信息网IP化后SDH的演进趋势研究

信息网IP化后SDH的演进趋势研究
刘国辉;毛谦
【摘要】近几年来,我国数据业务呈现快速增长的趋势.文章分析了信息网IP化后SDH传送网的演进趋势,预测在相当长的时期内SDH将继续担当传送网的主要角色,从长期来看,传送网技术将逐步向基于分组的传送技术和SDH技术共存的方向
演进.文章研究了其对SDH网络结构的影响,最后给出了SDH向网状网方向演进的策略和步骤.
【期刊名称】《光通信研究》
【年(卷),期】2006(000)005
【总页数】4页(P5-8)
【关键词】同步数字体系;多业务传送平台;IP化;网络演进
【作者】刘国辉;毛谦
【作者单位】武汉邮电科学研究院,湖北,武汉,430074;武汉邮电科学研究院,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
近几年来，我国数据业务(其中绝大部分是IP业务)呈现快速增长的趋势。

据统计，最近几年国内干线数据业务量每年均是前一年的2.6倍，国际Internet带宽能力
是前一年的2.45倍，大约5年增长100倍，目前仍保持强劲的增长速度。

面对如
此快速发展的IP业务，人们不禁要问，我国IP业务的发展趋势究竟如何？我国现在的通信网传送技术——SDH能不能适应这种趋势的发展？当网络IP化后(即绝
大部分业务为IP业务)，SDH还存不存在？传送技术的发展趋势如何？对传送网
结构有何影响？本文试图对这些问题进行探索和研究。

1 信息网IP化后SDH传送网的演进趋势分析
SDH传送网担负着信息传输的主要任务，飞速发展的IP业务大多通过SDH网传输。

绝大多数IP业务由以太网承载，SDH对多业务支持的重点目前主要表现在对以太网的支持上。

具体做法是在原有的SDH设备上增加以太网传送接口。

SDH为了适应对IP业务的传送，经历了多次功能的改进，并朝着具有自动交换光网络(ASON)功能的多业务传送平台(MSTP)方向发展。

改进后的SDH既能支持时分复用(TDM)业务、异步转移模式(ATM)业务，又能支持IP业务，这种基于SDH、同时实现TDM、ATM、IP等业务接入、处理和传送功能的传送网称为基于SDH的MSTP。

为改进MSTP对IP业务的支持，所采用的主要技术有基于SDH的链路接入规程(LAPS)和通用成帧规程(GFP)技术、虚级联技术、链路容量调整机制(LCAS)技术、弹性分组环(RPR)技术和多协议标签交换(MPLS)技术等。

LAPS和GFP技术的主要作用是改进MSTP对IP业务的封装形式，提高效率。

虚级联技术用于改进装载IP 业务的容器，使之更适合传送IP业务。

LCAS技术用于增加容器虚级联的灵活性，动态地调整带宽。

利用SDH的自愈环技术与IP技术的码流具有随机性、突发性
的特点产生的RPR技术是SDH技术和IP技术的有效结合，RPR技术本身可以独立传送IP业务，MSTP可借鉴RPR技术，在二层对以太网进行处理，以提高以太网保护性能和带宽利用率。

为了提高IP业务服务质量，MSTP又在二层引入了MPLS技术。

MSTP在经过了二次功能的改进后，已经能较好地满足IP业务的接入和传输。

可
以设想，融入了RPR技术、MPLS技术和ASON功能的MSTP设备在装备网络后，一定会更好地支持IP业务。

但随着业务的IP化，MSTP将面临其他传输技术的挑战，特别是基于分组的传送技术的挑战。

1.1 与MSTP竞争的其他传送技术分析
随着WDM技术的发展，SDH的主要应用领域逐渐退缩到城域传送网。

目前城域传送网技术分为基于MSTP、基于WDM的传送技术和基于分组的传送技术3大类。

基于WDM的传送技术和MSTP基本没有竞争关系，基于分组的传送技术和MSTP有一定的竞争关系。

基于分组的传送技术目前主要有RPR和城域网多业务
环(MSR)，此外，人们正在研究光以太网，它们各有优势和不足，如表1所示。

表1 城域网几种传送技术的比较EthernetRPRMSRMSTP多业务承载能力差差较好好网络可靠性恢复时间长好好好服务质量差较差较好最好安全性低较高较高最高成本最低较高较低较低成熟程度成熟成长期成长期成熟描述应用在成本敏感的网络中会有一定的应用有好的应用前景现阶段最好的一种解决方案
通过对几种传送技术的分析和比较，可以得出：MSTP技术最适合于以TDM业务为主的多业务传送场合，随着其功能的进一步改进和ASON技术的应用，也适用
于以分组业务为主的多业务传送场合；RPR和MSR适合于数据业务占较大比重的多业务传送场合；光以太网技术适用于纯IP业务的场合；RPR和MSR与MSTP
有激烈的竞争关系，尤其当网络的IP业务占主导时。

1.2 SDH传送网演进趋势分析
通过对现有传送技术的比较和分析，我们预测SDH传送技术呈如下发展趋势：(1) 在相当长的时期内，SDH将继续担当传送网的主要角色
运营商在组建城域网时选择什么样的技术与城域网所承载的业务类型、技术的成熟性、可靠性、可扩展性、技术的成本(包括设备成本、运营维护成本)和已部署的情况等有很大关系。

现在的运营商已经成为理性的消费者，不再是先进技术的激情消
费者。

我们预测在TDM业务占主导的时期，以及数据业务占主导的初期和中期，SDH
将占据网络传输技术的主导地位。

原因如下：SDH传送语音、数据、视频业务的
质量和安全是有保证的，且与时俱进，不断改进自身的不足，以适应未来业务的发展；以SDH为保证传输质量和进行性能监视所浪费的部分开销，和以基于分组的传送技术为保证实时业务传输质量所采用的网络轻载造成的浪费及增加的性能监视开销相比，SDH的效率还是比较高的；SDH的竞争对手——基于分组的传送技术支持实时业务的能力还较差；SDH已经占据传送网的主导地位；运营商已经熟悉
了SDH，对SDH的运营、维护和管理有一整套经验；运营商选择新技术比较谨慎。

MSTP的成本已经较低，现有的基于分组的传送技术成本未必比SDH低，再加上网络运营时往往采用轻载的方式支持实时业务，这又大大增加了网络运行成本，且服务质量(QoS)不能完全保证。

因此，目前基于分组的传送技术和基于SDH的MSTP相比没有优势。

因此，在相当长的时期内，SDH技术将继续担当传送网的主要角色。

(2) 从长期来看，传送网技术将逐步向基于分组的传送技术和SDH技术共存的方
向演进
SDH传送技术以支持实时业务见长，基于分组的传送技术以支持数据业务见长，
它们各有其优势和劣势。

两种技术都在改进，而改进后的SDH传送技术和改进后的基于分组的传送技术孰优孰劣，不仅与改进后的性能和所增加的成本有关，而且与实时业务(尤其是高QoS业务)和非实时业务的比重有关。

从互联网的发展趋势
来看，非实时业务的增长速度大于实时业务的增长速度，非实时业务的比重会大于实时业务的比重。

因此，我们预测在较长的时期内，非实时业务将通过基于分组的传送网传送，实时业务(尤其是高QoS业务)用SDH网传送，传送网技术将逐步向基于分组的传送技
术与SDH传送技术共存的方向演进。

2 信息网IP化对SDH网络结构的影响
随着业务IP化以及使用量的剧增，SDH环网的业务流量将非常大，且节点数较多；由于IP业务量的不确定性和不可预见性，其对网络带宽的动态分配要求将越来越
迫切；同时还由于IP是点到点或点到多点的无连接业务，因此要求网络结构为网
状(即Mesh网)，并具有灵活的可扩展性。

传统的SDH环网结构无法应对这种局面，因此SDH网络必须采用网状网结构以适应IP业务的快速发展。

2.1 SDH环网结构的局限性
我国所部署的SDH网络大多为环网结构。

环网结构最突出的特点是自愈能力强，即在环网工作通道发生故障时，环网会在50 ms内自动地倒换到保护通道，使业
务信息得以正常传送。

目前中国各大电信运营商的传送网80%以上(有的甚至超过90%)都是基于SDH环网互联的网络结构，并且每个环网又由多个环层叠构成，而点到点的WDM系统
主要是为承载的SDH网络提供波长级的传输通道。

由于环上的节点数量较多，层叠多个环的网络结构比较复杂。

随着环内和跨环业务量的不断增大，跨环节点将逐渐成为业务调度的“瓶颈”。

另外，随着IP业务的迅猛发展，SDH环网结构的局限性逐渐显露出来，主要体现在下面几个方面：
(1) SDH环网结构提供的带宽不能满足IP业务快速发展的需要。

最近几年国内干
线数据业务量保持强劲的增长速度。

短短几年，话音业务从占干线带宽的主导位置锐减到占5%左右，数据业务则消耗了干线带宽的95%，这一趋势还会继续。

另外，各种新业务也在不断出现，所有新业务的实现，都必须依赖传输网快速而有效地提供比语音业务宽得多的带宽。

(2) SDH环网结构是以可预测的本地话务量为基础而设计的，而数据业务是随机的、不可预测的，很难预测数据业务量来自何方。

因此环网结构不适合传送业务量很大
的数据业务。

(3) IP业务的指数增长和越来越多的不可预测的带宽需求模式使网络结构的可扩展性变得极其重要。

(4) 由于采用多厂家的SDH设备，省际层面跨环业务的调度和时隙配置繁琐，不
易实现端到端的电路管理，故障查找难度较大，网络维护也不太方便。

(5) 所有业务都由环网保护，需要冗余一半容量，带宽利用率较低。

跨环业务需要经多环转接，而每个环都要有相应的保护，导致网络效率低下。

另外，SDH环网
仅具有单点故障恢复能力，多点故障时不能对业务进行有效保护，网络生存性不高。

(6) 环网的网络扩展能力差，升级能力有限。

当纳入新节点或升级某一段的容量时，需要整个环网配合实现，特别是所开电路与原设计不符而需变动时，矛盾更加突出。

2.2 SDH网状网结构的优势
SDH网状网结构与SDH环网结构相比，具有以下优势：
(1) 网状网结构可为业务提供多种保护和恢复方式(如1+1或1∶1保护、动态恢复、无保护等)，所需备用容量较低，网络资源利用率较高。

在支持单链路故障的前提下，传统的SDH网络的带宽利用率仅为50%。

SDH网状网需预留的恢复资源一
般仅占整个网络带宽资源的30 ～ 40%，带宽利用率高达60 ～ 70%以上。

实验
证明，网状拓扑的带宽利用率相对于环网可以提高20%到60%。

(2) 网状网结构不受节点瓶颈和多重失效问题的影响，两点间有多条路由可选，网络生存性较高。

基于网状拓扑的传送网，其生存性不仅只停留在保护层次，还可以对故障进行恢复处理，提高网络生存性。

在发生多点失效时，网状网可自行寻找迂回路由，倒换时间在百毫秒至分钟级，极大地提高了业务可靠性。

(3) 网状网的扩展性较强，仅需增加新的节点和链路即可，不需要全网配合。

且扩容升级灵活，只需对相应跨段链路进行扩容，大大节省了扩容成本。

(4) 网状网易于实现端到端的电路调度和保护，可快速提供各种业务，适合于业务
量较大且分布又比较均匀的地区。

(5) 网状网可分区域、分步骤地演进，而环网只能以环为单位演进。

2.3 SDH网络结构将向以网状网为主的方向演进
传统的SDH光传送网大量采用环网结构进行部署，各环之间相互独立，这样的网络结构导致扩展性差，资源利用率低，难以充分利用和共享已有的通道连接，不能实现网络级的保护恢复。

另外，传送层的环网拓扑结构与数据业务层的汇聚型拓扑结构的差异还会造成带宽资源的巨大浪费。

因此，光传送网必然要向网状网结构发展，以避免环网叠加的复杂性和网络拓扑扩展的“瓶颈”，而网状网结构的复杂性也要求网络具有更高智能。

网状网可以提供强大的端到端业务配置和管理能力、灵活的网络拓扑结构和网络扩展性，提供业务高质量SLA和按需保护的能力，大大降低网络时延，适应IP等数据业务的承载、传送及网络高生存能力和低维护成本的要求。

引入ASON技术后，在灵活的信令平面支撑下，可进一步提升网络的灵活度，实现带宽按需分配，大大降低网络总成本。

由于SDH网状网结构相对于SDH环网结构具有较大的优势，因此，随着信息网
的IP化和IP业务的快速发展，SDH环网结构将向具有ASON功能的SDH网状
网结构为主的方向演进。

随着光通信技术的进一步发展，SDH环网结构将会逐步
变成边缘网络，网状网将逐步成为下一代核心网和城域网的主要结构。

环网和网状网的选择代表了一个基础网络结构不断演进完善的过程。

网络结构的选择会直接影响到当前的建设成本和长远的运营成本。

所以，要想将传送网的网络结构演进成最佳状态，就要从各个角度综合考虑。

一般在组网初期，业务量和网络节点没有达到一定量时，环网仍然是一种最佳选择。

随着网络规模的不断扩大，业务量和网络节点超过一定数量时，环网结构必然向网状网结构演进。

关于网状网，有两点需要说明。

第一，当建成网状网后，环网的特性仍可以利用。

具体做法是在网状网中虚拟出环网，再利用环网的特性实现业务的保护和倒换。

第二，网状网存在在一定范围内，当业务量很大且呈分布式结构时，用网状网较合适，但不是所有的地方都一定需要网状网。

3 SDH向网状网方向演进的步骤和策略
3.1 SDH向网状网方向演进的步骤
SDH网状网的建设应该根据具体情况，循序渐进，有计划、分步骤地实施。

从网
络应用看，骨干传送网和城域传送网的核心层向网状网演进的趋势已日益明显。

考虑到目前实现光网状网的技术还不是很成熟，ASON设备性能还不是很稳定，并
且还未大规模应用，近期可优先考虑在城域传送网的核心层采用网状网结构。

在实现光网状网的技术已经成熟，ASON设备性能已经稳定，并且经过城域核心光传
送网运行证明网状网对于传送宽带IP业务是高效可行时，可考虑在省内干线上采
用网状网结构构建省内光传送网；接着在省际干线上采用网状网结构构建省际光传送网。

需要说明的是，在网络建设必要的时候，省内干线网和省际干线网网状网的建设可以同时进行。

另外，随着实现网状网技术的进一步成熟，ASON设备可实现对
VC12、VC3颗粒带宽的灵活调度与处理，另外，如果ASON设备的价格进一步
降低，在合适的时候可考虑在城域网汇聚层采用网状网构建城域光传送网。

3.2 SDH向网状网方向演进的策略
SDH向网状网方向演进可根据省内干线及省际干线长途传送网与城域传送网的不
同特点分别采用不同的演进策略。

在城域传送网中可采用“自上而下”的演进策略，即先在城域传送网核心层采用网状网结构，首先解决2.5 Gbit/s及以上速率业务
的上下和调度，然后逐步向汇聚层延伸。

在省内干线及省际干线传送网中可采用“自下而上”的演进策略，也就是说先在局部网络范围内引入网状网结构，积累了一定网状网运营经验之后，根据技术发展情况，采用网络-节点接口(NNI)将多个
局部网状网结构互连起来，最终在整个网络上实现网状网结构的部署。

从具体的实施过程来看，SDH向网状网方向演进的策略可按以下几个步骤进行：
第1步：在现有的SDH环网中，在主要节点上建立直达电路，当直达电路发展较多时，环网结构初步发展成网状网结构；
第2步：在网状网结构中，虚拟出若干个环网，从而解决网状网的保护和恢复能
力不如环网运用自如的问题；
第3步：当ASON技术发展成熟的时候，用ASON设备替换网络中的主要节点设备，形成真正的网状网结构，并解决网状网的自动保护和恢复问题。

4 结束语
信息网的IP化和IP业务的快速增长对SDH传送网将产生巨大而深远的影响，人
们充分认识到在这一背景下SDH的演进趋势以及对传送网的巨大影响，无论是对电信管理部门、设备制造商，还是电信运营商，都具有非常重要的意义。

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