宽带IP城域网骨干网络建设方案研究探讨

zjol

一、宽带 IP城域网

    IP技术为代表的宽带数据通信业务的迅速崛起，使得全球新老电信运营商在宽带IP网络的建设上基本都站在同一起跑线上，纷纷斥巨资构造面向未来的宽带网络。目前宽带骨干网上的ATM与IP之争已经随着大部分运营商国家宽带骨干网建设的完成而结束了，作为国家宽带骨干网竞争的延续，竞争的焦点集中到宽带城域网和宽带接入网方面了。应该说，是用户对宽带多媒体业务的需求和数据网络自身发展的需要促使了宽带IP城域网建设与运营的发展，而出口速率的拓宽和骨干网络的宽带化也为城域网的建设提供了条件。
    宽带IP城域网的定位对于不同运营商可能侧重点也不同，但一般来说都认为是各运营商宽带IP骨干网络在各城市范围内的延伸，可以支持高速上网、带宽租用、虚拟专用网(VPN)、窄带拨号接入、视频、话音各种多媒体业务，是以电信网络的可管理性、可扩充性为基础，来满足政府部门、企业、个人用户对各种带宽的基于IP的多媒体业务的需求。其典型技术特征是在城域范围内实现了传输的宽带化和节点的宽带化，使得城域网从接入到核心各个部分都实现了宽带化。
    宽带IP城域网的网络结构通常分为三层：核心层、汇聚层和接入层。核心层网络完成高速数据转发的功能。汇聚层网络节点则主要实现扩展核心层设备的端口密度和端口种类，扩大核心层节点的业务覆盖范围，汇聚接入节点，解决接入节点到核心节点间光纤资源紧张问题，实现接入用户的可管理性等功能。接入层网络节点主要是将不同地理分布的用户快速有效地接入骨干。
    本文要讨论的是宽带IP城域网骨干网络的建设方案，它主要是针对核心层和汇聚层，可以采用ATM技术、GE(千兆以太网)技术、POS(Packet Over SDH)技术、DPT(动态包交换)技术等。而接入层主要有LAN、xDSL、HFC、LMDS等接入技术，在此并不做过多讨论。

二、宽带 IP城域网骨干网络技术选择

    作为网络连接和交换的平台，城域网骨干网络需要快速的交换和转发能力，还要有冗余链路以保证网络安全可靠以及良好的流量控制和QoS等。目前骨干网技术突飞猛进，针对不同的运营环境有ATM、GE、POS、DPT等多种技术供运营商选择。对于运营商来说，首先要综合考虑技术的发展趋势、技术特点、技术成熟性和标准化。例如万兆以太网技术尽管会是未来城域网的发展趋势，但是就目前技术发展程度而言，GE无论是在技术成熟度、标准化方面，还是在价格等方面都是一个更合适的选择。其次对运营商来说要对所建城域网现在和将来要开放什么业务，面对的重点用户群是谁等有一个清晰的目标，这样才能更好地选择合适的技术。例如ATM技术适合于初期数据业务量不是很大，希望能兼顾话音和基础数据业务,以占领部分集团客户市场的综合业务运营商建立一个多业务城域网，但它并不适合那些新兴的ISP。另外对运营商来说，投资成本也是考虑的一个重要方面，因为建设城域网的目标一定是要建一个可赢利的网络。例如建设一个ATM多业务网络的成本要比纯IP网络的价格高，而对于一个纯IP网络来说，完全采用GE技术要比采用POS技术的成本更低。还应看到的是，不同的技术有不同的切入点，不同的运营商由于市场定位、网络资源、运营权、品牌和用户规模等的差异，在技术选择上肯定会不同。就目前来说，基于FTTB+LAN的以太网接入网将可能成为主流的接入方式。因此对运营商来说，如何使宽带IP城域网更加有效地配合接入网，尤其是以太网接入网进行无缝连接，也会成为影响城域网技术选择的一个重要因素。
    总的来说，要建设一个可运营可管理的电信级宽带IP城域网，采用什么技术是一个非常复杂的决策过程。它需要综合考虑技术先进性和实用性，投资成本和回报，业务类型和客户目标等多种因素，才能找到一个针对某个运营商最适合、最经济和最具发展潜力的技术。下面对目前城域网建设的几种主流技术作些简单介绍与分析。
    1．ATM技术
    ATM采用53字节固定长度的信元(Cell)作为最基本的传输单元，利用IPOA、LANE、MPOA和MPLS等协议来承载IP。它的优点在于可以把不同的服务(FR、DDN、Voice、D1)集中到一个管道中，并提供分类管理，同时可以提供强大的流控机制但ATM在传输IP业务时存在协议过于复杂，信头协议太大，设备价格高而速率有上限(目前ATM接口最高速率是2.5G，而且622M和2.5G接口价格非常高)。
    2．GE(千兆以太网)技术
    GE技术基于传统的成熟稳定的以太网技术，设备价格较低。它可以自然的方式来升级现有的以太网、工作站、管理工具和管理人员的技能，实现与用户原有以太网的无缝连接，中间不需要任何格式转换，提高了数据转发和处理能力。可以说GE的突出优势是低带宽成本以及简单、易用和对IP的无缝支持。但在流量控制和带宽管理、可管理性和安全等方面能力则还有待于进一步完善。
    3．POS(Packet Over SDH)技术
    Packet Over SDH(POS)，更准确的说，是IP/PPP/HDLC Over SDH/SONET。它由于省去了ATM层可以简化网络体系结构，从而可减少费用，提高传输速度和效率，而且由于保留了SDH的基本传输体系和性能监控，可以实现网络层保护。但在IP Over SDH中SDH仍是以链路的方式来支持IP网，没有从本质上提高IP网的性能。和GE技术相比，POS端口价格则仍显过高。
    4．DPT(动态包传输)技术
    DPT技术是基于光纤传输的优化包传输，结合了IP路由的带宽效率、成本有效性和服务丰富性以及光纤环的带宽丰富性和积极自愈功能，提供了下一代数据化的光纤传输解决方案，最大限度的提高了网络稳健性和可用性。DPT采用分组环解决方案，充分利用带宽复用功能，比TDM的SDH设备和分/插复用器(ADM)等组网方式经济便宜。

三、宽带 IP城域网骨干网建设方案

    目前，宽带IP城域网骨干网络建设的技术方案可以分成三类，一个是ATM多业务平台系统；另一个是纯IP网络平台；还有一个就是IP多业务平台系统。

    1．ATM多业务平台系统

    利用ATM交换机建设ATM城域网多业务平台系统存在两种方式，一种是全部采用ATM交换机和复用设备，即所谓的纯ATM体制。另一种是仅在城域网的接入部分采用以太网交换机，其它部分采用ATM设备，即所谓ATM+IP体制。由于在城域网中要提供非常多的以太网端口，直接由ATM设备来提供，成本太高。而采用ATM+IP方式的话，则既可减低成本同时又可方便管理，提供多业务能力。但即使是ATM+IP方式，它仍然存在IP Over ATM网络方案的弊病，如对于大量的WWW浏览、FTP、E-mail等Internet业务，依然存在传输效率低、不能实现分布式路由等缺点。不过一旦MPLS技术在ATM网络上可以大规模使用的话，就可以较好的解决这些问题。目前MPLS是业界最为看好的组建大规模ATM城域网多业务平台系统的技术。
    对于IP业务量小的城市，可利用现有ATM交换机增加模块和节点来组建城域网。对于这些城市，由于需要处理和承载的IP数据包不是特别多，并且现有电信ATM网络带宽相对比较富余，为了充分利用现有的设备和资源，完全可以通过改造和适当扩建ATM 网络，比如在ATM网络中引入MPLS等功能，使其拥有支持高速IP路由的能力来组建小型的IP城域网。同时，由于ADSL业务覆盖范围较广，对于初期IP业务量小的城市有较大的发展空间。可以通过ATM的汇聚能力，采用宽带服务器集中式接入方案。由于大部分ADSL系统是基于ATM的，在这些城市建设一个基于ATM的小型宽带IP城域网也可较好地和ADSL宽带接入网实现无缝连接，并达到节省投资的目的。
    对于一些才涉足宽带IP领域的运营商，如果想在发展IP业务的同时也发展FR、DDN、话音等高附加值业务，也可以考虑建立一个ATM城域网多业务平台系统来为IP提供面向连接、带宽可控、安全性高、时延小的高品质多媒体服务和商业用户互联服务。如联通、吉通在某些城市就是采用了这种城域网建设方案。
    目前这种IP城域网主要受ATM容量和交换机成本限制，只能适合于IP业务量不大的城域网。但它具有快速建网，提供多业务，并充分利用原有ATM 投资的优点。将来随着这些城市IP业务量的逐渐发展，可以在ATM核心层逐步引入一些高速路由器，同时将原有ATM设备往汇聚层和接入层延伸。如果MPLS技术成熟的话，也可以用MPLS技术来在ATM交换机上提供高速路由能力以支持IP业务的持续发展。

    2．纯IP网络系统

    纯IP网络系统主要是以提供IP业务为主，采用了IP Over Fiber技术。尽管IP Over DWDM已经成为广域IP骨干网的主流技术，但在城域范围内，IP在光纤传输方面仍存在不同的传输格式的争议。目前发展纯IP城域网的骨干光传输平台存在以下几种方案。
    （1）高速LAN交换机方案
    这种方案主要是利用千兆以太网技术在城域构建纯IP的网络平台。它以高速LAN交换机(同时支持第2层和第3层)为核心，中继采用市内光纤或传输连接，完全采用GE方式组网。其主要优点是组网简单、低成本、可以和现有的以太网实现无缝连接。这种方案最大的问题在于单链路的最高传输带宽相当于POS和DPT的一半。而稀疏波分复用系统CWDM技术和已商品化的万兆以太网技术，将是在城域解决这个问题以及提高千兆以太网带宽扩充能力的有效方法。
    高速LAN交换机方案较适合IP业务量中等的城市，这主要是考虑到这些城市需要处理的IP数据包不是特别的多，并且由于带宽比较富余，IP层面的流量控制和服务级别划分(COS)也不是特别重要。另外对某些新进入IP宽带数据市场的运营商或是一些小型宽带ISP，由于初期业务量不会特别大，为了降低城域网建设费用规避技术风险，同时尽快建立网络以早日投入使用产生效益，较多的也是采用GE方案来构建自己的宽带IP城域网。
    （2）高速路由器方案
    这种方案以高速路由器为核心在城域构建纯IP的网络平台。它以GE方式组网为主，POS连接为辅，中继采用市内光纤或传输连接。这种方式性能较佳，但投资较大。这主要是高速路由器价格相对较高，同时考虑到虚拟拨号(PPPOE)不能传透城域网的IP网络层，使得宽带接入服务器要采用分布式接入方案，这些都导致该方案在初期投资会较大。
    高速路由器方案较适合IP业务量较大的城市，这主要是考虑到这些城市需要处理的IP数据包比较多，只有采用高速路由器才能处理得过来。而且当IP业务量比较大时，IP层面的流量控制和服务级别划分也很重要，这些功能现在一般都只有高速路由器才能提供。这种方案一般是主要是由一些用户数较多的大型运行商采用，如中国电信和中国移动。
    （3）DPT方案
    这种方案采用了优化的动态分组传送技术，吸收当前SONET/SDH的优点，克服其缺点，把充分利用带宽、IP的丰富功能以及光环自愈等有效结合起来，在现有光纤网络上提供最经济与有效的服务。
    目前许多大的硬件厂商都在积极推出城域网弹性分组环(RPR)的概念，RPR即指通过GE帧格式实现对保护环带宽的合理利用和高效的网络管理。Cisco的DPT是另一个RPR的提交方案，作为包优化的光传输解决方案，它的优势主要体现在网络建设与应用的经济核算中。
    由于DPT技术方案还不是标准，主要是Cisco的路由器支持，存在价格高，带宽成本较高的缺点。目前在城域网中构建纯IP网络平台的应用范围没有前面两种方案普及。

    3．IP多业务平台系统

    目前网络市场上的城域网IP多业务平台构建主要分两种，一种是Metro-DWDM方案，另一种是MSPP方案。
    （1）Metro-DWDM
    Metro_DWDM是指城域范围的IP Over DWDM系统，它综合性能较好，但成本的因素会制约其大范围的应用。它有两种发展方式。一种是通过采用CWDM技术，解决DWDM设备在城域网内的成本问题；另一种是应用波长路由交换机(全光交换机)，避免目前城域网存在着的大量电路交换设备浪费问题。Metro-DWDM核心技术是基于GE的分帧方法和自愈恢复办法。
    Metro-DWDM具有多业务的提供能力，在组网能力方面具有较强的灵活性。有特色的地方是Metro-DWDM的自愈恢复保护功能在保护带宽的利用上是较为有效的。不足之处是由于对传输业务的完全透明，在一个波长只提供一种业务，在速率不高的应用场合下，带宽的利用率较低。目前，Metro-DWDM只应用在网络扩容需求较大、较迫切的场合。
    （2）MSPP
    MSPP具有丰富的多业务提供能力，可以提供较好的TDM业务传输和QoS保证。此外MSPP还应具有提供快速灵活服务的能力的，这样不仅可提高服务提供商在加入、移动、删除新用户方面的灵活性，而且服务开通时间由于其平台的集成性而得到的缩减，极大地提高了SDH传输系统对多业务流的传输效率，并为运营商节省大量的投资成本。
    MSPP良好的性能价格比使其成为从SDH体系向基于IP体系架构过渡的理想方案。由于与WDMN天然结合，MSPP从某种程度上也是Metro-DWDM的低成本解决方案之一。基于SDH的MSPP城域网可为IP平台提供灵活的组网能力和网络扩展能力，可采用POS方案，DPT方案和集成方案来构建。它比较适合具有传统SDH系统、主要进行话音和出租线路应用的电信级运营商，有助于他们向提供混合型多业务(TDM、ATM和其它数据业务)的市场发展，实现与PSTN、ISP无缝互连。
    目前全国各地的宽带IP城域网已从最初的如火如荼的建设到现在的较为平稳的发展，现实的市场需求要求运营商对网络技术的选择、业务提供、设备的选择一直到运营管理都要和投资回收建设成本乃至赢利紧密结合考虑。尤其是以太网接入作为一种有中国特色的接入手段，在目前用户有强烈需求但规模效益不明显的形势下，如何使宽带IP城域网骨干网的建设与扩容更有效的配合以太网接入网以获得更大的收益，更是一个值得关注的问题。在这方面，要特别关注的是RPR的标准化过程，它肯定会使基于GE的多业务平台成为宽带IP城域网发展的一个趋势。