摘 要 首先介紹了傳統(tǒng)SDH的缺陷和開發(fā)下一代SDH標準的必要性，然后簡要介紹了幾個主要新標準的特征和應用，最后重點講述了SDH多業(yè)務平臺傳統(tǒng)SDH的沿革和最新發(fā)展。
關鍵詞 SDH多業(yè)務平臺
1 傳統(tǒng)SDH的缺陷和角色的變化
容量更大和成本更低的WDM系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，使SDH在長途網(wǎng)中的地位正發(fā)生歷史性的變化。除了在長途網(wǎng)中容量需求不太大的地區(qū)繼續(xù)作為承載技術外，SDH的角色開始向網(wǎng)絡邊緣轉(zhuǎn)移。鑒于網(wǎng)絡邊緣復雜的客戶層信號特點，SDH必須從純傳送網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閭魉途W(wǎng)和業(yè)務網(wǎng)一體化的多業(yè)務平臺，稱為融合的SDH多業(yè)務平臺。其次，為了有效地支持動態(tài)的IP業(yè)務，多業(yè)務傳送平臺需要最終能實現(xiàn)快速自動業(yè)務指配功能。這兩方面的要求導致必然要開發(fā)下一代SDH設備。
開始，SDH多業(yè)務平臺只是簡單地在現(xiàn)有SDH設備上實施數(shù)據(jù)業(yè)務的固定封裝和透傳，進而能提供更有效的二層交換和本地匯聚功能。然而，傳統(tǒng)SDH網(wǎng)的帶寬指配是通過集中網(wǎng)管系統(tǒng)來實現(xiàn)的，無法適應大容量IP業(yè)務動態(tài)和不可預測的特性。其次，在原來的SDH復用結構中，4倍的帶寬增量對于數(shù)據(jù)業(yè)務的最優(yōu)配置顯得太大。最后，在典型的城域網(wǎng)中，所有層，包括SDH層、ATM層和IP層都是分離的網(wǎng)絡，只能靠人工方式使層間資源得以配置和利用。這些缺陷促使下一代SDH設備除了必須實現(xiàn)已經(jīng)標準化的VC虛級聯(lián)功能外，還需要實現(xiàn)一系列新的功能。為此，ITU開發(fā)了一系列下一代SDH標準，即集成通用組幀程序（GFP），鏈路容量調(diào)節(jié)方案（LCAS）和自動交換光網(wǎng)絡（ASON）標準。
2 集成通用組幀程序
CFP是一種可以透明地將各種數(shù)據(jù)信號封裝進現(xiàn)有網(wǎng)絡的開放的通用的標準信號適配映射技術。CFP可以在同一傳送通路內(nèi)支持幀映射和透明傳輸兩種傳送模式共存。幀映射模式（GFP-F）可以將客戶信號幀完全地映射進一個可變長度的GFP幀，支持包顆粒級別的速率適配和復用，以便實現(xiàn)虛容器級別的流量工程和匯聚，最適合于以太網(wǎng)/MAC或I腫PP等沒有固定長度的幀映射。這種映射模式是在收到一個完整的數(shù)據(jù)幀后再處理，因此需要有緩存和MAC（媒體接入控制），目前僅用于以太網(wǎng)，不太適合視頻和存儲業(yè)務傳送。
透明傳輸（GFP-T）模式完全不同，可以用透明映射的方式及時處理而不必等待整個幀的到達。這種映射方式適合處理視頻信號這樣的實時業(yè)務以及光纖通路，ESCON、FICON等具有固定幀長的塊狀編碼信號格式的存儲域（SAN）業(yè)務。一個通用映射標準GFP可以替代眾多不同和專用的映射方法，可以適用于任何客戶信號。此外，GFP不限于映射到傳統(tǒng)的VC，而且可用于更大容量的帶寬管道，從2.5 Gbit/s直至40Gbit/s。
GFP采用類似ATM的自同步定幀技術，簡單靈活，開銷低，帶寬利用率高，標準化程度高，有利于多廠商設備互聯(lián)互通，可以支持各種網(wǎng)絡拓撲，能夠?qū)τ脩魯?shù)據(jù)實施統(tǒng)計復用，可以更有效地防止誤碼引起的錯幀，GFP還有QoS機制，對應的傳輸層也不限定于SDH，可以是OTN或其他字節(jié)同步的物理通道。此外，利用簡化任意字節(jié)塊每次的處理過程，GFP降低了對數(shù)據(jù)鏈路映射和去映射過程的處理要求。利用現(xiàn)代光通信的低誤碼特性，GFP還進一步降低了接收機的復雜性、設備尺寸和成本，使GFP特別適合于高速傳輸鏈路應用。最后，利用GFP的線性擴展頭中的標記空間可以和MPLS集成為一體，利用MPLS來加強GFP，提供端到端的運維、保護和業(yè)務復用能力。
由于GFP幀頭有足夠的空間來提供端到端OAM&P信息和業(yè)務特征，因此有人希望將其開發(fā)成為一種類似ATM的獨立聯(lián)網(wǎng)層，彌補客戶層信號缺乏電信級端到端OAM&P、保護和業(yè)務復用能力的弱點，利用GFP來統(tǒng)一實施這些功能。然而，多數(shù)人仍然傾向于堅持網(wǎng)絡架構的扁平化原則，不希望出現(xiàn)一個新的聯(lián)網(wǎng)層，不希望GFP走ATM全能全才的老路，將GFP僅僅作為一種通用的適配映射技術，而將業(yè)務功能增強的角色留給MPLS來完成。利用MPLS來同時管理數(shù)據(jù)流和GFP，完成傳輸層和數(shù)據(jù)層的融合。
GFP的演進步驟首先是新一代MSTP的接口映射方案，然后擴展到接入層，進入城域核心交換層，最后進入包交換層。從長遠看，它會代替packet over SDH。
3 鏈路容量調(diào)節(jié)方案
LCAS定義了一種靈活、動態(tài)、無損改變傳送網(wǎng)虛級聯(lián)信號帶寬的方法，以便自動適應有效業(yè)務帶寬，特別是像以太網(wǎng)這樣的帶寬動態(tài)變化的數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬需求。具體實現(xiàn)方法是定義一個虛級聯(lián)組（VCG），利用SDH預留的開銷字節(jié)來傳遞控制信息，通過網(wǎng)管系統(tǒng)在該VCG內(nèi)動態(tài)實時地調(diào)整VC數(shù)目，從而快速適應上層業(yè)務帶寬的需求。另外，當鏈路出現(xiàn)某些段落失效或進行修復時，通過LCAS協(xié)議可以將某些失效資源刪除或重新恢復。
相對傳統(tǒng)網(wǎng)管指配VC的方式而言，采用LCAS的最大優(yōu)點在于有效凈負荷可以自動映射到可用的VC上，不僅避免了復雜的人工電路交叉連接配置，提高了帶寬指配速度，對業(yè)務無損傷，而且當系統(tǒng)部分虛容器出現(xiàn)失效故障時，可以利用LCAS標準命令集沿不同通道重構VCG，具有軟保護模式或容錯機制。這種機制可以幫助啟用在傳統(tǒng)SDH網(wǎng)中空閑的保護容量，提高帶寬資源利用率。進而，還可以有目的地將業(yè)務量分解成幾部分由不同保護特性的通道發(fā)送，各部分業(yè)務量具有不同的可用性級別，占用較少的保護資源，從而實現(xiàn)更加經(jīng)濟有效的共享保護機制。簡言之，LCAS不需重疊的二層機制來提供帶寬控制而直接實施按需指配帶寬，為SDH提供了端到端的動態(tài)帶寬調(diào)整機制，以適應業(yè)務帶寬變化的需要，可以在保證服務質(zhì)量的前提下明顯提高網(wǎng)絡利用率。
理論上，LCAS可以和GMPLS結合提供動態(tài)運行。但實際上，當前LCAS仍然主要靠標準命令集對虛級聯(lián)進行修改，盡管簡化了網(wǎng)管，但并不提供真正的動態(tài)運行。人們擔憂LCAS像ATM SVC一樣，由于動態(tài)運行的復雜性而發(fā)展不起來，寧愿將其作為一個長遠發(fā)展路標，而不是基本要求。
4 自動交換光網(wǎng)絡
自動交換光網(wǎng)絡（ASON）是一種能夠自動完成網(wǎng)絡連接的新型網(wǎng)絡概念，利用獨立的ASON控制面通過各種傳送網(wǎng)（包括SDH或OTN）來實施自動連接管理。這種具有獨立控制面的光網(wǎng)絡俗稱為智能光傳送網(wǎng)，簡稱智能光網(wǎng)絡。ASON吸取了IP網(wǎng)智能化的經(jīng)驗，沿用在IP網(wǎng)中行之有效的選路和信令協(xié)議加以改進，以適應光網(wǎng)絡的應用需要，有效解決了IP層與光網(wǎng)絡層的融合問題，代表了下一代光網(wǎng)絡的發(fā)展方向。
在網(wǎng)絡中引入ASON的主要好處有：允許將網(wǎng)絡資源動態(tài)地分配給路由；具有可擴展的信令能力集；快速的業(yè)務提供和拓展；降低維護管理運營費用；光層的快速業(yè)務恢復能力；減少了用于新技術配置管理的運行支持系統(tǒng)軟件的需要，只需維護一個動態(tài)數(shù)據(jù)庫；還可以引入新的業(yè)務類型，諸如按需帶寬業(yè)務、波長批發(fā)、波長出租、分級的帶寬業(yè)務、動態(tài)波長分配租用業(yè)務、帶寬交易、動態(tài)路由分配、光層虛擬專用網(wǎng)（VPN）等，使傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)向業(yè)務網(wǎng)方向演進。
若下一代的SDH多業(yè)務平臺能將上述VC級聯(lián)、GFP、LCAS中3種標準功能集成在一起，再配合核心ASON的自動選路和指配功能，則不僅能大大增強自身靈活有效支持數(shù)據(jù)業(yè)務的能力，而且可以將核心智能光網(wǎng)絡的智能擴展到網(wǎng)絡邊緣，增強整個網(wǎng)絡的智能范圍。
5 SDH多業(yè)務平臺
從原理上看，SDH是傳送層技術，并不清楚所承載的凈負荷內(nèi)容，因此傳統(tǒng)SDH技術難以有效處理數(shù)據(jù)傳送要求。然而，面對電信業(yè)務的加速數(shù)據(jù)化和IP化以及多樣化的業(yè)務環(huán)境，SDH正在不斷改進，以便有效處理各種重要數(shù)據(jù)業(yè)務。理論上SDH可以根據(jù)通道開銷字節(jié)得知凈負荷內(nèi)容的類型，據(jù)此可以開發(fā)出將不同數(shù)據(jù)業(yè)務映射進SDH虛容器的新方法，從而產(chǎn)生SDH多業(yè)務平臺的概念。
SDH多業(yè)務平臺不僅在端口密度和集成度上有大幅度提高，而且能夠在SDH設施上支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送和終結，實施數(shù)據(jù)業(yè)務透傳或二層交換和本地匯聚功能。其中點到點透傳方式直接將數(shù)據(jù)映射封裝到預先分配的SDH虛容器中傳送，簡單；減少了POS口，成本低；具有較好的用戶帶寬保證和安全隔離功能，適合有較高QoS要求的數(shù)據(jù)租線業(yè)務和核心層應用。但帶寬利用率較低，網(wǎng)絡硬件資源消耗較大，缺乏靈活性。而二層交換和匯聚方式用戶在端口處以多點到單點匯聚方式進入網(wǎng)絡，具有帶寬共享、端口匯聚能力，通過虛擬局域網(wǎng)（VLAN）方式還可以實現(xiàn)用戶隔離和速率限制，利用SDH環(huán)或快速生成樹保護實現(xiàn)二層以太網(wǎng)業(yè)務保護和環(huán)上的帶寬共享，節(jié)省網(wǎng)絡資源和端口。然而，二層交換競爭帶寬的特性，使得在網(wǎng)絡擁塞特別是以太環(huán)網(wǎng)應用中難以確保用戶實際帶寬，安全性稍差。帶有二層交換和匯聚功能的SDH多業(yè)務平臺可以明顯減少節(jié)點的業(yè)務端口，降低網(wǎng)絡成本，減輕三層交換機/路由器負擔，組網(wǎng)靈活，適合于匯聚層和接入層應用以及對安全性要求較低的用戶及其瀏覽和視頻點播類業(yè)務。當然，數(shù)據(jù)業(yè)務還可以進一步利用集成的路由器功能在三層上處理，此時可以享受更加豐富靈活的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)功能，關鍵是路由匯聚，可以減少核心路由器的復雜性，但增加了三層傳送的復雜性。因此，支持簡化的三層功能的做法也成為一種可選的折衷方式。
SDH多業(yè)務平臺的出發(fā)點是充分利用人們所信賴的SDH技術，特別是其保護恢復能力、確保的延時性能和強大的網(wǎng)管能力，加以改進以適應多業(yè)務應用，支持二層乃至三層的數(shù)據(jù)智能�；舅悸肥菍⒍喾N不同業(yè)務直接或經(jīng)過處理后再通過VC級聯(lián)等方式映射進不同的SDH時隙，而將SDH設備與二層乃至三層分組設備在物理上集成為一個實體，構成業(yè)務層和傳送層一體化的下一代SDH節(jié)點，稱為融合的SDH多業(yè)務節(jié)點，定位于網(wǎng)絡邊緣。
SDH多業(yè)務平臺的出現(xiàn)不僅減少了大量獨立的業(yè)務節(jié)點和傳送節(jié)點設備，簡化了節(jié)點結構，降低了設備成本，減少了機架數(shù)、機房占地、功耗和架間互連，簡化了電路指配，加快了業(yè)務提供速度，改進了網(wǎng)絡擴展性，節(jié)省了運營維護和培訓成本，還可以支持各種數(shù)據(jù)業(yè)務，特別是集成了以太網(wǎng)、幀中繼、ATM、存儲域網(wǎng)（SAN）乃至IP選路功能后，可以通過統(tǒng)計復用和超額訂購業(yè)務來提高TDM通路的帶寬利用率和減少局端設備的端口數(shù)，使現(xiàn)有SDH基礎設施最佳化。另外，SDH多業(yè)務平臺可以為任何端口提供一層、二層乃至三層業(yè)務的任意結合而不管物理接口類型是什么。隨著網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)業(yè)務流量的增加，SDH多業(yè)務平臺正從簡單的支持數(shù)據(jù)業(yè)務的透傳方式
向更加靈活有效支持數(shù)據(jù)業(yè)務的新一代系統(tǒng)演進和發(fā)展。最新的發(fā)展是支持GFP、LCAS、RPR和ASON標準。
這種方案的主要缺點是基于同步工作，抖動要求嚴，設備成本較高。其次，這種方案難以靈活地生成業(yè)務。再有，采用SDH固定幀長和時隙來支持突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務的帶寬效率較低，目前數(shù)據(jù)業(yè)務功能也還不夠靈活豐富。最后，要同時管理多個面向連接和無連接的網(wǎng)比較困難，管理成本仍偏高。從長遠看，當數(shù)據(jù)業(yè)務成為網(wǎng)絡的絕對主導業(yè)務類型后，這種解決方案不是一種最有效的方法。
6 內(nèi)嵌RPR功能的SDH多業(yè)務平臺
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)固有的一系列問題，IEEE 802.17彈性分組環(huán)(RPR)就是解決方案之一。這是一種二層協(xié)議，獨立于下面的一層技術和上面的三層技術，屬于中間層增強技術，采用一種新的MAC層和共享接入方式，將IP包通過新的MAC層送入一層數(shù)據(jù)幀內(nèi)或裸光纖上，無需進行包的拆分重組，提高了交換處理能力，改進了性能和靈活性。RPR不是一種獨立的結構，它既可以工作在一層的SDH或Gbit/s以太網(wǎng)上，也可以直接工作在裸光纖上作為路由器的線路接口板。早期的獨立RPR設備主要架構在以太網(wǎng)上，目前的趨勢是架構在SDH上，成為新一代MSTP的內(nèi)嵌智能層功能，從而可以充分利用兩者的優(yōu)勢。若底層采用SDH幀
格式，可以分別將TDM業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務映射進不同的SDH時隙，對質(zhì)量要求高的TDM業(yè)務繼續(xù)沿用SDH環(huán)保護，而對于質(zhì)量要求不太高的數(shù)據(jù)業(yè)務可以不參與SDH環(huán)保護，提高了帶寬利用率。
RPR簡化了數(shù)據(jù)包處理過程，不必像以太網(wǎng)那樣讓業(yè)務流在網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點進行IP包的拆分重組，實施排隊、整形和處理，而可以將非落地IP包直接前轉(zhuǎn)，明顯提高了交換處理能力，對分組業(yè)務最佳。另一方面，RPR又能確保電路交換業(yè)務和專線業(yè)務的服務質(zhì)量，可以在二層上實現(xiàn)50 ms的保護倒換時間，因此允許按不同業(yè)務為基礎運行，無需為保護預留帶寬。RPR具有自動拓撲發(fā)現(xiàn)能力，采用一種類似OSPF但工作在二層的觸發(fā)式協(xié)議，可以自動識別任何二層拓撲的變化，增強了自愈能力，支持即插即用，避免了人工配置帶來的耗時費力易出錯的毛病。RPR可以有效支持兩纖雙向環(huán)拓撲，可以在環(huán)的兩個方向上動態(tài)地統(tǒng)計復用各種業(yè)務，同時還能按每個用戶每種業(yè)務為基礎保留帶寬和服務質(zhì)量，從而最大限度地利用光纖的帶寬，簡化網(wǎng)絡配置和運行，加快業(yè)務部署。RPR還具有較好的帶寬公平機制和擁塞控制機制。最后，RPR可以在環(huán)上支持大約250個節(jié)點，遠遠超越了各種傳統(tǒng)SDH環(huán)的節(jié)點數(shù)限制。
RPR的最大特點是采用了一個內(nèi)嵌控制層，從而可以提供很多新的功能。RPR方式可以利用幾乎100％的網(wǎng)絡容量來傳遞確保質(zhì)量的實時TDM業(yè)務，倒換時間可以控制在50 ms之內(nèi)，這在分組解決方案中是很特殊的。而以太網(wǎng)交換機平均只有40％的網(wǎng)絡容量可以用來傳遞確保質(zhì)量的業(yè)務。從成本上看，RPR成本介于SDH和Gbit/s太網(wǎng)技術之間，數(shù)據(jù)接口越多，其成本越接近Gbit/s以太網(wǎng)，反之則趨近SDH。總的看，這類技術最適合數(shù)據(jù)業(yè)務量占主導，而TDM業(yè)務量也需要可靠有效支持的應用場合。
鑒于RPR具有很好的匯聚特性和優(yōu)化的數(shù)據(jù)接入能力，最適合于城域網(wǎng)的接入層應用，特別是以太網(wǎng)業(yè)務帶寬需求占絕對優(yōu)勢的場合。然而，RPR需要新增一個MAC層，系統(tǒng)復雜性和成本將增加。其次，由于RPR沒有跨環(huán)標準，RPR信息無法跨環(huán)傳遞，獨立組大網(wǎng)的能力較弱，無法實現(xiàn)復雜的網(wǎng)絡拓撲，不能提供端到端業(yè)務。然而若利用與MPLS相結合的方法，可以使跨環(huán)業(yè)務流配置成同一個MPLS標記交換通道，從而實現(xiàn)多個RPR環(huán)業(yè)務的互通。利用MPLS還能提供基于全網(wǎng)的流量工程、實現(xiàn)空間重用和帶寬保證，使得應用范圍擴展到網(wǎng)狀網(wǎng)等復雜的拓撲，進一步加強了MS97支持數(shù)據(jù)靈活聯(lián)網(wǎng)的能力。最后，RPR使用共享接入方法，擴展性受限。
7 發(fā)展前景
總的看，新一代SDH多業(yè)務平臺的出現(xiàn)和發(fā)展不僅成功地延長了SDH的技術壽命，而且提供了一個融合的簡化的網(wǎng)絡邊緣，可以更靈活有效地支持分組數(shù)據(jù)業(yè)務，增強業(yè)務拓展能力，保護已有投資，降低網(wǎng)絡成本和投資風險，有助于實現(xiàn)從電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)過渡和最終向融合網(wǎng)方向發(fā)展�？梢钥吹�，SDH多業(yè)務平臺正在引領城域網(wǎng)的發(fā)展。特別是近來中國電信集團公司組織的下一代SDH多業(yè)務平臺的多廠商互聯(lián)互通測試的成功，標志著下一代SDH多業(yè)務平臺技術的基本成熟和大規(guī)模商用的價值�？梢韵嘈�，隨著網(wǎng)絡中IP業(yè)務的繼續(xù)快速增長，我國寬帶業(yè)務的迅速崛起和第三代移動通信業(yè)務的商用在即，構筑動態(tài)、靈活、高帶寬的城域網(wǎng)將成為網(wǎng)絡發(fā)展下一步的必然要求，而下一代SDH多業(yè)務平臺將會發(fā)揮無可替代的中心作用，這將是一個重大的市場機遇。
韋樂平：現(xiàn)任國家863計劃信息技術領域?qū)＜椅瘑T會委員，信息產(chǎn)業(yè)部通信科學技術委員會副主任，中國通信學會常務理事兼信息通信網(wǎng)絡委員會主任和光通信委員會副主任，中國電信集團公司總工程師兼北京研究院院長，已發(fā)表100余篇論文和8本著作。 |
