MSTP技術在廣電城域光傳輸網中的應用實踐探討

2023-04-15 18:36:32武文宇

通信電源技術 2023年1期

武文宇

（河北廣電網絡集團張家口有限公司，河北張家口 075000）

0 引言

廣電網絡公司緊跟時代發展步伐，不僅可以提供電視業務，還可以提供光纖租用、數據專網等業務，屬于綜合型網絡運營商，主要通過電視業務獲取收入，數據業務次之。在信息化浪潮下，網絡計算機技術日臻完善，客戶對數據業務有了更高的要求，包括多樣性、穩定性、大容量等。在三網融合政策實施以來，電信和廣電網絡相互結合，打入彼此業務領域，彼此之間形成直接的競爭關系。廣電網絡數字化、雙向化改造成為必然的發展趨勢，無論是原本的電視業務還是增值業務，都需要消除掉基礎網絡和市場需求的矛盾。為此，需要構建具有多樣化業務能力的城域光傳輸網。

1 廣電城域光傳輸網構建的意義

1.1 符合基礎情況

廣電網絡公司是傳統運營商，以電視業務為主，采用混合光纖同軸電纜（Hybrid Fiber Coaxial，HFC）作為基礎網絡，采用樹狀結構，電視光信號通過機房傳輸到各個光節點中，光電信號轉換后，電視電信號通過同軸電纜分配網向各個用戶的電視傳送[1]。這是一種比較簡單的傳輸模式，維護和部署也比較簡單，因此迅速得到廣泛普及，屬于基礎運營網絡。不僅如此，廣電網絡公司采用光纖資源結合多種技術構建城域網絡，具體包括同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）傳輸網、異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）城域網等，各個技術特點不同，可以支持不同類型增值業務的開展，包括互聯網接入、IP城域網等。在業務不斷發展的同時，市場競爭愈加激烈，單一的技術手段、架構模式已經無法滿足豐富的數據業務需求與多業務承載需求。尤其在用戶持續增多的情況下，帶寬需求日益加大，對網絡安全、可靠的特性有了更高的要求。不僅如此，傳統的HFC傳輸網絡并不能滿足用戶需求，所以采用數字化、雙向化的升級手段，經過改造升級實現雙向互動業務，在業務種類不斷增加的情況下，對基礎運營網絡帶寬、保護機制會有更高的要求。因此，需要根據發展需求構建更加先進的城域光纖傳輸網，一一解決傳統傳輸網絡中存在的問題。

1.2 滿足業務需求

廣電網絡公司主營有線電視和數據增值2項業務，但在技術發展的背景下，市場需求增加，網絡數字化成為必然發展趨勢，傳統模擬有線電視信號被數字電視信號取代，三網融合全面推進，數據業務逐漸成為主營業務之一。數據用戶市場在不斷擴大，傳統電信運營商雖然占據市場份額較大，但各個行業對專線、專網有了更高的需求，且市場競爭激烈，原本的數據市場份額存在很大的挖掘潛能，各個行業用戶都可以成為潛在目標客戶[2]。用戶對多樣化業務有了更多需求，市場新興組網技術層出不窮，用戶對線路、帶寬有了多樣性、不確定的需求，要求網絡運營商在同一個設備提供多種業務類型接口。在數字化的要求下，為了滿足用戶需求，同時迎接市場挑戰，就必須構建城域光傳輸平臺，滿足多業務實施需求，提升廣電網絡公司的市場競爭力，使其成為多業務運營商。

2 MSTP關鍵技術分析

2.1 技術架構

將SDH作為基礎，構建多業務傳送平臺（Multi Service Transport Platform，MSTP），可以承載時分復用（Time-division Multiplexing，TDM）、ATM和數據業務。也就是說，MSTP綜合了多項技術，在原本的SDH基礎上增加了ATM、IP技術。從設備架構的角度分析，將SDH架構作為基礎，增加業務功能處理模塊，并且不斷融入新功能、新模塊，確保各類業務發展需求得到滿足。MSTP設備將SDH架構作為基礎，包括虛容器（Virtual Container，VC）映射、數據幀結構、復用段開銷等功能結構，采用符合傳統規范的處理方式，數據的幀速率、信息格式不同于傳統SDH設備，可以提供多種接口。以此為基礎，MSTP設備增加了多項功能，包括ATM交換、多協議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）等。接口也增加了ATM、反向復用（Inverse Multiplexing for ATM，IMA）接口[3]。MSTP設備獲取以太網數據信號后，可以直接在VC中映射，然后送入交叉模塊。交叉模塊調度VC通道中的業務并進行輸出，然后經過復用段、再生段開銷處理，業務信號的速率會提升，最后通過同步傳輸模塊N級（Synchronous Transport Module level n，STM-N）接口傳送。從目前的發展趨勢看，MSTP技術架構在不斷更新和完善，可以滿足更多業務需求。

2.2 SDH技術

MSTP技術將SDH網絡作為基礎，在演進的過程中可以承載多種業務傳輸。數字通信的過程中，為了使傳輸容量進一步擴大，同時加快傳輸效率，可以采用多個低次群低速數字信號，通過數字復用的方式將這些信號合成高速數字信號，按照標準要求進行復用。根據國際電報電話咨詢委員會（Consultative Committee on International Telephone and Telegraph，CCITT）的規定，可以采用2種基本復用標準，分別是SDH和準同步數字體系（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）[4]。其中，SDH的應用優勢更加明顯，不僅光電接口統一規范，而且分插復用功能比較靈活，運行維護功能也比較完善，具有較高的兼容性，可以承載PDH業務和其他類型數據業務。

2.3 以太網幀封裝

以太網數據業務具有突發、不定長的特性，相比于SDH幀，對同步并沒有嚴格的要求。在使用SDH傳輸網傳送以太網業務的過程中，應該引入數據鏈路層的適配協議，通過MAC層處理后封裝以太網數據，具體包括數據緩存、隊列調度等多個方面，實現幀映射。封裝旨在在傳輸通道中同步凈負荷映射字節，在信息流中標識數據幀的位置，為接收端接收和還原信息流奠定基礎。

2.4 虛級聯

最初設計SDH時，主要在傳輸固定比特率的業務中應用。在IP數字業務不斷增長的背景下，可變比特率、多種速率的數據業務不斷增加，傳統系統無法滿足傳輸需求，很難充分發揮傳輸能力[5]。由于傳統SDH技術無法滿足傳輸數據業務需求，因此出現了級聯技術。級聯就是聯合多個虛容器，構建可以承載業務的邏輯實體，合成容量的比特序列依舊具有完整性，本質就是將虛容器聯合在一起。在SDH網絡中，單個虛容器容量業務傳輸問題要解決，就要采用有效的級聯技術。最初采用連續級聯技術，其容器保留單一通道，開銷沿著相同路徑傳輸，數據各個部分不會出現延遲差，具有較高的信號傳輸質量，也不需要拆裝信息，過程相對簡單。雖然實現方法簡單，但也存在局限性，要求網絡各個節點都需要支持該級聯方式，造成服務成本提升，實施難度也因此增加。采用虛級聯的方式，確保資源得到充分利用，同時保障負載均衡，合并多個物理流，構成單個邏輯流，匯聚傳輸層鏈路。該技術更加靈活，不需要每個階段都支持該技術的應用，只需要發送和接收端支持即可。各個虛容器具有獨立性，所以需要采用對應通道開銷字節進行通道監管，收端補償不同虛容器傳輸中出現的時延差。利用收端相位對齊功能對有效數據進行重新組合構建，確保傳輸可以順利完成。

2.5 鏈路容量調整

虛級聯技術引入的優勢明顯，但同時給軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）的健壯性帶來影響。如果參與虛級聯中的鏈路成員出現了故障問題，則虛通道組（Virtual Channel Group，VCG）整體無法使用，尤其在各個成員承載業務的鏈路不同時，出現不可用故障的概率較高[6]。在實際應用的過程中，用戶帶寬需求會根據實際情況不斷變化，虛級聯無法進行動態分配，帶寬通常將峰值速率作為基礎進行分配，也就是說具有固定性，容易導致鏈路中斷，或者丟失數據。其對服務有十分嚴格的要求，但對業務中斷次數要求不嚴，無法滿足用戶需求。針對技術缺陷，應該從提升服務質量與安全入手，可以采用鏈路容量調整方案。該方案對虛級聯技術進行擴充，允許無損傷調整傳輸平臺中的鏈路容量，實現收發雙方相互配合，屬于傳送層信令協議。

3 MSTP技術在廣電城域光傳輸網中的應用

目前，我國城域網中的應用技術較多，從整體發展趨勢來看，MSTP技術屬于多業務傳送平臺，是應用較為廣泛的一種技術。在SDH技術上搭建MSTP業務傳送平臺，發揮SDH和MSTP的技術優勢，對廣電網絡公司的多業務傳輸平臺加以利用，實現點到多點的線路匯聚業務應用，為用戶提供電信級可靠保護，確保組網的穩定性與安全性，為用戶搭建可靠、實時的數字鏈路傳輸平臺面，保障技術優勢得到發揮，同時改變傳統無法開展專線匯聚業務的局面，解決運用PDH設備時存在的各種缺陷問題，使公司有更高的市場競爭力，拓寬廣電網絡公司的數據市場，通過增值業務的創新獲取更多收入。

現階段，技術已經發展到第4代，智能技術也逐漸融入其中。在應用過程中，添加附加設備在網絡設備，實現自動信息化信號的有效處理[7]。受到設計因素的影響，對單獨設置網絡的MSTP進行業務升級，如果不滿足各項條件要求，則可以采用SDH的STM-N通道，與末端MSTP設備進行網絡連接，通過這種組網方式滿足業務接入需求。在發展的過程中，分割城域網傳送和網絡業務，確保業務部署的合理性。根據安全要求，可以構建千兆IP城域網，結合MSTP多業務傳輸平臺，承載內網核心交換機互聯，采用獨立的城域網絡系統，不與其他網絡設置在同一處，采用物理隔離的方式，確保網絡連接的安全性。系統可以采用高速IP網絡，同時采用入侵監測、流量控制、安全認證等技術，確保網絡的安全性，提升傳輸效率[8]。此外，構建千兆IP城域網核心交換設備，應該采用先進的MSTP多業務傳輸平臺，對專用保護傳輸通道進行劃分，以此作為互聯線路，發揮MSTP系統的優勢，使網絡更加健壯、穩定。

為了實現市、縣多業務接入，可以采用MSTP技術。結合當地的實際情況，分析具體的業務需求和資源情況，搭建符合需求的以太網業務、TDM業務。在MSTP城域光傳輸網建設之前，采用PDH光端機與協議轉換器配合，構成承載縣區業務需求的組網，這種方式雖然能在一定程度上滿足需求，但存在故障多、帶寬低等缺陷，同時設備網管功能不足，欠缺足夠的保護功能，不同廠家之間的設備無法通用，這些問題增加了維護管理難度。因此采用MSTP傳輸平臺，利用該平臺承載業務，確保數據增值業務需求得到滿足，同時解決傳統技術應用中的各類缺陷問題[9]。針對局域網業務可以搭建專用線路，針對黨務內網、企業專網可以在傳輸平臺中搭建2條以太網私有專線（Ethernet Private Line，EPL），根據需求配置傳輸帶寬，實現市到縣的專網交換機互聯，使光纜資源得到充分利用，解決多業務接入問題。合理地配置傳輸帶寬，如果發生故障，可以根據報警信息判斷故障原因、位置，能夠提升故障處理效率，同時也可以增強業務可控性，有效解決原本PDH設備組網中存在的各項問題，滿足公司在縣域內的運營需求，提升公司的市場競爭力。