郎 赫

(國網天津市電力公司信息通信公司 天津 300210)

0 引 言

隨著信息技術在社會各個領域的廣泛應用，從政府到企業(yè)、從學校到家庭對語音、圖像等多媒體通信提出了較高需求，電力企業(yè)也不例外。因此，各通信企業(yè)如果要在信息現(xiàn)代化競爭中立于不敗之地，就必須建立城域網來滿足客戶對于多媒體業(yè)務的需求。城域網(Metropolitan Area Network，MAN)是一種大型的局域網(Local Area Network，LAN)，使用的技術通常也與LAN相似。寬帶城域網是指在城域網的基礎上，應用光纖傳輸等技術，集傳輸數據、視頻和語音等服務于一身，具有高寬帶、多業(yè)務、多功能等特點的多媒體通信網絡。為了確保數據傳輸的速度、質量和多種業(yè)務的良好接入，傳輸技術的選擇和實施是決定IP寬帶城域網建設成敗的重要因素之一。然而，現(xiàn)有的城域網光傳輸技術眾多，哪種技術更具優(yōu)勢、更適應電力企業(yè)的發(fā)展需求，本文對此進行了研究。

1 電力企業(yè)IP寬帶城域網建設

1.1 IP寬帶城域網概念

IP寬帶城域網是一種規(guī)模介于廣域網和局域網之間的計算機網絡。這種網絡可以覆蓋城市及其郊區(qū)范圍，并在這個范圍內進行信息傳輸與交換。本文所說的 IP寬帶城域網是指覆蓋城市范圍，為全市各類用戶提供寬帶(通常指2,Mbit/s以上)接入的數字通信網絡。IP寬帶城域網建設是一個城市信息化基礎建設的重要組成部分；就技術和運營模式而言，IP寬帶城域網將計算機網絡與傳統(tǒng)電信網絡融為一體；就技術發(fā)展趨勢而言，IP寬帶城域網是傳統(tǒng)電信體系發(fā)展的必然延伸，因此我們也可以將 IP寬帶城域網作為 IP分布式接入網絡的發(fā)展趨勢。其初始目標是為各階層企事業(yè)單位及廣大的家庭用戶提供方便、快捷的網絡連接，其傳輸速率能達到兆比特級。IP寬帶城域網的長遠戰(zhàn)略目標則是以無線寬帶接入為基礎，建設城市信息化基礎設施，實現(xiàn)用戶 Any-to-Any的實時在線(Always-on-line)連接，實現(xiàn)人與人之間以及人與任何信息化終端的無障礙實時通訊。

通常，從網絡層次上看，IP寬帶城域網由骨干層、匯聚層以及用戶接入層(接入層或用戶層)3部分組成(見圖1)：

圖1 IP寬帶城域網網絡層次結構Fig.1 Hierarchical structure of an IP broadband MAN

1.1.1 骨干層

多個匯聚層連接于此，通過與骨干網絡各節(jié)點的互聯(lián)，實現(xiàn)匯聚層網絡數據的高速轉發(fā)，是 IP數據的高速出口。其網絡結構具有高安全性、高擴展性及高開放性等特點。

1.1.2 匯聚層

介于骨干層和接入層之間，起到承上啟下的橋梁作用。負責本地寬帶和業(yè)務的匯聚、收斂及分發(fā)，并具有用戶識別、用戶定位和用戶管理功能，以實現(xiàn)基于用戶的訪問控制和區(qū)別的寬帶分配，為用戶提供安全、可靠、兼具靈活性的計費方式。

1.1.3 接入層

主要作用是通過各類接入技術覆蓋終端用戶，為用戶提供多種線路資源和多業(yè)務用戶接入服務，接入層還具有用戶流量控制等功能。

1.2 IP寬帶城域網建設對電力企業(yè)的必要性

為保證現(xiàn)代電力網絡的安全運行，支撐電力工業(yè)安全經濟運行、保證現(xiàn)代化管理所賴以生存的電網安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的運行以及電網調度自動化系統(tǒng)和電力信息化系統(tǒng)的順暢運行，現(xiàn)代通訊系統(tǒng)已成為最根本的基礎設施。

目前，電力行業(yè)呈現(xiàn)高度信息化發(fā)展態(tài)勢，同時行業(yè)內部業(yè)務系統(tǒng)的交叉融合，都需要一個高速快捷的寬帶通信網絡。在這個過程中，業(yè)務流量越來越全局化，各業(yè)務系統(tǒng)的資源協(xié)調和共享已經或正在形成若干新型“增值”業(yè)務。例如：集成調度電話、視頻會議出現(xiàn)在調度自動化系統(tǒng)中，出現(xiàn)了電力市場信息與報價系統(tǒng)中的呼叫中心等業(yè)務。以上這些業(yè)務都需要一個高速、快捷、安全的寬帶通訊網絡作為基礎。同時，多種業(yè)務的融合又對通訊網絡的綜合業(yè)務承載力及單個業(yè)務的單一接入力提出了新的要求。

基于上述現(xiàn)實需求及未來發(fā)展的要求，近幾年國家電力企業(yè)加大信息化建設的投資力度，把 IP寬帶城域網建設作為企業(yè)信息化建設的重中之重。在電力企業(yè) IP寬帶城域網建設中，應基于城域網建設需求，以本地電力企業(yè)的業(yè)務數據作為基礎，通過優(yōu)質的網絡服務為電力企業(yè)的業(yè)務開展和創(chuàng)新提供幫助。IP寬帶城域網可用于構建電力企業(yè)的運營管理、財務管理、生產管理、人力資源管理等企業(yè)管理系統(tǒng)；亦可用于架設電力企業(yè)的網絡支付平臺，從事電子商務等業(yè)務。在構建電力企業(yè) IP寬帶城域網時，需要網絡具有高實時性、高安全隔離性和高容量等性能以保證電力企業(yè)管理系統(tǒng)及電子商務等業(yè)務的流暢運行。以上都是電力企業(yè)在構建 IP寬帶城域網時需要考慮的因素和必須保證的要素。

2 現(xiàn)代光傳輸技術

現(xiàn)階段城域網的光傳輸技術主要有同步數字體系技術(SDH)、波分復用技術(WDM)、多業(yè)務傳輸節(jié)點技術(MSTP/MSPP)以及彈性分組環(huán)技術(RPR)等。

2.1 同步數字體系技術

同步數字體系技術是一種融合線路復接、交換及傳輸功能于一體，并由網管系統(tǒng)統(tǒng)一管理的綜合信息傳送網絡。同步數字體系光傳輸設備可實現(xiàn)網絡管理、網絡維護、實時監(jiān)控、多設備間互通等功能，能提高網絡資源利用率、實現(xiàn)靈活的網絡運行和高效的網絡維護。該技術是信息傳輸技術發(fā)展和應用的熱點，在信息傳輸領域受到人們的廣泛重視。

此技術具有高兼容性及靈活性等特點。首先，該技術具有統(tǒng)一的幀結構和標準接口，能夠很好地兼容PDH，容納各種新的符合其標準的業(yè)務信號，進而形成標準的數字傳輸體制，提高了信息傳遞的可靠性；其次，在幀結構凈負荷區(qū)內，SDH接入系統(tǒng)不同等級的碼流排列非常有規(guī)律。這樣可以實現(xiàn)一次復用的功能，克服了 PDH準同步復用方式對全部高速信號進行逐級分解然后再生復用的過程，網絡業(yè)務傳輸透明性得以改善。而且由于分插復用器(ADM)及數字交叉連接(DXC)等先進技術的集成，SDH有多種網絡拓撲結構，因此網絡具有強大的自愈功能和重組功能；最后，SDH技術可適用廣泛的傳輸介質種類，因此既可用作主干網絡通道，又可用于支線網絡通道。而且 SDH技術嚴格同步的特性保證了網絡的穩(wěn)定可靠，標準的開放型光接口可以在基本光纜段上實現(xiàn)橫向兼容。

同步數字體系技術的眾多特性使其在網絡構建領域得到廣泛應用。我國電信運營商骨干光傳輸網絡的建設大都基于SDH技術。這些運營商，如聯(lián)通、電信，通過大容量的SDH環(huán)路來構建 ATM 業(yè)務和 IP業(yè)務，或者將搭建好的電路租給企事業(yè)單位。此外，一些專用網絡也以SDH技術為基礎，構建各種業(yè)務平臺。由于SDH的兼容特性，承載方式可以多種多樣，如利用基于TDM技術的綜合復用設備實現(xiàn)多業(yè)務的復用；利用基于IP的設備實現(xiàn)多業(yè)務的分組交換。此外，目的不同，采用的技術和設備也有差異。SDH技術在安全性方面遠優(yōu)于VPN等方式，可真正實現(xiàn)高速數據業(yè)務承載。對于那些注重安全性的組織，如政府機關，基于 SDH技術的網絡線路也得到了廣泛應用。同時其在價格方面極具優(yōu)勢，能夠被大部分單位所接受。綜上，SDH以其明顯的兼容性、可靠性以及靈活性等特點成為了發(fā)展傳輸網的主流技術。SDH技術同其他先進網絡技術的結合，如光波分復用等，使其作用得到更充分地發(fā)揮，因此 SDH技術已被世界各國列入高速通信網的應用項目，是公認的數字傳輸網的發(fā)展方向，商用前景廣闊。

2.2 波分復用技術

波分復用(Wavelength Division Multiplex and Multiplexer，簡稱 WDM)技術作為新一代的超高速光纜技術，通過單一光纖內同步傳輸多個不同波長的光波來實現(xiàn)數據傳輸速度和容量的倍增。這種技術充分利用單模光纖低損耗區(qū)的巨大寬帶資源，采用合波器，在發(fā)送端將組合波長的光信號進行合并，而后傳入單模光纖，在接受端又將這些光信號復用，恢復原信號后送入不同的終端，因此被稱為光波長分割復用技術，簡稱WDM。

波分復用技術具有充分利用資源、單根光纖雙向傳輸等特點。首先，其通過光纖的巨大寬帶資源，實現(xiàn)了單根光纖的傳輸容量倍增，從而增加了光纖的傳輸容量。目前光纖通信系統(tǒng)中的光纖在長波區(qū)域存在很寬的低損耗區(qū)，然而 1根光纖只能傳輸 1個波長信道的現(xiàn)狀，使很多的波段未能得到充分利用。而且，由于波分復用技術中各波的波長相互獨立，因此可以用于傳輸各種特性不同的信號，實現(xiàn)視頻、音頻、數據等多媒體信號的混合傳輸。其次，單根光纖雙向傳輸使得 WDM技術可以節(jié)省大量的路線投資，節(jié)省成本。最后，WDM 通道的數據格式是透明的，因而有利于網絡擴充和擴展，便于引入寬帶新業(yè)務，如目前或將要實現(xiàn)的 IP over WDM 技術。從經濟和技術角度來看，WDM技術是目前實現(xiàn)網絡交換和恢復最經濟可行的擴容技術手段。

2.3 多業(yè)務傳輸節(jié)點技術

多業(yè)務傳輸節(jié)點技術(MSTP/MSPP)是指基于 SDH平臺，可同時實現(xiàn) ATM、TDM 和以太網等多種業(yè)務的接入、傳送和處理，從而提供統(tǒng)一網管的多業(yè)務節(jié)點技術。此技術以現(xiàn)有 SDH網絡運營和管理經驗為基礎，充分利用現(xiàn)有的 SDH網絡資源，集成目前仍在應用的大量 TDM 業(yè)務，同時通過融合以太網、ATM 等多種業(yè)務滿足社會日益增長的數據需求。對于那些擁有大量 SDH和豐富 TDM 的業(yè)務網絡，MSTP能夠有效解決其升級問題。

MSTP/MSPP技術繼承了 SDH技術的許多優(yōu)點，如穩(wěn)定的網絡可靠性和對TDM業(yè)務良好的支持性等，且能夠支持多種物理接口、多種協(xié)議和多種光纖傳輸，滿足不同數據業(yè)務的傳輸和需求。此外，MSTP/MSPP提供集成的數字交叉連接交換、支持動態(tài)寬帶分配，節(jié)省傳輸寬帶并省去核心層中昂貴的數字交叉連接系統(tǒng)端口。此外，協(xié)議和接口的分離可以提供“到任務端口的任何協(xié)議”功能，增加了給定端口的靈活性和擴展性。由于上述特性，目前新建設的 SDH幾乎都是基于MSTP/MSPP技術，通過VC虛級聯(lián)、GFP封裝以及LCAS等關鍵技術的應用，MSTP/MSPP能夠更有效地處理和傳輸數據。然而，MSTP/MSPP仍是以提供傳統(tǒng)TDM業(yè)務為主，兼顧IP和 ATM 業(yè)務的技術，適合用于傳輸網絡的匯聚層和接入層。

MSTP/MSPP作為一層網絡存在，無法應用于大規(guī)模二、三層業(yè)務的開展。為了解決此技術的缺陷，進一步提升以太網的傳輸性能，實現(xiàn)各節(jié)點間的平衡性，部分 MSTP/MSPP設備內嵌 RPR技術。隨著社會經濟的發(fā)展，網絡數據業(yè)務的需求日益增加，以 SDH為基礎的 MSTP/MSPP局限性日益明顯，難以適應IP化網絡發(fā)展。

2.4 彈性分組環(huán)技術

隨著 IP數據業(yè)務的需求膨脹，以太網局域網飛速發(fā)展，如何將它們連接起來，這對 MAN和 WAN提出了更高的要求，尤其是速度上的要求。很多企業(yè)的解決方案是利用 MPoA和PoS協(xié)議的IP over ATM技術或IP over SDH技術。然而，這些協(xié)議或技術的帶寬是靜態(tài)分配的，使得它們的帶寬利用率不高。目前的一個解決方法是采用光以太網彈性分組環(huán)技術(Optical Ethernet RPR)，使環(huán)上的帶寬可以充分共享。RPR技術是一種高效的優(yōu)化協(xié)議，可以在環(huán)網上傳輸 IP數據業(yè)務，提供 50,ms以內的保護倒換。因此，RPR技術通常應用在城域網和廣域網中，以提供高速、可靠的數據中心連接。將RPR技術應用于SDH中，RPR的MAC地址與第一層相互獨立，它可以在標準以太網的物理層和 SDH的幀傳輸上運行。RPR技術還可應用在以太網物理層和 SDH環(huán)物理層上，對SONET/SDH技術是一個良好的補充。SONET/SDH分為監(jiān)視映射層和時分復用層。RPR技術可將統(tǒng)計分組交換用于代替靜態(tài)的時分復用，來控制從 SDH環(huán)傳輸層上的節(jié)點流量，提供50,ms以內的恢復保護。

由此可知，RPR技術對數據業(yè)務有著良好的支撐，結合電力 IP 寬帶城域網的現(xiàn)狀和發(fā)展，本文認為以 RPR 技術作為城域網傳輸網部分是目前的最佳選擇。同時，為了滿足網絡對安全隔離的需求，嘗試以 MPLS/VPN技術在城域網的骨干層及匯聚層實現(xiàn)業(yè)務隔離。

圖2 某電力企業(yè)3G RPR技術承載的IP寬帶城域網網絡拓撲圖Fig.2 Topological graph of a 3G RPR-based IP broadband MAN owned by a power enterprise

圖2為某電力企業(yè)3G RPR技術承載的IP寬帶城域網網絡拓撲圖。該城域網的骨干傳輸網以 3G RPR光傳輸技術為基礎，主要優(yōu)點有：

①空間復用技術(Spatial Reuse)，即空間的再利用能力，應用在環(huán)路的拓撲結構中增加了數據傳輸的利用率。與SONET網絡產生的50%,冗余不同的是，RPR通過采用兩個反向旋轉來控制數據傳輸量，由此不會產生相似的冗余。通過使用空間復用技術，環(huán)路上沒有重復業(yè)務流，各業(yè)務相互獨立地應用于各自的線路帶寬，即數據在發(fā)送端和接收端之間的最短弧上傳輸，并同時被其他分組利用。如此一來，提高了環(huán)路帶寬的利用率，使整條環(huán)路上的數據傳輸容量達到單根光纖的 2～8倍。該地區(qū)電力企業(yè)的電力城域網中基于 RPR技術的骨干層傳輸節(jié)點達 20多個，明顯改善了帶寬利用率。RPR技術為了提高帶寬利用率，主要采用如下復用方式：首先，RPR技術支持信息在環(huán)上的發(fā)送點和接收點雙方向傳送，并且不占用環(huán)上的其他波段帶寬，在接收節(jié)點剝離環(huán)上的信息，環(huán)上其他波段帶寬可以被其他分組利用；其次，環(huán)路上各節(jié)點共享空間復用技術；再次，與單層保護機制不同，RPR技術采用雙層保護倒換機制，無需預留保護帶寬；最后，通過剝離目的地，RPR的MAC層協(xié)議便能實現(xiàn)數據傳輸帶寬空間復用。

②網絡業(yè)務的高可用性，通過快速環(huán)保護倒換功能和雙環(huán)結構來實現(xiàn)網絡業(yè)務的高可用性。雙環(huán)結構指的是內、外環(huán)結構，是 RPR通常采用的方式。在雙環(huán)上的每對節(jié)點之間都有兩條路徑以確保高可用性。此外，RPR技術環(huán)路具備兩種保護機制，一種是通過環(huán)回(Wrapping)的方式實現(xiàn)，主要發(fā)生在出現(xiàn)故障的兩個節(jié)點之間；另一種則是無需環(huán)回的在業(yè)務源點進行倒換的方式，稱為源路由(Steering)方式。這種方式可保證數據傳輸業(yè)務擁有最佳的路徑選擇。在 IEEE 802.17的RPR草案中，默認方式為源路由方式。在這種保護模式下，RPR的兩根光纖都可以是工作光纖，不需要存在備用光纖。當出現(xiàn)故障時，無論是光纖中斷還是節(jié)點故障，首先由光纖接口物理層檢測錯誤并將錯誤信息反饋給MAC層，同時通知此環(huán)路上的其他節(jié)點，其余節(jié)點根據接收到的信息，將所有業(yè)務轉移到有效環(huán)上。通過源路由的方式，RPR的保護倒換機制能夠依照業(yè)務數據的不同等級決定倒換次序和帶寬分配策略，實現(xiàn)數據轉換至最佳路徑。

③簡化配置、降低網管成本，通過拓撲的自動識別技術RPR可降低網絡運行管理成本并簡化網絡配置。在 RPR環(huán)中，各節(jié)點都掌握著環(huán)路的信息狀態(tài)，也就是各節(jié)點都知道其余節(jié)點的識別號以及相互關系等。當 RPR環(huán)路出現(xiàn)變化時，如進行初始化、刪除或加入某節(jié)點、光纖中斷等引發(fā)保護倒換時，啟動自動識別模式，由節(jié)點觸發(fā)器向環(huán)中所有具備邏輯地址的節(jié)點發(fā)送信息，節(jié)點根據信息來判斷發(fā)生變化的節(jié)點及其鏈路狀態(tài)，也就是所謂的自動拓撲發(fā)現(xiàn)功能。由于 RPR的此項功能，網絡初始化變得異常簡單，避免了手工設置帶來的錯誤。因此，它也成為RPR各功能的基礎，不僅有利于尋找路由、保護倒換，而且便于網絡的運營和維護工作，降低了網絡管理成本。

④借助 SRP公平算法和 COS 分類法，實現(xiàn)了業(yè)務的QOS和帶寬的管理。RPR技術根據IEEE 802.1P 協(xié)議提供的嚴格 COS分類，確保優(yōu)先處理高優(yōu)先級的服務。將業(yè)務分為A、B、C 3個等級，A 類業(yè)務分為保留帶寬和可回收帶寬業(yè)務，A、B類業(yè)務通常都會分配一個 CIR速率，但是 A類業(yè)務用于提供端對端的最短延時和延時抖動，而 B類業(yè)務用于提供端對端的有邊界延時和延時抖動；C類業(yè)務則用于提供盡力而為業(yè)務。由于 RPR 環(huán)的統(tǒng)計復用功能，其采用分布式管理方式對帶寬進行管理和控制，意味著由各節(jié)點的控制算法集成決定。在正常情況下，公平算法能夠保證各節(jié)點業(yè)務享有平等的帶寬權利。以此為基礎，對突發(fā)性的數據流量變化做出快速公平響應。

⑤即插即用的業(yè)務提供方式極大地簡化了環(huán)外接入工作。RPR技術的分布式接入方式是其目標之一，其提供的即插即用機制能夠保障業(yè)務自動重建節(jié)點的快速插入和刪除。RPR的環(huán)路內共享帶寬和分組交換技術，使各節(jié)點都有環(huán)路可用傳輸容量的信息。在傳統(tǒng)電路交換模式下，全網絡型連接需要(n2-n)/2(n 為節(jié)點數)個點到點連接，而在 RPR網絡內只需與環(huán)內業(yè)務節(jié)點的一個連接，使得節(jié)點業(yè)務接入工作得到簡化。

鑒于上述分析，RRP技術既具有了 SONET/SDH的可靠性，又涵蓋和擴展了以太網的經濟性，是現(xiàn)代社會數據業(yè)務運營商高級傳輸性能的新型平臺。

3 結 語

當今社會，光傳輸網絡技術日新月異，應選擇適合自己企業(yè)的傳輸網絡技術作為城域網建設的基礎性工作，因為其對現(xiàn)有及后續(xù)網絡的擴容具有深遠影響。因此，在選擇具體技術時，應根據企業(yè)的具體建設狀況及發(fā)展需求，秉持一切技術都是為了給顧客提供更好的服務的理念做決策。在傳輸數據為主的業(yè)務中，RPR技術比 SDH技術更具經濟性，比以太網更具可靠性，而且其空間復用技術的應用大大提高了帶寬利用率，成為面向數據的城域網建設的解決方案之一，對電力企業(yè)建設其 IP寬帶城域網有重要的作用和意義。隨著該技術的不斷完善、發(fā)展及同其他先進技術的融合，必將在業(yè)界得到更廣泛的關注和應用?！?/p>

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