為適應未來而設計的SONET/SDH

2019-11-03 09:02:35

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供稿：網友

　　Greg Wynans，PMC-Sierra公司服務供應商部

　　在最初部署語音通信時，SONET/SDH 就已在當今服務供應商網絡的部署中發揮了重要作用，其將語音、視頻及數據在強大可靠的單個傳輸機制上進行了完美組合。然而，當今部署的眾多設備架構均無法充分進行擴展來滿足未來不斷增長的數據需求。此外，隨著網絡節點數量不斷呈指數增長，配置并管理這些網絡正變得日趨復雜。在當今注重低成本的服務供應商環境中，電信運營商正在尋求削減資金及運營支出的方法。他們需要對其現有 SONET/SDH 基礎設施進行無縫擴展，以便不斷提高容量，同時還能輕松提供并維持各種業務。

　　三種關鍵技術的提高將使服務供應商在保留語音收入的同時，還能輕松對其現有 SONET/SDH 基礎設施進行調整并擴展到以數據為中心的未來世界。第一，新的交換結構技術可向現有及新型平臺--容量可達160 G、320 G、640 G以及更高--提供無縫的在服務可擴展性（in-service scalability），而無需從根本上更改架構。第二，對多播服務及更靈活端口布局不斷增長的需求已增加了連接供應軟件的復雜性；眾多系統廠商正在尋求簡化并增強供應軟件的方法，因此可提高整個網絡性能。最后，SONET/SDH 系統中的端口卡與交換結構之間的標準接口將促進 ASSP 與 ASIC 廠商之間的互操作性，使系統設計人員能夠靈活地添加使用標準接口的獨特服務，同時簡化系統管理。

　　分層架構（sliced architecture）可提供出眾的可擴展性

　　SONET/SDH 交換系統一般采用兩種交換架構中的一種：單級或多級。使用單級架構通常會創建較小型的疏導結構（grooming fabric）。就特定技術類型而言，單級架構一般固定在帶寬中，如果不升至多級架構，則無法對其進行擴展。由于只有一個交換元素，因此該系統可輕松進行實施。另一方面，多級結構一般基于時間、空間、時間的三級架構，可在物理限制中輕松進行擴展。雖然該方法能夠滿足帶寬的可擴展性要求，但需要更多的器件數、更高的功率，而且還會增加軟件復雜性。例如，利用一個結構元素來設計的 SONET/SDH 系統可提供 160G 的交換容量。若要將該結構擴展到 640 G需要12個這樣的交換元素（在三列中有四個器件）。即，交換結構的系統成本和功率會增加12倍，而在累積容量中一般僅增加4倍。

　　另一種方案是采用分層架構。分層架構可從一個單元素架構開始進行線性擴展，從而顯著降低了構建可與其多級結構相媲美的大型結構所需的器件數。本質上，分層架構可在單級中的多個并行交換元素間分布數據路徑，每一元素均以亞粒度級（sub-granular level）疏通流量。例如，在上述的擴展問題中，我們希望將交換結構的匯集容量從 160 G增加到 640 G。進一步來說，如果每個線路卡與結構卡之間有四個數據鏈接，則我們希望的上述情況一般便會實現（每個鏈接將以 622Mbit/s 或 2488Mbit/s 的速度運行）。在分層架構中，線路卡的每一數據字節均可在四個數據鏈接間進行擴展，因此第一個鏈接可承載比特（bits）1和比特2，第二個鏈接可承載比特3和比特4，依此類推。后續時隙中的后續字節可以相似的方式進行分配。由于每個鏈接上可放置每個字節的兩個位，因此這被稱為雙位分層。這樣，四個結構元素一次可兩位兩位地交換數據，以便在出口線路卡（egress line card）處進行重新裝配。采用這種分層技術，該架構僅通過利用四個結構元素便可線性擴展到 640 G，而一個三級非分層架構將至少需要12個。

　　在該架構中有著許多重要的發現。首先，每個結構元素均為來往于通用端口／時隙的交換數據。因此，每個交換元素可執行相同任務，還可共享通用矩陣配置。第二，每個線路卡必須能夠標記通過多個數據接口的數據，并可在出口線路卡處重新組合該數據。第三，該結構元素自身必須能夠以子粒度級進行尋址與交換。盡管這確實增加了元素自身設計的復雜性，但總體吞吐量與字節可尋址元素是相同的，即只增加交換粒度；雙位分層元素（功率與大?。┑奈锢硖匦耘c字節可尋址元素類似。最后，在升級過程中不改變基礎架構：由于可并行處理數據，因此整個元素組可作為單個器件。

　　快速而靈活的服務提供

　　交換架構設計中要解決的最大問題之一是如何防止阻塞。當輸入端口／時隙沒有被連接到所要求的輸出端口／時隙時，即使端口此時可用，也會出現阻塞。在雙播流量（bicast traffic）極為普通（例如針對環應用）的SONET/SDH 系統中，這一問題尤為嚴重。對諸如視頻等多播服務與日俱增的要求進一步加劇了這一問題的嚴重性。交換結構阻塞性能分三類：阻塞、可重排無阻塞以及嚴格無阻塞。在嚴格無阻塞結構中，對所有的連接都可進行配置，而不必考慮其中配置連接的順序。在可重排無阻塞結構中，某些連接可能被阻塞，但始終有可能對現有連接進行重排以提供交換資源。在阻塞結構中，重排可能會減少一些阻塞問題，但不可能解決所有可能的連接。對于上述類別的每一種，阻塞行為對特定類型的流量而言都是特定的。例如，就雙播流量而言，結構可能是可重排無阻塞的，但對于多播來說可能是阻塞的。

　　在單個元素結構中，通過使用共享核心內存元素可輕松解決阻塞問題。在內存元素中，每個輸出端口／時隙均可同時訪問所有的輸出端口／時隙，因此其屬于針對所有流量形式的嚴格無阻塞類型。共享內存元素還具有其它優勢，即配置起來極其簡單，您只需針對每個輸出端口／時隙配置源端口／時隙即可，這極大地降低了軟件的復雜性。但是，正如上述所討論的，對單個元素結構進行擴展非常困難。在多級結構中，很難在實踐中對阻塞或無阻塞性能進行驗證。即使單個結構元素自身屬于嚴格無阻塞類型，這也不必作為整體擴展到該結構中。過去，通過將端口布局限制、多播限制、連接重排以及內部結構加速等進行完美結合，SONET/SDH 系統設計人員已創建了實用的多級結構實施。隨著潛在連接數目的不斷增長，基于數據的 SONET/SDH 系統需要消除這種限制。

　　分層架構的一個重要屬性是交換元素組整體可作為單個元素。這與多級方法不同，如果每個單獨元素自身是一個 160G 的共享內存元素，則該組將作為容量為 640G 的單個共享內存元素。分層架構具有能夠將單芯片內存元素向更高容量、多芯片架構擴展的優勢，同時保持配置的簡易性以及單芯片設計的任意多播功能。這在軟件復雜性方面將實現顯著的節約，同時也將實現更快、更確定的供應時間。供應時間可降低至通過微處理器接口在新配置中載入所消耗的時間。

　　標準接口可簡化系統開發與管理

　　可將 SONET/SDH 網絡元素分成四個基本功能平面：數據、控制、定時及開銷。盡管其中大部分主要應用于數據平面，但當網絡元素擴展到更大容量時，其它功能平面也必須進行擴展。例如，眾多 SONET/SDH 系統采用由基于單個線路卡的微處理器（可與中央處理器硬連接）組成的控制器組合。微控制器可處理本地配置和中斷處理，并可向中央處理器報道統計數據及事件。中央處理器在網絡元素層上依次執行配置管理及異常處理。隨著數據平面匯集容量的不斷增加，對控制器復雜性的需求也日益增加。通常，控制器本身缺乏復雜性，需要進行擴充。相似的分析適用于 SONET/SDH 開銷的 DCC 字節中的信號發送。當端口數量增加時，信號發送系統的負擔便會加重，應需要進行重新設計。眾多系統設計人員將此作為把每個功能平面集成到一個通用接口的良機，其它功能子系統可共享該通用接口，就如同各種 PC 的功能子系統共享一個通用共享總線一樣。這種動機隱藏在擴展的 SONET/SDH 串行接口或 ESSI 中。ESSI 可定義用于 SONET/SDH 系統的信號發送標準，并可將控制、定時及開銷管理集成到通用物理接口中。

　　OIF TDM 到 5 級結構接口 (TFI-5) 的超集 ESSI 可定義三個功能層：幀、傳輸及路徑。幀層可定義如 SONET/SDH 成幀器與交換結構之間串行線路的物理操作。與 SONET/SDH 中的段層相似，幀層僅存在于物理端點間，例如從成幀器上的發送端到交換元素上的接收端。電信號信令、成幀、加擾、鏈接錯誤監控及幀同步均嵌入在幀層中。幀層的用途是為網絡元素各組件間的物理互操作性提供參考點。目前，ESSI 幀層可定義以 622.08 Mbit/s 和 2488.32 Mbit/s 速率運行的串行鏈接。ESSI 幀層可與廣泛的串行技術兼容，包括 CML 和 LVDS。ESSI 傳輸層可定義基于 ESSI 的系統間的字節透明度，并可直接對應系統中的 STS-N 接口。邏輯層可針對每個客戶機信號進行定義，并可從入口定位器／映射器擴展到出口定位器／映射器。ESSI 傳輸層的所有組件均可未終結地通過交換矩陣，包括開銷。如果使用交給矩陣分層模式，則還可在傳輸層對該模式進行定義。這表明傳輸層可在多個物理鏈接上進行定義，一般為2的冪次方。ESSI 路徑層包括 H1-H3 指針字節、整個 STS-N 有效負載及相關的路徑開銷。針對路徑識別、設備狀態及路徑狀態可對其它字節進行定義。

　　可將 ESSI 中的多個開銷字節定義為通用端口，其可用于實施針對其它功能子系統的專有信號發送 (PRoprietary signaling)。由于基于 ESSI 的器件允許訪問 ESSI 開銷，因此在幀層源與匯點（成幀器與交換結構）處可提取并插入傳輸開銷。這些技術的應用范圍包括DCC 字節的集中采集、處理及生成，或控制器綜合通道的實施。從較小 CPE 設備到大型 MSPP 及 DXC，這種方法在設計及管理 SONET/SDH 網絡元素方面提供了更大的靈活性，同時保留標準接口，以允許未來的擴充。

　　隨著系統容量不斷增加以迎合日益增長的帶寬要求，采用分層內存架構的新型交換技術正將這些系統變得更加經濟高效。擴展的 SONET/SDH 串行接口標準化或 ESSI將進一步降低系統的成本及復雜性，從而將多個功能子系統集中到一個物理子系統中。采用這些關鍵技術的多業務供應平臺 (MSPP) 將提供史無前例的在服務可擴展性、動態服務供應及更高的網絡可管理性。新一代疏導架構將使 SONET/SDH 系統容量可從小型光纖接入及邊緣網絡升級到大型城域光纖核心網絡，從而簡化了配置、管理及保護切換所需的軟件。

摘自賽迪網

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