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传送网评估范文

来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-17

传送网评估范文（精选7篇）

传送网评估第1篇

电力系统业务的发展推动了电力通信技术的不断进步,同时也对电力通信网在传输质量、传输容量等方面均提出了更高要求。目前,电力通信网承载的业务不再仅仅是最初的程控调度语音、实时控制信息等窄带业务,已经逐渐发展到同时承载客户服务中心、营销系统、地理信息系统、人力资源管理系统、办公自动化系统、视频会议系统、网络电话等多种数据业务,客观上需要具有更高速率的传输系统来承载这些业务。相对于一、二代传送网而言,光传送网(Optical Transmission Networks,OTN)[1,2,3,4]技术作为一种继承同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)和波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术优势的光电结合组网技术,是目前面向新型传送业务驱动的最佳光网络传送技术[5]。

OTN是由一组通过光纤链路连接在一起的网元组成的网络,能够提供基于光通道的客户信号的传送、复用、路由、管理、监控以及保护。从技术本质而言,OTN技术对SDH和WDM技术的传统优势进行了更为有效的继承和组合,同时扩展了与业务传送需求相适应的组网功能[6]。

面对动态、灵活的透明传送需求,业务的信号封装格式、带宽存在差异,承载业务的光纤受到物理损伤后产生的影响也不同。另一方面,光传输路径动态变化,传输距离、业务带宽等因素都不同,导致了接收端信号性能的差异,因此必须采取有效方法解决光路传送中传输性能不可感知、不可预测、不可控制的问题,保证连接建立和传输性能的可靠性,并考虑色散、非线性等不同损伤因素作用下的光路传输性能评估问题。光传输评估技术在电力通信网中的应用与推广将有效带动电力通信系统的发展,改变当前仅用通信通道是否中断来衡量通信网可靠性的标准,用更精细化的方式衡量网络通信质量与可靠性。

本文阐述了传输质量(Quality of Transmission, Qo T)模型的理论方法,对如何利用Qo T函数评估通信系统光信噪比(Optical Signal Noise Ratio, OSNR)代价做了进一步的推导和阐述,并进行了仿真验证,分别对残余色散和偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)进行了数值仿真,证明了Qo T模型具有很高的精度,并综合放大自发辐射 (Amplified Spontaneous Emission,ASE)、色散和PMD给出了系统OSNR代价的解析表达式,最后总结了评估模型的特点,并展望了其在电力通信网中的应用前景。

1 Qo T 模型概述

本文采用Qo T模型[7]对通信系统光传输链路质量因子Q进行了综合评估,在综合考虑各种物理损伤因素的情况下,得到整个系统的一个Qo T函数,即与误码率(Bit Error Rate,BER)对应的传输系统的Q值函数。该Q值函数是关于通信系统各种损伤参数的函数,主要包括ASE噪声参数、色散(Chromatic Dispersion,CD)、PMD等。

在高斯噪声模型下,通信系统的BER和Q一一对应,而Q因子与系统的关系为:

式中,Eb为平均每比特能量,N0/2为噪声功率谱密度。

BER与Q的关系为:

在光通信系统中,OSNR是一个重要的性能指标,噪声功率一般是在0.1 nm(12.5 GHz)带宽内测定,于是噪声功率PN可表示为:

式中,BN为噪声带宽,值为0.1 nm(12.5 GHz)。信号功率Ps可以表示为:

信号功率Ps可以表示为:

式中,Rb为比特数量,根据式(3)和(4)可以求得光信噪比OSNR为:

2 Qo T 评估方案

在实际的通信系统评估中还需考虑色散、PMD等信道损伤因素,假设在考虑ASE噪声、色散和PMD因素下的Q函数定义为[8]:

式中,函数Q(A,C,P) 为ASE噪声、色散和PMD的函数,A为ASE噪声,C为色散,P为PMD,O为OSNR,Qref为目标误码率的质量因子,Oref为达到目标误码率 (Q=Qref) 时实验测得的信噪比参考值,为关于残余色散和PMD损伤因素的函数,Dref为残余色散。

假设OBt B为在“背靠背”配置下达到Qref所对应的OSNR,在考虑各项传输损伤条件下,Q=Qref时的Q因子代价为:

式中,PQref为Q=Qref时的代价。

公式(6)可进一步表示为:

由于色散和PMD损伤相互独立,故公式(8)又可以表示为:

3 仿真验证

用Karhunen-Loeve算法分别计算残余色散和PMD引起的系统OSNR代价PQref(Dres),设定系统纠错前的参考BER为10–5,将BER带入公式(2)可以得到Qref=12.6 d B,OBt B可以通过Karhunen-Loeve算法在参考BER为10–5的条件下得到,为11.813 6 d B。根据不同的Dres和PMD值,分别得到PQref(Dres) 和PQref(P) 函数曲线,然后以拟合的方式得到它们的函数关系式。

3.1 色散影响下的 Q 代价计算

先通过实验仿真得到Qpanlty的曲线,再通过拟合来得到近似的Q代价和CD之间的关系。仿真采用不归零序列光开关键控(NRZ-OOK) 调制方式, 脉冲滚降系数为0.2,每跨段光纤长度L=100 km,衰减α=0.2 d B/km,非线性耦合系数γ=1.4(W·km)–1, 单模光纤(Single Mode Fiber, SMF)色散系数为17 ps/(nm·km);跨段内色散补偿光纤色散系数为–85 ps/(nm·km),衰减α=0.6 d B/km,γ=5.5(W·km)–1。光纤长度由残余色散Dres来决定,计算公式为:

式中,LDCF为色散补偿光纤长度,Din为色散容限,LSMF为单模光纤长度,DSMF为单模光纤的色散系数,DDCF为色散补偿光纤的色散系数。

每个跨段由SMF和色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber,DCF)组成,都只考虑色散, 不考虑PMD和非线性。设总长为3个跨段,采用Karhunen-Loeve算法计算系统OSNR代价,其参考BER为10–5,则10G NRZ-OOK系统OSNR代价与残余色散关系如图1所示。

图 1 10G NRZ-OOK 系统 OSNR 代价与残余色散关系 Fig.1 OSNR penalty and residual dispersion in 10G NRZ-OOK system

从仿真数据得到,将图1中的数据经过二次多项式形式拟合,在考虑残余色散的情况下,得到OSNR代价为:

3.2 PMD 影响下的 Q 代价计算

光纤可能会由于微小的损坏而破坏其对称性, 就会产生PMD,这不一定是生产过程中的失误,也有可能是由于环境温度或物理振动导致的。由于PMD是一个统计的效果,并且在PMD的作用下两个正交的模式有了不同的传输常数,因此,在线性系统中, 一个随机偏振方向上的脉冲功率分给2个偏振主态 (Principle State of Polarization,PSP),会导致接收端产生双镜像。PMD引起的线性损伤能被眼开度代价(Eye-Opening Penalty,EOP)参数表征,统计的PMD是用差分群时延(Differential Group Delay, DGD)来描述的。

只考虑一阶PMD,眼开度代价和DGD的关系为:

式中,Eopd B为眼开度代价,Δτ为DGD,γ为2个偏振主态的相对功率,T为时间长度,A为脉冲波形系数,独立于波形和接收特征。

前文在ASE噪声下计算的Q值没有考虑PMD噪声,因此在此基础上考虑PMD之后得到Q值为:

式中,Qwithout PMD为不考虑PMD情况下计算得到的Q值,QPMD为考虑PMD的情况下得到的Q值, Eop PMD为考虑PMD的情况下得到的眼开度代价。

对公式(13)两端取对数,可转换为:

因此有:

当γ=0.5时,Qpenalty PMD与Δτ为二次方关系,同样可以通过一个二次多项式拟合得到,根据上面已设定的仿真系统,设定Din=0,即在色散完全补偿的情况下,并且有偏振模色散系数其中N为跨段数,每跨段为100 km,则同样可以通过Karhunen-Loeve算法计算系统的OSNR代价,其参考BER为10–5。10G NRZ-OOK系统OSNR代价与PMD关系如图2所示。

图 2 10G NRZ-OOK 系统 OSNR 代价与 PMD 关系 Fig.2 OSNR penalty and PMD in 10G NRZ-OOK system

将得到的曲线经过二次多项式形式拟合,可以得到:

同时可以从仿真数据中得出OBt B=11.813 6 d B。

3.3 综合 ASE、色散和 PMD 影响下的 Q 值计算

在BER为10–5时的Qref和OBt B已经给出,同时将公式(11)和公式(16)带入公式(9),可以得到在10G NRZ-OOK系统中最终的Q值计算公式为:

可以看出,Q是一个关于OSNR、残余色散Dres 和差分群时延Δτ的函数,在实际系统中只要测得这3个参量即可计算出系统的Q因子,从而得到最终的系统性能评估参数。

4 结语

本文采用Qo T模型对通信系统Q值进行了综合评估。该方法在综合考虑承载业务的光纤在各种物理损伤因素的情况下,得到整个系统的一个Qo T函数,该函数是对残余色散和偏振模色散的综合评估。本文采用Qo T函数作为评估参数,在残余色散和PMD变化的情况下,进行了大量数值仿真,最后得到了系统OSNR代价与PMD、残余色散之间的对应关系。Qo T函数作为解析化程度更高的评估方法, 具有更广的应用范围,能够达到理想的评估效果,并且具有很高的精度。

电力系统中缺少对电力通信系统传输性能的明确定义,缺少定量的测度判据,电力通信网中光信号传输路径的变化以及传输距离、光传输路径等因素的不同,导致了接收端信号性能的差异,仅用通信通道是否中断衡量通信网的可靠性是不科学的,不能客观反映通信网的真实运行情况

智能全光传送网技术第2篇

关键词：光分插复用 (OADM) ,光交叉连接 (OXC) ,智能交换光网络 (ASON)

IP和其它数据业务的快速增长使现代通信网络在经历着一场巨大的变革, 传统的通信网络已经不能满足发展需求, 从而对通信网的带宽和容量提出了更高的要求, 致使通信网的两大主要组成部分——传输和交换都必须相应地发展和革新, 于是融传送、交换为一体的新一代全光智能自动交换光网络应运而生。

由于光纤有着巨大的频带资源和优异的传输性能, 已被公认为实现宽带网络高速率、大容量传输的最佳物理媒质。随着IP业务的发展和传输系统容量的快速增长以及网络拓扑结构的网孔化, 对交换系统发展产生较大压力, 致使通信网交换系统的规模越来越大, 运行速率越来越高, 但目前的电子交换和信息处理网络的发展已接近了电子速率的极限, 其中所固有的RC参数、钟偏、漂移、串话及响应缓慢等缺点限制了交换速率的提高。因此, 光纤上光信息传输的高速宽带与在节点上电信息处理与交换的相对低速窄带之间的矛盾已日益突出, 传统的光/电/光的变换方式已成为现代通信网的瓶颈, 严重阻碍了宽带通信的进一步发展。为了解决所谓的“电子瓶颈”问题, 人们开始在交换系统中引人光子技术:在点对点WDM系统的基础上, 引入光分插复用 (OADM) 、光交叉连接 (OXC) 、智能光交换 (ASON) , 促使了全光智能网的发展, 进而建立具有高度灵活和生存性的智能网络。

(一) 智能全光网络的分层结构

分层结构是定义和研究光传送网的基础。分层结构应该考虑SDH网络到智能光网络的平滑过渡, 并满足网络规划和管理的需要。基于G.8080的智能体系结构如图1, 全光智能网主要由三个层面组成, 即控制层面、传送层面与管理层面。此外还包括用于传输控制与管理通信的数据通信网DCN。

从图1可以看出, 全光智能通信网的基本结构可以分为控制层、全光传送层、管理层。所谓全光智能网, 是指在路由与信令的控制下在光传送网内完成自动交换与连接的新一代智能化光网络, 也可以看作是具有标准化智能特性的的光传送网。

1. 控制层。

控制层是全光智能网的核心, 其主要作用就是控制。它利用路由技术、信令技术与链路管理技术来通过控制接口CCI (Connection Control Interface) 控制、协调传送平面的工作:完成自动发现、状态信息传播、路径的计算与选择、自动呼叫与连接的建立及释放, 对己建连接进行监控、维护、修改与删除, 以动态重路由方式对发生故障的连接提供恢复等。

2. 全光传送层。

全光传送层是由包括交换实体在内的传送网元所组成的物理平面, 它在控制平面的控制下实现信息的传送。

全光网络层网元应该是具有多种交换功能的设备, 可以在不同的层面上支持不同类型的交换:对光纤 (端口) 进行交换的光纤交换设备, 对波长进行交换的OXC, 可灵活上、下波长的光分插复用设备OADM设备。

3. 管理层。

管理层是全光智能网的最高层管理者, 管理层与控制层互为补充, 实现对网络资源的配置、故障管理、配置管理、性能管理、安全管理与计费管理等。它拥有三个管理器即控制层管理器、传送层管理器与资源管理器:利用网络管理接口NMI (Network Menegment Interface) 对控制层、传送层进行管理, 并协调它们之间的工作。

(二) 全光智能网的关键技术

实现透明的、具有高度生存性的全光智能通信网是宽带通信网未来的发展目标, 而要实现这样的目标需要有先进的技术来支撑。目前, 在光纤通信系统需要大量的电信设备, 在传输过程中的放大、交换及接入设备终端等基本上是全电设备。为了解决这一问题, 可通过建立全光网来消除这些设备所带来的限制和干扰。实现智能全光网络的主要技术涉及光交换技术、全光中继技术、光放大技术、自动光路由技术。

1. 光交换技术。

光路交换可分为三种类型, 即空分 (SD) 、时分 (TD) 和波分/频分 (WD/FD) 光交换, 以及由这些交换形式所组合而成的结合型。其中空分光交换是由开关矩阵实现的, 开关矩阵节点可由机械、电或光进行控制, 按要求建立物理通道, 使输入端任一信道与输出端任一信道相连, 完成信息的交换。各种机械、电或光控制的相关器件均可构成空分光交换。构成光矩阵的开关有铌酸锂定向耦合器、微机电系统MEMS等。时分光交换系统采用光器件或光电器件作为时隙交换器, 通过光读写门对光存储器的受控有序读写操作完成交换动作。因为时分光交换系统能与光传输系统很好配合构成全光网, 所以时分光交换技术的研究开发进展很快, 其交换速率几乎每年提高一倍, 目前已研制出几种时分光交换系统。波分交换即信号通过不同的波长, 选择不同的网络通路来实现, 由波长开关进行交换。波分光交换网络由波长复用器/去复用器、波长选择空间开关和波长互换器 (波长开关) 组成。目前已研制成一种太比级光波分交换系统, 它采用的波分复用数为128, 最大终端数达2048, 复用级相当于Tbps的交换吞吐量。

2. 全光中继技术。

信息在光纤通道中传输时, 如果光纤损耗大和色散严重将会导致最后的通信质量很差。损耗导致光信号的幅度随传输距离按指数规律衰减, 可以通过全光放大器来提高光信号功率。色散会导致光脉冲发生展宽, 发生码间干扰, 使系统的误码率增大, 严重影响了通信质量。因此, 必须采取措施对光信号进行再生。目前, 对光信号的再生都是利用光电中继器, 即光信号首先由光电二极管转变为电信号, 经电路整形放大后, 再重新驱动一个光源, 从而实现光信号的再生。这种光电中继器具有装置复杂、体积大、耗能多的缺点。全光中继技术解决了上述缺点, 即在光纤链路上每隔几个放大器的距离接人一个光调制器和滤波器, 从链路传输的光信号中提取同步时钟信号输入到光调制器中, 对光信号进行周期性同步调制, 使光脉冲变窄、频谱展宽、频率漂移和系统噪声降低, 光脉冲位置得到校准和重新定时。因此, 全光中继技术不仅能从根本上消除色散等不利因素的影响, 而且克服了光电中继器的缺点, 成为全光信息处理的基础技术之一。

3. 光放大技术。

为了克服光纤传输中的损耗, 每传输一段距离, 都要对信号进行电的“再生”。随着传输码率的提高, “再生”的难度也随之提高, 成了信号传输容量扩大的“瓶颈”。于是新型的光放大技术解决了这一难题, 例如掺饵光纤放大器 (EDFA) 、分布式RAMAN放大器、遥泵 (ROPA) 的实用化实现了直接光放大, 取代了大量的电再生中继器, 使得传输中的光纤损耗不再成为主要问题, 同时使传输链路“透明化”, 简化了系统, 成几倍或几十倍地扩大了传输容量, 促进了真正意义上的密集波分复用 (DWDM) 技术的飞速发展。这是光纤通讯领域上的一次革命。因此, 在传输方面, 光放大技术是建立智能全光通信网的核心技术之一。

4. 自动光路由技术。

光交叉尽管具有灵活的组网能力, 但其仅仅具有静态网络配置的能力, 主要靠网管系统进行调配, 无法适应日益动态的网络和业务环境, 特别是随着IP业务成为网络的主要业务量后, 由于IP业务量本身的不确定性和不可预见性, 对网络带宽的动态分配要求将越来越迫切, 网络急需实时动态配置能力, 即智能光交换能力。为了将光交叉设备的智能化, 一种能够自动完成光网络连接的新型网络概念——自动交换光网络 (ASON) 应运而生, 它将路由、信令、链路管理技术应用于传送网, 这是几十年来传送网技术的一次重要突破, 使传送网具备了更高智能。ASON允许将网络资源动态地分配给路由, 具有恢复和保护能力, 使网络在出问题时仍能保持业务的不中断, 特别是具备分布式恢复能力, 可以实现快速业务恢复;ASON还可以将光网络资源与数据业务分布自动联系在一起, 形成一个响应快和成本低的光传送网;最后, ASON还可以提供大量新的业务类型, 诸如按需带宽业务、波长批发、波长出租、带宽交易、按使用量付费、光拨号业务、动态路由分配、光层虚拟专用网 (VPN) 等。

(三) 智能光通信网的主要优点及其传输限制

相对于传统的电信网而言, 智能全光网主要具有以下优点:

1. 采用了WDM (或DWDM) 技术, 可以充分挖掘光纤的带宽

潜力, 极大地提高光纤的传输容量和节点的吞吐量, 适合未来高速宽带通信网的要求, 而且与现有的通信网有较好的兼容性。

2. 智能全光网结构简单, 端到端采用透明光路连接, 沿

途没有光电转换和存储, 网中许多光器件都是无源的, 便于维护, 可靠性高。

3. 具备可扩充性和可恢复性。

网络中OXC和OADM使用了自动路由功能, 加入新的网络节点时, 不影响原有网络的结构和设备, 从而可以降低成本。当用户通信量增加或网络出现故障时, 可以自动改变OXC的连接方式, 对网络进行恢复。

4. 以波长路由为基础, 对传输码率、数据格式及调制方

式均具有透明性, 特提供多种协议业务, 不受限制地提供端到端业务, 从而构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。

对于OXC与OADM来讲, 其处理过程应该为o/o/o, 它的调度处理应该与信号的速率、格式等无关。但目前因为缺乏真正的光处理技术, 所以在处理过程中不能修复因色散、噪声等引起的光信号损伤, 信号的性能监测等只能在电层进行。由于日前尚没有成熟的光开关技术, 尽管业界进行了大量的试验, 但真正的动态OADM以及OXC都未大规模实用化。

(四) 未来展望

从上述的内容中我们可看出智能全光网具有卓越的优越性。作为一项集通信技术、光电子技术、光传输技术、电子技术和路由技术为一体的复杂工程, 智能全光网的实现还需分阶段地完成。虽然目前还处于初步阶段, 但是智能全光网已经显示出了强大的生命力和良好的发展前景。对于智能全光网目前虽存在着一些不利的传输限制, 但人们已经开始尝试使用各种有效的技术方案加以削弱甚至消除。从发展趋.势来看, 形成一个真正的、以DWDM技术及OXC和OADM为基础的智能全光网络, 实现超长距离、超大容量的无中继通信, 已成为未来宽带通信网发展的必然。

参考文献

[1]Garrot, M.;Perrier, P.A.Planning of WDM networks:methods, routing node modeling and applications[J].Global Telecommunications Conference.1998.GLOBECOM1998.The Bridge to Global Integration.IEEE.1998 (1) :351-355.

[2]顾畹仪, 张杰.全光通信网[M].北京邮电大学出版社, 1999.

面向软件定义的光传送网第3篇

随着云计算、数据中心的广泛应用, 出现各种不同类型的新业务新应用, 近年来网络P2P、在线应用及视频业务都呈现出爆炸式增长。预计到2020年, 全球网络每年的总流量将达到127EB, 这一数字是2010年的33倍。新应用以及新业务的加速涌现, 使得带宽需求增长迅猛, 因此对传统光网络也提出了巨大挑战。单以中国为例, 未来4～5年干线网流量的年增长率会达到60%～70%, 骨干网总带宽将从64Tbit/s增加到150Tbit/s, 甚至200Tbit/s以上。

目前骨干层面主要采用光传送网技术进行组网, 而传统的光网络基于固定速率的OTN接口、光层固定的频谱间隔以及逐层分离式管控, 新增带宽基本采用滚动规划方式进行预测, 业务调度主要采用OTN设备的ODUk交叉调度来实现。但在海量带宽的冲击下, 这种带宽预测和业务调度的方式效率低下, 因此, 需要建立一个灵活、开放的新架构, 能够实现业务的自动部署、带宽可以瞬时调整, 为此传送网可以引入软件定义的OTN架构。

软件定义的光传送网

软件定义的光传送网, 顾名思义, 是通过硬件的灵活可编程配置, 实现传送资源可软件动态调整的光传送架构, 如图1所示, 其通过灵活可变的光、电功能模块, 构建高速、低功耗可编程的光系统, 并能够支持Open Flow等标准控制接口协议以及开放式应用接口 (API) , 可以利用可编程传送控制器 (Programmable Transport Controller) 实现光网可编程化以及资源云化, 从而为不同的应用提供高效、灵活、开放的管道网络服务。软件定义的光传送网具备“弹性管道”、“动态带宽”、“编程光网”三大特性。

就软件定义的光传送网络而言, 主要包含Flex OTN、Flex Transceiver、Flex ROADM三大关键特征。

Flex OTN

随着业务速率的提升, 采用固定速率OTUk接口进行业务映射、封装、成帧处理, 已经不能满足运营商对超高宽带、带宽灵活可配置的需求。因此, 在原有OTN的基础上, Flex OTN将灵活的OTN处理与可编程的光层结合在一起。通过网络设备层的标准化接口Openflow等, 可以为Flex OTN提供跨多设备形态的统一控制, 实现可编程化的光网络在光层实现更精细的子波长带宽的调度, 实现灵活的业务适配。因此, Flex OTN不仅扩展了OTN的灵活性, 同时又能很好地兼容现网, 满足了网络对未来多业务灵活、高效率承载的需求。

Flex Transceiver

Flex Transceiver采用通用硬件结构, 能够实现单套硬件满足多种应用场景, 克服了传统Transceiver硬件结构单一、码型板卡无法对应用场景自适应等缺点, 结合Flex OTN以及Programmable Transport Controller技术, 可根据实际业务情况, 对光层带宽资源进行合理优化分配, 实现流量的精细化运营, 同时降低网络整体功耗。

Flex ROADM

随着400G/1T+等超高速传输技术的出现, 如何更高效地利用频谱资源成为大家关注的重点。因此迫切需要打破原有固定通道间隔被打破, Flex ROADM能够实现极小的带宽间隔, 并能够实现任意带宽、任意光通道之间的无损交换在光层可实现更精细的子波长调度。

软件定义光传送网的优势

简化运维, 优化性能

由于传统网络中单板类型种类繁多, 增大了备料成本以及运维成本, 同时也增加了运营商的Capex和Opex。Flex OTN、Flex TRX、Flex ROADM均采用通用硬件架构, 可实现单板硬件归一化;同时, 由于光模块可软件编程, 并且能够自定义速率、码型等, 可以减少网络备件数量, 加快开局速度, 有利于业务的快速开通和部署;在维护优化阶段, 光纤和光器件老化导致传输性能下降时, 也可以通过改变调制码型, 优化系统性能。

弹性管道, 带宽精细管理

弹性管道, 作为软件定义的OTN的优势之一, 通过将带宽资源管理和使用精细化, 实现带宽资源的高度利用。网络控制器通过标准控制接口, 根据上层业务流量的大小, 通过可编程的光层硬件, 对设备进行重构, 从而达到调整管道的目的。, 因此, 既可以节约网络带宽资源, 提升了带宽利用率, 同时降低了设备整体功耗, 实现绿色节能。

网络灵活可编程

软件定义的OTN所具备的“编程光网”, 使得光网针对不同的应用可以提供不同的网络资源, 作为业务的一部分为运营商提供增值服务。通过提供开放式API, 将网络能力抽象给应用层, 同时应用层业务驱动网络根据个性化需求来建立连接, 使得客户基于标准化接口简易实现自助化网络定制, 并提供代维代管的服务, 从而与客户、内容提供商产生更紧密、互利的深入合作关系, 从而共创新的盈利增长点。

流量、距离自适应

软件定义的OTN, 可以根据光路的长度和经过的跨段数灵活选取适当的调制格式以及频谱资源, 小跨段数短路径可以选择满足OSNR要求的高阶调制格式, 跨段数较多、传输距离长的光路, 可以采用占用带宽大, 但是在低OSNR下能够正常工作的低阶调制格式, 从而更有效利用线路频谱资源, 提高频谱效率。

分组传送网QoS部署策略研究第4篇

业务的IP化是网络发展的一个必然趋势[1], 面对网络和业务快速IP化进程, 通信运营商急需一张传送网满足IP化+TDM业务统一承载。同时全业务运营战略中, 有线业务多以IP为主, 以刚性管道为主要技术特征的MSTP网络面对居高不下的带宽需求, 逐渐捉襟见肘。为降低CAPEX和OPEX, 提高带宽利用率, 并配合即将开始的LTE规模实验, 移动运营商开始率先采用完全基于分组内核的PTN网络作为下一代基站回传网络。

PTN网络在继承了传统IP承载网QOS技术体征的一些精华的同时, 也开发出了适合自身技术体系架构的QOS策略。在PTN网络的实际应用当中, 如何改变传统的IP承载网的“尽力而为”特性或者粗犷式的拥塞管理模式以及针对现网具体的业务QOS方案的制定策略都成了现阶段运营商关注的重点对象。

本文将结合上海移动在网业务的具体情况, 对各类业务特性进行分析, 并提出一种适合上海移动PTN网络的Qo S策略部署方案。

2 上海移动PTN网络承载业务Qo S配置分析

当前上海移动PTN网络承载的业务主要包括2G基站业务、3G基站业务、LTE业务、大客户专线业务、WLAN无线上网业务以OLT业务。全业务运营环境下, PTN的建设应统筹兼顾IP城域网、PON网络以及MSTP网络的发展, PTN的相关设计规划也应兼顾到与这些网络的衔接和融合[2]。

建议在网络边缘 (接近用户和业务源) 做流分类, 以减少后期分类的复杂度, 在汇聚层以上设备只做简单流分类, 以降低设备处理负担[3]。接下来对上海移动所承载业务的Qo S配置进行分析。

2.1 2G基站业务、3G基站业务以及大客户专线业务

2G基站业务、3G基站业务以及大客户专线业务为传统业务, 其占据全网业务配比中的很大一部分, 同时也是上海移动营业收入的重要组成部分。因此, 上述业务对上海移动而言有着举足轻重的作用, 在业务质量保证, 服务等级上应有相当的优先权。

大客户业务和基站业务对传送网的要求是面向连接和电信级服务, 故必具备端到端的业务管理和保护能力[4]。

在进行PTN网络的Qo S设置策略部署时, 需要对2G基站业务、3G基站业务以及大客户专线业务的带宽做带宽保证处理, 即PIR=CIR。这样, 在任何突发情况下, 只要有可利用的带宽存在, 承载业务为2G基站业务、3G基站业务以及大客户专线业务, 其带宽将得到刚性保证, 永不被侵占。

这样的配置方式保证了上述三类业务电路承载于PTN网络时, 其带宽性能和SDH (所有业务为刚性带宽) 相比不会有任何下降, 从而保证了用户的体验感。

2.2 LTE业务

LTE业务即4G网络业务, 目前处于试商用阶段, 相关的参数配置尚处于理论研究或是实验阶段, 上海移动可以结合自身网络资源情况进行相关配置。

当前, 上海移动为LTE业务配置CIR和PIR, 且PIR>CIR, CIR=80M, PIR=300M。即保证带宽为80M, 峰值带宽为300M。其中的80M作为刚性带宽, 任何情况下都不可能被侵占, 这主要用于传送语音或是视频通话等实时业务;峰值带宽为300M, 在空闲时刻可以达到, 但一旦有其他高等级业务需要通过时, 这些带宽是不能保证的, 这类带宽主要用于下载, 视频缓存等非实时业务。

2.3 WLAN业务

WLAN业务即无线局域网业务, 其主要目的是为了满足非3G用户的高速上网需求。

WLAN网络的特点是分布广, 同一站点 (即AP) 接入用户多, 且一般用户一旦接入, 会连接相当长一段时间, 不会在不同AP之间切换;同时, WLAN网络的流量不稳定, 突发性强, 如某商业区有一热点, 白天用户接入量很大, 可能出现流量井喷, 而到了晚上, 商业区基本没人, 该AP流量几乎为0。而AP主要安置于各类闹事区, 流量情况都极为类似。

针对上述情况, 对于WLAN业务如果保证带宽的话, 非工作时段的带宽都将白白浪费, 因此设置WLAN业务的带宽都为尽力而为的方式, 即CIR=0, 只有PIR, 高峰时期可以抢占其他非重要业务的带宽, 但是WLAN业务本身没有带宽保证。

2.4 OLT业务

OLT业务即PTN下联GPON系统承载业务, 在汇聚层机房内, OLT设备和PTN设备UNI端口连接, GPON系统末端的ONT或是ONU设备连接客户设备, OLT设备起到收敛所有下挂终端设备的作用。

GPON系统因其分光系统为无源器件, 部署方便, 终端设备可以延伸至各种环境, 满足不同种类用户的需求, 承载业务多样性使得无法将OLT业务归为单一种类。OLT上通过的业务网可能是大客户, 也可以能WLAN, 或者是家庭上网用户, 设置Qo S策略时需要根据具体承载的业务类型采用相应的策略, 承载的是多种混合业务时, 则需要通过ACL规则把不同的业务分开。

3 PTN网络的Qo S部署案例分析

PTN的最终目标是为全业务运营服务的, 因此全业务环境下的Qo S部署策略就显得非常重要[5]。

在上海移动近期业务规划中, 2G基站业务、3G基站业务、大客户业务以及LTE业务将占据主要位置, 因此, 可以进行简单的案例模型分析, 主要讨论上述四种典型业务的Qo S级别及配置, 连接情况如图1所示。

PE1节点共有四种业务接入, 各类业务所配置的端口以及该业务的需求为:端口1承载LTE基站, CIR=80M, PIR=300M;端口2承载3G基站, CIR=10M;端口3承载2G基站, CIR=6M;端口4承载大客户业务, CIR=10M。对不同业务的Qo S设置可以在以下步骤进行。

3.1 优先级分类———IPHB

IPHB涉及到的网元如图2所示。

在PE1网元, 可以为不同的业务配置不同的IPHB模板:

(1) 把IPHB1绑定到端口1, 则把LTE的高优先级业务映射到EF队列, 低优先级业务全部放到AF1。这样确保LTE基站的高优先级业务进EF队列, 保证时延。

(2) 把IPHB2绑定到端口2 (3G基站) 、端口3 (2G基站) 和端口4 (大客户) , 对这些业务不再区分用户优先级, 全部固定映射成EF。

3.2 PW限速

PW限速涉及到的网元如图3所示。

对于PW限速, 该项工作主要在PE1网元上完成。在PE1上对PW进行限速, 主要目的是为了给业务着色和计算CAC。进行相关设置为:LTE业务承载于PW1, CIR=80M, PIR=300M;3G业务承载于PW2, CIR=PIR=10M;2G业务承载于PW3, CIR=PIR=6M;大客户业务承载于PW4, CIR=PIR=10M。

在业务配置过程中, PW、LSP均采用管道模式。

3.3 EXP PHB

EXP PHB涉及到的网元如图4所示。

在此处进行配置时需要把颜色信息带到中间P节点以及远端PE, 因此需要进行EXP的PHB表配置。EXP的IPHB和OPHB配置一样, 并且是全局配置, 不需绑定到端口。

EXP的IPHB和OPHB的配置情况如表1-2所示。

3.4 LTE业务的桥节点Qo S

LTE业务桥节点的Qo S设置涉及网元如图5所示。

对于LTE业务, 在桥接点业务需要终结, 因此L2VPN的Qo S信息和L3VPN之间如何互相映射需要考虑, 有两种方式:

(1) L2VPN和L3VPN之间的LSP EXP直接映射。

(2) 桥节点终结L2VPN业务, 同时也终结L2VPN的Qo S信息, 然后上三层的时候再依据用户的三层信息重新做染色、限速、入队等操作, 重新生成L3VPN所需的Qo S信息。

对于以上两种方式进行比较, 可以发现方式一部署简单, 用户端到端部署Qo S, 不需要考虑中间桥节点的处理, 对于新增业务的网管配置、今后的性能维护以及故障处理都提供了极大便利。因此, 建议用方式一实现LTE业务的桥节点Qo S设置。

3.5 案例分析

上述案例为上海移动典型接入网网元的业务载配置分析, 为一抽象模型。具体到现网部署时要考虑具体的用户业务需求, 网络资源条件, 机房环境等进行规划。

接下来对上述典型案例进行简单的分析。

(1) 通过该方案的设置, 可以严格保证2G基站、3G基站、大客户业务性能稳定, 带宽和时延等参数属性不会受其他应急业务的突然加入或是网络环境突然改变的影响。

(2) 由于对LTE业务中承载的具体业务进行了分类, 通过此方案可以严格保证LTE基站中的高优先级业务带宽和时延, 比如信令和语音等实时性要求非常高的业务。

(3) 由于采用了PW限速, 通过颜色来保证各基站的CIR带宽, 基站之间的公平性较好, 公平性部署需要依赖CAC连接接纳控制功能 (即超过CIR的变成黄色, 在本点将被染色为AF12;下游拥塞控制操作时保证黄色优先丢弃从而确保公平算法切实可行) 。

(4) 相对于HQo S, 此方案的优先级粒度相对较粗。例如对于LTE业务, 只能分高低优先级两类, 高优先级 (比如语音、信令) 进EF队列, 低优先级 (流媒体、上网等) 进AF队列, 无法再精细地区分出流媒体、上网等业务。但这在LTE业务刚开始入网运行的初级阶段已经可以满足使用需求, 随着今后业务发展和种类增加, 需要使用其他方案对LTE中的各类业务进行更精细的区分和设施, 更好地完成业务区分服务。

(5) 在规划PTN网络的Qo S时, 要确保有足够的带宽资源确保服务等级的高等级业务可以顺利传递, 避免竞争问题。例如:若EF流量大于CIR, 会出现该类EF的EIR报文在本节点按照黄色报文处理, 但到下游后仍然是EF;若全网部署了CAC, 那么这部分的EIR流量将和其他正常的CIR流量进行带宽竞争。

4 PTN网络Qo S部署策略说明

在对PTN网络进行Qo S配置时, 对于调度策略以及拥塞控制统一采用SP方式进行队列调度, 并且统一采用WRED算法进行拥塞控制。同时, 所有业务限速均在PW业务颗粒上进行限速处理。

4.1 总体部署实现情况

对于PTN网络承载业务的Qo S设置, 大体可以分9种情况表示, 具体如表3所示。

对于表中9个场景, 如前所述, 丢弃策略采用WRED算法, 调度策略采用SP算法, 该算法组合对9种场景都适用。

对于LTE业务, 如果信任业务自身所带的COS, 可将COS值为5~7的映射为EF, 0~4的映射为AF1, 如场景2、3;如果信任DSCP (与SGW对接场景) , 可将DSCP值为0~45的映射为AF1, 46~63的映射为EF, 如场景5、6。

家客OLT业务一般按BE进行映射, 如场景7, 配置与WLAN相同, 即尽力而为的配置方式, 业务质量无保障;如果大客户OLT也区分CIR、PIR, 如场景8、9, 可以按照类似LTE业务的方式进行映射, 即具体情况具体分析, 高等级的业务可能采用EF, 等级稍低的可以采用AF1。一般大客户等级都较高, 故使用BE的可能性不大。

4.2 优先级映射以及管道模式配置要求

PTN网络承载典型业务的模型如图6所示。

在图6中, 网元A、网元C为PE节点, 网元B为P节点。

接下来按2G (3G、大客户业务因处理方式与2G基站业务相同, 故不作另外的专门讨论) 、LTE、WLAN、CES这4种业务进行说明, 上述四类业务分别对应于网元UNI侧的端口2、端口3、端口4、端口5, 其它几个端口为NNI侧端口。

接下来对优先级映射方案进行说明, 如图7所示。

(1) 大客户、2G、3G业务因高优先级和保证带宽的需求, 统一映射到EF队列。

(2) LTE的高优先级业务 (cos值为5~7的是高优先级) 映射到EF队列, 这样可以保证高优先级业务的时延, 其他低优先级业务进统一进一个AF队列。

(3) 在AF队列内有颜色区分, 绿色表示CIR部分带宽 (80M) , 黄色表示EIR部分带宽, 部署WRED策略, 在队列拥塞时黄色优先丢。通过保证绿色业务来保证每基站的CIR带宽。

(4) WLAN业务优先级较低, 无带宽保证, 统一映射到BE队列。

(5) Qo S设置过程中的所有限速统一针对PW进行限速。

综上所述, 优先级映射以及管道模式配置流程及规则简单来说可以大致分为三个步骤:

(1) 制定/修改各类PHB/ACL/DS规则, 即修改相关PHB或是DS域的模板。

(2) 应用各类规则, 即设置UNI端口DSCP的IPHB以及NNI端口EXP的PPHB。

(3) 设置业务/TUNNEL管道模式, 根据目前运行业务来看, 隧道和业务 (L2VPN/L3VPN) 的部署都采用继承模式, 只在个别3G、大客户都要求EF的业务模式下采用指定优先级。

Qo S从本质上来说如果网络轻载, 配置与否对业务的影响不明显, 且需要PTN业务在全程部署, 势必会造成大量的配置工作。但当峰值流量超过带宽45%时, 就要考虑部署Qo S, 后期安排相关的环路扩容。建议Qo S部署在汇聚层及以下, 汇聚层以上还是通过日常的端口检测优先保障足够的传输容量来避免使用Qo S[6]。

5 结束语

Qo S的全面部署, 对将来在城域网开展新业务也提出了新的要求。新业务的开展, 必然会带来新的流量变化, 在需要时可能会要求调整相应部署策略, 重设流量所经过节点的Qo S参数, 以不影响原有业务的Qo S保证。这对网络规划、施工建设、资源调度、数据配置以及运行维护, 整条传输专业线都提出了更高的要求。

参考文献

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[3]郭海, 江孙健.简析IP城域网QoS全网部署的实施方案[J].大观周刊, 2012 (33) :103-108.

[4]牛耕.PTN业务保护与QoS配置[J].邮电设计技术, 2013 (2) :59-61.

[5]陈明华, 梅仪国, 陈炜, 等.PTN QoS部署策略及演进分析[J].电信技术, 2011 (7) :25-27.

电力分组传送网QoS保障技术第5篇

关键词：分组传送网,QoS保障,流量控制,路由控制

0 引言

电力通信网承载了电力系统各种具体的业务, 是电力系统稳定可靠运行的基础保障设施。电力通信网承载的电力业务主要包括以下六类[1]:电力自动化类业务、安稳保护类业务、语音类业务、电视电话会议类业务、企业管理类业务、视频监控类业务。这六类业务要求传送的信息包括低速数据、实时数据、数据文件、语音、可视图文、视频流等多种通信业务, 每种业务有不同要求。在这六类业务中, 除了安稳保护类业务因电力应用特殊性, 对实时性、可靠性要求严格, 主要采用TDM方式进行传输外, 其他类的业务将来趋势都将采用IP分组化方式进行传送。

目前电力通信网主要SDH技术组网[2,3], 虽然SDH网络通过MSTP技术支持IP业务传输, 但其基于帧交换内核通过封装协议实现以太网承载, 效率不高, 网络灵活性差, 无法满足大流量、突发性为特征的分组化传送的要求。路由器、交换机传送技术虽然是针对分组传输特性设计的, 但因其缺乏有效的监管手段、无连接的业务特性、缺乏有效的保护手段, 因此, 也难以扩展到电力的多种应用中。

分组传输网 (PTN) 技术融合了传统传送网和分组网络各自的优势, 支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道, 具备快速的故障定位、故障管理和性能管理等丰富的操作管理维护 (OAM) , 支持快速的保护倒换;具有统计复用功能, 支持突发性要求的分组数据传输。在电力通信网, 逐渐尝试采用PTN技术[4,5,6,7,8]。文献4提出了PTN应用于电力通信的构想, 文献5提出了PTN在电力应用中的组网模式;文献6提出PTN在电力应用中的演进过程。

1 PTN QoS网络保障架构

PTN是以分组业务为核心的多业务交换技术, 其传输的核心是分组交换。分组数据的特性是业务数据量呈泊松分布, 数据流量具有突发特性, 采用无连接方式进行传输, 与SDH技术比较更适合于统计复用传送场合。但是这种方式容易造成网络中部分链路空闲或利用率不高, 而另一部分链路则发生拥塞, 这主要是由于数据业务流汇聚到同一链路或同一个节点的相同端口引起的, 因而导致流量在网络中分布不均衡, 数据业务流不能够正常、可靠的传输。由于电力生产控制要求, 大量的业务状态信息、控制命令, 要求具有很高的可靠性, 又要求具有严格的延时特性[9]。因此, PTN技术若要在电力系统中进行应用, 必须能够提供与SDH类似的可靠的传送机制, 即要求提供符合要求的端到端的QoS服务保障。

为此, PTN借鉴ASON技术, 建立了传送平面、管理平面、控制平面的QoS网络保障架构。 (如图1所示)

1.1 传送平面:

实现对PTN接口的业务适配、操作管理维护 (OAM) 报文的转发和处理、业务报文的分组标签转发和交换、网络保护、业务的服务质量 (QoS) 处理、同步信息的处理和传送以及NNI接口的线路适配等功能。主要包括流分类和流标记、队列和调度、流量监管、拥塞管理、拥塞避免、流量整形、连接运行等模块。

1.2 控制平面:

完成处理业务流量经过的路径。包括资源的发现、通告、预留、调度, 路由的选择、监视, 主要包括路由、信令、资源控制等模块。

1.3 管理平面:

实现通道路由、故障管理、网元级和子网级的拓扑管理及状态监视、通路路由、配置管理、性能管理和安全管理等功能。

可以将QoS网络保障构架功能模块细化到一个网络节点, 如流分类、队列等;或者细化到一个网段, 如QoS路由等。对于后者将无论这个网段是端到端、端到边、边到边还是网络到网络, 要想实现网段必须在网络节点之间有信令。

在此架构下, 业务QoS服务保障技术手段主要是源节点到目的节点间采用业务流量控制和业务路由控制, 以便有效地管理控制好网络中流量而不导致网络出现堵塞, 提高网络中的业务数据流的传输可靠性、服务质量及网络中资源的有效利用率。

2 PTN流量控制技术

PTN网络的服务质量是指针对网络中各种业务的不同需求, 为其提供不同的服务质量保证。其最主要的手段就是对进入PTN网络的流量进行控制, 功能模型如图2所示。

对网络中的各种业务提供如丢包率、延迟、抖动以及宽带等不同的服务质量保证以实现同时承载数据、语言和视频业务的综合机制是流量控制功能的目的。其功能模型主要包括流分类和流标记、流量监管、队列调度、拥塞管理、拥塞避免、流量整形、连接允许功能等, 按照部署位置, 可分为UNI (用户网络接口) 侧功能和NNI (网络结点接口) 侧功能。

2.1 流分类

流分类首先对进入PTN网络的包进行包标记。根据服务级别的不同包被标记, 这样在网络中就可以以单包的形式被接收。一般包标记位于入口, 分类依据是端口或协议, 依据协议在包头某个域设置一个值 (如IP头中的ToS域, MPL包头中的EXP域、PW、MAC、VLAN ID等及其组合) 。然后对该包进行分类, 通过解析包头多个域, 决定这个包属于哪个聚集和服务等级协定。

流分类算法核心是构建一个范围集合, 其每个域由一个规则类型映射得到, 构成了包含多个规则的数据结构。在流分类时, 其特征由多个数据项来表示。数据分类相当于对包含多项数据的数据包对规则库中的每个域进行匹配, 查找最佳匹配规则。

2.2 流量监管

通过对业务流进行速度限制来实现流量监管, 为了保护资源, 通过监督进入网络的某一个流量的规格将其限制在合理的范围之内或者对超出的流量的部分进行惩罚。流量监管可以通过丢弃报文或重新设置报文的优先级处理某个连接的超标流量。流量监管过程如图3所示。

设令牌桶的最大尺寸为MBS, SIR为令牌桶产生令牌的速率。在0时刻, 令牌桶是满的, 即令牌数目Tc (0) =MBS。在时刻t, 当一个尺寸为B字节的分组PK达到时:Tc (t) 大于等于B, 评估结果表示“符合”, 则PK分组可以继续发送, 调整Tc (t) 令牌数目, Tc (t) =Tc (t) -B;如果Tc (t) 小于B, 评估结果为“不符合”, 表示PK分组无法发送, 丢弃PK分组。

为提供服务优先级功能, 对评估结果为“符合”的分组, 可将他的标记改为其他的优先级后再进行转发。

2.3 流量整形

流量整形是主动调整流量输出速率的常用措施, 为了减少由于突发流量导致的下游网元丢包的现象, 一般都过分组缓冲超出流量的约定并适时发送缓冲的分组从而达到均匀发送报文的目的。与流量监管最大的区别就是流量整形是将流量监管中需要丢弃的报文放入到他们的缓冲区或队列中。 (如图4所示)

2.4 拥塞管理

一般采用队列技术进行拥塞管理, 其主要用来监控网络负载, 预见并避免拥塞的发生。使用一个队列算法对流量进行分类, 之后采用某种优先级别算法将这些流量发送出去。每种队列算法都严重的影响宽带资源的分配、延迟、抖动等, 主要用来解决特定的网络流量问题。

2.5 拥塞避免

当链路宽带和缓冲空间不足时即网络符合超过网络的承载能力时就会发生拥塞。导致流量或非常严重的拥塞主要由于丢包引入重发导致的, 而导致丢包的原因则是路由器或减缓及的一直处于满队队列。避免拥塞主要是通过丢包技术来实现的。

一个典型的拥塞避免机制是, 当要发生拥塞时减少进入网络的流量, 除非有一个明确的指示, 否则丢包或者生存期满都被认为是网络拥塞的标志。这就使允许更高优先级的流量继续得到正常的服务。当拥塞减弱时, 发送者就可以适量增大发送流量了。

可以通过检测线路输出端口队列的平均长度来检测是否发生拥塞, 如果发生拥塞, 为了避免全局同步以及缓解网络拥塞, 应当就近丢弃数据包以方便通知源端减小拥塞窗口来降低发送数据的速率。丢弃数据包的方式可采用丢弃新到达的包的“尾丢弃”法、丢弃队列头的包而保留新到达的包的“头丢弃”法, 这种方式不区分报文丢弃级别, 以固定方式丢弃报文。在电力应用中, 为保证不同业务的QoS, 可以通过感知报文的丢弃优先级, 基于不同的丢弃优先级给报文设定丢弃高、低门限和丢弃概率, 从而对不同丢弃优先级的报文提供不同的丢弃特性。

2.6 队列调度

队列调度目的是对不同优先级的报文进行分级处理, 优先级高的会得到优先发送, 以提供不同业务的QoS保证。队列调度一般方法包括先进先出 (FIFO) 队列、严格优先级SP (Strict-Priority) 队列、加权轮询WRR (Weighted Round Robin) 队列和加权公平队列 (Weighted Fair Queuing) 。

FIFO队列调度对所有业务统一对待, 没有区分服务, 是一种默认服务, QoS服务质量低。

SP优先队列将出口按服务等级分类。在队列调度时, 严格按照优先级从高到低的次序优先发送较高优先级队列中的分组, 只有当较高优先级队列为空时, 再发送较低优先级队列中的分组。

WRR队列包含多个队列, 用户可以定制各个队列的权重、百分比或字节计数, WRR按用户设定的参数进行加权轮询调度。同时, 可融合SP算法, 可对WRR优先级队列组设置优先级, 进行队列调度时, 首先在优先级队列组1中进行轮询调度;优先级队列组1中没有报文发送时, 设备才在优先级队列组2中进行轮询调度。这样, 再考虑发送权重时依然保证了优先等级。

WFQ在每个队列获得公平的调度机会, 即轮询调度的基础上, 在计算报文调度次序时增加了优先权方面的考虑。从统计上, WFQ使高优先权的报文获得优先调度的机会多于低优先权的报文。WFQ能够按流的“会话”信息 (协议类型、源和目的TCP或UDP端口号、源和目的IP地址、ToS域中的优先级位等) 自动进行流分类, 并且尽可能多地提供队列, 以将每个流均匀地放入不同队列中, 从而在总体上均衡各个流的延迟。在出队的时候, WFQ可以按照流的优先级来分配每个流应占有出口的带宽。优先级的数值越小, 所得的带宽越少。优先级的数值越大, 所得的带宽越多。

3 PTN路由控制技术

不同服务质量要求的分组数据在经过PTN流程控制处理后, 基本保证了高优先服务等级的数据优先传送, 但从端到端的角度, 要解决分组传送固有的突发流量、动态路由、变化的时延与抖动等影响, PTN引入了面向连接的路由控制T-MPLS技术, 增强了分组业务的业务可扩展性、端到端的QoS、高效的业务调度机制。

T-MPLS数据转发面是MPLS的一个子集, 其数据是基于T-MPLS标签进行转发的。标签转发网络由入口处的标签边缘路由器LER (Label Edge Router) 和网络内部的标签交换路由器LSR (Label Switch Router) 构成。当数据流进入标签交换网络时, 入口标签交换边缘路由器LER (Label Edge Router) 首先将数据流映射到某个转发等价类FEC (Forward Equal Class) , 即网络中沿相同路径进行转发的一类分组的集合, 并为每个分组加上固定长度的短标签。之后数据转发就是沿着由一系列LSR构成的标签交换路径LSP进行传送, LSR根据分组所携带的标签进行交换式转发。PTN路由控制技术就是依据网络状态维护LSP, 并进行数据转发, 其实现框架如图5所示, 分成信息发布、路径选择、LSP建立、数据转发四个阶段。

3.1 信息发布

信息发布功能通过对现有的IGP进行扩展, 来发布网络拓扑、最大链路带宽、最大可预留带宽、当前预留带宽、当前链路流量等链路状态信息。在每个路由器上维护网络的链路属性和拓扑属性, 并泛洪形成流量状态数据库 (TEDB) , 利用TEDB, 通过路由算法计算出以自己为根节点的、满足各种约束的到目的网络的路径。

3.2 路径选择

根据TEDB, 计算符合带宽、颜色、抢占/保持优先级、显示路径等约束条件的路径。在计算路径时, 不仅考虑最短路径, 同时将特定的约束也考虑进去。路径计算的具体过程为:

(1) 通过对比TEDB中的每一个链路裁剪不满足宽带和颜色等要求的链路。

(2) 剪切以后的拓扑为了得到一条满足LSP约束条件的最短路径一般采用最短路径算法即SPF算法。

(3) 当存在多条路径时应当选择跳数最少的路径。

(4) 如果仍有多条路径, 根据配置的负载分担策略进行选择。

3.3 LSP建立

通过信令协议将选择好的路径明确的传到下游节点, 沿着路径中的LSR建立TE隧道, 然后将需要进入这个隧道的IP包在隧道入节点打上相应的T-MPLS标签, 一直沿着隧道进行转发, 一直到大隧道的出口。具体过程为:

(1) 根据TE隧道配置的约束在TE头节点上制定路径、宽带约束、链路着色等条件LSP隧道所要经过的路径Path。

(2) TE头节点产生携带相应带宽预留信息和路径信息的Path消息, 依计算的路径向TE尾节点发送。Path消息经过的LSR, 都依据Path消息生成路径状态。

(3) TE尾节点收到Path消息后, 产生携带预留信息和标签的Rsev消息, 沿Path消息发送的相反路径逐跳返回TE头节点。同时, 在沿途的LSR上预留资源, 并生成预留状态, 生成标签交换路径。

(4) TE头收到Resv消息时, LSP建立成功。沿途的LSR为该LSP分配一定的资源, 可以使在此LSP上传送的业务得到保证。

3.4 数据转发

LSP建立后, 流量就会在LSP的入口节点根据分配好的标签通过这条LSP进行转发。对应到相同标签的报文集合为一个FEC。属于相同FEC的报文在MPLS网络中将获得完全相同的处理, 即通过同一隧道转发。数字转发策略有静态路由指定、策略路由指定和自动路由发布三种方式。

静态路由指定, 是在TE头节点定义一条到达目的网络地址的静态路由, 然后把流量引入到TE隧道上进行转发。策略路由指定是指在TE头节点通过ACL (Access Control List) 匹配需要从TE隧道转发的流量, 并定义策略路由;如果匹配该流量, 则将下一跳的接口指向TE隧道的入接口, 并应用策略路由, 实现通过TE隧道转发。自动路由发布是指将TE隧道的接口发布到IGP路由中, 参与路由的计算, 在路由表中体现为通过隧道路由到达隧道末端。这样, 到达隧道末端的流量都会通过TE隧道转发。

4 结束语

PTN通过流量控制和路由控制技术, 继承了SDH传输高可用性、可靠性、高效的业务调度机制, 可在电力通信网中实现了区分服务, 明显的改善了数据流的特性, 提高了缓存使用率, 降低了延迟, 保证了业务带宽和性能等QoS指标。但要在安稳保护类业务中推广应用, 还需要提高PTN网络的快速保护倒换能力, 满足电力保护业务单向通道时延小于12ms、双向时延差一致、保护倒换时间小于50ms能要求。

参考文献

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MH电信城域传送网优化策略第6篇

关键词：ASON,MSTP,传送网,组网

一、引言

传送网的基本功能即实现客户信号等及时、高效、可靠、透明地汇聚和传输。以现有电信网络承载的业务趋势来看,业务颗粒大小不同、客户要求不同的新型业务层出不穷,以传送传统TDM业务为目的建设的早期传输网络已越发显得力不从心。

二、MSTP及ASON技术简介

MSTP是一种基于SDH技术,实现了支持包括传统TDM、ATM业务及本地网新引入的以太网业务,并将它们融合接入、处理和传输并具有统一网管的多业务传送平台。MSTP技术代表着传送网与数据网逐渐融合的大方向,不仅开销类型丰富,而且具有强大的维护和管理能力、快速的自愈环网能力(<50ms)、完善兼容TDM和ATM业务,而且其产品已相当成熟,生产厂商众多,应用范围广。MSTP技术是目前应用于汇聚层和接入层传送网重要技术,它实现了TDM、ATM、二层交换以太网业务等在一台设备上的统一传送[1]。ASON技术是一种标准化和智能化的新一代光传送网,自动交换功能通过自动选路和信令控制完成,是传送网有革命性意义,代表了下一代智能光传送网发展的主流方向。

三、传送网现状

目前MH电信在用华为SDH设备共有4种:Metro5000(10Gbit/s用于母局机房汇聚)、Metro 3000(2.5Gbit/s设备)、Metro 1000(155/622M设备)及极少量Metro 100。汇聚层应用最多的是Metro 3000,接入层应用最多的是Metro 1000。Metro 3000为华为公司早期SDH设备,接入容量不足,无法适应日益增加的业务流量。但这部分设备主要用于汇聚节点传输2M业务,随着移动业务使用电路退网并割接至新建MSTP网络,Metro 3000设备逐步转变为专用于政企客户专网。由于政企客户专网的发展趋势是:点到点发展为点到多点、速率由低到高、2M接口逐渐被FE接口替换,因此,早期建设的政企专网逐步从接入层少量合适设备演进为企业内部的独立组网,且通常独立于普通传输网。当这类网络规模逐渐扩大后,就不再适合传统的手工现场跳线,需要再构建一个独立的平面或者与整张网络统一进行业务调度、管理,业务发展需求要求汇聚设备具有ASON智能调度能力。汇聚层共有1台Metro 5000位于GZ母局;10个模块局/汇聚节点机房有华为Metro 3000,包括GZ、GZ扩1、GZ扩2、CG、DH、BS、SJXJ、QK、NY、XQ、ZQ、JX等。

四、网络优化方案

4.1网络整体优化方案

GZ母局、SJ新局、QK母局用ASON设备OSN 7500替换原有Metro 5000和Metro 3000,其他几个局向则通过OSN 3500破环加入原有环网或直接替换原有的Metro3000的方式优化原有传输网络,原机房内的部分早期Metro 1000设备可用作新入网OSN设备的扩展子架来上下2M业务。OSN7500/3500/1500系列设备对数据业务传输能力较强且配置智能软件可提供智能业务,新增重要节点设备应采用OSN系列设备。

新增MHGZ、QK与SJXJ汇聚层网元均为ASON设备,下挂网元包括传统SDH设备及新增或替换后的MSTP设备,因此SDH及MSTP设备在未来可预见的时间段内将同时存在。所以,新旧设备需要共用一套网管系统,在支持新的网元类型的同时兼容传统SDH网元,并采用不同的方式分别配置传统网元上的业务和智能网元上的业务,通过网管操作完成子网间端到端业务配置,出现断纤时保护或恢复方式按照各子网的配置进行。在交界区段,不同子网间相连时网管保护方式可以配置成1+1/1:1 MSP保护、SNCP保护或业务关联方式。

4.2组网方式选择

优化组网方式可以由如下几种混合构成:1.ASON与MSTP设备混合组网方式。汇聚层ASON设备组成网格网,主要负责业务的调度处理;网络边际的ASON节点同时也具备MSTP功能,在ASON的MESH网和MSTP的环网分别承担着不同功能角色,在负责业务调度和处理的同时参与MSTP网络组环,与其他MSTP网元共同组成环网。对于混合组网来说,MSTP网和ASON网也采用分段保护方式,分别采用传统的环网保护和ASON智能保护。2.MSTP网通过1:1或1+1方式接入ASON网。我们也可以用线性1:1或者1+1保护连接MSTP网与ASON网之间的业务。上述两种接入形式能够保护整条端到端业务,传统保护方法用于流经MSTP网络的部分,智能保护方式则用于包含在ASON网络中的部分。3.分离业务并各自按不同路由接入MSTP网和ASON网。通过双发选收方式把业务从收发两端分别接入相互独立的MSTP和ASON网络,除了ASON网络上流经的业务配置为银级保护外其他业务配置为无保护,这样通过ASON网的业务部分既通过银级保护节省了带宽,又通过全网双发选收对全部业务实现了SNCP保护。4.汇聚层ASON采用DNI方式连接MSTP网并配置SNCP保护。将汇聚层ASON网络通过双节点互联DNI形式融合到新建MSTP接入/汇聚环完成组网,融合组网保护方式可以是SNCP,或在ASON网元内部配置使网络实现永久1+1保护。

MH电信早期传输网络主要是采用双平面、单节点接入的模式,加之SDH环网及光缆、管道、光交等基础设施的配置相对完善,因此汇聚层采用SNCP对不会受到限制。因为正是因为单节点接入方式被大量采用,若所有的汇聚节点需要同时采用虚拟环和双节点接入两种组网方式组网,容易造成业务和路由配置的重复,并造成维护的困难。因此只在重要的大容量、总汇聚节点采用DNI方式保护;同时为了保证业务的安全性,需要对所有安全性不高的汇聚层节点进行动力及环境改造。

在汇聚环中,SDH/MSTP设备组成环网并汇聚至上层ASON设备。在环网中仍保持传统SDH的传输与保护方式。由于引入ASON设备参与SDH组环,ASON设备具有丰富类型光口的特性,可以将整个传输网分割成每环网节点数相对较少的多个SDH/MSTP环网,从而达到提高各个环网性能的目的。因此,经节点重要性、业务安全性、建设成本等方面综合考虑,本次设计的网络拓扑如图1、图2。

4.3优化组网说明

CX与GMQ两台OSN 9500为市区汇聚设备,不属于MH本地优化设计范围。GZ、QK与SJ三台华为OSN 7500用于汇接本地汇聚层OSN3500或METRO 3000构成的SDH环网,本地接入层通过环网进行SNCP或MSP保护,同时利用电信汇聚层光缆管道、路由资源丰富的优势,将OSN 7500具有的智能光网络MESH结构保护以及原来SDH或改造后的MSTP设备的环网保护结合起来,通过模块局、母局之间的直达光缆进行互联(其中CX9500-QK7500需新增长途中继光缆),从上图可以看出,本次网络优化涉及的跨环汇聚节点均部署为具备A-SON功能的设备,从而在上述设备中完成较为复杂、消耗资源的业务的处理,提高传送网效率、性能的同时减轻了接入层网络的负担。这样既具有SDH环网的快速恢复,又具有ASON网络的高资源利用效率。

整个网络的端到端业务均能通过该接入形式得到保护,其中智能保护方式用于ASON网络中传送的业务而传统保护方法用于流经MSTP/SDH网络的部分。若故障发生在SDH/MSTP部分,按照传统环网保护方式进行倒换:假设ASON网络中发生故障,按照配置的业务服务等级由控制平面自动采取对应保护策略,进行自动选路或倒换业务。不过虽然在加入ASON网络和DNI组网后具备了一定的抗多点失效能力。但在下联的MSTP/SDH网络中依然只能防止单节点失效。同时传统与智能两种网络互联互通的关键工作由边缘网络节点承担,该网元的可靠性将成为影响网络保护和恢复性能的决定性因素。

五、结语

光网络技术为了满足业务传送需求也在不断向着大容量、高带宽、智能化的方向发展更新。ASON和MSTP等城域传送网的新核心技术出现,为城域网能灵活、经济地提供多业务提供了可能,以满足其地域范围广、投资成本高、竞争激烈、业务类型繁杂且用户数量及业务发展较难预计等特征,将它们应用于城域网各类业务,能够在保护原有SDH投资的基础上,进一步优化对数据业务的传送。

参考文献

[1]王亚辉.全业务运营模式下城域传送网建设方案设计.西北大学,2010

[2]G.C.Li,Q.Yang.Enhanced metro MSTP and its applications.In APOC.Nov2005.738-747

浅析分组传送网的业务承载方案第7篇

2012年开始，中国联通引入分组传送技术作为本地综合承载网。原有的MSTP网络已经有较大规模，承载着2G、3G电路域、大客户TDM专线、核心网TDM业务等大量TDM业务，还承担大量的3G分组域业务。远期目标网中，将不再有MSTP网络。但在近中期，MSTP网络将持续存在一段时间，在网络技术演进的过程中，通过逐步将业务割接到分组承载传送网，逐步实现MSTP退网。

二、业务承载需求分析

分组传送网(IP RAN)主要有两大类业务承载需求：

(1)基站回传等自营业务或者系统的承载需求：(1)具备IP化、以太化基站的接入能力，提供高可靠、大容量的基站回传流量的承载;(2)满足LTE网络的承载需求，实现基站间灵活互访、基站多归属、基站组播等承载能力;(3)能够满足动力监控、综合业务接入网网管等各类系统的承载需求。

(2)政企业务的承载需求：(1)提供高可靠、大容量的二、三层VPN接入能力，能够满足点到点、点到多点、多点到多点等二、三层VPN的组网需求;(2)具备电路仿真能力，提供ATM/FR/DDN等电路的接入能力。

三、业务承载方案

3.1基站业务承载

(1)模式一：PW+L3VPN

方案的特点是基站单播业务在IP RAN接入层采用PW承载，在汇聚层采用L3 VPN进行承载，A类设备代表接入层设备，B类设备代表汇聚层设备(下同描述)。具体如图1所示：

(1)基站单播业务承载方式。基站单播业务包括语音、数据业务，通过FE/GE接入分组设备;接入设备分别建立到两台汇聚设备的冗余PW，汇聚设备终结PW并进入IP RAN VPN。两台汇聚设备分别作为三层网关，提供基站业务的双网关保护。

(2)PW+L3VPN网关保护方式。

●非联动方式：A配置双PW分别终结到B1和B2设备的L3VPN，由B1和B2向上L3 VPN发布基站网段明细及汇总路由;A类设备双PW的保持单发双收状态，冗余PW无需携带主备信息给B类设备，实现A和B松耦合互联。基站通过A与B之间的PW向上主动发送ARP请求，B类设备获取基站路由与ARP信息，由于PW是双收性质，回程数据在冗余PW上都可以接收。

●联动方式：采用PW-Redundancy倒换机制。A配置优先级来识别主备冗余PW，该冗余PW分别终结在双汇聚B1或B2的L3VPN VRF三层子接口上。A携带PW Active/Standby等状态位信息发送给B,B1或B2识别PW Active/Standby状态位信息，终结Active PW的三层子接口将处于UP状态，并发布相关路由;终结standby PW的三层子接口将处于Down状态，不发布相关路由，以避免上、下行流量路径不一致的情况发生。联动方式要求B支持PW-Redundancy机制，A和B耦合性强，目前存在跨厂家互通问题。

考虑技术复杂度、跨厂家支持能力等因素，L3 VPN网关保护建议优先采用非联动方式，在不支持非联动方式情况下，可以选用联动方式。

(3)其它网络保护方式要求

通过以下方式实现路由的快速收敛和业务保护：

●在接入、汇聚层面，IGP采用多区域部署方式，并配置IGP路由快速收敛，BFD for IGP等技术，实现接入层百毫秒级路由快速收敛;

●建议选择BFD for PW、BFD for LSP或AUTO FRR等方式中的一种实现A与B间不同物理路由的快速倒换;选择原则：为简化配置，要求采用非静态手工指派路径配置模式，并满足跨厂家互通;

●在B设备，部署VPN双RD保护实现MP-BGP的快速收敛。

(2)模式二：CE+L3VPN

CE+L3 VPN组网方案仅用于A类设备非级联方式组网;A类设备不提供多业务综合接入，B类设备启用PE功能并提供多业务综合接入，组网如图2所示：

(1)业务承载方式。针对基站业务承载，为基站单播业务设置IP RAN VPN，由A类设备作为业务网络CE接入，在B类设备上进入IP RAN VPN;IP RAN VPN采用双RD设计，实现MP-BGP的快速收敛。允许A类设备启用多实例或是以VPN为单位启用OSPF多进程方式实现与相应VPN的互联。

(2)网络保护方式。

通过以下方式实现路由的快速收敛和业务保护：

●在接入、汇聚层面，IGP采用多区域部署方式，并配置IGP路由快速收敛，BFD for IGP等技术，实现接入层百毫秒级路由快速收敛;