刘琦
城域网是数据骨干网和长途电话网在城域范围内的延伸和覆盖，它承担着集团用户、商用大楼、智能小区等业务接入和通路出租等纷繁复杂的任务，需要通过各类网关实现话音、数据、图像、多媒体、IP接入和各种增值业务及智能业务，并与各运营商的长途网和骨干网实现互通。城域网不仅是传统长途网与接入网的连接桥梁，更是传统电信网与新兴数据网络的交汇点及今后三网融合的基础。
近年来，以10G SDH和DWDM技术为代表的光纤传输技术有了重大突破，骨干网带宽从Gb/s向Tb/s发展；在企业和居民用户端的网络速率，则随着G比特以太网技术进入商业应用而向Gb/s发展。这两个趋势使城域传送网产生了巨大的带宽压力和多种新的功能需求，主要包括：高带宽、大量的用户节点及众多的类型、灵活的带宽分配、多业务支持和协议无关性、保护和自愈以及便捷的网络管理等。
有需求就有创新，满足上述要求的光城域网技术蓬勃发展，业界将其统称为MSPP或MSTP。由于应用技术不同，它的主要发展有以下几个方向：
以太网为主的城域传送网技术
作为城域传送网的最初形态，以太网直连被看做是最简单的城域传输连网方式，其较低的成本及便捷的开通、运营方式一度受到服务供应商的青睐。
GE、10GE大容量以太网技术使城域网应用上一个新的台阶，IEEE也在802.3标准中明确对其进行了定义。这种技术适应了城域网中占据主导地位的IP业务的增长的需要，且支持附加大带宽、高成本的城域核心网络，可与TDM或DWDM光纤网络进行无缝连接，满足更大容量组网的需求。该技术的不足之处是占用光纤对数较多；带宽是静态分配的，传送IP数据业务的效率相对较低；不能满足以太网业务对可靠性的要求，QoS没有保障；不支持电路业务的开展等。
解决以太网城域传送方式缺憾的方法是采用光以太网RPR技术(Optical Ethernet RPR)。RPR(Resilient Packet Rings)综合了以太网和SDH的优点，使设备能共享环上的所有或部分的带宽；它定义了一个独立的物理层-弹性分组环媒介访问控制层，给各个厂商提供互通性，从而增加竞争，降低了用户的投资；它提供了一个双环结构，在环上传送反方向的信号，并提供小于50ms的保护倒换。 在业务方面，RPR可以结合MPLS协议，利用帧结构中的MPLS标签的CoS字节标识，提供四种等级的业务：快速传送业务(具有严格的时延、抖动和保护、时钟同步。如实时性E1语音业务和图像业务)、保障传输业务1(对时延和抖动无特殊要求，但有带宽承诺，无突发的图像、数据业务)、保障传输业务2(有带宽承诺，属突发型数据业务，采用尽力传送机制)、尽力传送业务。这种技术如果得到大范围应用，将解决城域网中多业务传输问题。
有一点需要提出的是，虽然RPR技术的好处很多，但是它以及相关的MPLS技术都暂时没有统一的国际标准(制定中)，不能提供多厂家的互通机制，因此尚无大规模的商用。
以SDH为平台的城域MSTP技术
由于具有可靠的业务保护能力，SDH技术也正在成为城域传输网的一种选择。但是令人感到棘手的问题是：对于固定速率的业务(如传统话音业务)，SDH很容易将其适配到固定容量通道中，但对于可变速率VBR业务和任意速率业务，SDH则显得不够灵活，特别是传送效率不高。 SDH的高市场占有率以及城域网的巨大增值潜力使SDH的倡导者们费尽心思，在原有SDH的基础上加入对数据业务层的处理，比如以太网的二层处理、ATM的统计复用等功能，使其更适合数据业务的传送。
对于以太网业务，其在映射到VC之前需要经历处理的过程有：二层交换、协议封装、映射前的处理等。
将以太网数据通过专用协议映射到SDH帧结构中，目前有三种方案：
(1)通过点到点协议PPP转换成HDLC帧结构，再映射到SDH的虚容器VC中，简称POS。
(2)将数据包转换成LAPS结构映射到SDH虚容器VC中，这是中国人自己提出的IP over SDH提案，已被正式批准作为国际电联标准，其标准号为X.85/Y.1321 IP over SDH。
(3)将数据包通过简化数据链路协议SDL的方式映射到SDH虚容器VC中。
POS技术比较成熟，适于多协议环境；但由于PPP并不是专为SDH运载设计的，POS效率并不理想；LAPS在HDLC净荷中省去填充字节PAD，因而对于短数据包，LAPS比PPP效率要高，并将扰码作为强制要求，而不像PPP那样是可选功能；SDL技术主要针对高容量的数据包及传输系统，效率很高。
以太网端口在接收到数据业务之后，需经过二层交换处理(可选)，保障其高效传输。另外，为了增强承载业务的灵活性，级联(Concat-enation)技术在数据业务进入VC之前得到应用。级联技术又分为连续(Contiguous)级联或虚(Virtual)级联两种。以100M以太网的VC-12级联为例说明其原理：该技术将n个VC-12捆绑在一起形成一个整体VC-12-n，在VC-12-n所支持的净负荷C-12-n中建立一个LAPS(或HDLC)链路在SDH网中传送。当N个VC-12连续排列时为连续级联，通常以VC-12-n中第一个VC-12的POH作为级联后整体的POH，其缺点是n个VC-12必须地址相邻，带宽分配不灵活。
虚级联方式无需VC-12相邻，仅需通道终端设备提供级联功能即可。这种方式需要通道业务起始端和终止端各增加相应处理功能，接收端需引入一个缓存器以增加额外时延。
对于ATM业务，系统提供统计复用功能，可对多个ATM业务流中的非空闲信元进行抽取，复用进一个ATM业务流，以提高其在SDH线路上的利用率，同时节约了ATM交换机的端口数。另外，还可以在SDH环路上形成一个ATM的虚拟通道环，这样ATM的业务层面可以实现环保护。
以WDM为平台的城域传输技术
继在骨干网及长途网络中应用后，波分复用技术也开始在城域网应用，特别是其巨大的容量、网络的扩展性及业务的可扩充性，在城域网中显示出特有的优势。但是WDM技术的高成本是城域网环境无法接受的；另外针对城域网客户层业务的多样性及复杂性，城域波分复用技术必须向高效承载多业务方向演进。解决这些矛盾之后，CWDM(粗波分)和OADM环网技术将逐渐成为该技术的主导力量。
(1)、CWDM城域传输技术
CWDM技术一般应用于小型城域网或大型城域网的汇聚、接入层，它的波长数目一般为4波或8波，最多16波，波长从1290nm～1610nm(16波系统)。下面是目前CWDM的波长分布情况：O波段为：1290nm、1310nm、1330nm、1350nm；E波段为：1380nm、1400nm、1420nm、1440nm；S+C+L波段共有8个波长：从1470nm到1610nm，波长间隔为20nm。这些波长覆盖了整个光纤的可用波段，包括过去常用的波长1310nm、1510nm、1550nm。
由于波长间隔较宽，CWDM系统可以使用非制冷的DFB激光器和带宽滤波器，这样既延续了DWDM技术的优势，又具备了DWDM技术所不具备的一些特点：低成本、低功耗、小尺寸等。它的出现解决了长久困扰城域网建设的性价比问题，而且它最大限度地利用了现有城域光纤基础设施，进而满足了未来小型城域网及大型城域网汇接、接入层业务所需要的带宽。
目前美国的几大网络设备厂商，思科，Extreme Network等都已进入CWDM市场，其应用也初见成效。
当然，CWDM技术也有其不足之处，比如要建设一个16波的CWDM系统，其带宽范围覆盖了近400nm的光纤工作窗口，其中包括1380nm的高衰减区，普通的光纤介质根本无法适应，需敷设全波光纤才能满足要求。
(2)、城域OADM传输技术
城域OADM环网技术是在考虑客户信号的可靠性基础上发展起来的。利用该技术，可以实现灵活的波长保护和调度。当前，固定波长的OADM在实际工程中已经被采用，波长可调、动态重构的OADM产品也即将走向商用。
OADM系统主要由合波器、分波器、上路波长转换器(OTU-A)、下路波长转换器(OTU-D)、光功率放大器、光前置放大器、子速率复用/解复用器(可选)等单元组成，为开放式WDM系统。其中光功放和前放是可选件，子速率复用/解复用器的应用只要是为了解决网中小颗粒客户信号的承载而设计的。
由于上下波上的数目及要求不同，OADM又分为串行、并行、串并结合三种类型。
串行结构在节点上只对需要上下路的波长进行处理，对通过波长不做光层的复用(MUX)和解复用(DEMUX)处理；并行结构对上下路波长、通过波长都进行复用和解复用处理；串并行混合结构先通过子波带滤波器将在本节点上下路的1个或多个子波带进行滤波，然后对子波带内的每个波长进行复用和解复用处理，而其它子波带在经过子波带滤波/合波器的处理后直通。
(3)城域波分系统对业务处理能力
城域网不仅要求低成本，在支持的客户业务种类上也与长途网不同，系统还要提供丰富的OTU接口，支持多协议多业务接入，承载多种业务格式：PDH、SDH、POS、IP、ATM、FE、GE、10GE、ESCON/FICON/FC、数字视频、多速率自适应等。
对于小颗粒带宽，城域系统还应能提供子速率带宽配置，具有T-MUX(透明复用)功能，将子波长复用到更高带宽，在波分复用平台上承载大量低速率客户业务及混合用户接口，提高带宽利用率，降低运营成本。
另外，城域波分系统要提供光层的通道/复用段保护。端到端系统，需提供并发选收的通道保护方式以实现数据业务的保护；OADM系统的环网保护方式分为五种：单向光线路保护倒换(ULSR)、单向光通道保护倒换(UPSR)、双向光线路共享保护倒换(BLSR)、双向光通道共享保护倒换(BPSR)和光子网连接保护倒换(OSNCP)等。
城域波分复用系统的应用，既解决了大容量业务的承载问题，也考虑了不同颗粒客户信号的兼容性，同时也为网上运行的业务提供了可靠的保护措施，不失为一种城域光网建设的优选方案。
新生事物MSR
技术的发展一日千里，刚刚在瑞士日内瓦结束的国际电联“数据网和电信软件”研究组会议上，由中国代表、武汉邮科院余少华博士提出的城域网多业务环方案(MSR)正式被会议讨论接受。
MSR是一个新生的概念，它将交换和传输简化，同时也把交换和传输这两项技术进行了有机的集成，使之成为一个整体。MSR可提供Ethernet、GE、DVB、ATM、POS、X.85和X.86支路接口，能以动态数据分组环的方式工作，像路由器一样在环上转发包括IP包在内的分组，在环上运行的业务可提供单播、组播和广播模式。由MSR组成的网络有以下特点：环上的业务是透明的；数据、视频和TDM可集成在一块芯片上，实现三网融合；在50毫秒以内实现二层保护倒换，具有自动拓扑发现和性能管理功能；环和环上运行的业务具有弹性，可大可小、可多可少；接入环和骨干环可以互相嵌套；双向对称反转环都被用来传送数据、信令和网管帧；群路业务可以是STM-16/OC-48、STM-64/OC-192、GE、10GE、HOVC的级联；可进行动态的节点添加和删除；所有支路业务、信令和网管帧有提供优先级队列和服务质量等级的功能，支持三层(包括IP包在内)的存储转发；MSR帧格式与群路的类型、速率无关。 MSR的提出，是城域传送网技术的一大突破。由此，城域光网络技术又有了新的选择。
下一步的发展趋势
如果谈到趋势，不得不说到ASON。
在大多数人眼中，ASON还仅仅是一个概念。但是有专家预言，ASON的最先的应用可能是在城域网，原因如下：首先是城域网中大型的业务结点及带宽需求，其次是城域网有实时变化的业务流向，第三就是ASON的独特的网络恢复机制。
实时变化的业务流量，特别是以IP为主导的网络业务仍然是不可预知的，需要传输网络具有更好的自适应能力。这种适用能力不仅是指网络接口或网络容量的适应能力，更包含网络连接的自适应能力。因此有必要引入交换信令的概念，而ASON就是我们能够实现的智能传输网络协议，它在传输网络中引入了动态交换，使得动态分配带宽成为可能。
现有的集中式格形网恢复方法不能适应业务容量急剧上升的情况，而ASON可通过邻居发现、链路状态更新、路由计算、光通路管理、端到端保护等多方面功能的相互协调建立一种可行可靠的保护恢复机制，实现了网络资源和拓扑结构的自动发现，提供了智能的光路由并可以提供分布式的智能恢复算法。
有了智能光网络，城域网的业务的调配就变得更加灵活；网络运营商可以提供更多类型的业务服务(如带宽批发)；提供更多类型的保护恢复机制；针对不同种类的业务级别，提供不同类型的服务等级等等。
文章来源：赛迪网 2002年06月20日
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