城域网和SDH10G技术和产品探悉

恋々风

城域网传输主要采用的技术为基于SDH的MSTP、基于DWDM的OADM和光纤直连技术。为满足城域数据业务的发展、实现对数据业务的保护，核心层引入OADM技术和基于SDH STM-64——10G的MSTP是必要的。SDH STM-64——10G产品由于其大容量、单位比特成本较低、业务交叉便捷的特性已经深得运营商的信赖，有迹象表明，STM-64 10G产品即将由“旧时王谢门前燕”走入寻常地市局。
    本文就10G相关技术以及目前业界10G产品的特性和进展进行比较深入的探悉。

一、STM-64的最大容量
    最大容量分为两层涵义：SDH设备组成的网络的最大容量和最大接入容量。
    SDH设备组成的网络的最大容量：由传输网络采用的传输速率等级和网络结构以及网络保护方式共同决定。在采用STM-64速率下，采用相邻型业务流向模型，其最大组网容量可达64×M×1/2 个VC4，M为STM-64 环上节点数。考虑到在保护时隙可以传送低等级额外业务，则上述容量提高一倍。
    最大接入容量：最大接入容量是针对单个SDH设备而言，由设备交叉能力和各接入单元单盘的端口集成度共同决定。目前业界在768×768交叉单元下，最大接入容量为768个VC4，即120G；在512×512的交叉能力下为512个VC4 ,即80G。  

二、 交叉能力
    交叉能力的大小主要由交叉处理盘协同背板总线完成。交叉等级分为高阶交叉和低阶交叉，交叉连接类型分为单向、双向、交叉、广播和环回，交叉连接方向分为群路到群路、群路到支路、支路到群路和支路到支路。
    高阶交叉能力：早期的STM-64产品高阶交叉能力比较弱，一般为256×256VC4，最大可以实现384×384VC4交叉。由于STM-64产品在网络中核心的定位以及四纤复用段环的选用，早期的10G产品的交叉能力愈来愈显得力不从心。 随着技术的发展目前业界可以稳定提供的是512×512VC4的交叉单元，最大可实现 768×768VC4全交叉。由于目前实际网络容量和出于网络安全性的限制，512×512VC4交叉能力并没有用满。
    低阶交叉能力：早期的STM-64产品全部是基于VC4级别的交叉，都不支持VC12级别的低阶交叉。
    目前，STM-64产品可以直接或者间接提供低阶全交叉能力。在实现方式主要有两种思路：
    第一种方式是STM-64提供低阶盘，直接具有低阶交叉能力。其优点在于无论是长期运营成本、故障率还是日常维护量和维护难度都减小，缺点在于低阶交叉盘占用10G设备业务槽位。
    第二种是通过扩展2.5G设备提供低阶交叉能力，其本质还是STM-64不提供而是通过扩展设备提供低阶交叉能力。本方式的巧妙之处在于将扩展2.5G子架以扩展子框形式集成在10G设备机架内。此种方式实现比较简单，优点在于借用了2.5G设备的强大的低阶交叉能力，同时又以“2.5G子框”的形式解决了机房面积占用的问题，缺点在于降低了设备的整体集成度，增加了故障点，同时由于要维护两套设备，所以设备日常维护不可忽视。

三、背板总线
    目前，背板都采用无源设计。背板总线技术主要有三种：LVDS、LVTDL、GLT等。
    对于如2.5G和2.5G以下中低速系统，由于系统容量不是非常大，系统的瓶颈不在背板总线，所以对背板总线速率没有严格要求，一般采用LVTDL或GLT技术，背板总线为77M或38M，如此已经完全满足系统的要求。倘若采用LVDS（低压差分信号）技术使背板总线速率提高到622M，除了方便背板布线外对系统几乎没有优化作用。
    对于高速通信系统，如10G或其以上设备，由于系统速率和交叉容量非常高，对背板总线的速率和布线提出了更高的要求，所以一般采用LVDS技术。目前业界的背板速率一般为622Mbit/s或者777Mbit/s。

四、机架尺寸和端口密度
    设备的端口密度由设备的业务槽位、单盘集成度、交叉能力共同决定。业务槽位的多少在一定程度上和设备机架尺寸有密切关联。目前10G设备机架尺寸长和宽差别不大，主要在厚度上有争议，一般分为300MM或600MM两种厚度。对一个成熟的10G产品而言，机架厚度尺寸对设备的稳定度几乎没有影响，但对机房长期规划而言则必须要重点考虑。
    端口密度通常是在所有的光接口都不考虑DCC通道的限制即POS方式下和最大可能提高端口密度的情况下理论计算得出。在SDH中抛开网络，单纯的在理论上比较端口密度并没有任何实际意义。
    目前，在10G双ADM配置模型下，即在组成2个两纤环的情况下还可以提供的端口数量一般如下表所示：。
    STM-64设备
    型号 单盘集成度 端口总计
    STM－64 光 1路/盘 最大4
    STM-－16光 1路/盘 16
    STM-－4光 4路/盘 64
    STM－1光电合一 (4+4)路/盘 64电＋64光
    STM－1光 4路/盘、8路/盘、16路/盘 256
    STM－1电 4路/盘、8路/盘、16路/盘 128
    GE支路盘 1*光/盘、2*光/盘 32
    100M以太网 4*100M/盘、8*100M/盘 128
    ATM接口盘 实现原理不同，一般不用端口密度衡量
    最近业界新提出2路/盘的STM-16分支盘以及直接带有低阶交叉功能155、622的交叉集线盘，此类单盘的提出对我们的组网思路又带来了比较大的改变。

五、设备单盘通用性
    主要是指STM-64、STM-16、STM-4、STM-1相关业务机盘是否支持从低速率到高速率系统设备间可通用，即原STM-4的155盘能否在STM-64系统上使用。此思路的提出非常好，但由于各个单盘原所隶属的复用系统的背板速率差别极大，故目前业界几乎都不支持——除非是高速率系统降级为低速率系统使用。

六、组网能力
    10G群路光口：对于10G群路光口的数量理论上当然是多多益善，但考虑到实际组网规模，够用即可。例如BJ联通本地传输网4端10G，使用10G光口数量为4个；SH联通宽带城域网4端10G，使用10G光口数量为4个；DL市话5端10G，使用10G光口数量为4个；NN10G市话传输网4端，使用10G光口数量为2个。
    光口标准都严格按照ITU-T相关建议规范，接口类型常用的分别为I-64.2、S-64.2a、L-64.2a 。光收发模块可以采用合一光模块或者分离模块。光收发模块合一为最新推出的光核心模块，其减少单盘体积和功耗，但由于此芯片一般外购，价格较高；独立模块一般自主研发，价格较低，但占用空间较大。
    FEC特性：由于在工程中不存在理想的数字信道，信号在各种媒体的传输过程中总会产生畸变和非等时时延，对数字信号来说就意味着产生误码和抖动，而抖动的最终效果也反映在系统的误码上，信号的失真由此产生。依据干扰的性质，可将信道分为3类，即随机差错信道（恒参信道）、突发差错信道（变参信道）和混合信道。光传输系统一般可认为是随机差错信道，因此FEC一般采用了ITU-T G.975标准规定的方式。
    FEC实现方式分为带内和带外两种。
    带外FEC采用RS编码，可提高6－7DB接收灵敏度，从而可以将光信号传送更远。但由于额外增加了误码校正字节以及帧同步字节，因而会造成光口速率的增加，并且误码校正能力越强，所加入的误码校正字节则越多，光口速率增加也越明显，当然，色散的影响也就越大。
    带内FEC一般“嵌”在STM-64光群路盘内，通过网管软件可灵活开关群路接口盘带内FEC功能，采用RS编码，每帧可纠错1152比特，可纠突发误码128比特，可改善大约2－3dB的接收信噪比。其优点在于利用开销字节传送，不会造成光口速率的增加，不足之处在于没有带外FEC提高的接收灵敏度高。
    色散补偿：传输距离增加，整个传输线路的总色散也随之增加。原来的损耗限制系统变成了色散限制系统。光纤色散是指由于光纤所传输的信号是由不同模式或不同频率成分或不同的偏振态来携带的，这些不同的模式成分或不同的频率成分或偏振态成分的传输速度不同，从而引起传输信号在波形上发生畸变的一种物理现象。其现象就是随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽。光纤的色散就可以分为：模间色散(Mode Dispersion)、色度色散(Cromatic Dispersion)和偏振模色散 (Polarization Mode Dispersion)。在以上三种色散中，色度色散可通过色散补偿的技术完成。
    STM-64 信号通过在G.652 光纤上传输，通过色散补偿功能模块延长高速信号传输的色散受限距离。由于DCF补偿光纤入纤有效面积较小，为避免非线性原因，采用后补偿和欠补偿原则。
    目前业界色散补偿单元分为占业务槽位的插盘式和不占业务槽位而放置在机框下部的模块式。色散补偿量标称值分为40公里、60公里、80公里不等。一般在G.652光纤上，60KM内可以不补偿，补偿原则为欠补偿。

七、网络、设备保护能力
    随着光纤传送传输容量的增大，传输网络的可靠性、可用性和对线路故障的应变能力至关重要。
    设备级保护功能：此保护一般指交叉、时钟盘、电源1＋1可热备份，业务盘例如STM-1电接口可实现1：N或者1：1保护。关于供电，目前业务和功能接口盘几乎都是全分散供电。设备电源具有1＋1 两路电源引入口，网络级保护功能：网络级别的保护分为：链路1+1线路保护，环形包括有复用段和通道保护。具体组网又可分为子网连接保护、复用段共享保护、共享光纤虚拟路径保护、环网间互通业务的保护。
    子网连接保护
    子网连接保护是一种通道层的保护，无需APS协议，它可以应用在环网上形成二纤通道保护环。在网络结构日趋复杂的情况下，SNCP 子网连接保护是可适用于各种网络拓扑结构且倒换速度快的业务保护方式。
    对于SNCP，即使同时存在多个业务倒换，成熟的STM-64都完全满足G.841、 G.842 建议的要求。
    共享复用段保护
    复用段共享保护倒换要使用APS协议，按照组网形式可分为线形和环形。线性组网包括1＋1 和1:N两种；环形组网包括单向复用段和双向复用段保护两种。目前常用的是双向复用段保护。
    复用段保护倒换时间是关键的参数之一，按照ITU-T G.841的建议模型，在环的总长度不超过1200km的情况下，保护倒换应在50ms内完成复用段倒换。一次完整的倒换将经历故障确认、倒换协议字节传输、开关执行和电路恢复四个过程。在实际工程中，故障确认时间和开关执行时间及电路恢复时间与厂家系统有关。
    在2002年5月结束的中国移动城域网测试中，业界国产某10G设备在STM-64 2F复用段保护环保护倒换时间最大为29.901ms ；STM-64 4F MS-SPRING保护倒换测试，保护倒换时间最大为38.810ms ，比较优秀。
    同时是通道保护和复用段保护
    同时是通道保护和复用段保护是指在STM-64系统中，既可以将某几个时隙用来做复用段保护，又可以将剩余的时隙组成通道保护，还可以支持在保护时隙传额外业务。支持这种交叉的提出，不仅提高了网络容量，同时也为实际业务类型的多样性提供了便捷的适应性。
    共享光纤虚拟路径保护
    这种组网方式就是将光纤的容量按VC-4 为单位进行划分并将其归入不同的逻辑子系统，每个逻辑子系统可以独自采用不同的保护方式，从而在一根光纤内可以采用多种网络保护。
    TMUX功能
    将共享光纤虚拟路径保护功能做的近一步强大，结合MUX功能，在子环上可以接入不同厂家的设备，即利用未定义开销字节透传STM-16的J0,E1,E2,F1, K1,K2,S1,D1-D12等有定义开销。此功能在城域网中最有应用，尤其适用于在本地网为非本公司设备的实际情况下承建新建的城域核心网。
    环网间互通业务的保护
    在环间存在一条以上互通路由时便可实现环间业务的保护。对于双节点互连，ITU-TG.842 建议规定了可保护在不同或者相同设备组成的SNCP环网或者MSP环网间进行互通的业务。环网间的环间互通业务可分为单节点互连方式和双节点互连方式：
    单节点互连方式可以用STM-64、 STM-16、 STM-4、STM-1光电口直接相连。目前由于多光口增强型ADM设备的普及，此类组网方式在逐步减少。
    双节点互连方式规定了一个环上的两个互通节点分别在复用段共享环或者通道环工作方式下的保护方式。只要严格遵循ITUT G.842建议，采用该建议规定的保护方式可实现不同厂家设备、不同保护方式组成的两个环网间互通业务的保护。由于是双节点，对光纤失效、节点失效均可进行保护。保护方式为D&C功能，即DROP –AND- CONTINUE。
    由于增强型多光口ADM设备的普及，运营商往往将同一个站点的同一个厂家的设备合二为一，甚至合三为一，组成相交环形成新的DNI(Dual Node Interface)双节点互联保护方式。由于充分利用设备强大的交叉、多光口能力，用一套设备内部总线和内部交叉代替两套或者三套设备间复杂的光、电口连线，节约了投资、减少了故障点、减轻了维护量。这种DNI即这样理解G.842，在某种意义上，的确优于传统的ITUT的G.842建议方式。但由于两、三套设备由一套来完成，减少了出故障率，增加了故障的破坏力，一旦出故障其影响将是非常的恶劣。

八、多业务支持（10G MSTP）   
    SDH STM-64对多业务的支持能力是由VC4级联实现，级联类型包括 VC-4-2c 、VC-4-4c、VC4-8c、VC-4-16c、VC-4-64c以及1到16个VC4的虚级联。
    GE接口：
    GE往SDH上映射通常采用LAPS 或者GFP协议，提供每盘两路的GE 光接口，目前有的厂商可以做到支持1到8个VC4的虚级联。工作波长一般采用1310nm或者1550窗口，采用标准的SC/PC，传输距离10km，支持以太网业务透传。
    目前业界GE接口盘虽然市场宣传上支持但实际组网中并不支持二层交换，这一点从中国移动2002年5月份的测试中得到印证。
    ETH接口：
    以太网往SDH上映射也采用LAPS 或者GFP 协议，每个ETH 盘提供8路的100Base-FX 光接口。接口支持单模15km和多模0.5km两种传输距离，支持带宽控制，数据透明传送，从中国移动测试的结果来看，目前业界都不支持二层交换功能。
    根据设备制造商对技术一贯跟进性，10G的支持二层交换、GE接口、VLAN、甚至功能更强大的以太网接口盘很快就会浮出水面。
    ATM 155M统计复用接入盘：
    目前业界对ATM接口盘的思路分为两种，一种是4个对外ATM接口，对内2个VC4，适用远端使用；另一种对内为4个VC4，对外为2个ATM接口，适用于局端使用。这两种ATM接口盘的交叉容量都是6x155 Mbit/s。
    一个成功的ATM盘应不仅要支持统计复用、VP环保护，还应该支持VP、VC空间组播，VP、VC逻辑组播，支持CAC，支持信元传送优先级、支持强制倒换等ATM交换机支持的功能。

九、网管能力
    由于网管涉及的内容非常多，本章仅仅就我们比较关心的参数进行探悉。
    网管的研发都基于YDN037-1997 03/97 同步数字体系SDH 管理网管理功能和符合ITU-T相关建议和ISO标准，采用分层结构和模块化设计，能够便捷的增加和扩充管理对象，具有性能管理、故障管理、配置管理和安全管理、计费管理功能。可以提供Q接口、CORBA接口、F接口、f接口、DEBUG接口，可以在一个平台下对同一设备制造商的传输、接入等产品进行统一网管。
    单个网管可管理的网元数：
    网元级网管，业界最大可以做到一个网元级网管可管理256个网元；一套子网级网管可以管理32个网元级网管，即32×256。
    协议栈与DCN路由协议： 协议栈和DCN路由协议目前业界也有两种思路。一种是底层协议栈基于OSI、应用层基于CMIP。其DCN路由可使用 v.35、2M、10/100M通道，实现硬件为符合G.703建议的 2M接口配合高速网络互联器使用，可以途径任何一个公司的设备到达主网管。由于采用OSI 的TP4协议， 网管协议比较复杂，但网络安全性高。另一种是底层协议栈基于TCP/IP，应用层基于SNMP。其DCN路由采用TCP/IP协议，实现硬件为路由器，走专网/公网提供100M以太网接口通道。采用TCP/IP协议比较简单，优点在于可以利用已经建设完好的数据网，缺点在于在公网上利用TCP/IP协议传送网管信息，网络安全性值得商榷。
    端到端配置：END-TO-END（端到端）配置最早产生于网络或者子网级网络，目前部分设备制造商的网元级网管也可支持端到端配置。从2002年5月份中国移动的测试结果来看，有部分厂家也支持ETH接口盘和GE接口盘的端到端配置。

十、 设备稳定度
    设备稳定度对运营商而言是最重要的一个指标，但也是最难评测的一个指标。MTBF固然是设备稳定度的一个重要的反映，但真正开通工程后的设备稳定度却是一个产品能否经得起实际运营检验的关键——即使理论上的MTBF值很可观。

十一、开销、时钟接口及其他
    目前业界所提供的10G设备除了利用32个光方向上的E2、F1通道，开通4路RS232/485数据接口外，还可利用其它8个未定义开销字节开通RS232/485数据接口。对于时钟接口，几乎所有的10G设备都可以提供2路支持SSM功能2048kHZ和2048kb/s可选外时钟输入、输出接口。有的厂商通过时钟分配单元，最多可提供16路时钟输入输出口。
    出于长期运营成本的考虑，一个成熟的10G的功耗和占用机房单位面积应该较小。

结  束  语
    通过对STM-64的最大容量、交叉能力、背板总线、机架尺寸和端口密度、设备单盘通用性、组网能力、网络设备保护能力、多业务接入能力、网管能力、设备稳定度以及功耗等参数的比较，相信大家对目前业界10G产品状况有了比较详细的了解。由于通信行业技术发展很快，相信新的性能和参数会迅速跟上。