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MSTP技术新发展和3G传输

 

张成良

 

 一、城域传送网现状

  经过前几年大规模 DWDM 和 10Gbit/sSDH 建设,各大运营商已经较好地解决了系统容量要求。整个光网络建设重点已由大容量、高速率的长途干线转到了城域传送网。城域网中,语音和专线 TDM 业务仍然是运营商的主要收入来源,而以 IP 为代表的数据业务增长迅速,与传统的 TDM 业务相比, IP 业务的流量、流向更为复杂,对带宽、安全性的要求也多种多样。 NGN 网络的发展是下一个热点, VoIP 的业务会进一步发展, MSTP 通过提供对数据业务的 QoS 支持,也可能会成为 MSTP 的一个发展方向。一个好的城域传输网络应该是一个通用的传输平台,能高效可靠地传输各种业务。这就需要城域传输网产品在保证对 TDM 业务支持的同时,支持多种数据接口,优化数据传输效率。

MSTP在传统 SDH 的基础上,通过引入业务节点功能,支持 IP/ATM 等多业务处理,成为多业务节点,正逐渐成为城域网建设的主流技术。 MSTP 的发展方向成为业内新的重要讨论话题。一方面,由于 MSTP 技术出现的时间不长,其本身还在不断自我发展和完善,尤其是 MSTP 中如何将数据处理功能和数据网络更好地结合,是 MSTP 发展中上值得进一步探讨的问题。从另一方面来说,在光传输网中引入控制平面,通过 ASON/GMPLS 实现业务的端到端调度和保护,也是 MSTP 光网络发展的重要方向。而目前如何更好地与将要大规模建设 3G 网络相结合,为 3G 业务提供更好的传送通道已经成为 MSTP 需要重点考虑的问题。

二、 MSTP 技术新发展方向

到目前为止, MSTP 已经有了基于二层交换、内嵌 RPR 、内嵌 MPLS 三个版本,但最终 MSTP 会演化到哪一种版本,需要由市场来选择决定。下面我们简要看一看几种 MSTP 的特点。

注:图中 ( 一 ) 、 ( 二 ) 、 ( 三 ) 分别代表 3 种 MSTP 存在形态

1. 基于二层交换的 MSTP

  基于二层交换的 MSTP 引进了二层交换处理模块,实现了基于 以太网 二层交换的业务汇聚、带宽共享及以太网共享环等功能,大大提高了端口、带宽的利用效率。支持 802.1q ,实现了多用户间的安全隔离以及 VLAN 划分;支持基于 802.1p 的优先级转发,结合端口限速和流量控制,可实现一定程度上的 QoS 能力。

  基于二层交换的以太环网,可使各节点共享环路的带宽,提高了带宽利用率。但由于以太网主要是为点到点和网状拓扑结构而设计的,应用于环型结构时,仍存在以下不足:

  每个 MSTP 设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行 MAC 地址查询,环路节点数量越多,性能越差;

  基于二层交换的以太环网存在带宽分配的不公平性,端到端 QoS 很难保证; 无法解决 VLAN 地址重用问题。

2. 内嵌 RPR 功能的 MSTP

  随着 802.17 标准 化的加快,各厂商私有的协议逐渐融合,逐渐走向标准化。内嵌 RPR 功能的 MSTP 支持环内的带宽共享与统计复用,结合空间重用技术 (SRP) ,使得环网的带宽利用效率得到很大提高;通过快速的环网保护机制实现了 50ms 的电信级保护;执行公平算法,实现了环路带宽的公平利用;内嵌 RPR 可以将基于端口、 VLANID 、 VLAN 优先级、 MAC 地址等不同特征的业务,分类映射进 A 、 B 、 C 三种业务等级。通过对承诺速率 (CIR) 、额外信息速率 (EIR) 的设置,实现与不同等级业务相对应的 QoS 保证。

  但是内嵌 RPR 的 MSTP 仍存在承载数据业务时应用能力的不足,其表现在:

VLAN 标记数量不足的问题并未得到彻底解决;

  只适用于环网拓扑结构;

  缺乏端到端标识业务,及跟踪用户流量并保证业务性能的方法。

3. 内嵌 MPLS 功能的 MSTP

  为了更有效地在传输设备上直接支持 VPN ,有人提出了在 MSTP 上引入 MPLS 功能,通过内嵌 MPLS 功能,可以较好地实现 VLAN 地址扩展;可以提供电路端到端的 Qos 保证;可以提供新型以太网业务 ( 如 L2VPN) ,灵活控制带宽颗粒。有些还将 RPR 与 MPLS 技术进行融合。

  目前 ITU 正在考虑将 MPLS 功能引入 SDH 设备,从国内通信标准化的角度出发,在现阶段,可考虑通过 Martini 草案先实现静态的 MPLS ,下一阶段再考虑实现动态的 MPLS 。所谓动态和静态主要指 LSP 的建立方式,静态方式 LSP 的建立是通过网管配置实现,而动态则是采用信令协议方式实现 ( 如目前路由器实现的那样 ) 。

  对运营商来说,任何新技术的引入都需要考虑网络的互联互通问题,内嵌 MPLS 需要考虑传送平面、控制平面以及业务的互联互通。在传送平面上,需要考虑 SDHVC 的互通; MPLS 封装到 SDHVC 的互通;以太网封装到 MPLS 的互通,目前看来实现起来并不十分复杂。在控制平面上,需要考虑通过不同厂商网管系统分别或统一集中建立 LSP ;或者利用 RSVP-TE 或 LDP 信令机制动态建立 LSP 的互通。

MSTP 通过引入 MPLS 功能可以加强对 VPN 和信号 QoS 的支持,但是如果采用动态方式,最后就要涉及到三层路由功能,但是目前国内对 MSTP 的理解实现是 二层以下的功能。能否定义简单的、可操作性强的三层功能来完成动态信令,完成业务连接建立,同时实现不同厂商 MSTP 设备间的 VPN 互通是内嵌 MPLS 的 MSTP 发展关键。当然,内嵌 MPLS 的 MSTP 最终需要实现 MSTP 和 MPLS 路由器实现 MPLS 互通和与互操作。

 三、 3G 传输解决方案

  随着数据业务的飞速发展,数据接入的可移动性要求不断突现,支持高带宽可移动无线数据接入的第三代移动通信技术 (3G) 浮出水面。目前 WCDMA 系统主要有 R99 、 R4 和 R5 版本,从目前技术的发展来说, ATM 由于一些不可避免的缺陷,无法成为网络的主流承载技术,然而其面向连接的机制提供 QOS 保证的业务承载,在网络仍具有相当的应用,如果在近期实施 WCDMA , R99 或 R4 版本将被采用。在 R99 或 R4 版本中, UTRAN 网络接口主要采用 ATM 相关协议,其面向连接的特性可以很好地保证 TDM/ 数据业务质量,并可发挥 ATM 的统计复用、 QoS 保证等优势。

  对于 ATM 信元的传输可以采用 ATM 网络、光纤直联、 SDH 网络三种方式。如果采用 ATM 单独组网,由于 3G 设备具有 ATM 交换核心功能, ATM 交换机 在组网时仅仅充当着传输角色, ATM 交换特性得不到充分应用,整网解决方案存在着功能重叠。并且相对于 SDH 系统, ATM 网络在传输组网保护上并没有优势。一般情况下,不推荐使用 ATM 设备来单独组建传输网。另一种可能的组网方式是点到点光纤直联,这种方式浪费光纤资源,不支持复杂拓扑,组网保护能力与可扩展性差。

  目前考虑的重点是 SDH 来承载 3G 的传输,特别是引入 ATM 功能的 MSTP, 可以实现传输和 ATM 处理很好的结合。在接入层采用具有 ATM 处理能力的 MSTP 设备就可以大大简化网络结构,并且实现 TDM/ATM 处理统一网管。

采用 MSTP 组成的自愈环结构可以覆盖多个基站。解决多个 NodeB 的业务上联问题,该环网可以为群路速率 155Mbit/s 或更高速率 STM-N ,随着业务的发展,可以通过增加多个 ATM155Mbit/s 方式进行扩容,以满足 3G 无线容量的增加。

1. 3G 传输关注的接口

  在 WCDMAR99 或 R4 版本中, Iu 为 RNC 与核心网 CN 之间的接口, Iur 为 RNC 与 RNC 之间的接口, Iub 接口 Iur 为 RNC 与 Node B 之间的接口。

  核心网节点 MSC 与 RNC 之间网络资源比较丰富,并且业务已经过 RNC 的处理和收敛,一般只需要直接提供透传处理即可。因此关注的重点是连接 RNC 与 NodeB 的 Iub 接口之间的业务。

采用 ATM 可以实现数据和语音的复用,每个 Node-B 节点将采用多个 E1 成组的 IMA 接口,通过统计复用提高多个 E1 通道间带宽的利用率。

2. 3G 传输解决方案

N(1)RNC 之间及 RNC 到 MSC/SGSN 的连接

RNC 与核心网设备 ( 如 MSC) 通常安装在中心节点上,多采用 155Mbit/s 或更高速率接口互连 ( 如在同一局站则不占用传送网资源 ) 。

RNC 与核心网络 MSC/SGSN 之间的接口采用的是 ATM 协议。在 SDH 网络容量丰富的地区,建议采用 SDHSTM-1 电路进行透明传输。采用 STM-1 接口通过 ATMoverSDH 的方式与 SDH 设备相连。该 SDH 网络可以为传统 SDH 设备、也可以为具有 ATM 汇聚、统计复用功能的 MSTP 设备,但是此时 MSTP 完成仅仅是透明传输 STM-1(ATM) , MSTP 本身并没有进行 ATM 处理功能。

(2)NodeB 与 RNC 的连接

  在 3G 系统中,在 RNC 侧,可以由 RNC 提供多个 E1 接口或 STM-1 接口。如果采用 E1 接口,传输系统只需提供简单的 E1 电路传输即可满足要求。 3G 的基站控制器 RNC 处理能力较 2G/2.5G 有显著增强,可以支持的基站数量达数百个,但是这意味着在中心 RNC 需提供大量 E1 接口,另外需预留大量 E1 端口用于接口扩容,投资费用高。另外多个 Node-B 间的带宽无法实现共享,传输带宽需求大。如果 RNC 采用 STM-1 接口,在进入 RNC 前,多个 Node-B 业务可进行统计复用,减少了 RNC 侧接口的数量和投资费用。

  下面我们讨论的模型是基于 RNC 端采用 155Mbit/s 接口,而在 NodeB 端,可以采用多个 IMA E1 或者 155Mbit/s 接口。

l Node B 采用多个 IMA E1 接口

从目前 2G 无线系统的应用看,基站上联速率为一个或几个 2Mbit/s 。在 3G 建设的初期阶段, Node B 与 RNC 之间的连接速率仍然为 E1 或多个 E1 。 Node B 设备提供 E1 , IMA E1 ,非信道化 STM-1 三种接口,而目前主要考虑的是 E1 和 IMA E1 接口。无论是 E1 接口还是 IMA-E1 接口,都可以通过 MSTP 实现接入和透明传输。 Node-B 将提供多个 E1 成组的 IMA 接口,通过统计复用提高带宽的利用率。 IMA 就是反向复用 ATM 技术, IMA 协议栈分为物理层和 ATM 信元层。假设所有的信元要通过 3 个 E1 链路传送,采用循环复用技术,将所有信元按照顺序在 3 个链路上轮流分配,然后再进行 ICP ( 即 IMA 的控制协议 ) 封装。通过这样的封装,可以实现端口捆绑,由 ICP 字节来说明各链路之间的关系,实现了多个 E1 端口的捆绑,实现了上联通道资源的共享。

一种选择是只有会聚节点 MSTP 具有 IMAE1 处理能力,接入层 SDH( 可以为传统 SDH 设备 ) 只需将 IMA E1 透明传输,汇集传送至汇聚层节点,在汇聚层节点提供 ATM 处理。在汇聚节点 ( 一般为 RNC 节点 ) ,具有 ATM 交换能力的模块,对接入层上传来自多个 Node B IMA E1 电路进行处理,业务通过 VC-12 进入 ATM 处理板卡,进行统计复用汇聚成 VC-4 ,通过 STM-1 接口与 RNC 相接。这样,在全网中只需要通过少量汇聚节点配置的 MSTP 提供 ATM 处理卡,即可实现 ATM 数据处理功能 ( 在 Node B 传输设备只需要提供 E1 透明传输 ) ,通过在汇聚节点结点实现带宽的统计复用大大提高了带宽的利用率。

   另外一种选择是接入层每个 MSTP 都具有 IMAE1 的处理能力 ( 如上图所示 ) ,直接将来自 Node B 的 IMA E1 解封装进行处理后统计复用到 VC-4 ,在各 Node B 间构成一个容量为 VC-4 ATM VP ring ,也就是在各 Node B 之间共享一个 VC-4 ,与 RNC 通过 STM-1 接口相连。

(2)NodeB 采用 ATM155M 接口

  在高业务区节点地区, NodeB 也可以直接提供 ATMSTM-1 接口上联,通过接入层 MSTP 设备提供 ATMSTM-1 的接入并上传至 RNC 。这对传输设备并没有特殊要求, ATM 处理基本上在 RNC 与 Node B 完成,传统 SDH 就可以满足需求。从目前容量看,相当长的时间 Node B 上行,可采用 622M 组环。接口仍以多个 E1 为主。

3. 小结

WCDMAR5 及以后的版本趋向于使用以 IP 为基础的系统。目前新一代 MSTP 设备已经可以支持 IP 的接口,还应针对不同的业务提供相应的 QoS 的保证,特别是内嵌 MPLS 功能 MSTP 更好地支持了 QoS 和 VPN 的应用,从而很好地满足纯 IP 3G 网络的发展需求。

3G 对骨干网传输系统要求变化不大,重点在 RAN 无线接入部分。 MSTP 可实现多种业务在统一传输平台的传送,在与 3G 业务组网时,可通过灵活地配置相关模块,满足 3G 多种信号的传输要求。

  四、结束语

  多业务处理、强大调度功能将是传输设备发展的重要方向。网络的发展导致传输网与业务网关系越来越紧密, MSTP 在借鉴数据网、交换网等行之有效的技术基础上与时俱进,越来越将传送节点与业务节点紧密结合。 MSTP 可实现多种业务在统一传输平台的传送,在与业务组网时,可通过灵活地满足多种信号的传输要求。

在短短的 3 年中, MSTP 已经出现了几种形式,应该说,截至到目前为止,还没有出现一种标准的 MSTP 格式,但最终 MSTP 会演化到哪一种版本并没有定论,还需要与业务网结合,例如目前与 3G 系统传输的结合就是其最新发展之一。
 
 
 
 
 
 

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