光傳輸網(wǎng)分組化演進(jìn)與發(fā)展(全文)

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隨著3G和全業(yè)務(wù)運(yùn)營時(shí)代的到來，用戶對數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的需求急劇增長，作為通信網(wǎng)基礎(chǔ)承載的光傳輸網(wǎng)，如何為全業(yè)務(wù)運(yùn)營提供大容量、低成本、具有業(yè)務(wù)保護(hù)能力的傳送通道，成為運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)。目前中國電信、中國移動(dòng)和中國聯(lián)通三大運(yùn)營商對于PTN、OTN、EPON/GPON、ASON等新技術(shù)都在積極地規(guī)劃與試點(diǎn)引入，并將根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，逐步開始規(guī)模部署。業(yè)界主流的通信廠商也都積極提出各自演進(jìn)路標(biāo)，推出光傳輸網(wǎng)創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案。

為此，本刊于本期特別推出“光傳輸網(wǎng)的演進(jìn)與發(fā)展”專題，與業(yè)界人士共同關(guān)注當(dāng)前主流的光傳輸網(wǎng)技術(shù)、部署策略、解決方案、演進(jìn)趨勢，探討如何構(gòu)建面向全業(yè)務(wù)的光傳輸網(wǎng)，以適合運(yùn)營商的全業(yè)務(wù)運(yùn)營需求。

[摘要]文章對IP化趨勢下的傳送網(wǎng)技術(shù)三元素演變情況進(jìn)行了分析，對光傳輸網(wǎng)各層面的分組化演進(jìn)方向進(jìn)行了綜述，指出WDM-OTN是目前干線和城域核心層面比較廣泛接受的技術(shù)，而PTN將是城域內(nèi)傳送網(wǎng)分組化的發(fā)展方向。

[關(guān)鍵詞]光傳輸網(wǎng)PTNOTNWDM

1引言

傳送網(wǎng)是電信專線業(yè)務(wù)和電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)絡(luò)，目前電信業(yè)務(wù)的IP化促進(jìn)了傳送網(wǎng)絡(luò)的分組化，這種變化可以總結(jié)為：傳送網(wǎng)骨干層面向適應(yīng)于分組化傳輸?shù)拇箢w粒“管道”方向發(fā)展，城域傳送網(wǎng)則向分組化傳輸方向發(fā)展。本文將對電信業(yè)務(wù)IP化趨勢下的光傳輸網(wǎng)分組化演進(jìn)和發(fā)展方向進(jìn)行探討。

2傳送網(wǎng)的三個(gè)基本元素：TDM、Packet和WDM

傳送網(wǎng)在發(fā)展過程中不斷引入新的元素，其定義也不斷擴(kuò)展。從TDM電路特性的技術(shù)開始，然后逐步引進(jìn)WDM技術(shù)和分組(Packet)技術(shù)。傳送網(wǎng)技術(shù)的范圍也從物理層擴(kuò)展到數(shù)據(jù)鏈路層。

在過去10多年內(nèi)，傳送網(wǎng)面對的是以TDM為主、分組為輔的需求環(huán)境，TDM、Packet和WDM共同構(gòu)成傳送技術(shù)，傳送網(wǎng)的設(shè)備形態(tài)體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)需求情況和構(gòu)成元素。在圖1中，三角形的每一個(gè)點(diǎn)不僅代表了一類傳輸技術(shù)，而且其相互組合也代表不同應(yīng)用場景下的設(shè)備形態(tài)?；赥DM的傳送技術(shù)主要是SDH技術(shù)，利用Vc交叉滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的TDM需求，應(yīng)用于干線網(wǎng)和城域網(wǎng)；基于分組的以太網(wǎng)和ATM技術(shù)在接入層面用于業(yè)務(wù)的接入承載，PacketoverTDM在設(shè)備形態(tài)方面的體現(xiàn)為MSTP，此技術(shù)使以太網(wǎng)(局域網(wǎng)技術(shù))可以應(yīng)用到城域傳送網(wǎng)；點(diǎn)到點(diǎn)的WDM技術(shù)主要應(yīng)用于干線和城域核心層面，承載SDH或應(yīng)用于IPoverWDM場景，POS接口是TDMoverWDM的應(yīng)用。GE、10GE封裝到WDM通道，是Packet與WDM技術(shù)相結(jié)合的體現(xiàn)。

最近兩年，傳送網(wǎng)面對的需求正在逐步IP化，傳送網(wǎng)雖然仍表現(xiàn)為上述三種元素，但不僅三者本身在發(fā)生變化，它們之間的關(guān)系也發(fā)生了變化。

如圖2所示，TDM方面出現(xiàn)基于OTH的OTN技術(shù)；Packet方面通過改進(jìn)MPLS和以太網(wǎng)，出現(xiàn)面向分組的傳送技術(shù)(PTN)；WDM向組網(wǎng)發(fā)展，出現(xiàn)光層的分叉復(fù)用技術(shù)。TDM、Packet和WDM的相互組合也出現(xiàn)了新的思路和新的設(shè)備形態(tài)。TDM利用電路仿真技術(shù)統(tǒng)一到以分組為核心的設(shè)備上，主要應(yīng)用到將來以分組需求為主的網(wǎng)絡(luò)；TDM和WDM的組合體現(xiàn)為基于OTN的電交叉功能和基于WSS的光交叉功能出現(xiàn)在同一設(shè)備上，電交叉負(fù)責(zé)匯聚。提供靈活性，ROADM提供“管道”，負(fù)責(zé)傳送；Packet和WDM的組合體現(xiàn)在分組交換功能和WDM光交換疊加在同一設(shè)備上。其分組功能負(fù)責(zé)匯聚，提供靈活性，WDM提供“管道”。負(fù)責(zé)傳送。

3干線光傳送網(wǎng)分組化

干線傳送網(wǎng)包括省際傳送網(wǎng)、省內(nèi)傳送網(wǎng)，在業(yè)務(wù)網(wǎng)JP化之前，主要承載干線話音交換網(wǎng)，帶寬顆粒比較小，一般為E1或STM-1的級別。隨著話音IP化、軟交換和IMS的出現(xiàn)，以及互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，干線傳送網(wǎng)主要承載專用IP承載網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的核心和匯聚層面，具有業(yè)務(wù)大顆粒的特點(diǎn)，目前一般為2.5Gb/s和10Gb/s通道。實(shí)際上，城域核心層面也同樣具有上述特點(diǎn)。

隨著業(yè)務(wù)IP化的發(fā)展，業(yè)務(wù)電路的顆粒度越來越大，干線傳送網(wǎng)主要采用DWDM技術(shù)，IPOverWDM成為干線層面?zhèn)魉途W(wǎng)的主要應(yīng)用。以VC4為交叉顆粒的SDH以及基于SDH的ASON技術(shù)不得不邊緣化，已不再適用于骨干層面承載lP網(wǎng)絡(luò)。

從理論上講，原有SDH網(wǎng)具備強(qiáng)大的線路保護(hù)、管理能力，這些都是IP承載網(wǎng)不可或缺的能力，去掉SDH層后，這部分功能將由路由器與WDM網(wǎng)絡(luò)來分擔(dān)。因此，骨干層面?zhèn)魉途W(wǎng)必須融合SDH和WDM網(wǎng)絡(luò)的共有特點(diǎn)。

上世紀(jì)末，傳送網(wǎng)技術(shù)過度發(fā)展，造成本世紀(jì)初幾年的發(fā)展停滯，具有組網(wǎng)功能的WDM技術(shù)并沒有適時(shí)出現(xiàn)。過去兩年，例如中國移動(dòng)，采用基于WDM波道的OCP1+1保護(hù)技術(shù)組織骨干傳送網(wǎng)，一方面使得干線傳送網(wǎng)從網(wǎng)狀組網(wǎng)技術(shù)倒退到鏈狀組網(wǎng)時(shí)代；另一方面，OCP1+1技術(shù)由于WDM的多廠家環(huán)境，使得運(yùn)營者失去對網(wǎng)絡(luò)整體可知、管理和調(diào)配的能力。

基于OCP1+1保護(hù)技術(shù)的IPoverWDM骨干傳送網(wǎng)解決方案，只能是當(dāng)前技術(shù)條件下的過渡方案，新的技術(shù)已經(jīng)在應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)下得到了快速發(fā)展。目前比較成型的具有保護(hù)倒換功能的傳送網(wǎng)技術(shù)，或者說具有組網(wǎng)功能的WDM技術(shù)，其設(shè)備形態(tài)主要有OTH電交叉設(shè)備和可重構(gòu)光分插復(fù)用設(shè)備(ROADM)，我們統(tǒng)稱為OTN設(shè)備。

OTN秉承了SDH的映射、復(fù)用、靈活交叉、豐富開銷、級聯(lián)、保護(hù)和FEC等特性，以及WDM多通道復(fù)用功能，具有強(qiáng)大完善的OAM&P性能，結(jié)合了SDH的靈活可靠和WDM大容量的優(yōu)勢。其技術(shù)特點(diǎn)如下：

(1)多種客戶信號封裝；

(2)支持客戶層信號的透明傳輸；

(3)支持ODUk

(3)具有多級串聯(lián)連接監(jiān)視(TCM)功能；

(4)標(biāo)準(zhǔn)的FEC接口。

目前，OTN技術(shù)已經(jīng)商用化，基于電交叉的OTN設(shè)備在中國移動(dòng)傳送網(wǎng)絡(luò)上已有一定程度的應(yīng)用。由于設(shè)備互通性方面尚存在一些問題，中國移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)多應(yīng)用在城域網(wǎng)核心層面或省內(nèi)干線網(wǎng)；設(shè)備基于ODU。的交叉容量為幾百Gb/s，少數(shù)設(shè)備可達(dá)Tb/s；網(wǎng)絡(luò)用于承載GE以上顆粒的IP承載網(wǎng)業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

ROADM受波長阻塞、色散累積、OSNR、非線性、無法實(shí)現(xiàn)子速率匯聚等因素的限制，難以組建大型全光調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，目前商用實(shí)例并不多。

綜上所述，基于OTN的IPoverWDM應(yīng)用是目前干線傳送網(wǎng)以及城域網(wǎng)核心層面適應(yīng)需求IP化的發(fā)展方向。

4城域傳送網(wǎng)分組化

城域內(nèi)傳送需求快速IP化發(fā)展，同時(shí)存在部分TDM需求。3G網(wǎng)絡(luò)在積極IP化發(fā)展，寬帶接入也是顯而易見的IP化業(yè)務(wù)，城域網(wǎng)內(nèi)傳送需求已經(jīng)向分組需求為主、TDM需求為輔的情況發(fā)展。城域內(nèi)的主導(dǎo)傳送技術(shù)MSTP正在變得不適應(yīng)，促使新的IP化的傳送技術(shù)出現(xiàn)。

ATM的理念就是利用分組統(tǒng)計(jì)復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)數(shù)據(jù)鏈路層提供面向連接的虛電路。采用分級OoS，適應(yīng)多種質(zhì)量等級的業(yè)務(wù)承載。但由于ATM生不逢時(shí)，遇到IP技術(shù)的挑戰(zhàn)，最終未能廣泛應(yīng)用。但是，當(dāng)IP技術(shù)試圖作為承載網(wǎng)絡(luò)承載高等級業(yè)務(wù)時(shí)，又不得不吸收ATM技術(shù)的優(yōu)勢，進(jìn)化為MPLS技術(shù)。其實(shí)，從這個(gè)過程我們可以斷定，ATM的一些理念就是將來傳送技術(shù)分組化的方向。

T-MPLS是PTN重要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，T-MPLS標(biāo)準(zhǔn)可用以下公式簡單描述：T-MPLS=MPLS-IP+OAM，同時(shí)根據(jù)MPLS的發(fā)展歷史：MPLS=IP+ATM，那么簡單“計(jì)算”，可以得到T-MPLS=ATM+OAM。上述分析也證明了PTN的發(fā)展理念。

PTN技術(shù)具有面向連接的傳送特征，支持端到端的QoS、時(shí)鐘(以及時(shí)間)傳送、電信級OAM和保護(hù)等。具有SDH-Like圖形化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其功能重心不在于交換和路由，而在于提供以太網(wǎng)(E-Line)柔性管道，更切中物理網(wǎng)絡(luò)的特性，適用于城域匯聚/接入層的應(yīng)用場景。

目前，盡管PTN技術(shù)還存在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展問題以及將來對LTE的承載問題，但將來的分組化的傳送網(wǎng)設(shè)備，其基本理念就是目前的PTN。

目前，PTN設(shè)備在中國移動(dòng)城域網(wǎng)中已開辟了多個(gè)實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在城域網(wǎng)的匯聚層和接入層(核心層面采用OTN網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò))，以TD-SCDMAIP化RAN和專線業(yè)務(wù)為主要承載對象，同時(shí)兼顧由XPON收斂上來的公眾互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備強(qiáng)調(diào)包括TDM在內(nèi)的多業(yè)務(wù)支持能力，強(qiáng)調(diào)IEEE1588V2的精確時(shí)間傳遞功能，強(qiáng)調(diào)OAM和網(wǎng)管能力。網(wǎng)絡(luò)以環(huán)狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。匯聚層為10GE環(huán)路，接入層為GE環(huán)路，匯聚層設(shè)備交叉容量在160Gb/s之上，接入層設(shè)備交叉容量在3到8Gb/s左右。將來為了充分利用基站靠近用戶的有利條件，對于裝機(jī)條件好的基站，可選擇作為xPON的OLT節(jié)點(diǎn)，在此情況下，基站PTN設(shè)備需要更大的容量，環(huán)路速率可能升級到10GE。隨著業(yè)務(wù)量的增長，除了城域網(wǎng)核心層面采用OTN技術(shù)外，在大型城域匯聚層面和小型城域網(wǎng)的核心層面，僅依賴電層設(shè)備已無法滿足業(yè)務(wù)需求，具有分組