下一代SDH技術

2019-11-03 09:06:24

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中國網絡通信有限公司沈宇超

　　目前在城域網內，呈現了流量和業務快速增長且很難預測的現象，這給規劃和建設網絡造成了很大的困難。因此最好的解決方法就是使網絡具有支持多業務、多協議和智能化的特點，能從現在的傳統網絡結構向語音和數據網絡融合的方向發展。針對這種情況產生了兩種綜合傳送平臺方案，一種是以數據為中心從以太網升級的方案，它具有低成本、應用廣泛和容易使用的優勢，但是它也存在明顯的缺陷，即有限的QoS保證。因此，IEEE802.17定義了RPR（彈性分組環）標準，旨在在提供綜合業務傳送平臺的同時也提高包交換網絡的可靠性，利用環網的概念來提供保護，可以達到SDH的50ms保護的水平。該標準將在2003年初完成，但是可能會和現在的草案大不相同，因為成員意見的分歧很大。另一種方案就是以傳統SDH技術為中心升級到下一代SDH。傳統的SDH傳輸網絡可以達到很高的可靠性以及提供很強的性能監視特性，因此最符合運營商的運營要求和習慣。從SDH發展到下一代SDH網絡自然就繼承了原有的功能，這是最受運營商歡迎的一點。

　　1．下一代SDH的特點

　　下一代SDH的定義還在發展中，各個設備商都推出了不盡相同的產品。尤其曾經被認為是下一代SDH基本功能的MSPP（多業務提供平臺）現在卻轉到主要由DWDM系統來實現。因此要想確定下一代SDH的內涵，首先應關注下一代SDH的技術基礎是什么。看來仍然需要從傳統的SDH的技術特點來明確這個問題，傳統的SDH具有四個方面的特點：（1）產生同步成幀的數據流，可以由上層通信協議來解釋；（2）電路時隙復用和交換的方式實現業務的傳送；（3）通信過程需要建立端到端的網絡通路；（4）提供必須的運行維護功能，自動檢測和保護交換的方式實現業務和網絡恢復的功能。而這些也是下一代SDH必須支持的。但是嚴格的電路交換和時隙復用的方式在傳輸數據流量的時候缺乏效率，尤其千兆以太網成為主流技術以后更是如此。而以太網又是以如此驚人的速度成為城域網的主流技術。數據業務帶寬的增長是持續的不是躍進的，因此要求網絡能為用戶提供更細的帶寬顆粒。另外能夠提供業務保證和更有效的數據流量管理。這些都是下一代SDH需要解決的問題，也是它需要形成的優勢。

　　與傳統的SDH技術相比，下一代SDH速率更高，集成度更高，設備體積更小，端口密度更高，同時提供更高的接入容量和業務調度容量。例如STM-64（10G）接口早期由多塊電路板組合實現，現在則單端口就可實現；芯片技術的發展大大提高了芯片密度，因此低功耗低成本低體積的產品問世減少了運營的成本。實現現有網絡的演進也是下一代SDH網絡的關鍵屬性。支持現有的協議和業務，保持后向兼容的特性。與現有的網絡可以很好的接口。下一代SDH還將集成多ADM，甚至可以支持DXC的功能，作為業務疏導中心。

　　2．相關技術規范

　　下一代SDH設備已經面臨10Gbit/s的SDH與10G以太網的融合的挑戰。在新的IEEE802.3ae 10G以太網的標準中，以太網的廣域接口和SDH的10G接口終于達到了統一的速率。為了能夠充分利用SDH的網絡，10G以太網的WAN PHY接口利用了與SDH的STM64兼容的格式，10G以太網將和SDH共同構成未來的城域網核心。10G以太網的標準預計在2003年初完成。

　　X.86是在SDH上以類HDLC的幀格式LAPS來封裝并傳送Ethernet的技術規范，是ITU-T在2001年2月通過的。傳統的在SDH上傳輸數據包的方法是采用Packet-Over-SDH協議（POS），POS是個成熟的、廣泛適應的協議，但是在下一代SDH出現后，POS就被取代了。POS僅是將數據包或幀以PPP、Frame Relay或HDLC封裝，再映射到SDH中。它不能區別不同的數據包流，因此也不能對每個流的流量工程、保護和帶寬進行管理。不能提供許多用戶需要的1Mbit/s的以太網帶寬顆粒。POS實際上依靠高層的路由器等設備來進行流量工程和業務生成的功能。因此在SDH上采用新的封裝格式來傳送數據包是下一代SDH的發展重點。X.86是其中之一，它支持在廣域網上簡單地傳送以太網的功能，允許以太網交換機和集線器在點對點通信時能夠直接和SDH接口，保證低時延抖動，遠距離性能監測，遠程錯誤指示和對于突發流量的主動的流控制。運營商可以使用它來實現以太網端到端的專線業務的流量隔離，保證安全和業務速率。但是X.86沒有獲得廣泛的應用，只是在最開始有一些用戶使用，而后很快被GFP所替代。

　　最近ITU-T將GFP（Generic Framing Procedure，通用成幀處理）定義為G.7041，GFP具有數據頭的糾錯和將通道標識符用于端口復用（可以用于將多個物理端口復用成一個網絡通道）的功能。最重要的一點是GFP可以支持成幀映射和透明傳送兩種工作模式，這樣可以支持更多的應用。成幀映射的工作方式是將已經成幀的客戶端數據信號的幀封裝進GFP幀當中。在子速率級別上支持速率調整和復用。透明模式則完全不同，因為它接受原數字信號并不改變它，僅是在SDH的幀內用低開銷和低時延的數字封裝的方式來實現。從原理上講，GFP可以封裝任何協議，可以保證簡單的協議在光層上的融合，還可以保證靈活性和更細的帶寬顆粒。

　　3．下一代SDH的關鍵技術

　　虛級聯VC（Virtual Concatenation）以及LCAS（Link Capacity Adjustment Scheme，鏈路容量調整機制，ITU-T G.7042在2001年11月通過）在下一代SDH中是關鍵技術，尤其在支持GFP時。由于目前SDH支持的最小復用粒度為STM1，所以在155M信道上承載100M的快速以太網業務時利用率就只有67%。這個問題的根源在于原來SDH建設主要是為語音業務，而語音業務在網內傳輸是不需要細粒度的疏導功能，從而導致今天SDH網在業務環境發生重大變化時，在分配帶寬上會遇到很多麻煩。VC與LCAS在傳送網中提供了一種更加靈活的通道容量組織方式以更好地滿足數據業務的傳輸特點，可以將任意帶寬的以太網的數據流映射到任意數量VC12或者VC3通道中，最大限度地減少帶寬的浪費。VC和LCAS一起創造了可微調的SDH容量來適應數據業務的QoS和SLA的需求，很重要的是可以穿過原有的SDH網絡。SDH網絡在LACS技術的支持下可以動態地改變傳輸的帶寬（增加或減少虛級聯組中的通道），而不中斷業務。VC還允許新的更有效的共享保護機制，流量可以被分成不同部分然后通過不同路徑發送。網絡正常工作情況下，不需要配置額外的保護通道，當其中一條路由出現故障時，LCAS可以把出現故障的VC-4通道從虛級聯組中自動刪除，此時虛級聯組的帶寬將會減少，但可以確保在鏈路故障時業務不會中斷。這種技術實現起來非常復雜，VC將不同的VC/STM連接起來運送負荷，而虛級聯組中不同的VC/STM將走不同的路徑，在接收端會產生不同的時延，必須有能夠糾正此偏差的功能。另外LCAS是雙向的信令協議，保證網管系統改變管道帶寬的命令不會影響用戶流量。SONET的最小粒度是STS1，也就是51.8Mbit/s，而SDH的最小粒度是STS1的3倍，即155Mbit/s。VC3與STS1速率級別相同，但卻是隱藏的。這樣，SDH疏導的效率自然就不如SONET了。關于理想的粒度，業內的看法不一，有的認為是STS1，甚至是E1，也有的認為應該是STM-16。其實，具體到應用哪種粒度取決于運營商，但下一代SDH傳輸設備必須能夠支持。目前，支持細顆粒疏導的主設備芯片仍是處于STS1這個層次上，相信芯片商還會提供更細粒度的解決方案。疏導技術的另一個優點是減少了ADM的級數，將過去用硬件實現的功能改由管理軟件和ASIC芯片來實現，從而減少設備和場地等運營成本，也更加具有可管理性。

　　GMPLS不是一個SDH的技術，但是在下一代SDH網絡中確起了很重要的作用，因為它提供了自動端到端的帶寬配置的通用機制，可以跨過TDM、數據和波長的業務和網絡，可以降低業務的成本。GMPLS的標準尚未形成。傳統SDH管理是基于單個網元，業務配置、性能告警等管理功能操作對象為單個網元。下一代SDH管理是面向整個網絡，業務配置、性能告警監控直接基于向用戶提供的網絡業務。下一代SDH配置業務是只要指定網絡業務的源和宿以及相應的要求，網絡業務就能快速自動生成，避免傳統SDH逐個網元進行設置和操作的煩瑣，從而能夠快速提供業務，并提供基于端到端業務的性能、告警監控及故障輔助定位。下一代SDH還能支持用戶等級定義、帶寬租用和計費等功能。越來越強的智能化特性成為下一代SDH的顯著特征。下一代SDH還將適應業務的新需求進一步向前發展，在寬帶城域網建設中發揮重要作用。

　　以上是對下一代SDH技術特點的描述，現在很多廠家都在開發下一代SDH或者類似的產品，雖然還有很多差異，并不統一?？傮w來說，許多產品在功能上都是高度集成的，結合了ADM、DXC和數據交換等功能。另外都使用了級聯的技術，也許是連續級聯或者是虛級聯，而有的采用了專有的映射復用的機制。在新的封裝機制中，GFP得到了廣泛地接受，X.86則應用有限，也有廠家未使用標準的封裝機制。在業務接口方面，支持多數常見的SDH接口，千兆以太網接口。有些廠家還提供Fibre Channel和其它協議接口。

　　4．下一代SDH的發展前景

　　傳統的SDH顯示了相當頑強的生命力。下一代SDH大大延長了SDH的生命，將在業務匯聚層起到協議透明傳送和細顆粒交換和帶寬管理的作用。下一代SDH將會成為城域網的解決方案之一。對于運營商來說，需要考慮很多因素，如網絡現狀，市場目標，財務狀況等等。傳統運營商擁有大量的SDH網絡，下一代SDH顯然可以很好地幫助他們繼續發揮現有網絡的功能，同時克服傳統SDH的昂貴、復雜等缺點，在現有的TDM網絡上有效地支持以太網業務，提供快速、合理的解決方案。在舊的機框內插入一塊百兆以太網卡后，就可以在現有的SDH網上提供以太網，下一代SDH的升級顯得如此簡便。另外還可以配置和控制帶寬，例如動態地從包交換和TDM業務中直接分配SDH帶寬。提供逐漸增長的數據帶寬。將多協議的數據流量進行標記、復用、交換和整形，減少所需的端口數。對于新興運營商來說，如果放棄建立SDH網絡，將面臨尷尬的局面，因為顯然只有在電路交換網絡上才存在明確的贏利的業務。而如果建立SDH網絡，顯然選擇具有多業務提供平臺的下一代SDH網絡將是明智的。因為同時支持包交換、和傳統的電路交換可以使他們兼顧贏利和滿足業務需求的目標。這樣既可以使他們的網絡符合業務融合的潮流，也可以降低初期的大規模投入，充分利用資源。對于運營商來說，競爭的壓力要求更大的運營利潤，降低運營成本。毫無疑問，他們必須采取謹慎的方法來升級業務，采用靈活的結構希望可以馬上產生利潤。

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