寬帶城域網體系結構與應用技術

戴　進　吳　畏　曹東冬

摘要：

文章闡述了寬帶城域網的體系結構，對寬帶城域網的主要技術——多業務傳輸技術、高速路由和交換技術、寬帶接入控制與管理技術、軟交換技術結合具體產品進行了介紹。

關鍵詞：

多業務傳輸；高速路由；寬帶接入；業務控制與管理；軟交換

ABSTRACT:

ThepaperdescribesthearchitectureofBMAN(BroadbandMetropolitanAreaNetwork),andanalyzesthemaintechnologiesthatBMA

Nadopts,suchasthemultiservicetransmission,highspeedroutingandswitching,broad

bandaccesscontrolandmanagement,andsoftswitch,inconsiderationoftheirrelevantpr

oducts.

KEYWORDS:

Multiservicetransmission;Highspeedrouting;Broadbandaccess;Servicecontrol

andmanagement;Softswitch

IP電信業務的流量在2～3年內可能超過話音業務流量，基于數據分組(包)交換的業務將在5～10年內覆蓋整個傳統電信業務，能提供方便、快捷、廉價的新的增值業務將作為未來通信網絡業務的主體部分。在這種情況下，寬帶城域網(BMAN)得到了快速發展。

寬帶城域網是基于寬帶技術，以電信網的可管理性、可擴充性為基礎，在城市的范圍內匯聚寬、窄帶用戶的接入，面向滿足集團用戶(政府、企業等)、個人用戶對各種寬帶多媒體業務(互聯網訪問、虛擬專網等)需求的綜合寬帶網絡，是電信網絡的重要組成部分，向上與骨干網絡互連。其包括的設備有：路由器(包括高端路由器和邊緣路由器等)、軟交換設備、媒體網關、接入服務器、寬帶接入服務器、IP電話、IP電話網關、RADIUS協議設備、SNMP協議設備、千兆以太網2層交換機、千兆以太網3層交換機、ATM交換機等。

從傳輸上來講，寬帶城域網兼容現有的SDH（同步數字體系）平臺、光纖直驅平臺，為現有的PSTN(公眾交換電話網)、移動網絡和其他通信網絡提供業務承載功能；從交換和接入來講，寬帶城域網為數據、語音、圖像提供可以互聯互通的統一平臺；從網絡體系結構來講，寬帶城域網綜合傳統TDM(時分復用)電信網絡完善的網絡管理和Internet開放互聯的優點，采用業務與網絡相分離的思想來實現統一的網絡，用以管理和控制多種現有的電信業務，使之易于生成新的增值業務。

1寬帶城域網的體系結構

城域網可分城域傳輸網和城域數據網，其中城域數據網設備可選擇城域傳輸網作為承載傳送平臺，也可以舍棄傳輸設備選擇光纖，通過光口以點對點方式直連組網以適應節點數小、節點距離較近的城域網絡。

城域傳輸采用的主要技術有SDH、WDM、多業務傳送節點技術和光纖直連技術。SDH技術因其技術的成熟性，以及具有標準的光接口和統一的復用映射結構，有橫向兼容性，是目前支撐城域傳輸的主要技術。WDM技術容量大，隨著城域網業務的快速增長，現正逐步引入WDM技術滿足日益增長的容量需求。為適應數據業務的發展需要，以及支持ATM、IP和以太網業務的接入，不斷融合ATM和路由交換功能，以SDH為基礎的MSTP(多業務傳送節點)技術將成為關注的熱點。

城域數據網可分為核心層、匯聚層、接入層和業務控制與業務管理層。其中核心層、匯聚層、接入層是具有明顯層次的功能層，而業務控制層與業務管理層分別完成業務的控制和管理功能，是在前3個層次中抽象出來的邏輯層次，實際上存在于其它3個網絡層次之中，與各層的網絡設備緊密結合。城域數據網分層結構如圖1所示。

城域數據網的各層所起作用敘述如下：

(1)核心層

核心層將多個邊緣匯聚層連接起來，為匯聚層網絡提供數據的高速轉發，同時實現與上級網絡的互聯，提供城市的高速IP數據出口。核心層網絡結構重點考慮可靠性、可擴展性和開放性。

(2)匯聚層

匯聚層完成本地業務的區域匯接，進行帶寬和業務的匯聚、收斂及分發。

(3)接入層

接入層通過各種接入技術和線路資源實現對用戶的覆蓋，并提供多業務的用戶接入，必要時配合完成用戶流量控制功能。為降低維護及管理成本，綜合接入層應考慮與匯聚層統一實施業務和設備管理。

(4)業務控制層

業務控制層主要負責用戶接入管理、用戶策略控制、用戶差別化服務，同時作為承載層和業務層相互連接的橋梁，對網絡提供的各種業務進行控制和管理，實現對各類業務的接入、區分、帶寬分配、流量控制以及ISP的動態選擇等。

(5)業務管理層

業務管理層提供統一的網絡管理與業務管理，統一業務描述格式，根據業務開展的需要，實現業務的分級分權及網絡管理，提供網絡綜合設備的拓撲、故障、配置、計費、性能和安全的統一管理。

在城域數據網中，核心層應采用高速IP交換技術；匯聚層采用智能IP端局技術；接入層可以根據業務需求和實際情況，靈活采用多元化寬、窄帶綜合接入技術；業務控制層及業務管理層統一對網絡各層實施管理。各層共同構建支持端到端話音、數據、圖像、專線及各類增值業務的可運營可管理的寬帶城域網。大中城市的網絡應當采用核心層、匯聚層、接入層3層結構；在一些規模較小業務量有限的城市，可以將核心層與匯聚層融合，采用2層結構。

2寬帶城域網產品與技術

在寬帶城域網建設中，中國電信、中國聯通、中國移動、中國網通、鐵通公司等運營商均結合自身特點，發揮各自競爭優勢，努力建設成本低、功能多、擴展性好的城域網，這就要求設備供應商提供能夠適應各種情況的組網設備。下面結合中興通訊的城域網設備，從寬帶城域網的多業務傳輸技術、高速路由和交換技術、寬帶接入控制與管理技術、軟交換技術4個方面分別予以介紹。

2.1多業務傳輸技術

光傳輸技術主要指SDH/DWDM技術。受IP數據業務爆炸式增長的影響，在SDH平臺傳輸數據的技術得到了飛速發展。在不斷提高交叉容量和復用速率，滿足TDM話音通信的同時，SDH/DWDM技術正逐漸發展為傳統話音業務和ATM、IP數據業務的綜合傳送平臺，即SDH的TDM平面和數據平面。

對于數據業務，傳輸面臨的主要問題是提高傳輸的帶寬利用率。實際上，由于數據業務動態變化很大，因此，實際的帶寬需求是動態變化的，SDH的155Mbit/s等接口只是它的峰值速率。如果傳輸按峰值速率分配帶寬，顯然帶寬利用率會被大大降低，因此，利用數據業務的特點，結合分組交換的ATM和IP技術，實現傳輸帶寬的有效利用，是寬帶傳輸必須解決的問題。

中興城域傳輸產品根據城域網的特點，針對以上問題，在多業務傳輸產品系列UnitransTMZXMP產品的設計方案上，確定了MSTP(多業務傳輸平臺)的思想。在一種傳輸設備上，對于不同的業務，UnitransTMZXMP采用不同的傳輸方案。對于2M業務，繼續采用SDH進行傳輸，保留其可靠性高、成本低的優點；對于ATM業務，采用VP-RING增強其組網能力和保護能力；對于IP業務，采用以太網透明傳輸的方案，避免傳輸對其QoS(服務質量)的影響。由于兼顧了各種業務的需求，最大限度地發揮了傳輸效率，使性能價格比大為提高。UnitransTMZXMP可提供從城域網核心層、匯聚層到接入層的全系列傳輸產品。產品具備全局網絡管理功能，能提供完備的網絡解決能力，支持IP和ATM技術體制，可提供高集成度以太網接口板以支持L2線速交換以及ATM統計復用功能，支持城域網的多業務應用。

2.2高速路由與交換技術

在寬帶城域網的核心層和匯聚層，有兩種可供選擇的高速路由和交換技術：ATM技術和IP技術。隨著線速路由器的出現，ATM已經從核心層退居網絡業務匯聚層，同時ATM也在向IP融合，向多業務接入方向發展。

中興通訊針對寬帶城域網建設需求情況，推出了ZXR10路由器和ZXE10以太網交換機系列產品。

ZXR10-TSR太比特路由交換機具備大容量的交換能力，提供64/128/160Gbit/s交換容量，可以擴展到太比特每秒以上。既可以滿足目前網絡建設的需求，同時又具有極好的可擴展性，可滿足不斷增長的核心網絡交換容量的需求。

ZXR10-TSR提供豐富的網絡接口，支持155/622Mbit/s和2.5Gbit/sPOS接口，10/100/1000Mbit/s以太網接口和155Mbit/s、622Mbit/sATM接口。10Gbit/sPOS和以太網接口也即將提供。

ZXR10-TSR提供豐富的協議支持：TCP/IP系列協議族；路由協議，包括RIP、OSPF、IS-IS、BGP及其擴展；組播協議，包括IGMPv1/v2、PIM-SM、PIM-DM、以及MPLSTE和MPLSVPN。其中，基于MPLS(多協議標記交換)的VPN(虛擬專用網)技術，具有較好的安全性和可管理性，能夠支持QoS(服務質量)、CoS(服務類型)和流量工程等電信級要求，是城域網發展非常看好的技術。

ZXR10系列路由器可支持基于MartiniDraft的第2層MPLSVPN，實現ATM、FR和Ethernet在城域網上的透明傳輸，其安全性已達到ATM和FR(幀中繼)的水平；同時，ZXR10系列路由器還支持基于RFC2547bis的第3層MPLSVPN，為集團用戶提供方便可擴展的VPN服務。

為保證核心網絡的高速交換和高可靠性，ZXR10-TSR支持全互連結構。根據核心網絡的具體情況，也可使用環形或不完全網狀連接等拓撲。ZXR10系列產品支持非常靈活的組網方式，包括IPover光纖、IPoverSDH、IPoverDWDM等組網方式。

另外用于多業務交換的中興寬帶多業務交換機ZXB10，包含BX、AX、MX、SX等系列產品。ZXB10具有強大的交換能力，可以平滑升級到128Gbit/s；接入設備品種齊全，提供的接口有10/100/1000Mbit/s以太網、155/622Mbit/sPOS、2/25/34/155/622Mbit/sATM、E1FR、E1/E3CES、MPEGII、ADSL、V.24/V.35、話音等，能夠支持各種業務的接入；組網靈活，可以靈活地組織各種類型的網絡，而且BX、AX和MX的業務板完全一樣，可以互換。ZXB10產品采用先進的分散式設計方法，除了支持RIP、OSPF、BGP4路由協議，支持源地址路由、ACL、VLAN、IPVPN、DHCPRelay等功能之外，還支持各種ATM功能，特別是支持業界公認的下一代核心網絡技術——多協議標記交換技術。它既可以作為標記交換路由器使用，也可以作為邊緣標記交換路由器來使用，目前已在廣電、軍隊、中國聯通、鐵通公司等網絡中得到了實際應用。

2.3寬帶接入業務控制與管理技術

寬帶城域網的寬帶接入有FTTX+LAN、ADSL、HFC、LMDS/MMDS等多種接入方式。對于每種接入技術本文就不深入介紹了，下面僅介紹寬帶接入業務控制與管理技術。

ZXE10-UAS寬帶接入服務器具有寬帶接入的管理和控制功能。UAS位于寬帶接入網與寬帶城域網的接口處，寬帶用戶通過固定連接或虛擬撥號連接，經寬帶接入網接入UAS。UAS終結用戶信息包，進而對用戶各種業務功能進行控制管理。

UAS中包含網絡接入認證與授權模塊、計費模塊和統計模塊。UAS是寬帶接入網和城域數據網的通信接口。寬帶接入網側的接口稱為UNI(用戶網絡接口)，城域網側的接口稱為NNI(網絡網絡接口)，其中UNI接口包含的接口類型有ATM155Mbit/s接口、ATM34Mbit/s和10/100Mbit/s以及千兆比以太網接口；NNI接口包含的接口類型有千兆比以太網、ATM622Mbit/s接口、ATM155Mbit/s接口和622Mbit/sPOS接口。對于不同的接口和業務，通常采取不同的管理控制方式。

UAS可對進網用戶進行身份認證，既可以根據用戶的接入電路來認證，也可以根據用戶的用戶名和口令來認證。UAS是用戶接入認證請求的發起端，使用RADIUS協議向接入認證服務器發出用戶接入認證的請求。它接收來自用戶接入認證服務器用戶認證響應，據此響應授予請求用戶接入的權限，開始計費，對接入用戶進行策略控制、差別化管理，并實現對各類業務的接入、區分、帶寬分配、流量控制以及ISP的動態選擇等。

2.4軟交換技術

Softswitch(軟交換)思想是在下一代網絡建設的強烈需求下應運而生的。軟交換技術吸取了IP、ATM、IN和TDM等技術眾家之長，形成完全分層的全開放的體系架構。它使各個運營商可以根據自己的需要，全部或者部分利用軟交換體系的產品，采用適合自己的網絡解決方案，在充分利用現有資源的同時，尋找到自己的網絡立足點。

ZTE-Softswitch軟交換產品的體系結構將下一代網絡劃分為4層：邊緣接入層、核心傳送層、控制層和業務應用層，各層之間采用明確的標準化接口(不采用各廠家自己所設計的專用接口)。軟交換系統摒棄了非標準的內部協議，全部采用開放的標準協議，同時支持多種協議種類(如MGCP、H.248、SIP、H.323、M3UA、SCTP、TUP、ISUP等)；可以快速進行協議版本的維護和升級，同時可以迅速支持最新的協議；能提供綜合接入能力，支持種類眾多的終端設備；可以很容易地完成與現有PSTN/ISDN、PLMN(公眾陸地移動網)、IN(智能網)和Internet等網絡的互通，使用戶從容應對網絡的變革。

軟交換體系結構與現有PSTN的最大區別，也是最大的優勢在于PSTN的業務應用和互通仍建立在網絡層，而軟交換體系將應用層和控制層與核心網絡完全分開，形成標準的全開放的應用平臺，可以為客戶定制各種新業務和綜合業務，最大限度地滿足用戶需求，是真正面向下一代網絡的整體解決方案。

(收稿日期：2002-02-06)

作者簡介

戴進，華中理工大學固體電子學系微電子專業畢業，碩士。現為深圳市中興通訊股份有限公司技術中心數據產品總監。先后從事ZXJ10局用大型數字程控交換機的研究開發、項目管理、工程管理工作，主持開發了ZXIP10大容量電信級接入服務器產品和IP電話系統等產品。

吳畏，華中理工大學計算機學院畢業，碩士。現在深圳市中興通訊股份有限公司技術中心從事數據通信技術方面的研究工作。先后從事過局域網系統集成，ICP平臺建設，無線SDH數字微波骨干網、ATM交換廣域網規劃設計，線速路由器預研和數據通信產品的發展規劃工作。

曹東冬，上海鐵道大學計算機專業畢業。現在深圳市中興通訊股份有限公司技術中心從事數據通信技術方面的研究工作。先后從事線路復用器、本地數字環路、無線接入設備的研究開發和數據通信產品的發展規劃工作。