用的承載平臺， 使得 業(yè)務資源難以融合、共享，運營商 必須 同時維護多個承載平臺，造成建網成本和維護力量的雙重浪費 ，而 IP 化 承載 網絡的出現首先適應了網絡融合的需要。 目前，移動 網絡 ALL IP 化已經成為 業(yè)界的共識。 首先，從業(yè)務層面來看， 業(yè)務需求和市場需求共同決定了現代通訊網絡的發(fā)展方向，而 新業(yè)務則是推動網絡發(fā)展的源動力。 伴隨移動語音業(yè)務市場的持續(xù)增長， VoIP 和終端 IP 化對 IPv6 帶來強烈速求， 2007年底全球移動用戶已超過 30 億； 以 IP 技術 為基礎的數據業(yè)務正在快速發(fā)展， 移動應用層業(yè)務層出不窮，企業(yè)移動商務、移動郵件、移動 IM、遠程教育、可視電話等 業(yè)務正圍繞 IP 技術進行融合， NGN 和 3G 業(yè)務網絡以及逐漸興起的 IPTV 業(yè)務需要充分依賴IP 網絡技術，因此 多業(yè)務承載平臺是 IP 網絡發(fā)展的趨勢 。另外，以 MPLS 技術為基礎 4 的 VPN 企業(yè)互聯業(yè)務市場需求強勁，高質量要求的 IDC（互聯網數據中心） 業(yè)務也是未來新的業(yè)務增長點。 技術的推動 寬帶移動化，移動寬帶化 ： WiMAX 的提出和推進， E3G 的標準化的啟動和加速，使得無線移動通信領域呈現明顯的寬帶化和移動化發(fā)展趨 勢，即寬帶 無線接入向著增加移動性方向發(fā)展，而移動通信則向著寬帶化方向發(fā)展 。 核心網 接入網 終端： 目前， 為解決大顆粒業(yè)務的傳輸需求，諸多運營商已開始了城域 核心層 IP over WDM 承載網的建設 ，城域波分承載網 的 IP 化 不僅為 IP 網 /以太網提供強大的帶寬支撐 ， 給予網絡融合各種業(yè)務應用和用戶體驗的能力 ，而且在靈活性、安全性和資源利用率方面都有很大的優(yōu)勢 ；與此同時， 接入層 基站 IP 化進程的 深入 ，使得接入層的 IP 化勢在必行， 接入網 的 IP 化意在承接多樣化 的 用戶和質量需求，為多種業(yè)務提供更高的帶寬，全面降低成本 ；而作 為 IP 融合的重要一環(huán)終端設備的 IP 化盡管進展略顯緩慢，但隨著 3G 格局的逐漸明朗， IP 化的終端設備 終將成為終端設備 的主流 。 IPv4 -IPv4/IPv6 共存 -IPv6： 在網絡協議方面，無線 數據業(yè)務的迅速發(fā)展和快速增長 ， 對 IP 地址 、網絡可靠性、安全性等方面提出了更高的要求， 針對 IPv4 存在的問題，IPv6 在 標準中采用了一系列措施，為 IP 網的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎 ， IPv6 在地址資源、移動 IP、 IP 網的服務質量 (QoS)問題、 IP 網中的安全問題等方面有較大突破 ，為移動 IP 業(yè)務提供了強有力的支持和保證。 標準牽引 ITU-T、 IEEE、 TISPAN 和 ETSI 等各大標注組織，包括 兩大主流移動標準組織 3GPP 和 3GPP2 積極推動并牽引網絡的各個層面向 IP 化演進，最終實現從核心網，無線接入網到終端的全網 IP 化 。目前 3GPP 和 3GPP2 已經 分別制定了各自向 IP 演進的步驟，為 ALL IP 奠定了堅實的基礎。 例如 3GPP 推動 WCDMA 從 GSM 到 WCDMA R99，再到 R4 和 R5，最終過渡到全 IP 承載 IMS 網絡； 3GPP2 推動 CDMA 網絡從 IS-95 體制向CDMA2000 系列演進，歷經 Phase0/1/2/3 四個 階段，最終實現基于 IMS 的 CDMA2000 ALL-IP 網絡。 移動網絡 IP 化的 顯著優(yōu)勢 移動網絡 IP 化的優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面： 1) 基于 IP 的豐富多彩的業(yè)務、開放性架構帶來更多的全新的商業(yè)機會； 2) 基于 IP 的控制和 O&M 簡化控制和管理， 減少了網絡層次， 降低運維成本 ； 3) 基于 IP 的高帶寬無線接入能力、基于 IP 的承載，有利于更靈活、更方便的擴容，節(jié)省 CAPEX&OPEX； 4) 基于 IP 的融合智能終端，支持更豐富的多媒體應用，帶來更好的用戶體驗 。 全球 TOP 運營商網絡 IP 化動態(tài) 5 目前， 世界各大 電信運營商都在積極轉型， 絕大多數的電信運營商都已經制訂并實施了網絡升級換代計劃， 歐洲的 VODAFONE、 T-Mobile、 Orange， 日本 NTT DoCoMo、美國 Verizon、 韓國 SK 電訊 等數家全球主流移動運營商部署了 HSDPA 服務，在向 LTE 過渡時完成移動網絡 IP 化也成為他們的必然選擇。 VODAFONE VODAFONE 是英國領先的移動運營商，擁有 1 億 8 千萬的用戶，僅 3G 用戶就有 1千萬。 VODAFONE 于 2006 年 10 月開始建設 基于 IP/MPLS 的骨干網絡，用以承載語音及多媒體、寬帶數據（ GPRS 及 UMTS）、 計費等業(yè)務。目前，所有的 3G流量都在這張 IP 網絡上承載，這使得 VODEFONE 在向全 IP 網絡轉型過程中達到了一個新的里程碑。 NTT 為了實現網絡升級計劃， NTT 也 提出了全 IP 化的戰(zhàn)略構想 ， 計劃在 2010 年為 3000萬家庭提供下一代網絡服務 ： 基于 IP 網絡，實現無縫的固定移動融合業(yè)務； 開放業(yè)務接口，讓各種類型的業(yè)務提供商在統一的網絡上提供多種業(yè)務； 兼容實現業(yè)務融合所需的各種 技術 ， 開放的業(yè)務連通功 能，如業(yè)務捆綁等； 實現 IP 多播功能，提供大范圍的視頻分發(fā)業(yè)務 ， 為語音和視 頻業(yè)務提供端到端的質量控制功能 ； 保障網絡安全，能夠阻止無授權的非法接入 。 法國 Orange 計劃在 2008 年實現全部語音業(yè)務的 IP 承載，將傳統交換替換為軟交換； 另外， 截至 2006 年底， 德國 T-Mobile 已完成基于 IP 承載語音的軟交換替換現有的 2G 和 3G 核心網，采用統一的以太網傳送平臺，提供 VoIP 和 IPTV 業(yè)務。 圖 2 移動網絡 IP 化歷程 6 統觀國外領先運營商的下一代網絡發(fā)展策略，其 共同之處就是建設 IP 化的下一代網絡 ，以統一的網絡提供多種類型的 業(yè)務， 兼容各種終端 ， 實現有線和無線之間以及語音、數據和視頻業(yè)務之間的真正融合 。 圖 2 所示為移動 IP 化的發(fā)展歷程。 本課題 就是在移動通信網絡向著 ALL IP 化 演進 的新形勢下，從城域傳輸網 接入 IP化的角度，分析城域傳輸網 建設的策略，明確近期城域傳輸網的建設思路；重點研究不同階段、不同場景下城域傳輸網接入 IP 化的組網策略及演進模式，探討新技術條件下的組網方案，實現網絡的平滑升級，為移動城域網的建設提供有價值的參考模型。 7 2、中國移動城域傳輸網 IP 化趨勢 互聯網絡開放性導致運營商對產業(yè)價 值鏈的控制力降低， Skype 等新語音技術對傳統語音業(yè)務沖擊逐漸增強，以及互聯網絡模式導致單位帶寬的價值愈來愈低。 在網絡多業(yè)務融合和高帶寬、低成本需求等因素的驅動下，移動通信網絡向全 IP 網絡演進已經成為業(yè)界共識。 從 “移動通信專家”到“移動信息專家”，反映出了中國移動的轉型目標， 移動網絡 IP 化成為整體戰(zhàn)略轉型的必由之路。 在建設了一張全球最大規(guī)模的基于 IP 承載網的軟交換匯接網絡之后，中國移動于近期提出了移動網絡全 IP 化的戰(zhàn)略，準備將世界上最大的移動網絡轉換成全 IP 網絡 ，為“移動信息專家”的構想奠定堅實的 基礎 。 中國移動實施 IP 網絡轉型的動力來源于一系列因素的驅動： 其一，中國移動作為目前全球上用戶和網絡規(guī)模第一大的 移動 運營商，其業(yè)務仍在持續(xù)增長之中，網絡建設壓力不斷增大； 其二，產業(yè)融合成為發(fā)展趨勢，技術和管理融合也在興起； 其三，技術演進帶來投資方向、投資結構的變化； 最后，在資本市場上，中國移動投資收入比與業(yè)界先進水平尚有差距，把握住下一代網絡發(fā)展的先機， 進一步降低投資收入比， 將有利于中國移動 在移動市場保持領先的主導地位 。 作為全球最大的移動網絡運營商，中國移動在這方面走在了業(yè)界最前列。 2004 年底，中國移動攜手華為建設了全球最大規(guī)模的基于 IP 承載網的軟交換匯接網絡，近期又提出了 GSM 無線接入網 IP 化的戰(zhàn)略。據 統計 ，目前中國移動已經有超過一半的話務量采用 IP 網絡承載，基于 IP 的移動軟交換已經發(fā)展成熟。 為了保證整個移動網絡 IP 化的順利進程，從而提升網絡的服務能力，優(yōu)化整網架構，奠定未來向 3G、 IMS 平滑演進的基礎。在始于核心網 IP 化、走向 ALL IP 的道路上，中國移動計劃采取 “三步走 ”戰(zhàn)略。 第一步，引入控制和承載分離的軟交換架構，長途網實現 IP 承載。 第二步，實現承載 IP 化。具體來說，就是通 過在端局和關口局實施軟交換改造，實現語音承載 IP 化，實現 IP 承載向下延伸，進行大本地網的網絡架構演進。 第三步，邁向 ALL IP，實現業(yè)務、控制 IP 化， IP over WDM 以及無線網絡 IP 化 在此過程中，應該注意以下三個問題： 1) 這個網絡一定是可運營、可管理、可控制的網絡，考慮這一點就必須考慮靈活性和穩(wěn)定性； 2) 要保證 IP 化網絡的 QoS?；ヂ摼W發(fā) 展最大的問題之一就是安全性，所以也要考慮安全性和系統資源的問題 ； 3) 最后，要平衡考慮可靠性和技術成本。 8 圖 3 移動網絡 ALL IP 化演進步驟 城域網是高 度競爭和開放的網絡環(huán)境，受到用戶需求和業(yè)務應用的直接驅動，其基本特征是業(yè)務類型多樣化，業(yè)務流向流量的不確定性。各種不同背景的技術在此碰撞交融，所以 城域網在 移動網絡中所處的位置決定了其在 ALL IP 化 的 過程中 將受到最直接的沖 擊。 秉承 “業(yè)務發(fā)展，傳輸先行 ”的原則，本地 傳輸網的規(guī)劃成為各大運營商傳輸網絡建設項目中非常重要的內容之一。 目前 中國移動正處在網絡轉型的關鍵時期， 面對 IP 業(yè)務、寬帶業(yè)務發(fā)展的新形勢以及日益成熟的新技術 ，城域傳輸網 如何 合理地 實現平滑 過渡是運營商制定發(fā)展規(guī)劃必須應對的問題，因此 有必要對 相關技 術以及 城域網 IP 化的演進 策略 進行詳細的研究和論證。 本項軟可課題側重于討論在接入 IP 化的趨勢下， 針對浙江移動城域網現狀，結合新技術 ， 如 電信級以太網（ CE）、 分組傳送 網（ PTN）、無源光網絡（ PON） 等 ，研究浙江移動 城域 傳輸網的演進策略 ， 為傳輸網 的建設 提供切實可行的、具有指導意義的組網方案 。 9 3、 城域傳輸網 IP 化 承載 技術簡介 近年來，傳統話音業(yè)務的年增長率只有 5%-10%，而以 Internet 為代表的數據業(yè)務的年增長率達到 20%-30%。數據通信業(yè)務量持續(xù)高速增長最直接的動力來自 Internet 業(yè)務量的持 續(xù)指數級增長。網絡通信業(yè)務量的井噴式增長，掀起網絡和業(yè)務融合的浪潮，在其融合過程中， IP 將扮演十分重要的角色，隨著 IP 業(yè)務量的日益膨脹， IP 需要更高的帶寬、更有效的新傳輸技術來支持其發(fā)展。 因此， 世界 各大運營商 都把 建設具有多業(yè)務承載能力的 IP 承載網 作為 下一代網絡建設的重點， 加速發(fā)展，以爭取在未來激烈的競爭中占據優(yōu)勢。 中國移動在率先 完成全國骨干 IP 承載網的基礎上，將 建設重點逐步轉向 城域 IP 承載網。 IP 化業(yè)務的特征及其對承載網的要求 主要有 以下幾個方面： 1) 語音業(yè)務：主要包括 NGN 和 3G 語音，業(yè)務對時延、抖動非 常敏感，對網絡帶寬要求不高，但需要可預計的時延和丟包率。 2) 交互式視頻：主要有 可視電話、 視頻會議、 IPTV、 3D網游 等應用，業(yè)務對時延、抖動非常敏感，對網絡帶寬要求高，也需要可預計的時延和丟包率。 3) 數據業(yè)務：主要包括大客戶互聯網業(yè)務、 IDC、 3G 數據，時延、丟包、抖動與企業(yè)應用有關，帶寬需求隨業(yè)務量變化較大，一般都要求可靠傳送。 4) 企業(yè)互連：即 VPN 業(yè)務，通常企業(yè)有語音、視頻、企業(yè)關鍵業(yè)務系統等多業(yè)務同時運行的要求，因此通常有兼具以上業(yè)務的需求。 從總體上來看，這些業(yè)務突發(fā)性強，業(yè)務調度靈活， 對 可靠性、安全 性要求高，在通過 IP 網絡進行融合承載時，客觀上需要部署與之相適應的承載技術，才能保證業(yè)務的正常運營。 IP 業(yè)務的承載技術大致經歷了如圖 4 所示的演進歷程，下文將逐一進行介紹。 圖 4 IP 承載技術的發(fā)展歷程 10 3.1 IP over Fiber IP over Fiber 即采用光纖資源直連將 IP 網絡業(yè)務節(jié)點 路由器 /交換機連接組網。通常利用路由器 /交換機提供的各種 IP 業(yè)務接口： FE/GE/10GE/POS 等直接映射在光纖上，實現 IP 業(yè)務的傳輸連接。 采用光纖直連的方式，雖然實現方式較為簡單，但隨著 IP 業(yè)務數 量的不斷增加，其本身存在的 問題 限制了其進一步的廣泛應用 ： 1) 需耗費大量的光纖資源，光纖利用率低； 2) 網絡拓撲連接復雜化導致的光纖網鋪設雜亂；存在 “黑光纖 ”隱患，即無法監(jiān)控、定位、管理光纖出現的問題故障 ； 3) 路由收斂時間完全依賴核心路由器恢復，甚至達到了幾百 ms，難以滿足 50ms以內的要求， IP 網無法提供電信級保護； 4) 缺少有效的資源與 QoS 的映射關系 ， 無法規(guī)劃網絡 QoS，端到端的 QoS 使業(yè)務（ VoIP、 VOD、 VPN 等）難以開展； IP over Fiber 的承載技術中， 由于傳統的數據業(yè)務網絡是通過路由器之間光纖直 連的方式進行組網建設的，這樣，隨著 IP 業(yè)務數量的不斷增加，需要的光纖數量就與路由器端口數量成正比例增長，這就造成了網絡光纖資源大量消耗，并且導致網絡拓撲連接復雜化，給建設和維護帶來很大麻煩。除此之外，隨著數據業(yè)務網絡應用規(guī)模的不斷擴大，大量的數據設備端口長距傳輸需求也會導致建設成本的大幅上升。 正是由于光纖直連方式存在上述缺陷，故 IP over Fiber 被認為是解決 IP 業(yè)務承載的初級方案，但不是最合適、有效的 IP 業(yè)務承載的終極技術。 3.2 IP over SDH（ MSTP） 在 SDH 系統中增加 IP 功能模 塊，通過類 HDLC 的 PPP、 LAPS、 GFP 等協議將 IP業(yè)務包封裝進 SDH 的 VC12、 VC3、 VC4 等容器中， 利用 SDH 網絡 做 為 IP 業(yè)務的承載平臺 ， 實現在 SDH 平臺上傳輸 IP 業(yè)務， 此方式 即為 城域傳送網中解決多業(yè)務傳輸最有生命力 的 MSTP（多業(yè)務承載平臺）技術。 運營商大力 建設的 SDH 傳輸網絡 ， 是在主干網上實施 MSTP 技術必要的物理基礎。SDH 標準本身具有很好的兼容性 、較低的協議開銷和較高的帶寬利用率， 不同體系 、 不同速率的信號都可以在 SDH 信道上復用和解復用 ， 并且在 SDH 傳輸平臺上方便地實現全球性網絡互連 ， 緩 解城域網資源緊張的壓力， 同時 SDH 技術 利用其 完善的 OAM（操作、管理、維護）功能，克服了 “ 黑光纖 ” 的問題。 SDH 技術固有的 50ms 電信級網絡保護能力， 則 為 IP 網絡的安全 行、 可靠 性提供了有力保障 ， 充分展示 了 MSTP 技術的優(yōu)越性。 MSTP 技術可以對現有的多種成熟的網絡協議 (如 IP、 IPX 等 )進行封裝 ， 支持多 業(yè)務 傳送 ，可以同時 兼顧 TDM 業(yè)務與 IP 業(yè)務的承載需求 。 在實現 SDH 網絡透明傳輸 IP業(yè)務的基礎上，通過在 IP 功能模塊上開發(fā)二層交換功能，引入數據網絡層的 MPLS、 11 STP 等協議，便可在 SDH 網絡上實現 IP 業(yè)務的 二層網絡交換功能，從而提高了 SDH網絡中 IP 業(yè)務調度的靈活性。 此外， 在目前多媒體網絡尚不能夠有效支持大量用戶同時使用交互式多媒體業(yè)務的時候， MSTP 技術充分利用 IP 廣播的優(yōu)點 ， 合理利用網絡帶寬 ， 因而具有相當大的競爭優(yōu)勢。 MSTP 技術 的優(yōu)勢 主要體現在一下幾個方面 ： 1) 可以有效 保護現有投資，業(yè)務開展迅速；新建網絡可以兼顧語音接入，成本較低； 2) 支持多業(yè)務 傳送 ， 且 多種業(yè)務統一網管，便于運營管理，實現端到端的業(yè)務模式； 3) 安全可靠，實時傳送，專線業(yè)務模式下性能好 ； 4) 技術和設備成熟，應用非常廣泛。 雖然 MSTP 作為 IP 業(yè) 務的承載平臺相對采用光纖直連方式有許多明顯的優(yōu)勢，但其也存在一定的缺陷： 1) SDH 環(huán)網過長，和上層 IP 網的網狀需求差異大； 2) 網絡帶寬資源利用率低 ，難以滿足業(yè)務需求動態(tài)化和差異化的傳送需求。這主要是因為 SDH 網絡為固定帶寬分配網絡，而 IP 業(yè)務具有突然性 強、流量變化大的特點， 所以在網絡設 計規(guī)劃中需按照 IP 業(yè)務 的峰值 帶寬需求在 SDH 網絡預留的固定帶寬，由此造成 網絡帶寬利用率較低 ； 3) 主要基于 SDH VC 的調度和交換， 大帶寬的提供能力 較小， 難以滿足業(yè)務 IP 化 、高帶寬、 大顆?；陌l(fā)展需求，比較 適合 小顆粒 IP 業(yè)務（ FE）的 承載 。 MSTP 技術統計復用能力較弱的特點決定了其 提供 大帶寬 的 成本較高，尤其是 隨著GE 業(yè)務 的大量出現 ，若采用 MSTP 作為 IP 業(yè)務的承載平臺，其所能提供的傳輸帶寬資源 已經顯現出力不從心的局面，但在 基站 IP 化 初期， 考慮到 業(yè)務 IP 化程度不高， 仍然以語音業(yè)務為主，對統計復用要求實際并 不高， MSTP 的弱點并不明顯。因此在新一代分組傳送設備商用 之前，城域傳輸網匯聚、接入層可以繼續(xù)采用 MSTP 技術 實現對 TDM業(yè)務和少量 IP 業(yè)務的 承載 。 3.3 IP over WDM IP over Fiber， IP over SDH 等技術的陸續(xù)應用，在一定時期階段內 緩解了 IP 業(yè)務承載需求，但由于其自身存在的問題， 限制了二者在承載 IP 數據業(yè)務方面的能力。 例如：采用 路由器之間光纖直連的方式進行 IP 承載網的 建設 會 隨著 IP 業(yè)務數量的不斷增加， 引起組網所需 的光纖數量就與路由器端口數量成正比 增長，這就造成了網絡光纖資源大量消耗，并且導致網絡拓撲連接復雜化，給建設和維護帶來很大麻煩。除此之外，隨著數據業(yè)務網絡應用規(guī)模的不斷擴大，大量的數據設備端口長距傳輸需求也會導致建設成本的大幅上升。因此， 作為電信級 IP 業(yè)務的承載網 在以下幾個方面需要重新進行定位 ： 12 1) 在網絡容量方面，網絡業(yè)務寬帶化，對容量的需求較高； 2) 在 接口需求方面，網絡的業(yè)務顆粒逐漸增大，向 GE、 2.5G 、 10GPOS 發(fā)展； 3) 由于網絡與數據網配合，對業(yè)務調度能力的要求趨弱；同時，網絡結構扁平化，對組網能力的要求降低。 與此需求相對應， WDM 傳輸技術與其他傳輸技術相比 ，在帶寬容量、 承載效率、傳輸距離 方面 更具 優(yōu)勢， 因此 IP over WDM 技術應運而生。 采用 IP over WDM 技術， 采用 SDH 幀或者 GE/10GE 幀結構，將 IP 業(yè)務 直接 映射進 WDM 網絡進行 傳輸和交換， 減少 了 網絡各層間的中間冗余部 分， 也 減少 了 SDH、ATM 和 IP 等各層間的功能重疊 以及 設備操作、維護和管理費用。同時，由于省去了ATM 層和 SDH 層，所以傳輸效率高，額外開銷低，簡化了網管，并可與 IP 的不對稱業(yè)務量特性相匹配，充分利用帶寬，大大節(jié)省網絡運營商的成本 ，從而間接地降低了用戶獲得多媒體通信業(yè)務的費用 。 顯然，這是一種直接、簡單、 經濟的 IP 網絡體系結構，非常適用于 城域網的核心 層和 骨干 層 。 IP over WDM 優(yōu)勢 主要有 ： 1) 超大的系統傳輸容量： 通過波道復用技術， 現網中常用的 WDM 系統已能提供1.6T 的系統容量，支持 40/80/160 波 的波道復用，超大的系統傳輸容量非常適合現日益增長的 IP 業(yè)務傳輸的帶寬需求 ，更大大節(jié)省了光纖資源 ； 2) 靈活的組網方式： WDM 系統可靈活的組建成鏈形、環(huán)形等網絡結構 ， 便于網絡的規(guī)劃和后期的工程維護操作 ； 3) 靈活的業(yè)務調度能力： WDM 系統中 OTM、 OADM 站型的應用，可依據 IP 業(yè)務網絡的需求，實現波長級的 IP 業(yè)務調度。同時，隨著 ROADM 節(jié)點設備逐步運用，在大大增強 WDM 系統中的業(yè)務調度的靈活性的同時，也會提高 WDM系統對新業(yè)務需求反應速度 ； 4) 超長的傳輸距離： WDM 系統自身具備超長距離傳輸能力，能夠有效減少長距離數據 設備的成本建設要求?，F在成功商用的超長傳輸 WDM 系統（ ULH），已實現 1000KM 以上無電中繼的傳輸。 5) 豐富的業(yè)務接口： WDM 系統能支持的 2.5G POS、 10G POS、 10G WAN、 10G LAN的接口，豐富的接口類型，能滿足各種 IP 業(yè)務接口類型的傳輸需求。 6) 完善的保護 恢復 能力： WDM 系統已能提供的完善的保護功能：光線路復用段保護、光通道的 1 1 和 1： N 保護、光線路保護， 1： N 的 OTU 保護等。通過WDM 系統完善的保護功能，大大增強了 IP 業(yè)務網絡的安全可靠性。 IP over WDM 存在的問題 從以上的 分析來看， IP 技術與 WDM 技術的結合，使 IP 數據流直接進入了粒度的光通道， 在外圍網絡以千兆以太網成為主流的情況下， 有利于充分綜合 WDM 技術大容量與 IP 技術統計復用的優(yōu)勢，真正達到 IP 優(yōu)化的目的。但對于長期應用，需要規(guī)范一 13 種新的最佳的 IP 對光路的適配功能，即開發(fā)一種全新的光線路接口。這方面尚無統一意見，需要重點考慮的問題包括恒定比特率和突發(fā)傳輸、適配協議和幀結構、物理接口特性、最佳網絡結構、生存性策略和網管等。 其次， IP over WDM 結構中存在傳輸層面非常靜態(tài)的問題 ， 只提供了大量原始的傳輸帶寬 ， 不能迅速 提供端到端的新電路 。 由于流量很難預測 ， 業(yè)務模式又頻繁地發(fā)生大的改變 ， 因此迫使網絡設計者采取保守態(tài)度按照峰值流量來提供承載 ， 這就造成核心網絡資源的非充分利用 。 IP over WDM 技術 的 優(yōu)勢， 在骨干 IP 承載網中解決了 電信 運營 商 的 帶寬需求壓力 ，但就城域網的匯聚層和接入層而言， 由于網絡邊緣用戶對波長通道的應用和需求目前畢竟有限， 如果在城域網的匯聚、接入層全面展開 WDM 系統 的建設投資成本非常高，因此 IP over WDM 的建設目前主要集中在城域網核心層， 但可以預見的是，隨著 WDM 技術的成熟 ， CWDM 技術有望成為中 短距離傳輸市場極具競爭力的解決方案。 3.4 EPON/GPON 無源光接入技術（ PON）作為光接入技術的另一重要分支，隨著技術的不斷成熟、各類成本的不斷下降得到了各運營商 的重視。采用無源 光網絡（ PON） 的接入協議有以ATM 為傳輸平臺的 APON/BPON 和以 以太網 技術為傳輸平臺的 EPON 以及以通用幀結構為傳輸平臺的 GPON 三種類型。 以 ATM 作為承載協議的無源 光網絡 APON/BPON 可以利用 ATM 的集中和統計復用，再結合無源光分路器對光纖和線路終端的共享使用，使得性價比有重要改進，但是APON/BPON 的業(yè)務適配 提供很復雜，業(yè)務提供能力有限，數據傳送速率和效率不高，可用帶寬 難以 滿足網絡和業(yè)務的發(fā)展需求，同時伴隨著 ATM 的衰落， APON/BPON 并不是一種主流技術。 EPON/GPON 是將以太網與無源光 網絡 結合在一起形成的能很好 承載 IP 數據業(yè)務的接入方式。 在城域網接入層面， EPON/GPON 技術 憑借 其高帶寬、能夠與 IP 業(yè)務緊密結合 的 特點，在 保護運營商投資 ， 便于向未 來網絡升級 方面具有很大的優(yōu)勢 ，成為光 接入技術中 的 一枝獨秀 ， 不但被認為是下一代網絡體系結構中全光接入網領域的最佳解決方案，還贏得了來自全球的設備制造商、基礎網絡運營商、標準組織及科研院校的廣泛關注。 EPON 技術 EPON 由 2000 年 11 月成立的 EFM 工作組提出，并在 IEEE 802.3ah 標準中進行規(guī)范。它以以太網作為載體， 采用點到多點結構、無源光纖傳輸方式， 上行 工作于 TDMA方式， 以突發(fā)的以太網包方式發(fā)送數據流，可提供上下行對稱的 1.25Gbit/s 線路傳輸速率。 14 圖 5 EPON 原理上行數據 下行方向工作于 TDM 方式，數據流以變長以太幀方式廣播到 ONU，每個 ONU 根據以太幀的 MAC 地址決定取舍，其速率為 1 Gbit/s（最高可達到 10 Gbit/s）； 圖 6 EPON 原理下行數據 由于 EPON 采用以太網封裝方式，所以非常適于承載 IP 業(yè)務，符合網絡 IP 化的發(fā)展趨勢。 另外， 相比較其他 PON 技術， EPON 也提供一定的運行維護和管理 (OAM)功能， 成熟度和設備價格方面 也 具有 一定 優(yōu)勢，被認為是實現 FTTH 的主要技術。 由于 IEEE 制定 802.3ah 的初衷是為了接入 IP 數據業(yè)務，并沒有考慮 TDM 業(yè)務接入對時鐘同步、時延和抖動等性能的要求，因此， EPON 所采用的標準以太網封裝方式存在一個先天缺陷 難以承載包括話音或電路型數據專線等 TDM 業(yè)務，目前，雖然對以太網承載 TDM 業(yè)務正在研究并取得了一定成果，但要完全達到 TDM 業(yè)務所要求的 QoS 尚有困難，考慮到下一代網絡轉型期內，必然涉及到原有的大量 TDM 電路業(yè)務與 IP 業(yè)務共存的情況 ，所以 EPON 在城域網向 IP 化演進的初期， 優(yōu)勢難以充分體現出來 ， 但在 全網 ALL IP 之 后， EPON 技術有望獲得大規(guī)模的應用 。 GPON 技術 15 ITU-T 在 APON 技術未能獲得成 功的情況下，重新設計了新的物理層傳輸速率和傳輸匯聚層，發(fā)布了 G.984.x 系列的 GPON 標準。 GPON 的下行最大傳輸速率高達2.488Gbit/s，上行最大傳輸速率可達 1.244Gbit/s，傳輸距離至少為 20km，具有高速、高效傳輸的特點。 GPON 的封裝除了傳統的 ATM 外，還可以支持全新的 GEM（ GPON 封裝模式）格式 ， GEM 類似于 GFP，可以適應各種用戶信號格式和任何傳輸網絡制式，按固有格式傳送語音、數據和視頻信號，這樣，運營商提供業(yè)務的靈活性就大大提高了。GEM 封裝方式也使時鐘同步變得容易， GPON 因 此可以支持端到端的定時和其他準同步業(yè)務，可以直接支持 TDM 業(yè)務，不需要像 EPON 那樣進行 TDM 仿真，提高了 TDM傳輸質量。 GPON 的 OAM 機制完善，這方便了運營商的管理維護。 GPON 既可以在現網 中傳送傳統業(yè)務（ POTS、 T1/E1、模擬電視） ， 又 支持所有的以太網協議，而且還支持虛擬 局域網 （ VLAN）交換 、 業(yè)務質量等級 、 互聯網組管理協議（ IMGP）和二層以上的新興 IP 業(yè)務 ， 實現向 全 IP 業(yè)務 的 無縫遷移，為業(yè)務運營商們提供了向全 IP 業(yè)務過渡的合適 路徑。對今天的業(yè)務運營商來說， GPON 是最佳選擇 傳統業(yè)務和 IP 業(yè) 務可以結合在一起 ， 同時又是最高效的全 IP 網絡。 ITU-T 制定的 GPON 系列標準完善， 在 性能方面， GPON 具有更高的速率和傳輸效率、更強的 OAM 功能、更高的標準化程度。 從技術上分析， GPON 可以提供一種從傳統網絡到全 IP 網絡的過渡路徑 ，更加順應了網絡演進的趨勢 ， 是各類 PON 技術中的最佳選擇。雖然 現階段與 EPON 相比， GPON 成本仍然偏高，但 GPON 正在奮起直追，發(fā)展前景看好，而且隨著技術的發(fā)展和互相借鑒，二者在產品形態(tài)和性能、功能方面可能會越來越靠近并最終走向統一。 3.5 分組 化業(yè)務 傳送技術 在電信網絡 IP 化不斷深入的大背景下，作為近年來發(fā)展較快的光傳送網絡，其中很大一個特點就是分組化。目前，實現分組傳送的技術手段也比較豐富，但最被人們看好的便是 電信級以太網 （ CE）技術和 分組傳送網絡 （ PTN） 技術。上述兩種技術 通過在統一的分組轉發(fā)平面上承載不同的業(yè)務，簡化了網絡管理和維護，提高了業(yè)務匯聚的能力。 事實上， CE 與 PTN 并沒有本質的區(qū)別，兩者都是分組業(yè)務傳送技術，其不同之處在于， CE 產品主要由數據設備廠家提供，是 由 數據層面來發(fā)展的，而 PTN 產品主要由傳輸設備廠家提供，是從光傳輸層面發(fā)展而來的。 下面將分別予以介紹。 3.5.1 電信級以太網 （ CE）技術 以太網作為一種快速、簡單和高帶寬的局域網（ LAN）技術，在企業(yè)中已經使用了30 年之久 ， 由于不具備電信運營商所要求的屬性，多年來人們一直低估以太網的應用。隨著電信級以太網的出現，以太網現已成 為一種標準，運營商既用它來提供接入業(yè)務，也用它來提供端到端業(yè)務 ， 最終 將 以太網滲透到運營商自己的網絡里。 所謂電信級以太網，即在保留傳統以太網的幀結構的基礎上，通過擴展幀頭和引入 16 二層信令，在以太網上實現與電信網類似的功能， 它具備網絡和業(yè)務擴展性、運營級網管能力和 QoS 保障能力， 并 最終定位 于在城域網絡中解決 IP、以太網、 TDM 等業(yè)務的傳送問題 ， 可向城域乃至廣域延伸，推動傳統電信運營商向分組化網絡轉型。 根據 ITU-T 和 MEF（城域以太網論壇）的定義，電信級以太網應具備以下特征： 1) 高可靠性。在環(huán)型、雙星型和格型拓撲下能夠提供 50 ms 以內的自愈能力； 2) 端到端的 QoS 保障能力。具備業(yè)務區(qū)分和識別能力，能夠提供基于 CIR 和 EIR的 QoS 保障能力 ； 3) 完善的 OAM（操作、管理、維護）和可管理性?；诙犹峁收虾托阅艿墓芾砉δ?，具備靈活的業(yè)務管理和提供能力 ； 4) 多業(yè)務。能夠滿足 TDM、語音和視頻等業(yè)務 的綜合承載需求，通過偽線或仿真方式實現和現有網絡的互通 ； 5) 標準化。具備良好的互聯互通性，實現不同廠商和運營商之間的業(yè)務互通。 電信級以太網多業(yè)務傳輸平臺的概念在 2005 年一經提出后，講過 2 年多的發(fā)展，在 業(yè)務保護、 QoS 保障、 TDM 支持和業(yè)務管理等電信級業(yè)務特征上 取得了 持續(xù) 的 改進和完善， 引起了 電信運營商的關注。 近來以太網技術發(fā)展很快，許多以太網的基本問題已經得到較充分研究，取得了一些里程碑式的成果。 電信級以太網技術發(fā)展前景 電信運營商之所以青睞電信級以太網技術，很重要的一個原因是希望在數據業(yè)務大發(fā)展的背景下 ，可以利用以太網的優(yōu)勢來降低 CAPEX 和 OPEX。我們知道，傳統以太網具有眾多優(yōu)勢， 包括技術成熟、性價比高、操作維護簡單、用戶接入無限制、應用靈活等等 ， 但這些顯然不能涵蓋電信以太網的所有特點。電信級以太網需要對以太網技術進行必要的改造，包括需要滿足 MEF 所定義的 5 個方面的要求，以及控制平面、流量工程、網絡安全等方面的需求。當在以太網技術上增加了這些電信網絡的特征后，其原有低成本優(yōu)勢是否仍然存在還需要打上一個問號。所以業(yè)界在實現和應用電信級以太網技術時，應該慎重選擇所需要增加的功能，避免將其做得過于復雜。 目 前， 電信級以太網的網管和控制平面功能還是一個空白，根據簡化的原則，網管功能可以確定在 ITU-T 定義的傳送網絡網管功能基礎上進行擴展，而控制平面可以與ASON 控制相兼容，將 GMPLS 作為控制平面信令的基礎。 CE 可以以較小的成本實現多業(yè)務的承載，但在全網端到端的安全可靠性、單波長系統帶來的光纖資源問題上還沒有好的解決辦法。 在未來三到五年內， 受到運營商部署先進的娛樂、通信服務（如 IPTV 和 VoIP），以及無線回傳（ Wireless Backhaul）業(yè)務的推動， 全球范圍內的電信級城域以太網建設將形成一個高潮 。 電信級以太網可以用于廣域網和城域網，但是考慮到二層網絡規(guī)模太大可能會導致尋址和可擴展性等一系列問題，目前還是主要定位在城域范圍內使用。 相對國外而言，電信級以太網技術目前在國內的應用主要還處于試點驗證階段 ， 通過現網 17 試驗，總結電信級以太網引入的策略 ， 同時，對寬帶接入網如何進一步優(yōu)化改造提出具體建議。 例如：國內某運營商已于 2006 年開始在全國進行了多廠家的新型以太網技術試點，期望結合寬帶上網、軟交換、 IPTV、大客戶專線等具體業(yè)務，對電信級以太網的綜合承載能力進行驗證，包括 QoS、可靠性等的提供能力。 CE 類 設備 與傳統 SDH 設備相比， 從核心到接口 區(qū)別均比較大，在接入 IP 化的趨勢下， 短期內 組建分組傳送網一般采取單獨 組網 的模式 ， 與現有 MSTP 網形成兩個業(yè)務承載平面。 當然， 以太網技術 最終 要 走向 電信級 城域 網 范圍， 除了 可管理 性 、可運營 性 、可擴展 性等 最直接 的 因素 外 ，建設成本、運營成本以及網絡拓撲的復雜程度和網絡管理的復雜程度也是重要的影響因素。 3.5.2 分組傳送網（ PTN） 技術 面對電信業(yè)務的加速數據化和 IP 化以及多樣化的業(yè)務環(huán)境， SDH 技術加強了支撐數據業(yè)務的能力并向多業(yè)務平臺發(fā)展，形成了多業(yè)務傳輸平臺。 MSTP 的基 本思路是將不同的業(yè)務，通過 VC 級聯等方式映射進不同的 SDH 時隙，而 SDH 設備與二層設備乃至三層分組設備在物理上集成為一個實體，構成具有業(yè)務層和傳送層一體化的網絡節(jié)點。作為 SDH 設備的改進， MSTP 所改善的是在用戶接口一側，但是內核一側卻仍然是電路結構，因此，可以說 MSTP 技術向包處理或 IP 化的程度不夠徹底。隨著 TDM 業(yè)務的相對萎縮及 “ALL IP 環(huán)境 ”的逐漸成熟，傳送設備要從 “多業(yè)務的接口適應性 ”轉變?yōu)椤岸鄻I(yè)務的內核適應性 ”（圖 7），逐步將智能的 IP 層直接架構在智能的光層之上，通過統一的控制 平面在所有層面上 (分組，通道，波長，波帶，光纖等 )實現最高效率的光纖帶寬資源調度，分組傳送網的出現迎合了這種趨勢。 圖 7 MSTP 和 NGNT的網絡架構對比 城域分組傳送 網 包括兩種網絡形態(tài)：一種是具備 GE/10GE 匯聚和調度能力的OTN/WDM 網絡，主要是在傳送 骨干網 中首先引入光 /電層控制平面，提高網絡業(yè)務動 18 態(tài)智能調度、業(yè)務保護恢復和新業(yè)務提供的能力，然后 向著更大顆粒度和分組化智能的方向發(fā)展，以提供低成本、大帶寬的業(yè)務，配合交換機和路由器完成對三重播放或視頻業(yè)務的傳送，或者提供大管道專線業(yè)務，逐步引入 ODU 以及 ROADM 技術，利用 OTN的復用和監(jiān)控功能提升光層的可管理 性 ，在此過程中傳送層面將逐步完成向著 PTN 方向的升級和改造 。 另外一種是采用分組內核的傳送網絡 PTN，它具備面向連接的特質， 通過 采用支持完全分組能力的 PTN 傳送節(jié)點，徹底打破傳 統傳輸網和二層數據網的界限，構建融合的統一網絡，具備 TDM/ATM over Packet 業(yè)務 以及 將來可能出現的各種新業(yè)務 的 接入、匯聚和傳送能力，支持同步時鐘、支持類似 SDH 的保護、支持以太網端到端的性能監(jiān)控和管理維護 ， 主要用于多業(yè)務的環(huán)境，運營商可以根據自身業(yè)務類型和規(guī)模，靈活選擇適合于城域分組傳送的網絡形態(tài) ，確定最優(yōu)化 的演進方案。 OTN/WDM 和 PTN 是 All-IP 網絡的核心部件，既能適應當前業(yè)務發(fā)展需要，又能面向未來業(yè)務和網絡平滑演進?；?PTN 提供細顆粒的多業(yè)務的接入和匯聚、OTN/WDM 提供大顆 粒業(yè)務端到端傳送的網絡，是下一代傳送網中綜合性價比最優(yōu)的解決方案。 目前，主要應用于城域網核心骨干層的 OTN 技術及其商用條件已經成熟，本課題不再 贅述 ，而 PTN 的技術標準正在不斷發(fā)展之中， ITU-T、 IEEE、 MEF 分別在近幾年研究并發(fā)布了大量的分組傳送標準，并且新的技術還在不斷立項和研究中。業(yè)界也有一些相應的 PTN 產品出現，它們正在向更有效地承載城域網中的各類業(yè)務這一目標努力邁進 ，本課題有關 PTN 技術的詳細研究和討論將在第四章進行。 3.6 幾種承載技術的比較與小結 上面對六種城域光傳送網技術的特點、發(fā)展和應用 范圍分別進行了詳細的闡述，下面通過列表方式對其進行橫向的綜合比較。 表 1 城域光傳送網技術的比較 比較項目 IP over Fiber IP over SDH IP over WDM EPON GPON CE PTN 核心技術 以太網技術 電路交換 時分 復用 波分復用 無源 光 傳輸以太網 時分復用 分組交換 統計復用 分組交換 統計復用 業(yè)務承載 數據業(yè)務 為主 TDM 業(yè)務為主，數據業(yè)務為輔 大顆粒的數據業(yè)務 數據業(yè)務為主，通過仿真支持 TDM 業(yè)務 數據業(yè)務為主， TDM 業(yè)務為輔 數據業(yè)務為主， TDM 業(yè)務為輔 業(yè)務顆粒 VC-12-nV VC-4-nCV 2.5G/10G GE/10GE E1、 FE、 GE、10GE E1、 FE、 GE、10GE 帶寬利用率 低 較低 中 較 高 高 高 19 比較項目 IP over Fiber IP over SDH IP over WDM EPON GPON CE PTN QoS 機制 難以規(guī)劃網 絡 QoS 剛性帶寬 指配，靜態(tài)帶寬預留 帶寬動態(tài)可調整， 業(yè)務 有優(yōu)先級隊列 對接入流量進行 VLAN ID、 MPLS等標志符的指配映射 層次化的QoS 設計 ，帶寬 動態(tài)分配 、可共享 網絡保護 IP 網絡自有保護方式 100保護帶寬的環(huán)網保護 ， 50ms級電信級保護 1 1 波長、子波長保護 主干保護、全保護 1+1、 1:1 LSP 保護 1+1、 1:1 LSP 保護 應用范圍 城域網 城域 網 核心 、 骨干、匯聚、接入層 城域 網 核心、骨干層 城域 網 接入層 城域網匯聚、接入層 城域 網 匯聚、接入層 技術成熟度 成熟 成熟 成熟 較成熟 較 成熟 成熟（ 尚 未商用化） 建網 成本 中 較 低 較 高 高 低 較高 綜上所述，以上六 種城域光傳送網技術 中除了 IP over Fiber 技術 由于其本身的缺點導致其應用的范圍正在逐漸縮小之外，其它技術憑借各自的技術特點均有不同的適用范圍。在網絡轉型期，運營商 應根據自身的業(yè) 務發(fā)展、傳輸 資源等具體情況，在城域傳送網的不同層面具體選擇和應用適當的技術，但在 城域傳輸網總體向著 IP 化、數據化 演進的背景下 ， 具有 QoS 保證的下一代 分組化傳送技術 PTN 和 CE 必將成為 技術發(fā)展 的主流，而 PON 等接入技術也有望 在城域網 最后一公里解決方案 中迅速獲得應用。 20 4、分組 化 傳送技術 4.1 IP 承載網技術發(fā)展概況 經過多年的討論， IP 網最終成為實現未來網絡融合的基石和各種業(yè)務的統一網絡層承載平臺。 傳統的 IP 網是一個強調自治，缺乏集中控制和管理的網絡，其采用盡力而為的（ besteffort）的方式進行無 差別的包轉發(fā)，所以對延遲、抖動和丟包率等網絡指標缺乏有效的保障。傳統的電信網絡則是一個有著完善網絡管理系統，對網絡的配置、性能、故障、安全和計費等進行全面管控，且能夠嚴格保證業(yè)務質量的網絡。如何在電信網運營管理模式的基礎上，引入并充分利用 IP 互聯網的先進技術，通過商業(yè)模式上的創(chuàng)新建設下一代通信網，實現 “電信網絡 IP 化， IP 網絡電信化 ”成為運營商們關注的重點。在下一代網絡中， IP 無論在承載層還是業(yè)務層都將擔任重要角色，目前， ITU-T， 3GPP，OMA 等國際主流標準化組織都與 IETF 建立了聯絡，充分利用 IP 領 域已有的先進技術實現電信業(yè)務。圖 8 為下一代網絡的發(fā)展目標。 圖 8 下一代網絡的發(fā)展目標 4.1.1 IP 技術的起源及發(fā)展 IP 技術最初是為滿足院校、學術機構的資源共享而發(fā)明的，隨著網絡規(guī)模的不斷擴大，共享資源的爆炸式增加， IP 網絡成為全球范圍的國際互聯網絡 Internet，互聯網的發(fā)展極大地改變了人們的生產、生活，也對電信網絡的發(fā)展產生了深刻的影響， IP 技術以其簡單、開放、靈活等特性使電信網絡快速開發(fā)和提供豐富多彩的增值業(yè)務成為可能。 隨著互聯網業(yè)務的普及， TCP/IP 協議已經成了各種操作系統的默認配 置，目前大部分業(yè)務系統使用 TCP/IP 協議進行通信。互聯網的開放性使其成為新業(yè)務最好的試驗場，電信網也不斷從互聯網業(yè)務中吸取營養(yǎng)， SIP 是目前業(yè)界公認的下一代網絡的核心控制技術之一，它最初就產生于互聯網。 20 世紀 90 年代的關于 ATM 和 IP 的爭論已經徹底成為歷史。目前， IP 無論從技術、設備還是標準化方面的發(fā)展都遠遠超過對手，一枝獨秀。目前，路由器廣泛采用 ASIC，NP 等硬件 /準硬件技術實現，性能、穩(wěn)定性大為提高， ATM 等其他技術已經成為 IP 之 21 下的二層技術。 IP 領域技術發(fā)展帶有明顯的技術驅動的特點，新技術 層出不窮，但由于 IP 技術的最初定位不是滿足電信網絡的需求，在滿足電信網的 QoS、安全、高可用性等要求方面還 沒 有形成體系。 4.1.2 電信級 IP 承載網保證措施 目前，以 IETF 為代表的各類國際標準化組織和企業(yè)（包括設備制造商和運營商）進行了大量的技術研究工作，希望通過對傳統 IP 網絡進行改進，從而使得 IP 網能夠擔當起電信級業(yè)務承載網的重任。這些研究工作主要圍繞傳統 IP 網和電信網絡之間的性能差別，從 QoS（服務質量）、安全性、可靠性和 IP 網絡的可控可管等方面進行了探索和研究。 1) QoS 保證措施 IP 網的 QoS 問題 一直是電信界詬病的焦點，隨著下一代網絡從理論研究階段過渡到實際應用階段，關于 QoS 的要求也不斷發(fā)展和完善。 影響最終用戶業(yè)務使用體驗的因素包括從物理層、鏈路層、網絡層一直到應用層、表現層。 ITU-T 和 ISO 在定義 QoS時，對 QoS 所涉及的范圍均不僅僅局限于 IP 層。由于本文討論的主要是 IP 網絡，故文中 QoS 所指是 IP 層的 QoS，其主要性能描述參數包括丟包率、吞吐量、時延、抖動等指標，這些性能參數所約束的行為主體是 IP 包。 保證業(yè)務 QoS 的方法有多種，包括：過量資源配置，資源預留和業(yè)務區(qū)分。為保證IPQoS， IETF 提出了區(qū)分服務（ DiffServ）和集成服務（ IntServ）模型，同時隨著 MPLS技術的不斷完善，出現了基于 MPLS（多協議標記交換）的 QoS 保證方案。 （ a） 過量資源配置 充足的資源保證使得 IP 承載網是輕載網絡。試驗表明， IP 網絡在輕載的情況下（峰值帶寬利用率在 50%以下），一般可以滿足電信業(yè)務 QoS 要求。但由于 IP 網絡上承載的業(yè)務（特別是一些互聯網業(yè)務）其可控可管的能力較差，同時由于病毒和黑客攻擊等原因，容易在短時間內產生很大的流量沖擊，導致網絡負荷加大，此時 IP 包的 QoS 性能將大大下降，完全不滿足電信 業(yè)務的承載要求。故僅僅采用過量資源來保證 QoS 存在較大的風險，在實際應用中需要和其他 QoS 保證技術配合使用。 （ b） 資源預留 資源預留的基本思想是在傳送業(yè)務流之前，根據業(yè)務的服務質量需求進行網絡資源預留（包括帶寬、 CPU 處理時間片和隊列），從而為該數據流提供端到端的服務質量保證。資源預留是一種傳統電信業(yè)務實現思路，理論上可以嚴格保證業(yè)務的 QoS。 IETF 提出的集成服務（ IntServ）模型采用了資源預留技術，采用面向流的資源預留協議（ RSVP），在流傳輸路徑上的每個節(jié)點為流預留并維護資源。其主要缺點是由于 RSVP 信令需要為每一個業(yè)務流進行端到端的信令建立，同時為了維持鏈路狀態(tài)還需要大量的定期刷新信息，占用大量帶寬資源和路由器的 CPU 處理能力，擴展性差，難 22 以在大型 IP 網絡中實施。 （ c） 業(yè)務區(qū)分 區(qū)分服務的基本思想是通過對不同的業(yè)務流（包）按照服務質量要求進行標識，劃分不同等級，從而使得不同的業(yè)務流（包）能夠在網絡節(jié)點上獲得區(qū)別對待：語音等電信級業(yè)務具有最高的服務等級；普通用戶互聯網業(yè)務的服務等級最低。當網絡出現擁塞時，服務等級高的業(yè)務流比級別低的業(yè)務流有更加優(yōu)先的轉發(fā)權，從可以有效改善電信業(yè)務流的 QoS 性能。 IETF 提出的區(qū)分服務（ DiffServ）模型通過 DSCP（ DiffServCodePoint）字段（ 6bit）來標識業(yè)務，理論上可最多支持 64 種業(yè)務分類。業(yè)務的標識一般在網絡接入邊緣完成，網絡核心節(jié)點（路由器）通過 DSCP 匹配相應的 PHB（每跳行為）來進行包的策略轉發(fā)，PHB 主要依靠各種復雜排隊機制來實現。由于區(qū)分服務只包含有限數量的業(yè)務級別，狀態(tài)信息數量少，同時不需要維持龐大的鏈路狀態(tài)信息，其擴展性要比集成服務模型好。但區(qū)分服務模型只是改善了業(yè)務流流經的業(yè)務節(jié)點對 IP 包的處理，缺乏全局的信令機制以協調節(jié)點之 間的信息傳遞與控制，因而其對業(yè)務 QoS 的保證也是相對的和局部的。 （ d） 基于 MPLS 技術的 QoS 解決方案 MPLS 是一種介于第二層和第三層的包轉發(fā)技術，引入了基于標簽的機制，把路由選擇和 IP 包轉發(fā)分開，由標簽來規(guī)定一個 IP 分組通過網絡的路徑。 MPLS 網絡由核心標簽交換路由器（ LSR）、標簽邊緣路由器（ LER）組成。 MPLS 的報文頭中包含一個3bit 的 EXP 字段，通過該字段可以標記該 MPLS 報文的優(yōu)先級，從而使設備在轉發(fā)該MPLS 報文時能根據優(yōu)先級標志進行區(qū)別對待。 MPLS 技術是一個良好的基礎平臺，被認為是構建電信 級 IP 承載網的關鍵技術之一。在此基礎上又衍生出了 MPLS VPN 技術、MPLS/DiffServ 技術和 MPLS TE（流量工程）技術等。 基于 MPLS TE 通過將 MPLS 技術、 RSVP 技術和約束路由技術相結合，也可以提高業(yè)務的 QoS 性能。通過 RSVP-TE 信令可以創(chuàng)建一條具有嚴格的資源保證的 LSP（標記交換路徑），從而嚴格保證業(yè)務 QoS。同時，通過 MPLS FRR（快速重路由）可以實現鏈路的快速故障倒換，從而提高網絡的 QoS 性能。 2) 安全保證措施 安全域的劃分和隔離：從網絡層面來看，解決電信業(yè)務安全問題的一 個根本方法就是將電信業(yè)務和非電信業(yè)務進行隔離。根據具體實現方式的不同，隔離又可以分為物理隔離和邏輯隔離。所謂物理隔離也就是專網專用，通過構建電信業(yè)務的專用承載網絡來確保電信業(yè)務安全。邏輯隔離主要通過 VPN（虛擬專用網）的方式，在公用網絡上劃分出電信業(yè)務的專用通道，其他業(yè)務不能滲透到這些專業(yè)通道上，從而實現業(yè)務安全。必須指出的是無論物理隔離還是邏輯隔離只能將潛在的威脅降低到相對較低的水平，是一種主動防范措施，還需要對應用系統、網絡網元（包括路由器，交換機，寬帶接入服務器等）和用戶終端的安全進行全面考慮，從而將 安全風險控制在可控的水平上 。 目前， 23 運營商主要采用物理隔離來建設電信業(yè)務的 IP 承載網 ； （ a） 構建終端和網絡之間的 UNI 接口：在網絡邊緣構建終端和關鍵業(yè)務網絡之間的 UNI 接口，避免終端對網絡內部的直接訪問； （ b） 基于業(yè)務感知的訪問控制：網絡邊緣的安全控制設備與業(yè)務層建立接口，根據業(yè)務需求確定訪問控制策略 ； （ c） 建立安全管理體系：安全是 30%技術 +70%管理，需要建立一整套安全管理系統和制度，有效地綜合使用各種安全技術手段保證網絡安全。 3) 高可靠性保證措 施 傳統電信級業(yè)務要求 99.999%的可靠性，但目前 IP 網的可靠性一般只能 達到 99.9%，還存在一定的差距。傳統 IP 網絡的故障自我恢復能力是比較強的，當發(fā)生鏈路或節(jié)點故障時，依靠路由協議的重新收斂，只要存在連通的物理鏈路，理論上目的地址就可達。但依靠傳統路由協議的收斂來實現故障恢復，其所需時間較長（根據故障檢測方法、網絡規(guī)模、路由協議的不同，故障恢復時間有所不同，一般為秒級或 10 秒級），不能滿足電信業(yè)務要求。需要提高 IP 網絡的可靠性，減少 IP 網絡的故障率。 為了提高 IP 網可靠性，可以從網絡結構設計、鏈路保護技術和節(jié)點冗余技術來采取相應的措施。 a) 采用雙平面架構來提高網絡可靠性。采用 類似于七號信令的網絡架構設計思路，分別設置兩個 IP 平面，業(yè)務設備同時接入兩個 IP 平面，當一個平面出現某種故障，對業(yè)務產生影響時，可以快速切換到另一個平面，從而提高業(yè)務的可靠性。從工作方式上來看 ，雙平面架構可以采用負荷分擔方式工作，也可以采用主備方式工作。 b) 采用 MPLS FRR（快速重路由）技術來實現鏈路的快速保護機制。目前傳輸網能夠實現 50ms 以內的故障倒換，故電信級 IP 承載網的鏈路故障倒換時間也應該控制在類似水平。 MPLS FRR 通過對主用 LSP 建立備用 LSP，當鏈路、節(jié)點和 LSP 出現故障時，通過主備用 LSP 之間的切換實現對 LSP的保護，其切換時間理論上小于 50ms。 c) 提高路由器可靠性。一方面可以對路由器在框架系統設計、元器件可靠性、備份電源風扇等方面不斷進行改善，降低故障率和縮短故障修復時間。同時也可以從路由器的工作機制來提 高路由器在業(yè)務轉發(fā)時的可靠性，如平穩(wěn)重啟技術和不間斷路由技術。 4) 網絡管理能力 為了保證承載在 IP 網絡上的業(yè)務 QoS、 高安全和高可靠性，必然要求加強對 IP 網絡的管理能力建設。電信網絡一直強調嚴格和高度的網絡管理，通過網絡管理可以對網絡的性能、故障、配置、安全和業(yè)務計費進行有效控制，從而 對電信業(yè)務的運營起到支撐和保障作用。 24 傳統的 IP 網絡是一個自治網絡，相對而言其網絡管理能力是比較弱的。現有的 IP網絡管理系統主要通過 SNMP、 ICMP 等協議，實現網絡拓撲發(fā)現、設備性能監(jiān)測、鏈路狀態(tài)監(jiān)視、異常接入發(fā)現、異常告警等網絡管理功能。但這些功能對于電信級 IP 承載網的需求還存在較大差距。 ITU-T 已經提出了可管理的 IP 網絡框架（ MAN-NGN），它是基于服務等級協議（ SLA）的可管理的 IP 網絡， SLA 是運營商與用戶之間的業(yè)務協定， SLA 運營商規(guī)定了提供的服務質量標準，并設定相關的性能指標。保證電信業(yè)務的 QoS，需要有一個端到端的、統一的 QoS 管理平臺?，F有的 IP 網絡管理系統往往只能實現對網元的 QoS 管理，缺少全網的 QoS 管理結構和應用方案。目前，有的廠商提出通過在網絡中部署策略服務器來達到整個網絡中所有設備 QoS 策略的統一管理，但還沒有得到廣泛的認可。關于電信級 IP 承載網的網絡管理系統研究還有待進一步深入。 4.2 電信級以太網（ CE） 4.2.1 電信級以太網 的應用 電信級以太網可以用于廣域網和城域網，但是考慮到二層網絡規(guī)模太大可能會導致尋址和可擴展性等一系列問題，目前還是主要定位在城域范圍內使用。從應用場景來看，電信級以太網在城域應用模式可以劃分為 3 類：以太匯聚網（ EAN）應用、專線應用和IP RAN 應用。 1) EAN 應用 EAN 應用是電信級以太網技術在現階段最主要的應用方式。它用于城域網中業(yè)務控制點（ BRAS 或 SR）以下和“最后一公里”以上的寬帶流量匯聚。具體而言， EAN將 LAN 接入交換機、 IP DSLAM、 FTTx、軟交換 AG、 Wi-Fi和 WiMAX 的上行以太網流量進 行接入和匯聚，并通過高速的以太網接口上行到業(yè)務控制點。 與其他匯聚方式相比， EAN 中采用電信級以太網技術有以下優(yōu)勢： a) 可以有效地實現對大粒度（ GE 和 10GE）的數據業(yè)務進行接入和調度； b) 可以通過雙星型和環(huán)型的拓撲提供對數據業(yè)務的小于 50 ms 保護倒換； c) 利用電信級以太網技術的 OAM 機制實現故障定位和性能監(jiān)控。 EAN 應用比較適合采用增強型以太網技術，因為它能在成本較低的情況下滿足對OAM 和高可靠性的需求，并且便于從現有網絡實現平滑升級過渡。此外，增強型以太網技術由于對組播的支持較好，可以滿足 IPTV 等業(yè)務大 規(guī)模部署的需求。 2) 專線應用 專線應用是指基于電信級以太網搭建專網，并在二層提供 E-Line、 E-LAN 和 E-Tree的應用。專線應用主要面向大客戶市場，其業(yè)務需求除了數據業(yè)務以外，通常還有對TDM 和視頻業(yè)務的需求，因此，這就要求電信級以太網設備具備對 TDM 仿真等功能的支持。 電信級以太網用于專線的優(yōu)勢有以下幾點： a) 用戶可用帶寬更大且可平滑升級，能夠從十兆、百兆過渡到吉比特； 25 b) 基于以太網便于開展多點到多點和點到多點的數據業(yè)務； c) 如果需要新建網絡，投資回收期相對其他方式更短。 增強型以太網、 PBB-TE 技術均能 滿足以太網專線應用的需求，只是建網初期的成本存在一定差異。另外，考慮對多業(yè)務的需求， TDM 仿真功能應該是專線應用中需要考慮的一個重要因素。 3) IP RAN IP RAN 是無線回傳的一種重要應用，包括在 IP 化的 2G 和 3G無線接入網絡中的應用。電信級以太網技術在 IP RAN 中主要是用于基站和基站控制器或 Node B 到 RNC之間（如 WCDMA）的流量回傳。 電信級以太網技術在 IP RAN 應用的優(yōu)勢有以下幾點： a) 能夠提供端到端電信級的數據傳送，具備類似電路的服務質量和高可靠性； b) 直接采用以太網承載 IP 業(yè)務，避免了協議 之間的轉換和封裝帶來的開銷； c) 降低建網成本，符合網絡整體 IP 化的趨勢。 IP RAN 的應用對面向連接的特性要求較高，并且需要保障端到端的服務質量 。 需要指出的是， IP RAN 對同步時鐘的精度有較高要求，尤其是對于基于 TDD 方式的 cdma 2000 和 TD-SCDMA 系統，因此，電信級以太網需要考慮引入同步以太網等技術來滿足高精度同步時鐘的傳送和提取。 4.2.2 烽火 CE設備 烽火網絡基于 F-engine M8000 系列電信級以太網多業(yè)務平臺（ CESP）來提供電信級以太網多業(yè)務承載解決方案。 F-engine M8000 系列電信級以太網多業(yè)務平臺根據可運營和可管理的電信級 IP 城域網的需求，結合目前城域網的最新技術和標準研制而成的新一代城域網電信級以太網產品。它主要應用于城域網的寬帶流量匯聚，提供數據、 TDM 和視頻業(yè)務的綜合承載；也可以廣泛用于大客戶專線和行業(yè) /企業(yè)網建設，提供大帶寬、高品質的專線接入；或者作為中小城市新建網絡的基礎數據承載網絡。除此之外， M8000 還可以用于現有網絡的擴容和 3G 業(yè)務的承載。 F-engine M8000 系列產品由 M8008、 M8012、 M8012-T、 M8416 等組成，分別提供RS-232/485、普通電話、 E1、快速以太網、千兆以太網、萬兆以太網等接口，支持電源冗余和防雷保護，能夠滿足不同應用場合的組網要求。 產品系列 描述 M8008 接入型多業(yè) 務分組設 備。緊湊型模塊式插卡結構， 1U 高度。機架支持 4 個FE SFP 光接口， 2 個 GE SFP 光接口，并提供 8FE 電接口卡、 8 路RS-232/485/422 串口接口卡、 8 路 E1/T1 接口卡 M8012 千兆 多業(yè)務分組設備 ， 固定接口， 1U 高度。提供 4 個 FE 電接口、 4 個 FE光接口、 2 個多功能 GE SFP 光接口或電接口、 2 個 GE 環(huán)路 SFP 光接口 M8012-T 千兆 多業(yè)務分組設備， 支持 TDM 功能。機箱采用前 /后插卡的結構， 1.5U 高 26 度 ， 機箱提供 4 個 FE電接口 +4 個 FE光接口或者 8 個 FE光接口、 4 個 GE SFP光接口 ，可 提供 32 路 E1/T1 接口卡， 4 路 E1/T1 接口卡 M8416 機架 型插卡式 多業(yè)務分組設備 ， 采用高可靠性設計，共 6 個槽位，其中 2 個槽位用于主控冗余備份，其余 4 個槽位可以選配各種接口的線卡，所有模塊支持熱插拔。 M8416 提供的板卡包括： M8416 主控制卡，最大可配置 16 個 GE 接口； 8GE 電接口子卡， 8GE 光接口子卡； 4 路 10GE 光接口線卡； 32 路 E1/T1 接口線卡 ； 16 路 FE 電接口卡。 F-engine M8000 系列電信級以太網多業(yè)務平臺可以提供大管道的業(yè)務承載和電信級（ 50ms）業(yè)務保護功能，具備靈活的業(yè)務控制能力，可以基于用戶、業(yè)務和應用來分配相應帶寬和 QoS 等級。通過應用這些主動策略，不但可以防止網絡瓶頸，還可以加強SLA，提高用戶的體驗質量（ QoE），提供差異化的客戶服務，從而以有限的帶寬創(chuàng)造更多的利潤。 4.3 PTN 的技術特征及關鍵技術 分組傳送網絡 （ PTN ， Packet Transport Network） 定位于一種面向連接的網絡技術，其思想是以 T-MPLS（通用的多協議標記交換協議） 或 PBT（電信級核心網傳送協議）為核心、采用類似于 SDH 的端到端性能可管理的網絡，來支持網絡從當前向下一代網絡的平滑演進。 它針對分組業(yè) 務流量的突發(fā)性和統計復用傳送的要求而設計，以分組業(yè)務為核心并 應用 于多業(yè)務 環(huán)境 ， 具有更低的總體使用成本 (TCO)，同時秉承光傳輸的傳統優(yōu)勢，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機制和流量工程、便捷的 OAM 和網管、可擴展、較高的安全性等等。 PTN 一方面繼承了面向 MSTP 網絡在多業(yè)務、高可靠、可管理和 時鐘等方面的優(yōu)勢，另一方面又具備以太網的低成本和統計復用的特點，是下一代網絡 的 核心部件。 PTN 的出現是光傳送網技術在 運營商網絡現狀 和 新業(yè)務需求發(fā)展 的必然結果。 PTN技術能否得到運營商們認可，能否 順應網絡平滑演進的趨勢， 在下一代網絡中獲得大規(guī)模應用，與其本身的特征 、技術實現方式以及 成熟度息息相關 。 4.3.1 PTN 的 技術 特征 從運營商的觀點來看，分組傳送網是一種獨立于其他傳送機制的組網架構，以分組為主要承載對象，也以分組為網絡運行機制，可以在 WAN/MAN 范圍內支持以分組業(yè)務為主的服務層網絡，而其客戶層 網絡（ e.g. IP/MPLS 網絡）可以支持業(yè)務供應商所提供的多種業(yè)務，如 VPLS、多業(yè)務專線、 VoIP、 IPTV、 HIS 等。 圖 9 為 PTN 的分層結構示意圖。 27 圖 9 分組傳送網（ PTN）分層結構 結合 PTN 的功能需求和目前的組網技術現狀，可以總結出 PTN 的核心技術特征與需要解決的關鍵問題。 PTN 作為 傳送網技術， 面向連接的分組內核 、 可擴展性、 高可靠性 和可用性 (protect, restore, low failure rare)、 高效的帶寬管理和流量控制、 強大的 電信級 OAM 機制和網管能力 、更 低的每比特傳送成本 等 是其核心技術特征。 圖 10 分組傳送網的核心特征 由于 PTN 秉承了 “傳送 ”的 理念， 使運營商可以采用與原有的傳送網絡（ SDH 網）相同的網絡管理方式和網絡維護手段，讓用戶具有與現網相同的用戶體驗，所以， PTN技術有利于現有的傳輸網絡資源向分組化傳送平滑過渡。 在現有的技術條件和業(yè)務環(huán)境下，新建 PTN 層需要解決以下一些關鍵的技 術問題 ： 1) 在網絡中的定位 PTN 應該為 L3/L2 乃至 L1 用戶提供符合 IP流量特征而優(yōu)化的傳送層服務，往下可以構建在各種光 /L1/以太網物理層之上。 2) 承載的業(yè)務 PTN 應承載以 IP 為主的各類現有業(yè)務，包括以太幀、 MPLS(IP)、 28 ATMVP 和 VC、 PDH、 FR等等。這其中， PTN 層面如何與 MPLS 核心網互通是最關鍵 的問題 。 3) 網絡架構 PTN 應該具有分層的網絡體系架構，例如劃分為段、通道和電路各個層面，每一層的功能定義完善，各層之間的相互接口關系明確清晰，使得網絡具有較強的擴展性，適合大規(guī)模 組網。 4) 設備形態(tài)。 PTN 需要定義功能具體的設備形態(tài)，同時明確各種設備的網絡中的位置以及所扮演的角色， 以 便于產品的開發(fā)及組建實際網絡。 5) 業(yè)務服務質量 (QoS)要求確保 IP 業(yè)務電信級 QoS，將 SDH 和 ATM/IP 技術中的帶寬保證、優(yōu)先級劃分、同步等技術和概念結合起來，實現承載在 IP 之上的 QoS 敏感業(yè)務的有效傳送。 4.3.2 PTN 的 關鍵技術 網絡層承載技術 在目前的網絡和技術條件下 PTN 有許多實現方案，許多廠家和標準化組織紛紛推出了不同程度地滿足 PTN 功能需求的產品和技術 。 總體上可分為 以 T-MPLS 和 PBB-TE為代表的兩大類支撐分組化傳輸 的 網絡層承載技術。 (1)T-MPLS 技術 固定時隙分配的傳統 SDH 在以分組交換為主的網絡環(huán)境中暴露出很多缺點，難以滿足分組以太網業(yè)