对IP城域数据网建设的思考

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摘要　随着数据业务的增长，DWDM+SDH为基础的骨干光网络带宽的提高，特别是高速以太网接入技术的发展，城域网的发展就显得相对滞后，成为提高整个网络带宽的“瓶颈”，因此必须对城域网重新进行规划建设。文章介绍了城域网的概念、特征、结构，对城域网的骨干层、汇聚层、接入层的规划建设提出了自己的看法，就中国电信运营商的城域网改建作出分析。
1、城域网的概念、特征、结构
　　城域网是具有统一协议的、连接政府机关、厂矿、教育科研等企事业单位、公司以及家庭用户的宽带网络，它可提供数据业务和分组化的话音、图像、视频等多媒体应用的综合业务，覆盖城市及其郊区范围的本地公用网络。
　　城域网以统计和分组技术为基础，网络层次清晰，其主要特征是：a）面向多用户的公用网。b）支持各种客户层信号，能提供客户所需的带宽。c）全业务网。d）覆盖范围为50km～150km。城域网与骨干传输网有很大不同，在城域网中，各种协议和各种速率的业务都集中在城域，在业务进入骨干层之前，必须对业务完成汇聚和疏导，才能有效管理各种业务，提高对网络资源的利用率。同步数字体系（SDH）及密集型光波复用（DWDM）都不能很好地满足城域网的建设需求，SDH是针对话音业务的，它具有固定的速率等级、复杂的网络层次，使得网络资源的利用率不高。而DWDM不能有效灵活地将各种低速率信号汇聚进昂贵的波长通路；不能动态配置波长以实现光层的灵活连接，城域网的建设有其特有的特点。
　　城域网可分为接入层、汇聚层、骨干层。接入层主要完成各种类型用户的接入；汇聚层负责汇聚分散的接入点，完成数据复用、数据传送及数据交换功能，提供流量控制和用户管理功能；骨干层完成整个网络的高速信息交互，实现与骨干网络的互连。
　　城域网的现状是市到地区、地区到县为裸纤直连，接口为千兆以太网（GE）口，速率为千兆、百兆，数字用户线路接入复用器（DSLAM）产品为用户提供快速以太网（FE）接口。
2、对城域网规划建设的思考
　　传统城域网存在的问题是：a）成为全网带宽的瓶颈。b）多个重叠的业务网导致设备成本和运行管理成本高，提供新业务费时耗力。c）目前底层多采用SDH技术，但用固定带宽传送突发数据业务时，不仅效率低，而且改变带宽往往意味着改变物理端口甚至业务类型，导致企事业用户在改变业务时，常常不得不重新设计和改建网络。
　　随着城域网业务的多样化、业务接口的日趋复杂、用户对带宽的需求飞速增长，城域网必须重新规划，这主要表现在：a）业务类型日趋多样化。目前的业务形式主要有话音、传统数据专线和IP三大类，话音业务包括话音接入和话音中继两种形式。传统的专线数据业务包括专线电路接入和互联、带宽出租等业务。IP业务发展迅速，业务形式也多种多样，包括因特网接入、互联和基于网络的高附加值业务（如网络防火墙、VPN/WEB内容过滤等，又称为IP增值业务）。b）业务流量大增。在过去以话音业务为主的网络中，城域网的业务流量大于长途骨干网。当图像业务进入传输网后，占用了大量带宽资源，使本地业务流量大大增加。c）业务接口越来越复杂。目前网络上有准同步数字系列（PDH）、SDH、数据、视频、以太网、IP路由器等多种业务类型，接口越来越多。城域网的规划建设应按照整体规划、分步实施、适度超前的原则，根据目前城市的规模及业务发展的具体情况，采取适当的网络结构和传输技术，在满足3年～5年发展需求的基础上，适当超前发展城域多业务光传输网。这不仅要考虑城域网必须具有的多种业务的传送能力（如小区用户上网及企业专线用户对带宽和付费的不同要求），同时还应考虑技术的成熟性和网络的开放性。首先，网络结构要整体规划，分步实施。网络拓扑采用分层体系，结构清晰，要求全网业务调度灵活。与现有运营商网络要易于互连互通。骨干层传输网具有业务需求密集、业务量大的特点，它是发展城域传输网的基础，设备容量设置应充分考虑向市区用户提供IP、数据和多媒体等宽带业务的需求，在业务量密集、信息量大的城市，可选用DWDM。其次是注重网络的安全性，根据业务的类型选择通道保护或复用段保护。最后要注意接入网部分网络拓扑结构能灵活选择环行网和链路系统的方式。接入部分采用的设备要求有多种接口类型，以满足以太网和IP等业务接入的需求。要考虑网络的管理性能、扩展性能和扩展能力。
　　业务发展的不确定性和运营环境的不断变化，导致网络规划将不断调整。目前，在城域网建设达到一定规模后，有必要重新进行网络评估和优化，从而提高网络资源利用率及服务效率，降低运营成本。
3、对城域网网络建设和优化方案初探
　　对于中国电信的城域网，在建设网络及优化时，应考虑以下方面：
　　1）资源利用率
　　a）在线路资源耗尽，支路资源还有很多的情况下，可采用拆环、加点等手段，增加少量投资，使原有的大量支路资源得到利用。
　　b）在核心节点交叉资源耗尽，其他资源还有很多的情况下，可将核心节点单独成层，在增加少量投资的情况下，使原先调度不开的电路资源能在网内无阻塞调度。
　　c）在部分链路线路资源耗尽，其他链路线路资源还有很多的情况下，需对网络结构进行局部调整。
　　2）网络安全稳定性
　　a）提高网络中重要业务的保护比例，如设备级、网络级。
　　b）提高网络中部分单元的保护比例，如交叉单元、时钟单元、支路单元。
　　c）对网络的重要节点（如环与环的单连接节点）采取预防性保护措施，包括电源、光缆等单元。
　　3）网络的运营效率
　　a）在特大城市的PSTN/GSM配套传送网中，核心层的网络节点数达到8个甚至更多，各节点之间的业务量都很大，网络结构较为复杂，运营效率低，可考虑采用大容量智能光交换平台组网，提高网络运营效率。
　　b）部分运营网络缺乏有效的网管支持系统，导致运营效率相对低下，对于由多家成熟设备构建的网络来说，先实现单一厂家设备的集中管理，再实现多厂设备的集中管理。
　　4）大客户专线或电路出租
　　目前在经济发达区域，电子政务、企业/行业集团IT建设、电子商务、Internet等符合经济发展需求的大客户专线业务逐渐成为主要业务，其发展速度远远高于电话业务，而现有的传输网是基于PSTN、GSM发展起来的（如对应于PSTN的汇接局、长途局、关口局、端局、用户接入网），网络又分为骨干层、汇聚层、接入层，但是大客户专线业务是客户到客户，在现有的传输网上实现必须经过多次转接，使业务在提供时间、质量、管理维护等方面很不适应，必须对网络进行优化：a）对网络中过多的人工转接点进行优化，使网管系统对大客户专线业务进行端到端的监控。b）完善接入层，提升网络的多业务处理能力。c）提升网管能力，对大客户专线实现业务级告警、性能监测，提供可量化的高质量服务。d）建立完善的大客户专线业务运营支撑系统，以满足业务发展的需求。
　　目前，国内的几家设备供应商华为、中兴、烽火公司均对电信的城域网建设提供了相应的新设备。
4、城域网建设方案
　　4.1　新建SDH传输设备，提供各种接口
　　1）骨干层
　　骨干层与省网相连，提供大容量的多业务传送和调度能力，安全性、可靠性要求高，是城域传输的核心：a）需以VC4、GE甚至2.5G、10G波长颗粒来完成TDM、Ethernet、ATM等多业务的综合传送和调度。b）具有多业务的透明传送能力，对承载业务以原模式传送，避免了传统SDH和城域DWDM解决方案中由于转换协议或帧格式匹配所引起的格外开销，使系统能充分利用带宽资源。c）具有高可靠性和超强的网络保护能力，不但要求在设备级提供多种硬件的冗余保护措施，在网络级也要能实现电层和光层的通道级与复用段级的保护。d）具有良好的性价比和平滑的升级能力。
　　在骨干层的建设中，华为公司提供Merto5000等设备，中兴公司提供的设备有ZXMP-S390，烽火公司提供的设备有80G OADM-Metro FONST 080和10G/2.5G OADM-Metro FONST 10000/2500。
　　2）汇聚层
　　汇聚层负责将本地交换局或具有AAA功能、完成接入、流量控制的数据网汇聚节点连接到骨干节点，汇聚层以多业务汇聚、传送、调度和处理为核心。对带宽需求的多样化，要求汇聚层可扩展性高、成本低。汇聚层设备对组网能力、业务汇聚，特别是分组业务的汇聚能力要求高：a）能动态分配带宽，对不同的业务服务等级提供不同的带宽。b）具有对ATM、IP等数据业务的带宽收敛功能。因为数据业务流量具有突发性，带宽收敛起到与带宽动态分配相辅相成的作用。c）具有虚拟数据网的功能，为用户提供数据接口。汇聚层的传输设备不断演变为虚拟网桥和路由器，可实现VP-Ring、VLAN、L2、L3层交换等数据网络层的功能。d）应具有分等级的业务保护功能，汇聚层需针对不同业务等级提供不同的保护方案，提高网络的运营效率。
　　在汇聚层的建设中，华为公司提供了Merto3000等，中兴公司提供的设备有ZXMP-S380，烽火公司提供的设备有Metro FONST 2500/622/155。
　　3）接入层
　　接入层完成不同客户群体的多业务接入，它以环网结构为主，可根据业务类型选择基于SDH的多业务传送平台（MSTP）技术，此设备要求结构紧凑、配置灵活、接口丰富、成本低，具有完善的L2交换和汇聚功能，MSTP可以代替部分数据网络设备，降低建网成本。
　　城域网接入层应具有丰富接口，能提供SDH、PDH、ATM、FE、GE及低速率的数据音频接口，以满足不同用户的要求。它具有成本低、良好的扩展能力和环境适应能力，具有灵活的组网能力和保护功能。
　　在接入层的建设中，华为公司提供了Merto1000等，中兴公司提供的设备有ZXMP-S320，烽火公司提供的设备有Metro FONST 2500/622/155。
　　4.2　对已建好的城域网进行改造
　　1）骨干层
　　目前城域网主要业务是IP业务，上行及下行的速率是不对称的，带宽需求不同，采用裸纤直连是较好的解决方法。在改造城域网时，这一部分应保持原有网络结构基本不变，当业务量增大时，可考虑采用粗波分（CWDM）技术来扩展业务。
　　2）汇聚层
　　汇聚层目前采用的也是裸纤直连，达到百兆速率，接口大部分均为2个GE口上连，光纤上形成保护，对汇聚层的改造也应基本保持原有网络不变。
　　3）接入层
　　接入层是城域网改造的重点考虑对象，对城市及农村的接入层应有不同的考虑。在城市，尤其是对大客户业务来说，数据业务更为重要，可考虑采用弹性分组环（RPR），RPR的特点是：a）可实现以太网的统计复用，实现更加精细化的带宽管理。b）可实现50ms内的保护，并且对高优先级业务特别保护，能最大程度降低成本，适应城域数据网和传送网合并的场合。c）在农村，数据业务的特点是点多面广，而每个点的业务量并不大，因此资源是农村建设的首要考虑目标。
　　目前，设备供应商提供的MSTP产品能做到在原有的SDH设备基础上插入带有数据业务的接口板，提供相关的数据业务。MSTP兼备IP网络的灵活性和SDH网络的安全性，可充分利用SDH网络资源，只需扩展部分功能即可提供各种专线业务。
　　在城域网建设中，MSTP技术可完成以下功能：a）使数据网能提供更高等级的以太网业务，满足高级别大客户专线的需求。b）使数据网能提供端到端的全业务覆盖。c）使数据网能提供末梢远距离组网和安全保证。
　　笔者认为第二种方案是中国电信公司目前城域网建设的可行性方案。
5、对城域网网络运营与管理初探
　　为了保证城域网高效、可靠、经济和安全运行，网管系统应与网络同步建设，以提高网络运营效率，降低运维成本。另一方面通过运营管理支撑系统，为用户提供更多更好的管理服务，并提供一些增值服务，这将成为增加运营商竞争实力的有效手段之一。
　　5.1　从运营角度看城域光网络的管理
　　传统的光网络主要适合TDM业务的传送，在传送带宽可变的分组业务时显得力不从心。而新一代城域光网络设备不但能完成传统TDM业务的传递，而且能接入ATM、IP业务，实现二层的桥接和交换功能，完成数据业务的接入和传送，是实现综合光网络业务运营的技术保障。新一代城域光网络设备组建的可运营、可管理的光网络包括业务提供和业务管理两个层面。如在城域，业务提供的网络结构可分为骨干层、汇聚层、接入层。新一代城域光网络设备除完成传统的语音、视频、数据交换设备的业务传送外，作为运营网，还可提供各类带宽出租业务，满足本地运营商和集团用户的带宽需求。
　　城域光网络提供的可运营数据业务包括：a）专线业务，其基本特点是业务完全透明传送，带宽和安全性可以完全保证。b）共享业务，其基本特点是带宽利用率高。c）波长业务，其基本特点是传送业务容量大、种类多、协议透明。
　　为实现城域光网络业务的运营，必须建立行之有效的业务流程和管理模式。光网络业务运营流程一般包括业务申请、业务受理、业务提供、业务优化、计费和业务管理等几部分。城域网的网管系统应能
　　实现端到端的业务自动配置。在网管系统的支持下，光网络还应具有拓扑自动发现、路由自动发现和网状网保护等功能，一方面使带宽提供、业务配置更加灵活，网络保护路由更加丰富，带宽利用率更高，另一方面不同厂商光网络系统之间的互操作性也将得到改善。网管系统除实现传统DWDM和SDH网络的性能、告警、配置、安全等方面的管理外，还应实现端到端的链路性能测试和监控、网络资源优化、计费数据提供、客户网络管理、光虚拟专用网络等功能。所有这些充分保证了城域光网络运营的可管理性。
　　5.2　城域光网络管理的解决方案
　　随着网络规模的扩大，需要网管提供分层、分级管理能力，需要管理包含多种级别、多种类型的业务，需要提供统一、跨多个物理子网的端到端业务管理，需要实现多厂家设备管理，同时要求网管支持标准接口，即网管系统具有开放性。目前的设备供应商已能提供相应完善的网管系统，如华为公司的城域网管设备（optix imanager T2000子网级网管系统、optix imanager T2100网络级管理系统）及中兴公司的城域网管设备（ZXONM E300/E500）等，它们具有强大的子网管理功能，能实现配置、性能、维护、故障、安全、系统管理等功能，它们具有组网灵活、主副网管、完善的安全机制、错误检查和纠正（ECC）的自动路由、网管备份路由、远程在线升级、多业务综合管理平台、强大的端到端管理功能、标准的接口、独特的路径管理功能、统一的设备管理、跨平台的解决方案等。
　　城域网的改建是仁者见仁、智者见智，应根据运营商目前的网络及业务承载情况，结合未来2～3年的交换、数据、突发性业务等发展状况来综合考虑。