SDH网络应用的新技术探析

由网络业务IP化和动态化，以及各种业务融合推动网络运营商必须优化SDH网络，采用新技术，以适应各种新业务的应用。这些新技术是VC虚级联（VCAT），通用成帧规程（GFP），动态链路容量调整机制（LCAS）和弹性分组环（RPR）等。其主要目的就是使SDH传输系统适合于传输包括数据业务在内的VoIP、IPTV及多媒体等多种业务，使SDH网的接口和规约具有灵活性，实现带宽的有效利用，同时使SDH网络易于智能化。

1.通用成帧规程

GFP（Generic Framing Procedure，通用成帧规程）是一种将高层的用户信息流适配到传输网络，例如SDH/SONET网络的通用机制，对IP/PPP、Fiber Channel、以太网等数据业务，在通过SDH网络传输之前将异步的、突发和可变帧长的业务进行适配；它是第一层数据封装机制，也是一种高效灵活的映射方法；大多用在城域网和广域网内传输多种规约的数据。通用成帧的优势在于它可以提供更强的检测和纠错能力，并能提供比传统封装方式更高的带宽效率。这样，作为多业务传输平台（MSTP）的SDH网络可以GFP为基础，实现不同厂商映射方式的互通，即提供从网络到业务的互通，并提升网络效率和简化网络管理，从而提高网络的经济效益。GFP现已成为各厂商以太网业务处理的惟一封装标准。ITU-T G.7041定义了GFP的方案。目前有以下两种类型的GFP帧结构或映射方法。

（1）基于帧的或成帧映射的GFP-F（Framed Mapped）：一个数据信号帧完整地映射进一个GFP帧中。

（2）透明映射的GFP-T（Transparent Mapped）：一个数据信号帧分组地映射进周期性的GFP帧中。

GFP-F只是将用户数据映射到GFP帧内，而用户数据帧之间用于控制和管理的字节不被映射进GFP帧内，因此，传输网的带宽能有效地利用，这对数据量小的客户特别有利；但要求能提取并传输一个特定的物理编码子层和媒体接入（存取）控制（MAC）规约，所以，不同的规约就要求有不同的硬件设备。GFP-F可以较好地应用于以太网中。

GFP-T将完整的客户信号映射到固定长度的帧内，而不关心信号的内容，主要目的是为了给客户信号提供快速的传输响应时间；如果在客户信号中有无用的空闲信息，这些空闲信息比特也同样地要传透过去。其特点是只要求最低限度的客户端信号的信息，就可用一个单一硬件将传输建立在编码8B/10B的多重规约之上；因此，它用于用户接入网比较理想。

GFP帧结构如图3-48所示，包括核心包头（Core Header）4B，净荷包头（PayloadHeader）4～64B，用户或GFP净荷（Client or GFP Payload），帧检测序列（FCS）4B。

图3-48 GFP帧结构

2.VC虚级联

在ITU-TG.707中定义了传统的级联方法，即连续级联。连续级联是将几个相连的容器结合成一个大的容器并通过SDH系统传输；其缺点是传输链路的所有网元必须能识别和处理它，且由于带宽颗粒较大使传输效率较低。但是，ITU-T和ANSI定义的VC虚级联（VCAT）却没有这些问题。因为，虚级联分别映射各独立的容器到一个虚的级联链路；且任何容器可编成一组，它提供了更精细的带宽颗粒度；此外，它能使运营商根据用户业务需要有效地调整传输容量。所以，通过VCAT即能实现带宽颗粒调整，又实现了业务带宽与SDH虚容器之间的适配，从而比连续级联能更好地利用SDH链路带宽，提高了传输效率；另外，采用VC虚级联（VCAT）技术，还可以实现多径传输；不过，自然会产生差分时延，需要进行补偿。总之，VCAT的特点是将不连续的SDH同步净荷（数据）按级联的方法，构成一个虚级联信号组（VCG）进行传输，以达到匹配业务带宽的目的。在SDH网络中，VCAT的实现比较简单，最重要的是确保参与VCAT的虚容器序列号SQ的传输，要保证在系统的接收端能够将传输信号的VC进行正确的排队重组。

例如将一个1Gbit/s的以太网客户信号映射到7个STM-1中（7×155.5Mbit/s=1088Mbit/s），带宽利用率达92%。如果用传统的方法就需要一个STM-16（2.488Gbit/s），会浪费约60%的固定带宽。表3-6给出采用VC虚级联的效率。

表3-6 采用VC虚级联的效率

采用虚级联技术时，数据净荷将被分拆，组成VCG，经过两个或多个路径在SDH网络中传输。因为这两个或多个路径的距离和其路径所包括的网元数量均不可能相同，故VCG成员不可能同时到达终点；收端设备必须补偿其时延差后再重组净荷。差分时延由不同因素造成；其一就是由于VCG各成员经过的路径距离不同，由此造成的差分时延是相对固定的，便于补偿。但由SDH网络指针调整或传输链路自动保护转换造成的差分时延，则是变化的，不易补偿。由ITU-T标准中定义的MFI参数决定了最大允许的差分时延是256ms，但这只不过是理论值；即便在最恶劣情况下也不宜采用这个值。设备厂商需要确定他们生产的网元实际能补偿多大的差分时延。因为差分时延的测试与分析，在网络安装调试时进行补偿，是非常重要的。

3.链路容量调整机制（LCAS）

LCAS（Link Capacity Adjustment Scheme，链路容量调整机制）可以根据业务流量对所分配的虚容器带宽进行动态调整，并且在调整过程中不会对数据的传输性能有影响。使用这种技术可提供一种无损害的调整链路容量的控制机制。ITU-T G.7042定义了链路容量调整的LCAS方案。VCAT的功能是通过适当排列SDH/SONET通道和带宽达到有效地支持数据包，而LCAS的功能则是通过对VCAT中的虚级联数据组进行动态配置，提高VCAT的灵活性。它使用请求/应答机制，通过增加或减少虚级联信号组中的级联信号来实现链路的容量调整。(www.xing528.com)

LCAS能确保工作在虚级联状态下的SDH/SONET通道，在一个或几个VC通道出现故障时，数据传输依然保持正常。一般来说，网管增加或删除虚级联组中成员时，系统可以实现“不丢包”，即能平滑的增减。但对于“断纤”或“缺陷”等原因导致的删除虚级联组成员时，会有少量丢包，这是由于突发的系统故障反馈必须从链路的末端到首端，再从首端到末端，有一个LCAS信息传输和系统调整的过程，通常需要几十毫秒或更长。其中VC-3和VC-4虚级联组对业务的影响小一些，而VC-12虚级联组的业务受损时间要长一些，因为传输同样的LCAS控制信息，需要的VC-12复帧长度更长；传输时间也更长。

虚级联VCAT和LCAS功能的实现都是通过同一个字节完成的。在VC-3和VC-4中采用H4字节；由其构成两个重复帧，第一个重复帧由16帧组成，第二个重复帧的长度为256帧。要完成一组VC控制信息的传输至少需要16帧，即2ms的时间。一个VCG最多由256个VC组成。

在低阶VC-12中，LCAS的实现是通过K4字节中的比特2完成的，其中比特1传输信号标志，也就是VC-12承载的信号类型。比特2传输虚级联序号SQ和LCAS控制信号；其中K4是4帧的复帧结构，也就是每隔500μs它就会出现一次。LCAS控制信息由K4的32复帧构成；故完成一组LCAS信息的单向传输需要4×125μs×32=16ms。

图3-49为VC/LCAS控制包结构图。

图3-49 VC/LCAS控制包结构图

在现有的SDH/SONET网络上只需对网络终端做相应的修改，加装一些新的辅助网卡，就可以应用GFP、VCAT和LCAS新技术，从而改善SDH/SONET网络的适应性、带宽利用率和效率，而所有这些改进并不改变以电路方式为基础的SDH/SONET网络连接的特性，系统中的保护带宽仍可用于保护。

4.弹性分组环（RPR）

2000年11月IEEE 802.17工作组成立，目标是开发弹性分组环标准，优化在城域网拓扑环上的数据包传输。该技术结合以太网的实用性和SDH光传输设备的强大功能，利用空分复用，时分统计复用和保护环提高带宽的利用率，实现了节点对网络资源的合理利用，同时还支持业务分级（SLA），以及即插即用等特性，将城域网转变为快速简单、可靠、及时提供丰富增值服务的宽带网络。由图3-50可见RPR通过在环网上的媒体接入控制（MAC）规约解决了城域网的现存问题；使其既有以太网低成本，有效和简单的特性，又有SDH传输技术的高可用性、灵活性，以及50ms环路保护的优点；为网络提供一种新的传输技术；同时还能为不同的业务提供不同等级的QoS，满足了建设城域网和广域网对成本，性能及维护管理的需要。

在SDH/SONET网上应用时，建议采用通用成帧规程（GFP），以便向上可为以太网、IP业务、多媒体业务，以及基于TDM的业务提供服务（见图3-50）。

图3-50 RPR规约栈

IEEE RPR 802.17 MAC层位于OSI的第二层，它定义了如何对带宽的统计复用，如何实现流量控制与SLA，拓扑自动识别，以及保护转换功能等。RPR网络拓扑以两个反问传输的光纤环为基础，物理层相对独立，两条环路都能用来承载业务，所以能将传统的SDH系统用于保护的带宽加以利用，提高了网络效率。此外，RPR可以实现在不同节点上不同业务的分布式接入，快速保护和自动重建，从而为节点的快速插入和删除提供了即插即用的便利。数据传输速率可达1～10Gbit/s；RPR网络支持端到端传输的服务等级，可满足用户对服务等级的严格要求；RPR网还有带宽公平机制和拥塞控制机制，环上的带宽是共享的资源，每个节点都能根据当前环的带宽占用情况提供最佳服务。

RPR的应用是对以太网和SDH等成熟技术的补充与完善。RPR和SDH网的结合使SDH网络可以将所有或部分环路带宽配置成一个虚拟的RPR环路，这样一来，网络在给数据包动态分配带宽的同时就能支持TDM业务；使SDH网络在保证语音传输的同时也能有效地支持突发性的IP业务，这是传统SDH网络的重大进步。

另外，在以太网上也能运行RPR，在IP路由/以太网交换设备上使用RPR，不但可以提供50ms的自动保护转换，而且可提供可靠的时钟，保障的时延和抖动，有效地支持语音业务。这对于希望在IP路由/以太网设备上承载VoIP业务的运营商尤其重要。

但是，RPR是一种新型的网络结构和技术，还没有完全标准化，尤其是没有跨环标准，独立组大网的能力较弱，而且设备成本较高。