黃揚(yáng)潔 浙江省臺(tái)州電業(yè)局調(diào)度所通信檢修
摘 要：本文首先描述了多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)概念的提出以及發(fā)展歷程，接著介紹其系統(tǒng)特色、關(guān)鍵技術(shù)與在實(shí)際應(yīng)用中碰到的問題，最后討論了多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：同步數(shù)字系列SDH 多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)MSTP POS/GFP/LAPS 彈性分組環(huán)RPR
一、MSTP概念的提出
MSTP概念最初出現(xiàn)在國內(nèi)是在1999年10月北京國際通信展上，當(dāng)時(shí)在以TDM業(yè)務(wù)為主的傳輸網(wǎng)中，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送要求，華為公司適時(shí)把握了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求，提出了多業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)MSTP的概念，并展出了相關(guān)設(shè)備，采用SDH平臺(tái)來傳送以太網(wǎng)和ATM業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)傳輸網(wǎng)的多業(yè)務(wù)承載和傳送，提高城域傳輸網(wǎng)的可經(jīng)營性，這個(gè)新的理念吸引了各運(yùn)營商的眼光，成為當(dāng)年北京國際通信展上光網(wǎng)絡(luò)的最大亮點(diǎn)。
多業(yè)務(wù)傳輸設(shè)備是由傳統(tǒng)SDH設(shè)備發(fā)展而來，傳統(tǒng)的SDH設(shè)備只能支持電路交換和接入，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入需要附加的設(shè)備。因此，增加了設(shè)備成本，提高了維護(hù)難度。
MSTP多業(yè)務(wù)光纖傳輸平臺(tái)，大大簡化了系統(tǒng)的構(gòu)成，可以直接提供多種業(yè)務(wù)的接入，從而大大減少了維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，也避免了設(shè)備相互之間的互通問題。
二、MSTP的發(fā)展歷程
綜觀國內(nèi)MSTP的發(fā)展，可以分為四個(gè)階段：第一階段是雛形階段（Original stage），出現(xiàn)在2000年前，在此階段，SDH設(shè)備采用數(shù)量較少的通道對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)透明傳送，可以為運(yùn)營商提供遠(yuǎn)程局域網(wǎng)互連，通常并不對外開展運(yùn)營整體功能較弱；第二階段是靈活階段（Flexible stage），出現(xiàn)在2001年和2002年之間，在此階段，SDH已經(jīng)演化成為符合國標(biāo)要求的MSTP，除以太網(wǎng)透傳功能外，還能提供以太網(wǎng)L2交換以及ATM業(yè)務(wù)的接入和匯聚功能，設(shè)備功能煥然一新；第三階段是動(dòng)態(tài)階段（Dynamic stage），出現(xiàn)在2002至2003年之間，在此階段，RPR處理功能已經(jīng)融入MSTP，可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、公平的帶寬分配、更加嚴(yán)格的CoS和QoS以及愈發(fā)安全的用戶隔離功能；第四階段是智能階段（Intelligent stage），將在2004年后出現(xiàn)，即在SDH傳送網(wǎng)的層面上，增加智能化的控制層面，從而快速響應(yīng)業(yè)務(wù)層的帶寬實(shí)時(shí)申請，并更多地采用交換式連接來建立SDH電路或波長通道，還能根據(jù)實(shí)際運(yùn)營的需要隨時(shí)拆除、更新或重建電路或通道，為帶寬租用和光虛擬專網(wǎng)（O-VPN）等運(yùn)營場合提供了智能化的策略。
目前MSTP主要處于第二代，部分廠家提供支持RPR功能支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的第三代產(chǎn)品。
三、MSTP系統(tǒng)的主要特色
1、 可以利用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系，支持多種物理接口。由于靠近接入網(wǎng)的邊緣，MSTP系統(tǒng)必須盡可能多地提供各種物理接口來滿足不同終端接入用戶的設(shè)備要求。在保證兼容基于傳統(tǒng)SDH網(wǎng)業(yè)務(wù)的同時(shí)，能夠提供多業(yè)務(wù)靈活接入可以大大減少現(xiàn)有SDH設(shè)備重新升級(jí)的成本，這對于運(yùn)營商的設(shè)備升級(jí)低成本是很重要的。典型的接口有：電路交換接口（DS－1、DS－3）、光口（OC－3、OC－12）、AT Moc、以太網(wǎng)接口（10／100Base－T）、DSL和GE、FR、E1／T1等。
2、 簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，多協(xié)議處理支持。新構(gòu)建的MSTP系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高效傳輸，必須盡可能地減少IP與Optical間的網(wǎng)絡(luò)層次，而不是在SDH系統(tǒng)上另一層協(xié)議的疊加，通過增加可擴(kuò)展的更細(xì)粒度業(yè)務(wù)交換控制模塊，保證多種協(xié)議高效地復(fù)用傳輸，有效地利用光纖帶寬。同時(shí)在MSTP系統(tǒng)中，接口與協(xié)議相分離，通過可編程ASIC芯片技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對新業(yè)務(wù)的靈活支持，避免運(yùn)營商對新業(yè)務(wù)的新設(shè)備投資。典型的多業(yè)務(wù)主要有：IP、ATM、SONET／SDH、Ethernet／FastEthernet／GigabitEthernet、TDM、FDDI、ESCON、FibreChannel。而且，隨著新一代寬帶接入設(shè)備的應(yīng)用還將會(huì)出現(xiàn)許多新業(yè)務(wù)。
3、 光傳輸?shù)娜萘勘ＷC低成本的容量提升。接入技術(shù)的發(fā)展刺激了用戶更高的帶寬需求，目前城域網(wǎng)核心帶寬為240Gbit／s～400Gbit／s，邊緣則為6Gbit／s～50Gbit／s。傳統(tǒng)的SDH系統(tǒng)在高帶寬提供方面存在重置設(shè)備的高成本，而DWDM系統(tǒng)也存在接入端成本偏高的問題。這樣本著帶寬有效利用的原則，MSTP系統(tǒng)提供帶寬容量從OC－3／OC－12到OC－48／192、波長復(fù)用窗口從1310nm到1550nm的DWDM的平滑擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商的低成本擴(kuò)容。
4、 傳輸?shù)母呖煽啃院妥詣?dòng)保護(hù)恢復(fù)功能。MSTP要繼承SDH的保護(hù)特性，實(shí)現(xiàn)99．999％的工作時(shí)間、硬件冗余、小于50ms的自動(dòng)保護(hù)恢復(fù)，這對于網(wǎng)絡(luò)用戶對服務(wù)的滿意程度至關(guān)重要。
5、 高度多網(wǎng)元功能性集成，有效帶寬管理。MSTP可集傳統(tǒng)SDH網(wǎng)ADM／DXC／DWDM功能于一體，具有更細(xì)粒度的交換和交叉連接模塊，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（線、網(wǎng)、環(huán)）的邏輯結(jié)構(gòu)與物理結(jié)構(gòu)相分離，實(shí)現(xiàn)了線路連接的快速提供，在任意節(jié)點(diǎn)提供業(yè)務(wù)內(nèi)部處理，這樣避免了大量的手工線路連接和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)間協(xié)調(diào)，從而大大降低了運(yùn)營商的管理運(yùn)營成本。
四、MSTP的關(guān)鍵技術(shù)
傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)采用64kbit/s、n×64kbit/s、2Mbit/s、34Mbit/s和155Mbit/s電路開展話音業(yè)務(wù)、TDM專線業(yè)務(wù)和圖像傳輸業(yè)務(wù)。MSTP需要在原來SDH設(shè)備上插入ATM、Ethernet處理單元，并升級(jí)系統(tǒng)軟件，然后就能提供Ethernet透傳、L2交換、靈活的VLAN劃分、全雙工流量控制、優(yōu)先級(jí)控制、Ethernet帶寬共享等功能。
DSLAM和未來3G的業(yè)務(wù)需在原有SDH設(shè)備上增加ATM處理單元，就可以提供ATM VP/VC交換、1:N業(yè)務(wù)收斂、VP-Ring保護(hù)等功能。此外，MSTP可以利用ATM PVC功能開展ATM專線業(yè)務(wù)。所有業(yè)務(wù)，包括TDM、Ethernet和ATM，都可以共享SDH的保護(hù)制式。
從MSTP的體系結(jié)構(gòu)來看，最關(guān)鍵的技術(shù)有以下三項(xiàng)：映射方式、級(jí)聯(lián)方式和鏈路容量調(diào)整機(jī)制。
1．映射方式
目前有以下三種映射方案：
（1）通過點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議PPP將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成HDLC幀結(jié)構(gòu)，然后映射到SDH的虛容器VC中，簡稱 POS。
（2）將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成LAPS結(jié)構(gòu)映射到SDH虛容器VC中，這是我們國家提出的IP over SDH提案，已被正式批準(zhǔn)作為國際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為X.85/Y.1321 IP over SDH。
（3）將數(shù)據(jù)包通過通用成幀過程（GFP：General Frame Process）的方式映射到SDH虛容器VC中。GFP是一種簡單開放的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)封裝技術(shù)，已被ITU定為SDH和OTN的標(biāo)準(zhǔn)封裝協(xié)議G.7041，GFP 提供了一種通用的機(jī)制把高層客戶端的數(shù)據(jù)流適配到光同步傳輸網(wǎng)絡(luò)中。客戶端的數(shù)據(jù)流可以是IP/PPP 、Ethernet MAC 幀、Fiber Channel、ESCON/SBCON 或者是其他固定速率的數(shù)據(jù)流。
2．級(jí)聯(lián)方式
為了增強(qiáng)承載業(yè)務(wù)的靈活性，級(jí)聯(lián)（Concatenation）技術(shù)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)入VC之前得到應(yīng)用。級(jí)聯(lián)分為連續(xù)（Continuous）級(jí)聯(lián)或虛（Virtual）級(jí)聯(lián)兩種。
連續(xù)級(jí)聯(lián)技術(shù)是將n個(gè)VC-12捆綁在一起形成一個(gè)整體VC-12-n，在VC-12-n所支持的凈負(fù)荷C-12-n中建立一個(gè)LAPS（或HDLC）鏈路在SDH網(wǎng)中傳送。當(dāng)n個(gè)VC-12連續(xù)排列時(shí)為連續(xù)級(jí)聯(lián)，通常以VC-12-n中第一個(gè)VC-12的POH作為級(jí)聯(lián)后整體的POH，其缺點(diǎn)是n個(gè)VC-12必須地址相鄰，帶寬分配不靈活。
虛級(jí)聯(lián)技術(shù)可以被看成是把多個(gè)小的容器通過指針操作級(jí)聯(lián)起來，并組裝成為一個(gè)比較大的容器來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這種技術(shù)可以級(jí)聯(lián)從VC-12 到VC-4 等不同速率的容器，用小的容器級(jí)聯(lián)可以做到非常小顆粒的帶寬調(diào)節(jié)。
虛級(jí)聯(lián)方式無需VC-X相鄰，僅需通道終端設(shè)備提供級(jí)聯(lián)功能即可。這種方式需要通道業(yè)務(wù)起始端和終止端各增加相應(yīng)處理功能，接收端需引入一個(gè)緩存器以容納額外的時(shí)延。
以100M帶寬為例，對于連續(xù)級(jí)聯(lián)，需要用一個(gè)VC-4來容納，利用率為100M/150M＝67％；如果采用虛級(jí)聯(lián)技術(shù)，則采用兩個(gè)VC-3來容納，那么利用率為100M/(50M*2)=100%。而且虛級(jí)聯(lián)還可以充分利用各個(gè)分離的VC來進(jìn)行數(shù)據(jù)容納，可以更高提供鏈路的利用率。虛級(jí)聯(lián)技術(shù)已經(jīng)成為ITU G.707的國際標(biāo)準(zhǔn)。
3．LCAS
LCAS稱為鏈路容量調(diào)整規(guī)程，它是基于虛級(jí)聯(lián)的鏈路容量的自動(dòng)調(diào)整策略。LCAS 是利用通道開銷POH來實(shí)現(xiàn)協(xié)議的雙向通信，調(diào)整原因可以是鏈路狀態(tài)發(fā)生變化（失效），或者配置發(fā)生變化。LCAS易于按照需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)帶寬調(diào)整，例如可以對一天或者一星期中的不同時(shí)間段配置不同的帶寬。當(dāng)一部分成員失效時(shí)，保持正常的成員仍能傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)失效的成員被修復(fù)時(shí)，能夠自動(dòng)地恢復(fù)虛級(jí)聯(lián)組的帶寬，從而遠(yuǎn)快于手動(dòng)配置。在調(diào)整帶寬時(shí)只是由于檢測失效條件的時(shí)間造成毫秒級(jí)的誤碼，不會(huì)明顯性中斷業(yè)務(wù)。
LCAS主要是面向動(dòng)態(tài)帶寬共享性業(yè)務(wù)，可以充分提高鏈路利用率，和RPR的工作機(jī)制有異曲同工之處，這是一種重要的技術(shù)，在很大程度上既提高了傳統(tǒng)SDH環(huán)路帶寬利用率不高的缺點(diǎn)，又可以為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供電信接別的保護(hù)。
LCAS除了基本的G.7041標(biāo)準(zhǔn)支持之外，G.7042 還為LCAS支持動(dòng)態(tài)帶寬交換提供國際標(biāo)準(zhǔn)。LCAS直接影響到第三代MSTP技術(shù)的發(fā)展。
五、現(xiàn)階段的MSTP應(yīng)用中存在的幾個(gè)問題
1、帶寬利用率
目前MSTP仍以SDH為核心，諸如以太網(wǎng)這類基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要經(jīng)過復(fù)雜的映射協(xié)議，最終轉(zhuǎn)化為SDH能夠處理的多個(gè)VC4或VC12顆粒，才能在SDH網(wǎng)絡(luò)中傳輸。一方面映射過程需要占用開銷，另一方面每個(gè)數(shù)據(jù)端口所分配的VC顆粒是固定的，無法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際流量動(dòng)態(tài)調(diào)整。因此，與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)相比，由MSTP組建的數(shù)據(jù)網(wǎng)靈活性和帶寬利用率較低。其中前一個(gè)問題可以通過采用VC12虛級(jí)聯(lián)技術(shù)和高效的映射協(xié)議解決，目前采用47個(gè)VC12的虛級(jí)聯(lián)就可以達(dá)到100M的數(shù)據(jù)流量，所以絕對帶寬利用率并不低。關(guān)鍵是端口容量無法動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整，在目前的應(yīng)用中最終用戶都是根據(jù)自身的帶寬需求來租用電路，矛盾還不突出，隨著運(yùn)營商運(yùn)營水平的不斷提高，這個(gè)問題就會(huì)凸現(xiàn)出來。中興通訊優(yōu)化的策略是在MSTP中引入RPR技術(shù)，由MSTP為RPR提供若干路大顆粒的VC4通道，在VC4中的以太網(wǎng)帶寬由RPR協(xié)議處理，在兼顧大量TDM業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)據(jù)端口帶寬動(dòng)態(tài)分配。
2、業(yè)務(wù)匯聚的效率
目前MSTP只能提供FE端口到FE端口的匯聚，無法高效地接入骨干層的數(shù)據(jù)設(shè)備，因此MSTP在現(xiàn)階段主要應(yīng)用在接入層以節(jié)省數(shù)據(jù)端口，而匯聚層的應(yīng)用還比較少。隨著中興通訊在MSTP中推出更大容量的數(shù)據(jù)板，將出現(xiàn)FE端口到GE端口的業(yè)務(wù)匯聚，這將大大提高業(yè)務(wù)匯聚的效率，MSTP的應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛。
3、MSTP設(shè)備的互聯(lián)互通
雖然MSTP在SDH層面還不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管，但還是能夠通過光接口實(shí)現(xiàn)互通。對于MSTP的數(shù)據(jù)端口而言，由于各廠商采用的數(shù)據(jù)包至VC顆粒的映射協(xié)議不同，擴(kuò)展開銷字節(jié)的定義和使用不同，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)端口互通。例如上面的第一個(gè)例子，接入層通過光口接入核心層網(wǎng)絡(luò)，在匯聚節(jié)點(diǎn)同樣要通過光口連接到與接入層同一廠商的設(shè)備，用它作為網(wǎng)關(guān)，才能最終將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)匯聚輸出。因此在所有廠商的映射協(xié)議統(tǒng)一之前，必須采用網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為協(xié)議轉(zhuǎn)換才能實(shí)現(xiàn)不同廠商的互通。解決該問題的辦法就是盡快出臺(tái)定義詳盡的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
六、MSTP的發(fā)展趨勢
MSTP將在目前第二代的基礎(chǔ)上向第三代、第四代發(fā)展，引入RPR功能，將RPR技術(shù)與SDH技術(shù)相結(jié)合，向第三代MSTP發(fā)展。其實(shí)這只是一個(gè)準(zhǔn)第三代的概念，因?yàn)椴⒎遣捎肦PR來承載所有的TDM流量和數(shù)據(jù)流量，在原來SDH承載TDM流量的基礎(chǔ)上，將承載數(shù)據(jù)流量的SDH機(jī)制改為RPR機(jī)制。對于一個(gè)SDH環(huán)網(wǎng)，一些VC通道承載TDM業(yè)務(wù)，另外一些通道則承載RPR數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當(dāng)光纖切斷時(shí)，承載TDM業(yè)務(wù)的VC通道進(jìn)行復(fù)用段環(huán)倒換，而承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通道則進(jìn)行2層的RPR保護(hù)。
第四代的MSTP則是引入ASON功能、MEF UNI增加自動(dòng)交換傳送ASTN的控制平面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路由配置、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、自動(dòng)鄰居發(fā)現(xiàn)、全網(wǎng)帶寬動(dòng)態(tài)分配等智能化城域傳輸。同時(shí)MSTP在支持基本的以太網(wǎng)技術(shù)上，還將支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，比如STACK VLAN、IETF GMPLS信令以及擴(kuò)展等。
在提高數(shù)據(jù)傳輸效率方面也將不斷改善，對于當(dāng)前的數(shù)據(jù)通信來看，數(shù)據(jù)包長度呈現(xiàn)下降趨勢，短包比率越來越高，而數(shù)據(jù)包是通過PPP/LAPS/GFP第一層次封裝，然后再通過SDH第二層次封裝。數(shù)據(jù)包越短，封裝效率越低，系統(tǒng)處理負(fù)荷越重，因此在提高M(jìn)STP設(shè)備處理數(shù)據(jù)短包方面也將不斷得到解決。
