建構高效安全的廣電傳輸網

构建高效安全的广电传输网

【摘要】本文主要介绍随着三网融合的深入，广电运营商在双向网改造的同时，加大了对骨干网和城域网的建设，使之能够满足广电网络的带宽需求，现阶段主要利用先进的OTN和PTN等传输网技术来构建高效安全的广电传输网络。
【关键词】广电干线网/城域网 OTN PTN
【正文】
2011年12月30日，国务院办公厅公布三网融合第二阶段试点城市，表明三网融合的力度正在逐步加大，广电运营商在在双向网改造的同时，加大了对 省级干线网和本地城域网的建设，使之能够满足广电网络的带宽需求，现在主流的干线网和城域网采用OTN+PTN（或MSTP）的建设模式，如下图所示：
 
广电网络建设模型
根据广播电视总局的规划和广电网络的现状，可以将广电网络可以分成5个部分：
第一部分为国家级干线网，从2011年开始中国有线已经开始采用OTN技术进行国家干线网络的规划和建设；
第二部分为省级干线网，到目前为止，全国大多数省份的干线网络已经建设完毕，未建设完毕的省份也在对省干进行规划和建设中；
第三部分为本地城域网，有些省份建设相对较快，如江苏省各个地级市的OTN网络几乎建设完毕，有些省份相对较慢，还在进行建设或者规划中；
第四部分为市到县网络，该部分网络建设相对较慢，很多省份的市到县网络还未开始建设，预计在2013年会有大规模的建设；
第五部分即接入网部分，包括采用PTN或者MSTP技术进行大客户专线的接入和采用PON技术进行家庭网络的接入。
OTN构建高带宽，长距离，大容量的传输网络
OTN技术以多波长传送、大颗粒调度，远距离传送为基础，综合了SDH和WDM的优点，可在光层及电层实现波长及子波长业务的交叉调度，并实现业务的接入、封装、映射、复用、级联、保护/恢复、管理及维护，形成一个以大颗粒宽带业务传送为特征的大容量传送网络。
OTN技术包括三大关键技术：
（1）、标准化的G.709协议，支持ODUk交叉体系，包括ODU0、ODU1、ODU2、ODU3、ODU4、ODUflex映射体系，完美适配各种业务带宽，在提供全业务接入的基础之上，保障业务承载效率。
（2）、基于ODUk的电层调度，支持任意ODUk到任意波长的交叉，可以实现业务的端口到端口灵活调度。
（3）、基于ROADM的光层调度，支持任意波长到任意端口的指配，配合可调谐OTU，实现光网络波长自由上下。
OTN技术是从WDM发展而来，同时借鉴了SDH的运营管理经验，因此拥有强大的OAM能力和保护能力。
随着业务量的增多以及用户对带宽需求的增长，传输网络对带宽提出了新的要求，需要从原来的10G系统向40G系统、100G系统发展。2011年开 始，各大运营商开始100G网络的测试和试运营，而在2012年中国电信进行了100G设备的集采，其中烽火成为最大的赢家，分配了40%以上的份额，中 标的12个项目覆盖华东、华中、华南、西南、西北等多条国干、省干和城域本地网。中国移动也在近期组织了100G的测试，烽火首先完成了所有的测试。广电 运营商也在陆续进行100G网络的规划和建设。
OTN技术在广电网络有如下的价值体现：
（1）灵活的调度能力：提供业务端到端连接，支持大颗粒和专线业务快速传递；高效的业务汇聚能力，提高带宽的利用率；同时减少了穿通业务的光电转化次数，节省转化成本；
（2）全面的保护能力：光层和电层保护，覆盖从业务接入到光缆的每一个点；光电联动智能保护，抗多次光纤失效，与IP保护协同工作，建设安全的OTN网络；
（3）高效的管理能力：一键式业务自动化部署，大大减少运维人员的压力，拥有类SDH的网络管理和维护能力，开销字节性能够提供检测和故障定位功能；
（4）较低的建设成本：客户侧和线路侧OTU的分离，可以部署带宽资源池，提前建设网络，业务即插即用，同时减少了业务类型改变带来的浪费，支持业务的平滑升级，有效保证了初期的投资。
PTN构建高品质的城域接入网
PTN技术引入了分组特性：支持高效统计复用功能，提供端到端的弹性管道；利用面向连接的网络提供可靠的QoS保障。同时，PTN技术保留了传送网 的功能特征：继承传统SDH的运营管理经验可以进行快速的故障定位、故障管理和性能管理等丰富的OAM能力，提供可靠的网络生存性，支持快速的保护倒换。
PTN关键技术主要有以下两点：
（1）基于MLPS的交换，利用标签交换能力，提供弹性的管道，使网络的汇聚比不再受限，同时采用了IP化的内核（传统的SDH、MSTP技术为TDM内核），天然适配现在大量的IP化的业务需求，；
（2）引入PWE3（电路仿真）技术，对E1和SDH业务进行仿真，支持TDM、ATM等传统业务，真正做到了全业务的承载。
PTN技术从SDH技术发展而来，继承了SDH的运营管理经验，可以提供可靠的网络保护机制，具备完善的OAM能力。
针对广电运营商不同的业务类型，PTN能够提供强大的QoS能力，做到针对不同的客户，不同的业务进行详细的区别和业务保证；
PTN技术在广电网络有如下的价值体现：
（1）通过提供端到端的弹性管道，利用不受限制的汇聚比，提高了网络的灵活性和带宽的利用率；
（2）分组化、IP化的内核天然适配现在大量的IP业务，提高网络的承载效率；
（3）完善的OAM能力和可靠的保护机制使得PTN网络便于管理维护，同时提高了网络的安全性；
（4）强大的QoS机制，很好的对业务和客户进行层次化的管理，从而提供一张电信级的网络。
OTN、PTN产品在广电网络中应用
OTN和PTN技术在广电网络中已经取得了广泛的成熟应用，应用范围包括干线网络，本地城域网中。烽火从2002年开始对OTN技术的跟踪和研发， 经过几年的努力，逐步在国内引领OTN技术的发展，目前已经推出全系列的OTN产品和全系列的PTN产品，形成了端到端的解决方案，产品覆盖核心层、骨干 层、汇聚层、接入层，其产品系列包括FONST系列的新一代OTN传送平台和CiTRANS系列的新一代PTN产品。
OTN在省级干线网中的应用
采用大中型OTN设备组网，组成环形网或多环嵌套的MESH网。T比特级别的交叉容量，从容应对省级干线业务调度的需要，极大的提高了网络的灵活性，光电两层保护机制有效保障了网络的安全性和生存性。
 
北方某广电OTN省级干线网
上图为某省广电OTN干线网络，传输业务为10GE/10G，2.5G和GE，通过节点加载电交叉(OTH)并利用光层(ROADM)组成环网，实现业务向广电中心机房的汇聚和保护。
该OTN干线网络利用ODUk电层调度适应统一调度的需要，利用光层ROADM实现波长级动态调试，使用光层和电层保护形式提高了网络的可靠性，并且全网采用SM、PM监控字节，实现端到端的业务维护与管理。
OTN在本地城域网中的应用
采用中型OTN设备组网，组成环形的拓扑结构，T比特级别的交叉容量，支线路分离的架构提高业务的调度能力，利于网络的平滑升级。
 
南方某市广电OTN城域网
上图为某市广电OTN干线网络，两个核心环和四个接入环，核心环为96波*10G系统，接入环为48波*10G系统，主要承载IPQAM，宽带上网和大客户专线业务等广电现有所有业务，实现业务向广电中心机房的汇聚和保护。
采用支线路分离的OTU架构，提前部署带宽池，大大减少业务开通时间和业务类型变化带来的带宽浪费，基于ODUk的电层调度能力，提高了网络的灵活性，采用基于ODUk 1+1的电层保护方式，提高网络的可靠性。
PTN在本地城域网中的应用
 
南方某市广电PTN城域网拓扑图
该网络采用全PTN的方式，共建设31个站点，构建两个10GE速率的核心环，进行业务的调度，其余站点进行业务的接入汇聚，全网均采用烽火网络 CiTRANS系列的PTN设备，利用wrapping环网保护和LSP 1+1线性保护，达到电信级50ms的要求，提高网络的安全性。对于后期的扩容，可以先将现有的GE速率网络升级成10GE速率的网络进行网络优化，只需 要通过增加10GE的板卡即可实现，后期还可以根据网络情况升级成40GE的PTN网络或者叠加OTN的网络形成OTN+PTN的组网模式。
总结
随着三网融合的力度加大，广电运营商需要对全业务进行承载，而大量IP业务的发展需要广电网络能够提供高带宽的保障，同时需要能够进行灵活的业务调 度，强大的OAM能力，完善的保护机制和丰富的QoS等级，来提供一张电信级的网络。OTN和PTN技术作为新一代的传送网技术，能够很好的满足上述要 求，在各大运营商中获得了成熟的应用，烽火积极把握行业发展趋势，始终以客户需求为导向，立足光通信产业的发展，拥有成熟的OTN系列产品和PTN系列产 品，同时为广电运营商提供定制化的产品，与客户共同努力，建设一张高效安全的广电传送网来应对三网融合带来的挑战和机遇。

以太环网保护技术应用探讨(G.8032)

以太环网保护技术应用探讨

摘要：ITU-T G.8032协议是国际上最新成熟的标准，本文对各种以太环网保护技术进行了比较分析，对 ITU-T G.8032协议以及修订版的保护倒换机制进行了阐述，并分析了协议中存在的问题。
关键词：以太环网；G.8032；保护倒换

0引言
以太网是目前应用最广泛的局域网技术，它具有简便，经济和高数据速率等特点。近年来更是迅速向广域网和城域网技术发展。电信级以太网要求网络自愈时 间在50ms以内。因此，如何提高以太网技术的可靠性成为人们关注的焦点。以太环网保护技术标准纷纷涌现，从最开始的生成树（STP）协议，弹性分组环 （RPR）技术到后来的EAPS（RFC 3619）技术，技术慢慢走向成熟。2008年3月，ITUT-T 发布了G.8032协议，它吸取了其他协议的优点，为二层以太网络提供高可靠性服务，成为国际上的成熟标准。

1 技术比较
在二层交换网络中，一旦存在环路就会造成报文在环路内不断循环和增生，产生广播风暴，从而占用所有的有效带宽，使网络变得不可用。在这种情况 下，STP技术应运而生。STP是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能。STP协 议和其他协议一样，是随着网络的不断发展而不断更新换代的。最初被广泛应用的是IEEE 802.1D STP，随后以它为基础产生了IEEE 802.1w RSTP、IEEE 802.1s MSTP。但实际应用中STP链路切换收敛时间受网络拓扑影响，一般收敛时间为秒级，网络直径较大时收敛时间更长。采用MSTP协议虽然可以减少链路切换 收敛时间，但是仍然不能满足高服务质量业务50ms倒换的需求。实际组网中存在环路的以太网络拓扑结构，并且要求链路切换收敛时间小于50ms。
弹性分组环（RPR）技术能够实现快速收敛，它的保护倒换时间小于50ms。RPR技术兼有SDH和以太网技术的优点，因此，广受设备商的关注。但是它需要使用额外的硬件才能支持，投资成本高。
IETF RFC3619即EAPS，它采用Polling及故障通告机制检测以太网故障和相对简单灵活且易于实现的保护倒换协议，较好的满足了城域网语音与数据等 业务的需求，早期被一些设备厂商在汇聚网络上商用，并在此基础上不断改进，后期各厂商又在此基础上衍生出多个私有的技术，如中兴ZESR、华为RRPP、 烽火网络ESR等以太环网保护技术。分析发现EAPS存在两个明显弱点：故障通告丢失或因某种原因未能触发故障通告，依靠Polling机制检测发现故障 时间较长，不能满足50ms保护倒换要求；若链路故障是单向的，Polling机制可能检测不到该故障并不触发保护倒换。而且它没有形成一个正式标准，各 个厂家都有自己的解决方案，让互通性成为难题。
ITU-T G.8032定义了以太环网自动保护切换机制，克服了EAPS的上述弱点。它的切换时间小于50ms，能够实现链路的双向故障检测，支持多环多域的拓扑。这些优点让它成为国际上最成熟的标准。

2 G.8032协议原理介绍
2.1 基本概念
RPL（Ring Protection Link）：环保护链路，在正常状态下，这段链路一直处于阻塞状态，以防止成环。当环中有链路故障时，就启用这段链路，完成保护倒换。
RPL owner：RPL拥有节点，它负责阻塞RPL链路。正常状态下，该节点中与RPL相邻的端口block。
G.8032中规定，一个环中设定一个节点为Owner节点，其他节点都是普通节点。同一个环的节点配置相同的控制VLAN。G.8032的保护倒 换的实现是基于APS（Automatic Protect Switching自动保护倒换）协议的，它的控制报文在APS通道中传递。
2.2 G.8032基本原理
G.8032的故障检测机制不同于其他协议，它采用Y.1731或IEEE 802.1ag中定义的连续性检测(CC)进行链路双向转发检测，能够定位故障点并检测故障是单向还是双向的，并且用于保护转换时，CC帧默认的传输周期 是3.33 ms（即每秒300帧的传输速率）。G.8032通过Y.1731通告的消息来判断链路的状态，并做出相应的处理。G.8032的控制报文类型主要有SF 和NR，如果检测到链路故障，就发送SF（signal failed）消息，检测到链路恢复，就发送NR（No Request）消息。如果检测到链路状态变化，连续发送三个报文，之后报文的发送速率是每隔五秒发送一次
G.8032定义了两种状态，Idle或Protect状态。环路正常时，就处于Idle状态，要是发生链路故障，就处于Protect状态。恢复 时有两种模式，可恢复模式和不可恢复模式。在可恢复模式中，故障链路恢复之后，环路还是处于Protect状态，主节点启动WTR计时器，当计时器超时 后，环路才切换到Idle状态。在不可恢复模式中，故障链路恢复之后，故障链路恢复节点仍然阻塞故障端口，周期性通告NR，收到NR的节点，包括 Owner，转发，不做其他处理。
下面用图来说明不同场景下G.8032的保护倒换机制。
如图1所示，这是环路处于正常状态的时候，S1设定为拥有节点，阻塞S1中的a端口，S1与S4之间的链路为保护链路RPL。此时Owner节点S1周期性的向其他节点发送NR,RB消息。

图1 环路Idle状态
如果发生链路故障，则切换到Protect（保护）状态。如图2所示，S4和S3之间的链路故障。节点S3、S4检测到链路故障，阻塞故障端口，并 且周期性的发送SF消息，通告环路中的其他节点链路已经故障。其他节点接收到SF消息后，打开非故障阻塞端口，并刷新MAC。这样，拥有节点S1收到SF 消息后，就会打开之前阻塞的RPL端口，业务切换到RPL链路，整个环路完成了保护倒换。

图2 环路Protect 状态
图3示例可恢复模式中故障链路恢复时的倒换机制。

图3 故障链路恢复
S3和S4节点检测到它们之间的链路恢复，但是仍然阻塞之前处于故障状态的端口，并且周期性向外发送NR消息。拥有节点接收到NR消息之后，马上启 动WTR计时器，计时器超时之后，阻塞RPL端口，并向外发送NR,RB消息。S3和S4接收到NR,RB之后，打开非故障阻塞端口，环路切换到Idle 状态。这里还定义了一个Guard Timer计时器，在S3和S4检测到链路恢复后马上启动，计时器运行期间，将忽略来自远端的SF信号，它的作用是防止成环。而WTR计时器的作用是防止 环路来回倒换，让环路可以稳定倒换。
2.3 多环保护倒换机制
2009年，ITU-T 发布了G.8032协议的修订版，这个版本主要增加了以太网多环的保护方案。修订版里面增加了一些新的概念。
互联节点：连接多个环的节点。
子环：通过互联节点与其他环或网络连接构成的环。子环并不闭合，互联节点不属于子环。
R-APS虚通道：子环在互联节点之间的R-APS信令通道。
如图4所示，这是一个多环模型。
 
图4 多环模型
图4中，S3和S4为互联节点，他们之间的链路为共享链路，共享链路属于主环。主环上连接互联节点的为虚通道，虚通道是主环上的一条冗余链路。主环 和子环看成两个环，每个环设定自己的Owner节点。多环的保护倒换和单环相似，各自处理自己环内的故障。需要注意的是，如果共享链路故障，主环切换到保 护状态，子环不做处理。

3 需要解决的问题
修订版中定义了子环模型，这种模型可以支持任意多环网络的拓扑结构，应用范围更广。但是协议还是只针对单点故障提出了保护方案，对于多点故障，没有 切实的解决方案。协议中提出了虚链路的概念，虚链路是主环上的一条冗余链路，而且又联系着子环。如果主环上共享链路和一根非共享链路故障，可以利用虚链路 来通告子环，让主环通过子环进行通信。但是，链路恢复时，如何避免成环，是有待研究的问题。

4 结束语
对于保护而言，环形拓扑具有得天独厚的优势，它能实现最经济的冗余保护。以太环网保护技术努力提高可靠性，使环自愈时间小于50ms。ITU-T G.8032协议优化了故障检测机制，大大缩减了收敛时间。随着标准的发布，各个厂家的互通成为可能。而且修订版中增加了多环的保护方案，在实际网络中有 很大的实用价值。如果能对多点故障提出解决方案，将更能提高以太网的可靠性。
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