论文1-接入网的设计与应用

-1-接入网的设计与应用铁路通信在九十年代之前担负着同铁路信号相提并论的重要位置，俗称铁路电务，信号是眼睛，通信是耳朵。自从通信从铁路独立出来之后，铁通面向全国公共电话的这个大市场，仅凭原有的沿铁路敷设的那些光电缆明显不能满足其发展要求。现在是也必然是向广大的非沿铁路线的特别是市区、居民区中引入光缆，设立机房模块局，对各单位及居民房进行全面的覆盖。在这种情况下，如何布局整个地市的网络结构及如何向小区及单位里引入光电缆，即接入网的设计是非常关键的问题。一接入网的基本原理和概况（一）基本概念1、城域网城域网（Metro）原来是与局域网和广域网相对应的计算机网络的概念，指城域范围的计算机网络。数据通信和电信技术的发展赋予城域网新的内涵，将城域网的概念延伸到整个通信网络，泛指运营商在城市及其郊区范围内提供多种业务的所有网络。2、城域光传送网城域光传送网通常被定义为覆盖1OOkm左右，它位于骨干光传输网和接入网的汇接处，是整个网络体系中的一个重要组成部分，不仅要承载多种网络协议和信道速率，还要具有组网的灵活性和可扩展能力。新一代的宽带城域网以多业务的光传送网为开放的基础平台，通过路由器、交换机等设备构建数据网络骨干层，通过各类网关、接入设备实现语音、数据、图像、多媒体、IP业务接入和各种增值业务及智能业务，并与各运营商的长途骨干网互通，形成本地市综合业务网络。城域网不仅是传统长途网与接入网的连接桥梁，更是传统通信网与新兴数据网络的交汇点及今后三网融合的基础。3、用户接入网用户接入网（从本地电话局到用户之间的部分）是电信网的重要组成部分，是电信网的窗口，也是信息高速公路的“最后一英里”(thelastmile)。为实现用户接入网的数字化、宽带化，用光纤作为用户线是用户网今后发展的必然方向，但由于光纤用户网的成本过高，在今后的十几年至几十年内大多数用户网仍将继续使用现有的铜线环路，近年来人们提出-2-了多项过渡性的宽带接入网技术，其中ADSL（不对称数字用户环路）和HFC(光纤同轴混合网)是最具有竞争力的两种。4、ADSL技术ADSL技术能利用现有的市话铜线进行信号传输，其最高速率：下行信号（从端局到用户）为9Mbps，上行信号（从用户到端局）为1Mbps。现有的市话铜线网的用户数目十分庞大，而ADSL能对现有的市话铜线进行充分的利用。（二）现有城域网建设情况分析1、城域网建设现状经过了过去几年干线光纤系统的大规模建设和DWDM技术的广泛采用，干线容量需求已基本得到满足，而城域网和各接入网却成了通信瓶颈。原有的城域传输网络以承载话音为主要目的，既无法适应数据业务的特点，也不能满足数据业务快速增长的带宽需求，这些因素使城域传输网成为瓶颈，造成数据业务发展困难，无法满足用户各种各样的信息需求。在现有城域网中，话音和专线业务通常由SDH和电路交换机提供，数据业务通常由SDH和分离的FR、ATM和IP网提供，这种通过传输网独立组网的重叠网络结构是多年来为不断支持新业务而逐步形成的。该结构有利于各业务网单独规划和运营管理，但随着不同种业务的数量和流量增加，出现网络资源利用率低、统一规划和管理困难、各业务网间互通复杂、网络发展不适应业务多样化需求等问题，使重叠网络结构越来越难以满足市场发展变化的需要，建设和运营成本越来越高，投入和产出不能保持同步增长。在承载IP数据方面，现有本地传输网存在不足，IP城域网基本上为独立组网，绝大部分业务直接承载在物理光纤网络上。这种组网方式的好处是节省传输设备投资，使组网成本大大降低，但是采用大量裸纤互连IP设备，加快了光缆线路资源的消耗，而且裸纤直连无法实现链路保护，不便于业务的管理。城域范围内各业务网独立发展，给城域传输网的规划和发展带来了很多问题，特别是在IP业务高速增长和客户需求多样化的环境中，各业务网单独组网复杂低效，造成传输网资源严重浪费，设备和运营成本高以及业务提供缓慢等问题，主要体现在：1、传输链路资源利用率低，大量通道富余闲置，网络资源总体过剩，局部不足的矛盾突出。2、城域传输网业务接口类型少，承载业务类型有限，不能提供多等级业务，不适应IP网络突发业务的特性。-3-3、由于城域传输网的限制，IP城域网独立组网，光纤消耗大，缺乏有效保护和恢复能力，不能提供有质量保证的IP业务承载。4、大量SDH环网叠加互连，业务开通时间长，不灵活。5、难以灵活有效地开展虚拟私用网络，带宽出租和带宽实时请求等新业务。6、多厂家设备组网，网管不健全，无统一网管，业务调度困难，运维成本高。2、城域网建设规划技术策略城域网的建设通常采用分层网络结构，由上至下分为核心层、汇聚层和接入层。对于业务量较小的城域网而言，也可采用核心层和接入层二层结构。核心层主要提供大容量的业务调度能力和多种业务的传输能力，完成与PSTN、ATM／FR、DDN和公用主干网、骨干网的互连互通。汇聚层负责城域网区域内业务的汇聚和疏导，提供本地业务调度能力和多业务汇聚分发能力。接入层通过各种接入技术和线路资源，把业务就近接入汇聚点，实现用户覆盖。对于新建城域传输网的核心层而言，当业务量不是特别大时，可选用MSTP技术进行组网。城域核心层业务收敛程度高，核心设备节点相对较少，可通过1OG设备或40G设备实现大颗粒业务传送。由于SDH设备经历了较长的发展和应用过程，基于SDH的MSTP系统成本相对较低，同时又可提供成熟的网络保护和较大的网络带宽，承载高速IP、POS端口和传统SDH端口，并可同时提供SDH链路业务，实现交换局、关口局与汇接局的互连互通。网络初期建设采用MSTP技术，可为城域传输网核心层提供低成本综合业务解决方案。在与IP网的关系上，由于当前城域网在承载IP数据时存在效率、灵活性和成本等问题仍未得到解决，对于业务量不是特别大的城域核心层，IP网和城域传输网仍可采用分别组网的方式，IP网节点独立于传输网节点。分别组网有利于发挥各自的技术优势，便于实现两网核心层的强大业务处理能力。而对于业务量特别大的区域，尤其是未来业务流量将保持较高增长速度的地方，核心层应采用城域波分技术。城域波分不仅可以解决带宽问题，还能提高光纤资源的利用率，并可通过光通道保护和光复用段环网保护等光层保护能力，提供强大的网络生存性，实现低成本业务汇聚。在与IP网的关系上，可以把当前单独组网的IP宽带和城域传输网的核心层统一到城域波分物理平台上，由此平台提供的波长资源分别承载SDH、MSTP和IP带宽业务。这-4-样不仅有利于网络统一管理，而且可通过灵活调拨波长资源，快速满足IP网迅速增长的带宽要求，解决光纤直连方式中光纤资源快速消耗的问题，提高网络资源的利用率。在汇聚层，采用MSTP技术可保证对传统TDM业务的支持，同时优化数据业务的传送，提高带宽利用率。利用MSTP的L2交换和汇聚功能，可节省汇聚层节点的业务端口，降低网络成本。当前TDM业务仍占主要地位，而且还有一定的增长空间，在业务需求以TDM业务为主时，新建城域传输网的汇聚层以采用MSTP为适。若已建的SDH网络还有较多的剩余容量，能满足今后TDM业务发展的需求，而新增的业务主要以IP数据业务为主时，则可以考虑采用RPR技术组网。而在与IP网的组网关系上，倾向于采用汇聚层IP城域网和城域传输网分别组网的方式，IP网节点独立于传输网节点。接入层是技术最丰富、对成本最敏感的区域。接入层采用MSTP可以替代部分数据网络设备，降低网络成本。对于IP业务流量占主导的区域，可采用RPR组网，以实现数据业务接入能力优化。在接入层，城域传输网应能提供丰富的业务接口，以最大限度满足IP业务的接入和承载，有利于节省网络投资和提高资源利用率。局部区域仍可采用光纤直连方式。对于与IP网的组网，应综合考虑技术成熟性和网络经注性，根据实际需求，可采用多种不同的技术方案实现经济和灵活的业务接。3、构建宽带城域光传送网的技术手段简介目前构建宽带城域光传送网采用的技术手段有很多种，但总体上有3种技术已经占具了主导地位，它们分别是：以WDM为平台的城域传输技术、以SDH为基础的多业务传送平台（MSTP）和弹性分组环（RPR）。3.1以WDM为平台的城域传输技术DWDM（密集波分复用）技术在广域网应用获得了巨大成功，但是不能简单地将广域网DWDM方案用于城域网。因为城域网由于距离短，不需要使用放大器，而且增加一根光纤成本也不高，简单采用和广域网一样的DWDM设备会产生使城域网环境无法接受的高成本，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。解决以上问题的有效方法是采用CWDM和OADM环网技术。3.1.1CWDM（粗波分）技术CWDM系统是使用1290nm-1610nm波长，将相邻波长间隔放宽到10或20nm同样可以构成数十路的波分复用系统。它的波长数目一般为4波或8波，最多16波，它所使用的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和1550nm。-5-CWDM对波分复用设备系统要求不高，由于它波长间隔较宽，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，又具备了低成本、低功耗、小尺寸等特点，它的出现解决了长久因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。虽然价格成本比DWDM低得多，CWDM系统也能和DWDM一样支持多业务接口，例如可以提供SDH接口，实现IP／EthernetoverSDH、ATMoverSDH，可以为路由器和ATM交换机提供光纤直连接口，实现IP／EthernetoverOptical和ATMoverOptical等。当然，从纯技术角度讲CWDM与DWDM相比有明显的弱势，其传输距离以及通道数远低于DWDM。但是通信网络从来就不是单单由技术推动的，成本也是一个很重要的因素。在城域网中，一方面用户需求并没有达到长途骨干网的通信容量，由于城域网对带宽的需求是有限的，另一方面城域网络服务提供商支付不起昂贵的DWDM设备费用。CWDM作为一种可选择的扩容方案，有着良好的发展前景。3.1.2城域OADM（光分插复用）传输技术OADM系统主要由合波器、分波器、上路波长转换器（OUT-A）、下路波长转换器（OUT-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。在大多数应用情况下，OADM环网的环长在100KM以内，当应用在地区网时，环网的环长可在100-300KM。一个WDM环网上的节点数不宜过多，一般为3-8个，典型值为4-6个。在实际应用时，需要考虑OADM环网的长度及光功率预算、系统光通路数、OADM节点数量和类型、环网的保护方式、波长通路的分配、每个节点的上下波长数量等诸多因素，并且根据每个城市的具体情况和承载业务的分布类型进行具体的规划和设计。3.2以SDH为基础的多业务传送平台（MSTP）技术MSTP是对传统的SDH设备进行改进，在SDH帧格式中提供不同颗粒的多种业务、-6-多种协议的接入、汇聚和传输能力，是目前城域传送网最主要的实现方式之一。MSTP的主要特点有：能够支持VC-3／VC-4／VC-12各种等级的交叉连接和连续级联或虚级联处理，提供丰富的多种业务（PDH／SDH、ATM、以太网／IP、图像业务等）接口，可以通过更换接口模块，灵活适应业务的发展变化，具有以太网和ATM业务的透明传输或二层交换能力，传输链路的带宽可配置，支持VIAN，流