沈宇超 中國網(wǎng)絡通信有限公司
目前在城域網(wǎng)內，呈現(xiàn)了流量和業(yè)務快速增長且很難預測的現(xiàn)象，這給規(guī)劃和建設網(wǎng)絡造成了很大的困難。因此最好的解決方法就是使網(wǎng)絡具有支持多業(yè)務、多協(xié)議和智能化的特點，能從現(xiàn)在的傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構向語音和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡融合的方向發(fā)展。針對這種情況產(chǎn)生了兩種綜合傳送平臺方案，一種是以數(shù)據(jù)為中心從以太網(wǎng)升級的方案，它具有低成本、應用廣泛和容易使用的優(yōu)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(huán)）標準，旨在在提供綜合業(yè)務傳送平臺的同時也提高包交換網(wǎng)絡的可靠性，利用環(huán)網(wǎng)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(xiàn)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(tǒng)SDH技術為中心升級到下一代SDH。傳統(tǒng)的SDH傳輸網(wǎng)絡可以達到很高的可靠性以及提供很強的性能監(jiān)視特性，因此最符合運營商的運營要求和習慣。從SDH發(fā)展到下一代SDH網(wǎng)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(fā)展中，各個設備商都推出了不盡相同的產(chǎn)品。尤其曾經(jīng)被認為是下一代SDH基本功能的MSPP（多業(yè)務提供平臺）現(xiàn)在卻轉到主要由DWDM系統(tǒng)來實現(xiàn)。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(tǒng)的SDH的技術特點來明確這個問題，傳統(tǒng)的SDH具有四個方面的特點：
（1）產(chǎn)生同步成幀的數(shù)據(jù)流，可以由上層通信協(xié)議來解釋；
（2）電路時隙復用和交換的方式實現(xiàn)業(yè)務的傳送；
（3）通信過程需要建立端到端的網(wǎng)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(xiàn)業(yè)務和網(wǎng)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(shù)據(jù)流量的時候缺乏效率，尤其千兆以太網(wǎng)成為主流技術以后更是如此。而以太網(wǎng)又是以如此驚人的速度成為城域網(wǎng)的主流技術。數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬的增長是持續(xù)的不是躍進的，因此要求網(wǎng)絡能為用戶提供更細的帶寬顆粒。另外能夠提供業(yè)務保證和更有效的數(shù)據(jù)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(yōu)勢。
與傳統(tǒng)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(yè)務調度容量。例如STM-64（10G）接口早期由多塊電路板組合實現(xiàn)，現(xiàn)在則單端口就可實現(xiàn)；芯片技術的發(fā)展大大提高了芯片密度，因此低功耗低成本低體積的產(chǎn)品問世減少了運營的成本。實現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡的演進也是下一代SDH網(wǎng)絡的關鍵屬性。支持現(xiàn)有的協(xié)議和業(yè)務，保持后向兼容的特性。與現(xiàn)有的網(wǎng)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(yè)務疏導中心。
2．相關技術規(guī)范
下一代SDH設備已經(jīng)面臨10Gbit/s的SDH與10G以太網(wǎng)的融合的挑戰(zhàn)。在新的IEEE802.3ae 10G以太網(wǎng)的標準中，以太網(wǎng)的廣域接口和SDH的10G接口終于達到了統(tǒng)一的速率。為了能夠充分利用SDH的網(wǎng)絡，10G以太網(wǎng)的WAN PHY接口利用了與SDH的STM64兼容的格式，10G以太網(wǎng)將和SDH共同構成未來的城域網(wǎng)核心。10G以太網(wǎng)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(guī)范，是ITU-T在2001年2月通過的。傳統(tǒng)的在SDH上傳輸數(shù)據(jù)包的方法是采用Packet-Over-SDH協(xié)議（POS），POS是個成熟的、廣泛適應的協(xié)議，但是在下一代SDH出現(xiàn)后，POS就被取代了。POS僅是將數(shù)據(jù)包或幀以PPP、Frame Relay或HDLC封裝，再映射到SDH中。它不能區(qū)別不同的數(shù)據(jù)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(wǎng)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(yè)務生成的功能。
因此在SDH上采用新的封裝格式來傳送數(shù)據(jù)包是下一代SDH的發(fā)展重點。X.86是其中之一，它支持在廣域網(wǎng)上簡單地傳送以太網(wǎng)的功能，允許以太網(wǎng)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(jiān)測，遠程錯誤指示和對于突發(fā)流量的主動的流控制。運營商可以使用它來實現(xiàn)以太網(wǎng)端到端的專線業(yè)務的流量隔離，保證安全和業(yè)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(jīng)成幀的客戶端數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)字封裝的方式來實現(xiàn)。從原理上講，GFP可以封裝任何協(xié)議，可以保證簡單的協(xié)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(lián)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(wǎng)業(yè)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(yè)務，而語音業(yè)務在網(wǎng)內傳輸是不需要細粒度的疏導功能，從而導致今天SDH網(wǎng)在業(yè)務環(huán)境發(fā)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(wǎng)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(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸特點，可以將任意帶寬的以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)流映射到任意數(shù)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(chuàng)造了可微調的SDH容量來適應數(shù)據(jù)業(yè)務的QoS和SLA的需求，很重要的是可以穿過原有的SDH網(wǎng)絡。
SDH網(wǎng)絡在LACS技術的支持下可以動態(tài)地改變傳輸?shù)膸挘ㄔ黾踊驕p少虛級聯(lián)組中的通道），而不中斷業(yè)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(fā)送。網(wǎng)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(xiàn)故障時，LCAS可以把出現(xiàn)故障的VC-4通道從虛級聯(lián)組中自動刪除，此時虛級聯(lián)組的帶寬將會減少，但可以確保在鏈路故障時業(yè)務不會中斷。這種技術實現(xiàn)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(lián)組中不同的VC/STM將走不同的路徑，在接收端會產(chǎn)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(xié)議，保證網(wǎng)管系統(tǒng)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(yè)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(yōu)點是減少了ADM的級數(shù)，將過去用硬件實現(xiàn)的功能改由管理軟件和ASIC芯片來實現(xiàn)，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(wǎng)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(shù)據(jù)和波長的業(yè)務和網(wǎng)絡，可以降低業(yè)務的成本。GMPLS的標準尚未形成。傳統(tǒng)SDH管理是基于單個網(wǎng)元，業(yè)務配置、性能告警等管理功能操作對象為單個網(wǎng)元。下一代SDH管理是面向整個網(wǎng)絡，業(yè)務配置、性能告警監(jiān)控直接基于向用戶提供的網(wǎng)絡業(yè)務。
下一代SDH配置業(yè)務是只要指定網(wǎng)絡業(yè)務的源和宿以及相應的要求，網(wǎng)絡業(yè)務就能快速自動生成，避免傳統(tǒng)SDH逐個網(wǎng)元進行設置和操作的煩瑣，從而能夠快速提供業(yè)務，并提供基于端到端業(yè)務的性能、告警監(jiān)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(yè)務的新需求進一步向前發(fā)展，在寬帶城域網(wǎng)建設中發(fā)揮重要作用。
以上是對下一代SDH技術特點的描述，現(xiàn)在很多廠家都在開發(fā)下一代SDH或者類似的產(chǎn)品，雖然還有很多差異，并不統(tǒng)一。總體來說，許多產(chǎn)品在功能上都是高度集成的，結合了ADM、DXC和數(shù)據(jù)交換等功能。另外都使用了級聯(lián)的技術，也許是連續(xù)級聯(lián)或者是虛級聯(lián)，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(yè)務接口方面，支持多數(shù)常見的SDH接口，千兆以太網(wǎng)接口。有些廠家還提供Fibre Channel和其它協(xié)議接口。
4．下一代SDH的發(fā)展前景
傳統(tǒng)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(yè)務匯聚層起到協(xié)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(wǎng)的解決方案之一。對于運營商來說，需要考慮很多因素，如網(wǎng)絡現(xiàn)狀，市場目標，財務狀況等等。傳統(tǒng)運營商擁有大量的SDH網(wǎng)絡，下一代SDH顯然可以很好地幫助他們繼續(xù)發(fā)揮現(xiàn)有網(wǎng)絡的功能，同時克服傳統(tǒng)SDH的昂貴、復雜等缺點，在現(xiàn)有的TDM網(wǎng)絡上有效地支持以太網(wǎng)業(yè)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(wǎng)卡后，就可以在現(xiàn)有的SDH網(wǎng)上提供以太網(wǎng)，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(tài)地從包交換和TDM業(yè)務中直接分配SDH帶寬。提供逐漸增長的數(shù)據(jù)帶寬。將多協(xié)議的數(shù)據(jù)流量進行標記、復用、交換和整形，減少所需的端口數(shù)。對于新興運營商來說，如果放棄建立SDH網(wǎng)絡，將面臨尷尬的局面，因為顯然只有在電路交換網(wǎng)絡上才存在明確的贏利的業(yè)務。而如果建立SDH網(wǎng)絡，顯然選擇具有多業(yè)務提供平臺的下一代SDH網(wǎng)絡將是明智的。］
因為同時支持包交換、和傳統(tǒng)的電路交換可以使他們兼顧贏利和滿足業(yè)務需求的目標。這樣既可以使他們的網(wǎng)絡符合業(yè)務融合的潮流，也可以降低初期的大規(guī)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(yè)務，采用靈活的結構希望可以馬上產(chǎn)生利潤。活的通道容量組織方式以更好地滿足數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸特點，可以將任意帶寬的以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)流映射到任意數(shù)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(chuàng)造了可微調的SDH容量來適應數(shù)據(jù)業(yè)務的QoS和SLA的需求，很重要的是可以穿過原有的SDH網(wǎng)絡。
SDH網(wǎng)絡在LACS技術的支持下可以動態(tài)地改變傳輸?shù)膸挘ㄔ黾踊驕p少虛級聯(lián)組中的通道），而不中斷業(yè)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(fā)送。網(wǎng)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(xiàn)故障時，LCAS可以把出現(xiàn)故障的VC-4通道從虛級聯(lián)組中自動刪除，此時虛級聯(lián)組的帶寬將會減少，但可以確保在鏈路故障時業(yè)務不會中斷。這種技術實現(xiàn)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(lián)組中不同的VC/STM將走不同的路徑，在接收端會產(chǎn)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(xié)議，保證網(wǎng)管系統(tǒng)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(yè)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(yōu)點是減少了ADM的級數(shù)，將過去用硬件實現(xiàn)的功能改由管理軟件和ASIC芯片來實現(xiàn)，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(wǎng)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(shù)據(jù)和波長的業(yè)務和網(wǎng)絡，可以降低業(yè)務的成本。GMPLS的標準尚未形成。
