作者：黄国斌 李学军 周敏 等
出版社：人民邮电出版社
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面向5G的智能光承载网规划与运维实践试读：
前言
在当下的国内通信市场上，互联网企业和通信运营企业都不断顺应技术和业务的发展趋势，在终端、网络、云计算等多个技术创新领域不断发力。尤其是以BAT为首的互联网企业，已经不再满足于在内容应用市场获利，而是开始基于其强大的软件及应用开发能力，在收获内容红利的同时，将创新和业务的触角不断向网络下层延伸，传统通信运营商赖以生存的“连接”型通信业务正受到不断的侵蚀。为了应对上述竞争，通信运营商也未坐以待毙，而是主动对其最重要的资产——“网络”自上而下地进行新的顶层设计，通过引入“网络软件化”“功能虚拟化”“计算云化”等理念，对网络进行扁平化改造和“注智”，使原本不具备智能特性的“管道”具备智能，使原本过于臃肿、迟钝的网络逐步具备“简洁、敏捷、开放、集约”的特征，使原本售卖机房、机架、带宽的模式向“云网协同”的销售模式转变，并通过建立相应的软件开发团队，持续进行软件迭代以支持业务的不断创新。
2016年7月11日，中国电信在京召开“十年重构 翼启转型——《中国电信CTNet2025网络架构白皮书》发布会”，正式全面启动了中国电信网络智能化重构工作。中国电信最大的子公司、年收入约占中国电信1/5的广东电信，近年来已根据集团公司的部署，在网络转型方面进行了大量的技术革新，如承载网进一步扁平化，由三层变两层；引入基于软件定义网络（SDN）的互联网数据中心（IDC）流量调度中心；实现天翼云网融合及“一键开通”；为政企客户打造超低时延专线；开发新一代智能网络业务运营系统以实现物理网络和虚拟资源的统一管理和调度等，为即将到来的5G时代夯实了基础。
2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电正式颁发5G牌照，批准四家企业经营“第五代数字蜂窝移动通信业务”。这标志着我国正式进入5G商用元年，而这个时间相较于此前官方表述的“2020年5G正式商用”的时间足足提前了半年。由于标准的滞后，运营商拿到商用牌照之后只能优先选择非独立组网（NSA）架构，并兼顾向独立组网（SA）架构平滑过渡来启动5G网络建设工作。但为了支持5G高可靠、低时延、海量连接的特性，运营商无一例外地都在建设伊始，对相应的智能光承载网所应具备的能力特性提出了全新的要求。
综上所述，一方面为了应对竞争，另一方面为了加快自身网络和业务转型，以满足客户不断发展的多样化需求，通信运营商现阶段迫切需要尽快构造一张具有“大带宽、大连接、准实时”能力的5G承载网络。然而，核心问题是：它与我们以往的承载网络最大的不同点是什么呢？
通过分析网络流量流向的数据可以发现，伴随着云计算和物联网技术及应用的普及，IP网络流量正在加速向大型化的IDC和云计算中心集中；在5G网络中，终端到基站的时延约为1ms，终端到服务器的时延约为10ms，而后者在4G网络中为50~100ms，由此可见性能大幅提升，且考虑到要支持5G的3种主要应用场景——3D/超高清视频等大流量移动宽带业务（eMBB），无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务（uRLLC）和大规模物联网业务（mMTC），前两个场景都对时延高度敏感，因此，5G时代的承载网将是一张融合、海量、敏捷、超低时延、智能的承载网，这张网不仅是IP网、传输网、光缆网的简单叠加，而且是具备层间互通感知和业务内容感知能力的新一代智能承载网。
广东电信拥有大量贴近现网实际的技术和业务专家队伍，本书将对我们在构建这样一张弹性智能承载网的过程中积累的经验、当下的创新试验和未来的布局规划进行详细的阐述。
本书的特点可以归纳为“四分技术、三分运营、三分经验”。“四分技术”指的是对智能光承载网的技术原理和演进路径等细节的规范阐述。“三分运营”指的是结合运营商的实际案例和应用场景，介绍智能光承载网如何实现对上层各种技术业务（包括5G承载、跨域组网、IDC互联、云网协同）的支撑。“三分经验”指的是并非所有技术都可用，适合我国实际的才是最好的。我们会结合过去3年的经验，给广大读者呈上自己的思考和建议，并对未来的智能光承载网如何适应云网协同和5G应用的演进之路提出我们的观点。
第1章“智能光承载网的演进历程”对传统光承载网的定义、组成元素、智能光承载网的现状及发展趋势进行简要描述，帮助读者初步了解光承载网的基本概念；再基于光承载网的网络模型，向读者进一步阐述传统光传输网络与发展中的未来智能光承载网的区别；在此基础上再对光承载网进行分层解构，详细介绍其组成元素及其特点，从而帮助读者逐步建立起系统化的光承载网概念，并初步了解当下正逐渐成为主流的智能光承载网的现状及发展趋势。
第2章“智能光承载网的规划”先简要介绍了开展智能光承载网规划时所涉及的概念、关注点、规划流程及方法，并结合运营商开展光承载网规划的工作实例，从骨干网和本地网两个维度进行了较详细的案例解构，最后介绍了在实际工作中会用到的规划工具——OTN规划平台和智能光承载网可视化平台的实现原理、主要功能及部分工作界面，以开拓读者的思路。
第3章“智能光承载网的运维实践”对常见的光承载网运维案例、各种中断故障及其影响进行了介绍，并建立了一个包括运维目标设定、运维输入和运维输出的光承载网运维模型。除此之外，还介绍了常用的光承载网运维工具，梳理并提出了光承载网的稳健性评估指标体系，并结合运营商在提升光承载网稳健性工作中的“宽带网络稳健性提升”“长途光缆OLP实施”两个真实场景，用现网实际优化后的效果代入并进行评价分析，以验证用前面介绍的运维模型、方法和工具开展现网运维工作的有效性。
第4章“智能光承载网架构的演进及实践”对5G时代的业务需求驱动因素，以及由5G业务变化引发的网络架构变革进行了阐述，主要包括智能光承载网络的演进趋势（技术要求、演进方向）、相应的网络架构和方案（无线接入网、前传/中传/回传、核心网），并以正在进行的某地市5G承载试验网为案例，详细介绍了运营商对于实现网络关键指标所采取的具体措施。
第5章“智能光承载网技术的创新发展”中简要描述了智能光承载网的未来发展方向，包括创新的oDSP技术、新型光模块/光器件技术（实现超高密集成及超低功耗的硅光技术）。在应用层面上，介绍了如何利用全光交换（OXC）技术构建超低时延网络，如何利用OTN集群技术实现光承载网容量升级平滑演进，如何利用液冷技术推进绿色机房建设节点。最后，就光承载网未来的技术发展走向，描述了从人工走向自动化（通过TSDN集中管控实现自动化网络运维和资源配置），再从自动化走向智能化（基于AI和大数据技术实现光网络自优和自治）的演进路线。
本书中所阐述的原则和案例，均来源于经过脱敏后的实际规划和运维实践。事物都在发展变化之中，网络技术更是随着时代的进步而日新月异，原则也可能不断修正。然而，作为通信网络的建设者和维护者，我们明白有一条原则是不会变的，那就是用更严苛的指标来持续优化网络，使其相较竞争者的网络保持差异化的竞争优势。
希望广大读者能对本书中所阐述的原则和案例进行挑选和吸收，并在日常的工作中勤于思考，努力成为具有独特竞争优势的承载网技术专家。编者2019年10月于广州第1章 智能光承载网的演进历程
本章主要介绍传统传输网技术和智能光承载网技术的发展过程与技术特点。1.1 本章概述
从20世纪80年代末至今，光承载网的发展已经走过了30多年，与光承载网密切相关的光通信技术也依次经历了准同步数字系列（PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy）、同步数字系列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）、波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）、光传送网（OTN，Optical Transport Network）4个时代，而今正快步迈向全光交换的阶段。在此期间，光通信技术与依托于其上的互联网应用的快速发展，一方面共同推动了社会的进步，缩小了由于信息不对等而导致的“数字鸿沟”，另一方面也极大地提高了社会各行各业的生产效率，丰富了国民经济生活中的各种关键应用，从而带动了第四次产业革命——信息革命的发展。
从通俗的角度来看，一般将早期的光承载网直接称为传输网，特指用来提供信号传输和转换的网络，其主要用途是为语音、数据等业务网络提供承载传送服务。早期的传输网中涉及的技术主要包括光缆光纤、PDH、SDH、WDM、自动光交换网络（ASON，Automatically Switched Optical Network）及OTN等。随着可重构光分插复用器（ROADM，Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer）、分组增强型OTN、光交叉连接（OXC，Optical Cross Connect）技术及与软件定义网络（SDN，Software Defined Network）、人工智能（AI，Artificial Intelligence）技术的结合，光承载网现在已经进入了全新的智能光承载网时代，不仅单波速率更高（可达400Gbit/s或800Gbit/s）、时延更低，而且还具有更强的自恢复和保护能力。本章对智能光承载网的进展只做基本的介绍，更详细的内容将在第5章“智能光承载网技术的创新发展”中进行详细阐述。
如无特殊说明，本书中的光承载网是广义上的密集波分复用（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）/OTN、多业务传送平台（MSTP，Multi-Service Transfer Platform）/SDH、光缆网的统称。1.2 传统光传输网技术
对传统光传输网技术的深入阐述不是本书的重点，因此本章仅对运营商网络中涉及的传统光传输网技术进行简单介绍。1.2.1 光缆网
1．光缆
光缆（Optical Fiber Cable）是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质，用以实现光信号传输的一种通信线路，多适用于室外场景。光缆一般由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成，另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。缆芯主要由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成，光缆内没有金、银、铜、铝等金属，一般无回收价值。
目前社会正处于互联网信息时代，声音、图像和数据等信息的交流量非常大，而光缆网以其众多优点得到广泛应用，这些优点包括通信容量大、中继距离远、抗电磁干扰、体积小、质量轻、原材料丰富等。除此之外，光缆还具有易于均衡、抗腐蚀、不怕潮湿的优点，因而经济效益非常显著。
2．光缆路由
光缆路由是通信网络中用于承载光缆线路的支撑设施，根据外部环境和设施的不同可分为管道路由、直埋路由、架空路由、室内路由和水底路由等。这5种不同特性的物理路由作为承载通信线路的基础，串联起了整个通信网络。（1）管道路由
管道路由是由人孔、手孔、引上管和管道四部分组成的物理路由，一般在城市地区采用，具有安全性高、灵活性强、容量大、造价高等特点，是目前敷设通信线路的最主要的方式。线缆通过逐段穿过人井孔的方式敷设，井间距一般为50~100m，由于管道密闭性强、安全性高，因此对线路护层没有特殊要求，无须铠装。制作管道的材料可根据地理选用混凝土、石棉水泥、钢管、塑料管等。管道路由承载的线路一般容易受到外力施工和鼠咬的破坏。（2）直埋路由
直接埋设在地下的线路路由称为直埋路由，直埋路由主要由硅管、手井和预埋壕沟三部分组成，一般在山区、农田使用，安全性较高、灵活性差、造价中等，主要用于长途光缆的敷设。要求敷设的线路外部有钢带或钢丝的铠装（或加套硅管），这样可以抵抗外界机械损伤和防止土壤腐蚀。根据土质和环境的不同，地下深度一般为0.8~1.2m。承载的线路容易受到水利农田施工或自然灾害（如塌方）等的破坏。（3）架空路由
架空路由包括水泥杆、吊线和挂钩等部分，一般在非城市地区使用，具有建设周期短、造价低、灵活性高等特点，缺点是安全性低，且部分城市区域不允许设立水泥杆。架空线路裸露挂设在水泥杆上，要求能适应各种自然环境，易受台风、冰凌、洪水等自然灾害的威胁，也容易受到外力和本身机械强度减弱等影响，因此架空线路的故障率高于直埋路由和管道路由。（4）室内路由
室内路由由楼道竖井、楼道PVC管和墙外挂钩等部分组成，一般用在建筑物内的线路敷设，主要用于线路入户。（5）水底路由
水底路由主要由水底特殊光缆和水底喷沟组成，主要用于河流、湖泊和滩岸等特殊的地理环境。水底光缆必须采用钢丝或钢带铠装的结构，护层的结构要根据河流的水文地质情况综合考虑。例如，在石质土壤、冲刷性强的季节性河床中，当光缆遭受磨损或拉力大时，需要粗钢丝做铠装，甚至要用双层的铠装。施工的方法也要根据河宽、水深、流速、河床、河床土质等情况选定。水底光缆的敷设环境条件比直埋光缆严峻得多，修复故障的技术和措施也困难得多，所以对水底光缆的可靠性要求也比直埋光缆高。
3．光缆网的结构
光缆网主要由长途干线网和本地城域网构成。根据连接对象和承载业务区域的不同，长途干线网的光缆称为长途干线光缆，包括省际光缆和省内光缆；本地城域网的光缆称为本地光缆，包括中继光缆、主干光缆和配线光缆，如图1-1所示。图1-1 光缆网结构（1）长途干线光缆网络
长途干线光缆网络是指由省与省之间、市与市之间连接的长途光缆组成的网络，具有线路长度长、承载系统多、传输速率高等特点，承载着电信运营商固网、移动网的全业务语音、数据、图像等信息。长途干线网络呈网状结构，局站与局站之间主要以点到点的形式连接，一旦中断，影响面极大。
由于承载的业务很重要，光缆网络的维护主要以“预防为主、抢修为辅”的思路开展工作。日常需要做好长途线路巡回、隐患处理、日常维修、护线宣传、路由标识等预防性工作，同时新建局站之间的备用光缆作为调度路由，重要光缆段落可以通过加建光自动保护设备的方式，实现光缆中断后承载系统的自动切换，以进一步提高光缆的安全性。
长途光缆按是否跨省可分为以下两类。
·省际光缆：跨省、直辖市、自治区，承载着省际长途业务、Internet国家干线业务的长途光缆。
·省内光缆：省内跨地市，承载着各长途局（地市）间业务的长途光缆。（2）本地城域光缆网络
本地城域光缆网络是在一个城市范围内所建立的光缆网络，由数量庞大的本地光缆连接构成，主要承载城市间传送的业务信息。本地城域光缆网络结构复杂，不同场景下会采用不同的网络结构，比如中继光缆多为环形结构，主干光缆有环形和混合型结构，配线光缆有星形、总线型和树形结构等。
城域光缆网由于网络规模大、结构复杂，容易受市政工程影响发生光缆中断事故，在网络维护上主要以“防抢结合”的思路来开展工作。日常需要做好中继重要光缆的预防性维护工作，重点保障好城域光网环，针对承载的重点客户在重点时段做好专项保障，提高客户感知度。
城域光缆按层级不同可分为以下3类。
·中继光缆：本地局用局站到长途局站相应光配线架之间的通信光缆线路。可实现本地核心节点、区/县中心节点与长途节点之间大颗粒宽带业务的传送。
·主干光缆：从局用局站的光配线架出发，末端终结于一个或多个光交接设备（一级分光器或用户终端设施、接入局站的光纤配线架（ODF，Optical Distribution Frame））的通信光缆线路，可实现区/县中心节点以下各个片区的多种业务的传送和汇聚。
·配线光缆：从光缆交接箱（或分纤箱、接入间的ODF）出发，末端终结于一个或多个用户终端设施（如光终端盒、接入间的ODF等）的通信光缆线路。配线光缆在本地光缆中数量最多，用于进行带宽和业务的分配，实现用户的接入。1.2.2 准同步数字系列（PDH）
准同步数字系列（PDH）是对标准速率相同但允许一定容差的支路信号采用正码率调整，使各支路信号达到同步，然后对已调整好的信号进行复接。为了保证通信的质量，要求不同节点时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫作“准同步”。
接口方面只有地区性的电接口规范，不存在世界性标准，现有的准同步数字信号序列有3种信号速率等级：欧洲系列、北美系列和日本系列。我国采用的是欧洲系列，3种信号系列的电接口速率等级如图1-2所示。没有世界性标准的光接口规范，各个厂家采用自行开发的线路码型。
PDH采用异步复用方式，从PDH的高速信号中不能直接分/插出低速信号，而要一级一级地进行。例如，从140Mbit/s的信号中分/插出2Mbit/s低速信号要经过如图1-3所示的过程。图1-2 电接口速率等级图1-3 从140Mbit/s信号中分/插出2Mbit/s信号
从图1-3中可以看出，在将140Mbit/s信号分/插出2Mbit/s信号的过程中使用了大量的背靠背设备，不仅增加了设备的体积、成本、功耗，还增加了设备的复杂性，降低了设备的可靠性。另外，PDH处理时延极大，在低时延网络中应尽量少采用。1.2.3 同步数字系列（SDH）
同步数字系列（SDH）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体，并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。针对PDH几乎没有进行操作维护管理（OAM，Operation Administration and Maintenance）工作的开销字节，也没有统一的网管接口等缺点，SDH技术做了很大的改进。
1．SD H技术介绍（1）SDH信号STM-N的帧结构
STM-N的帧是以字节（1Byte=8bit）为单位的矩形块状帧结构，如图1-4所示。图1-4 STM-N帧结构
从图1-4中可以看出，STM-N的信号是9行270×N列的帧结构，N的取值与STM-N一致（取值为1、4、16、64、256），表示此信号由N个STM-1信号通过字节间插复用而成。STM-1信号是9行270列的块状帧。
STM-N的帧结构由三部分组成：段开销——包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）、管理单元指针（AU-PTR）、信息净负荷（Payload）。（2）SDH的复用结构和步骤
低速支路信号复用成STM-N信号需经过3个步骤：映射、定位、复用。
映射是在SDH网络边界处将支路信号适配进虚容器（VC）的过程。各种速率（如140Mbit/s、34Mbit/s、2Mbit/s）信号先经过码速调整分别装入各自相应的标准容器中，再加上相应的低阶或高阶的通道开销形成各自相对应的虚容器。
定位是指通过指针调整，使指针的值指向低阶VC帧的起点（在TU净负荷中）或高阶VC帧的起点（在AU净负荷中）的具体位置，使接收端能据此正确地分离相应的VC。
复用是将多个低阶通道层的信号适配进高阶通道层，或把多个高阶通道层信号适配进复用层的过程，复用也就是通过字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU组织进STM-N的过程。
我国的光同步传输网技术体制规定以2Mbit/s信号为基础的PDH作为SDH的有效负荷，并选用AU-4的复用路线，如图1-5所示。从图中可以看到，此复用结构包括一些基本的复用单元：容器（C），虚容器（VC），支路单元（TU），支路单元组（TUG），管理单元（AU），管理单元组（AUG）。这些复用单元后的标号表示与此复用单元对应的信号级别。图1-5 我国的SDH基本复用映射结构
2．SD H网络组网（1）SDH基本网络拓扑结构
SDH网元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、数字交叉连接设备（DXC）、再生中继器（REG）等，不再像PDH那样只有点到点的链状组网方式，而是有了更丰富的网络拓扑，各种网络拓扑如图1-6所示。（2）常用网络拓扑结构
目前用得最多的网络拓扑结构是链形和环形，如图1-7和图1-8所示，它们可灵活组合构成更加复杂的网络。图1-6 SDH基本网络拓扑图1-7 SDH网络链形组网
3．SD H网络保护（1）光纤线路自动切换保护装置
光纤线路自动切换保护装置（OLP，Optical Fiber Line Auto Switch Protection Equipment）由光线路保护设备和操作维护终端组成，主要用于组建无阻断、高可靠、安全灵活的光通信网。其工作原理为：光线路保护设备中的光开关对主/备用路由光信号的强弱进行实时监测，当主用路由的光缆质量劣化或中断，导致光信号变弱或中断时，光开关可在50ms内将主用路由切换至备用路由，从而避免业务中断。实际应用中，可使用色散补偿模块（DCM，Dispersion Compensator Module）和掺铒光纤放大器（EDFA，Erbium Doped Fiber Amplifier）使主、备用纤芯的传输性能尽可能一致。图1-8 SDH网络环形组网（2）链形网1+1（或1∶N）MSP的线路保护倒换
如图1-9所示，1+1（或1∶N）复用段保护（MSP，Multiplex Section Protection）只能保护链路，而无法保护节点的失效，业务恢复时间少于50ms。图1-9 两种制式倒换方式（3）SDH环形网保护
SDH环形网保护通过SDH环形组网及保护状态、保护指令的传递，实现系统级别的保护，工作原理如图1-10所示。当B、C节点间的两根光纤同时被切断时，B节点与C节点的倒换开关将S1/P2光纤与S2/P1光纤接通。在B节点，将从A节点进环沿S1/P2光纤送来的业务信号时隙转移到S2/P1光纤的保护时隙，沿S2/P1光纤传送到C节点。在C节点，将从本节点进环沿S2/P1光纤送出的业务信号时隙转移到S1/P2光纤的保护时隙，沿S1/P2光纤传送到A节点。图1-10 SDH环形网保护（4）SNCP
子网连接保护（SNCP，Sub-Network Connection Protection）是一种1+1方式采用单端倒换的保护，主要用于对跨子网业务进行保护，具有双发选收的特点，不需传递倒换协议，如图1-11所示。从保护形式上看，可以认为它是通道保护的扩充。当工作子网连接（或网络连接）失效或性能劣于某一必要水平时，工作子网连接将由保护子网连接代替。SDH和DWDM、OTN都可以采用SNCP方式对业务进行保护。图1-11 SNCP1.2.4 基于SDH的多业务传送平台（MSTP）
1．MSTP技术的引入
面对电信业务的加速数据化，标准SDH业务已经难以满足IP化的要求，基于SDH网络发展出来的多业务传送平台（MSTP）技术应运而生。
MSTP是一种基于同步数字体系（SDH）的多业务传输平台，能够为多种形式的网络业务提供支持，同时实现时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）、异步传输模式（ATM，Asynchronous Transfer Mode）、以太网等业务的接入、处理和传送，并提供统一的网管能力。MSTP设备综合以太网业务、ATM数据业务和TDM业务，具有SDH处理功能、ATM处理功能及以太网处理功能，其功能模型如图1-12所示。图1-12 第二代MSTP设备功能模型
2．MSTP的关键技术（1）级联
以太网接口映射到SDH虚容器有连续级联和虚级联两种方式。连续级联通过融合多个负荷容器，形成更大容量，不过n个VC-N必须地址相邻，因此带宽分配不够灵活。虚级联使用复帧标识和序列号码，通过虚级联结合多个VC组成一个更大的管道传送信号，无须虚容器相邻。（2）GFP
通用成帧规程（GFP，Generic Framing Procedure）是一种链路层标准，它定义了在链路中传送长度可变的数据分组和固定长度的数据块的数据适配方法。GFP一方面通过对各种数据信号进行透明的封装，可以实现多厂商设备之间的互联互通，另一方面通过引进“多服务等级”的概念，可以实现用户数据统计复用和服务质量（QoS，Quality of Service）的保证。
GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，有通用成帧规程分帧映射（GFP-F）模式和透传（GFP-T）模式两种。GFP-F模式用于以效率和灵活性为主的连接，成帧器在接收到完整的一帧后才进行封装处理，可用来封装长度可变的分组或以太网帧。GFP-T模式处理固定帧长度或恒定比特速率，码流处理无须等待完整帧的接收。GFP-F和GFP-T在帧结构方面完全相同，所不同的是帧映射的净荷长度可变，GFP-F的长度为4~65 535Bytes，而GFP-T的帧长为固定值。GFP是一种通用的适配机制，可以很好地支持多种业务。GFP封装具有效率高、更可靠等优势，而且还提供了一个与协议无关的传输层，有利于传输网络的演进发展。（3）LCAS
链路容量调整机制（LCAS，Link Capacity Adjustment Scheme）可以在不中断业务数据流的情况下，通过自适应所承载业务的带宽动态调整链路容量。LCAS基于双向协议，收发节点之间能实时交换状态。在网络管理系统的控制下，LCAS通过动态调整虚级联组的VC业务实现业务带宽的动态“伸缩”，例如：当一部分成员失效时，链路保证其他正常的成员仍能正常传输数据，同时自动将失效成员去除；当失效的成员被修复后，链路能够以远快于手动配置的速度，自动恢复虚级联组的带宽，从而提高了链路对业务的保护能力。
3．MSTP支撑的以太网业务类型
MSTP主要支持以下几种以太网业务类型：以太网专线（EPL，Ethernet Private Line）业务、以太网虚拟专线（EVPL，Ethernet Virtual Private Line）业务、以太网专用局域网（EPLAN，Ethernet Private LAN）业务和以太网虚拟专用局域网（EVPLAN，Ethernet Virtual Private LAN）业务。（1）以太网透传专线
以太网专线（EPL）业务提供“硬管道”服务，各个用户独占一个VCTrunk，可增强用户数据的安全性和私有性。以太网专线业务包括“点到点专线”和“端到端专线”两大类：“点到点专线”是指在一个MSTP环内的两个节点之间的以太网透传专线业务；“端到端专线”则是指跨MSTP环的两个节点之间的以太网透传专线业务。由于MSTP具有点到点、独占硬管道、QoS高、开通业务迅速、充分利用现有网络带宽资源等特点，在同一个MSTP环中，两个公司的端到端专线可通过不同VC通道的管理分配而互不影响，因此非常适合大客户私有专线的业务场景，具体如图1-13所示。（2）以太网虚拟专线
以太网虚拟专线（EVPL）又可称为虚拟专用网（VPN，Virtual Private Network）专线，其优点在于不同的业务流可共享VC-Trunk通道，使得同一物理端口可提供多条点到点的业务连接，而且各个方向上的性能相同，接入带宽可调、可管理，业务可收敛实现汇聚，可节省端口资源。它用于两用户共享较大的带宽，或错开使用时间时，在费用不变的情况下可获取更高的带宽资源。
EVPL组网实例：如图1-14所示，EVPL透传专线也可用于城域网中企业互联，企业间的数据通过汇聚层传输设备的以太单板按VLAN和端口进行识别、区分，完成透明传送。此业务要求MSTP具有以太网交换功能，使用以太网交换板卡来实现。图1-13 以太网专线组网图1-14 虚拟专线组网（3）以太网专用局域网
以太网专用局域网（EPLAN）也称为网桥服务，网络由多条EPL专线组成，可实现多点到多点的业务连接。接入带宽可调、可管理，业务可收敛、汇聚。优点与EPL类似，在于用户独占带宽、安全性好。
EPLAN组网实例（校园网）：校园网的特点是数据流向复杂，点到点业务连接的流量变化大，而且部分业务需要实现汇聚。校园网中的各大学通过以太专线互联，构成一个校园专用本地网。利用以太单板的二层交换功能完成相互间的数据传送，对各端口进行速率限制（CAR，Committed Access Rate）和流量控制，满足各种QoS要求。（4）以太网虚拟专用局域网
以太网虚拟专用局域网（EVPLAN）也称为虚拟网桥服务、多点虚拟专用网络（VPN）业务或虚拟专用局域网业务（VPLS，Virtual Private LAN Service），可实现多点到多点的业务连接。在EVPLAN业务中，业务流基于MAC地址转发，使得两个站点之间不占用物理通路就能形成逻辑上的以太业务连接，因而节省了带宽。虚拟通道还能使多个站点共享SDH环网的同一传输带宽，实现在该共享带宽上的多个站点业务的统计复用。以太网接口的成本低廉，与SDH网络的高效保护结合在一起构建以太环网，通过以太环网，实现透明LAN服务（TLS，Transparent LAN Service），可以在MSTP传输系统中为拥有多个分支机构的大客户提供虚拟局域网的互联业务。
EVPLAN组网示例：图1-15显示了为大公司与各个分部之间提供TLS服务的例子。以太网共享环支持MAC和VLAN交换，基于VLAN为用户提供多服务等级的业务，可以对客户进行限速。此外，还可以实现多个大客户共享一个虚拟通道，通过VLAN ID把大客户安全隔离开。图1-15 汇聚专线组网1.2.5 自动交换光网络（ASON）
1．ASO N技术的引入
SDH/MSTP光纤传输系统在长途通信网、城域通信网和接入网中都有大规模应用，但也存在业务配置复杂、带宽利用率低、保护方式单一等问题。为解决上述问题并进一步提升网络稳健性，一种新型的网络体系——ASON应运而生。ASON由用户动态发起业务请求，自动选路，并由信令控制实现连接的建立、拆除，能自动、动态完成网络连接。在ASON中引入了控制信令，并通过增加控制平面，采用Mesh拓扑结构，支持端到端业务配置和多种业务恢复形式。ASON通过提供路由选择和分级动态保护功能，尽量少地预留备用资源，一方面可以提高网络的带宽利用率，另一方面当网络出现故障时，可以尽快恢复业务。
2．ASO N的总体架构
ASON通常划分为3个平面，即传送平面、控制平面和管理平面。控制平面负责完成呼叫控制和连接控制，通过信令完成连接的建立、释放、监测和维护，并在发生故障时自动恢复连接，使光网络具备了基本的“智能”特性，因而也是ASON最为突出的特点之一；传送平面（即SDH网络）主要完成光信号的传输、复用、配置保护倒换和交叉连接等功能；管理平面负责完成整个系统的维护，以及对ASON进行端到端的配置管理。
传送平面和控制平面被划分为多个与相关网络管理域相匹配的子域。同一网络管理域中，在管理平面的控制下，相关控制平面和传送平面可被进一步划分为更细化的选路区域。不同子域、选路区域及同一选路区域不同的网络控制组件之间只通过相应的参考点之间的协议接口进行信息交互。不同平面间的关系如图1-16所示。图1-16 ASON各平面间的相互关系
3．ASO N+SD H网络组网及保护方案
在演进到ASON时，组网方式以网孔型Mesh为主。ASON可以基于G.803规范的SDH传送网实现，也可以基于G.872规范的光传送网实现，因此，ASON可与SDH传送网络混合组网，相应的组网如图1-17所示。图1-17 ASON+SDH网络组网（1）Mesh组网及保护方案
Mesh组网是ASON的主要组网方式之一，具有灵活、易扩展的特点。由于Mesh组网不需要预留50%的带宽，因而在提供动态路由恢复功能的同时，也节约了宝贵的带宽资源。传统的1+1保护只能抗一次断纤，而ASON依靠重路由恢复功能，可抗多次断纤，因而极大地增强了网络的可靠性。
Mesh组网中一般存在以下两种保护和恢复方式。
·路径保护恢复：就是当业务路径出现故障时，为了达到保护业务的目的，预先或实时重新计算一条ASON内端到端的路径并实现倒换。
·链路保护恢复：就是当业务路径出现故障时，只重新计算并倒换中断段落的局部路径，其余路径不变。（2）网络恢复机制
ASON的保护机制主要有如下几种。
·1+1保护：提供专用的保护通道，源节点双发业务和宿节点选收业务，保护时间在50ms以内。
·重路由策略：分实时动态重路由和预置静态重路由。实时动态重路由是指工作路由中断后，故障节点根据当时的网络资源情况实时计算出恢复路由，同步将业务切换到恢复路由上；预置静态重路由则是指发生故障前就在预置表中为业务预置了恢复路由。发生故障时，可以从预置表中实时调用恢复路由，对业务进行切换。（3）网络恢复方法
网络恢复方法可分为集中式恢复方法和分布式恢复方法。
集中式恢复方法中，网络由集中控制系统（通常为网管系统）进行全面控制。网管系统中存储着包含网络中所有节点、链路和空闲容量信息的网络数据库。当某些链路或节点失效时，故障信息经其他可用路由自动上报给网管系统，然后网管系统根据网络数据库中的信息计算出替代路由，并向各个节点下发控制命令，从而建立新的路由，使网络恢复正常运行。
分布式控制方法无须统一集中控制系统。当网络中的某些链路或节点失效时，相邻节点会检测到故障，并向全网广播故障信息，所有经过此链路或节点的标记交换路径（LSP，Label Switching Path，即智能业务经过的路径）会自动发起重路由，从而建立新的LSP，使网络恢复正常运行。（4）业务类型
从保护的角度将业务分成多种级别，可以更灵活地满足不同用户的多种需求。
·钻石业务：提供永久1+1保护，保护时间为0~50ms。
·金级业务：提供1∶1保护和重路由恢复，保护时间为0~50ms；恢复时间为100ms至数秒。
·银级业务：实时自动重新计算路径，恢复时间为100ms至数秒。
·铜级业务：不提供保护。
·铁级业务：在网络资源紧张的情况下，能被更高级别的业务抢占。1.2.6 波分复用（WDM）系统
波分复用技术利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把单模光纤低损耗窗口的波长范围划分成若干个波段，再将每个波段作为一个独立的通道，实现一种预定波长光信号的传输。WDM的本质是在光纤上进行光频分复用以达到扩充信道容量的目的。与单信道系统相比，WDM技术不仅极大地提高了网络系统的通信容量，充分利用了光纤的带宽，并且具有扩容简单和性能可靠等诸多优点，因此获得了广泛的应用。
1．密集波分复用（D W D M）系统
密集波分复用（DWDM）系统通常是指波长间距较小，光纤的低损窗口可以密集排布几十个波道的波分系统。通常使用光纤的1550nm窗口，由于波长间隔很窄，对激光器的谱宽要求很高。（1）DWDM系统的构成
DWDM系统主要由发送和接收光终端复用器（OTM，Optical Terminal Multiplexer）与光线路放大器（OLA，Optical Line Amplifier）组成，如果按组成模块来分，则有光转换单元（OTU，Optical Transform Unit）、波分复用器或分波/合波器（ODU/OMU，Optical Demultiplexing Unit/Optical Multiplexing Unit）、光放大器（BA/LA/PA）、光监控信道（OSC，Optical Supervisory Channel）。
光转换单元将非标准的波长转换为符合ITU-T规范的标准波长，应用光/电/光（O/E/O，Optical/Electrical/Optical）的转换过程，即先把接收到的光信号转换为电信号，然后该电信号对标准波长的激光器进行调制，从而得到新的光波长信号。
波分复用器可分为发送端的光合波器和接收端的光分波器。光合波器在传输系统的发送端，有多个输入端口和一个输出端口，将多个不同预选波长的光信号合成一路复用的光信号输出。光分波器在传输系统的接收端，正好与光合波器相反，具有一个输入端口和多个输出端口，可将复用光信号的多个不同波长的信号分离开来。
光放大器可以对光信号进行直接放大，同时还具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的特性。目前实用的光纤放大器主要有掺铒光纤放大器（EDFA）、半导体光放大器（SOA）和光纤拉曼放大器（OFRA）等，其中EDFA以其优越的性能，作为前置放大器、线路放大器、功率放大器被广泛应用于长距离、大容量、高速率的光纤通信系统中。
光监控信道是为监控WDM的光传输系统而设立的。对于光监控信道信号，ITU-T建议优先采用1510nm波长，OSC光信号速率为2Mbit/s。OSC信号采用低速率可以保证较高的接收灵敏度，当波分系统的光功率降至-48dBm时仍能正常工作。保证高接收灵敏度还需要优化OSC在系统光路中的接入点，光接收端侧在EDFA之前下光路，发送端侧在EDFA之后上光路。（2）DWDM系统模式
DWDM通常有开放式DWDM和集成式DWDM两种模式，根据工程的需要可以选用不同的应用形式。在实际应用中，目前国内主要使用开放式DWDM系统。
开放式DWDM系统的特点是对复用终端光接口没有特别的要求，只要求这些接口符合ITU-T建议的光接口标准。DWDM系统采用波长转换技术，将复用终端的光信号转换成指定的波长，不同终端设备的光信号转换成不同的符合ITU-T建议的波长，然后进行合波。
集成式DWDM系统没有采用波长转换技术，它要求复用终端的光信号的波长符合DWDM系统的规范，不同的复用终端设备发送不同的符合ITU-T建议的波长，这样它们在接入合波器时就能占据不同的通道，从而完成合波。（3）DWDM网络组网
DWDM的组网方式一般为链状和环状，分别如图1-18和图1-19所示。图1-18 DWDM组网（链状）图1-19 DWDM组网（环状）
2．稀疏波分复用（CW D M）系统
稀疏波分复用（CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing）系统的波长间隔通常较大，使用1260~1620nm的波段低损窗口。CWDM系统与DWDM系统的区别主要有以下两点。
①CWDM载波通道间距较宽，因此一根光纤上可复用2~40个波长的光波，“稀疏”与“密集”的称谓就由此而来。
②CWDM调制激光采用的是非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。冷却激光需要冷却技术来稳定波长，实现起来难度很大，成本很高。CWDM系统采用的激光器不需要冷却，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统的成本只有DWDM系统成本的30%。
相对于DWDM系统，CWDM系统在提供一定数量的波长和100km以内的传输距离的同时，大大降低了系统的成本，因此CWDM系统主要应用于城域网中。CWDM用低成本提供了高接入带宽，适用于短距离、高带宽、接入点密集的通信场合。
但CWDM系统不可避免地存在一些性能上的局限，主要存在以下问题。
①没有全波段的放大器，每隔80km左右就需要电中继，而DWDM系统可实现无电中继2000km，所以传输距离增加时，CWDM系统的成本急剧上升。
②CWDM系统在单根光纤上支持的复用波长个数较少，扩容成本高。1.2.7 光传送网（OTN）
光传送技术是一种以波分复用技术为基础、统一管理传统的电域和光域的技术。
1．OTN分层结构
OTN在垂直方向上分为光通路（OCh，Optical Channel）层网络、光复用段（OMS，Optical Multiplex Section）层网络和光传输段（OTS，Optical Transmission Section）层网络3层。
OTS是在接入点之间通过光传输段路径提供光复用段传送的层网络，是OTN设备通过传统的WDM设备中的光放大器件提供光传输段路径的物理载体。简单来说，两个光放大器之间构成了光传输段。OTS定义了物理接口，包括频率、功率和信噪比等参数，转化为OMS层适配信息和特定的OTS路径终端管理/维护开销进行传送。
OMS是在接入点之间通过光复用段路径提供光通道传送的层网络，在系统中体现为光波长复用/解复用子系统，即在合/分波器之间构成光复用段。
OCh为OTN的核心，是OTN的主要功能载体，OCh层网络通过光通路路径实现接入点之间的数字客户信号传输。
OCh层网络可以被划分为3个子层网络：光通路（OCh）子层网络、光通路传送单元（OTUk）子层网络和光通路数据单元（ODUk）子层网络。
对客户信息完整的适配和传送过程如下。
①OPUk和客户信号速率进行适配后形成OPUk净负荷，加上OPUk开销形成OPUk帧信号。
②ODUk信号净负荷就是OPUk帧信号，加上ODUk相关开销。ODUk是适配客户信息在光通路上传送的信息结构，用于实现客户信号数据单元的传送。
③OTUk信号中净负荷是光通路数据单元ODUk，加上OTUk相关开销（FEC和光通路连接管理开销），形成OTUk帧信号。
④OCh是把支持维护功能信息的开销添加到OTUk中，当OCh信号组合和拆分时，OCh开销信息会被终结取出。可以简单理解为波道通道就是OCh通道。
OTUk和OPUk的容量由k划分，k＝0,1,2,2e,3,4,flex。ODUk子层支持复用功能，可实现不同层次（k值）ODUk的信号复用。
OTN中另一个重要的设备是OTN电交叉设备，主要用于完成ODUk级别的电路交叉功能，为OTN提供灵活的电路调度和保护能力。OTN电交叉设备可以独立存在，对外提供各种业务接口和OTUk接口，可类比于大容量的SDH设备；也可以与WDM终端复用功能集成在一起，除了提供各种业务接口和OTUk接口以外，还提供光复用段和光传输段功能，支持WDM传输。OTN电交叉设备的功能模型如图1-20所示。图1-20 OTN电交叉设备的功能模型
2．OTN的优势
引入OTN后，传输承载网在通道性能、故障监测和大颗粒业务开通等方面明显有了WDM系统不可比拟的优势。
①在WDM系统中引入OTN接口，实现对波长通道端到端的性能和故障监测。
②引入OTN交叉设备实现WDM系统业务接口和线路接口的分离（支线路分离），满足业务网络和传送网独立演进和发展的需求，降低网络建设成本。
③通过引入OTN交叉连接设备，实现大颗粒波长通道业务的快速开通，提高业务响应速度。引入基于OTN的保护和恢复机制，可以提高骨干传送网的可靠性，降低网络维护成本。
因此，OTN主要用于提供高质量的1Gbit/s及以上速率的电路，包括出租专线业务和具有质量要求的数据业务（如IPTV、CN2等）的承载电路。同时，采用OTN承载上层网络的1Gbit/s及以上速率的子波长级中继电路，可达到节省网络资源（光纤或波道）的目的。
3．OTN网络技术演进、业务承载及保护方案（1）网络技术演进
图1-21展示了传输骨干网从SDH组网到SDH+DWDM组网，再到OTN的发展历程。图1-21 OTN技术演进（2）业务承载方案
几种业务承载方案介绍如下。
·宽带业务承载：OTN支持GE到100GE端口转换，实现城域网内部及骨干网互通，支持ODUk上传送、实现通道热备、波长透传。
·移动业务承载：OTN可以和PTN/IPRAN混合组网，PTN/IPRAN接入环实现基站接入，通过OTN大带宽上联核心网。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]