多平面传送网改造方案探析

联通（辽宁）产业互联网公司 吕生亮

随着通信技术的革新和新业务类型的不断发展，运营商的传送网已经发展成多个平面并行的网络结构。在今天数据流量激剧增长的时代，如何充分利用现有资源并适应未来发展需要构建新型传送网成了运营商的头等大事。本文结合中国联通某地市公司的传送网现状，详细分析并总结SDH、IPRAN、OTN三种传输技术特点，依据未来发展趋势，探析多平面传送网的改造方案，为后续传送网发展建设提供参考。

随着通信技术的不断发展和多种新型应用的不断涌现，目前三大通信运营商的传送网至少拥有3个平面。这些不同平面传送网承载着多种不同类型的业务，涵盖传统的电信、互联网、多媒体、金融、娱乐等多个领域和多种业务，也包括消费电子、远程医疗、5G、4K、VR、物联网、云计算等正在迅猛发展且数据流量极大、带宽占用极高的业务类型。传送网正在扮演着全方位多角度为满足用户的生活、工作、娱乐、运动、健康等需求，提供通信、应用和跨行业、跨地域服务的重要角色。然而，二十几年来，传送网随着技术变革和业务需求发展至今天，造成了今天网络层次不清晰，业务类型混乱，多种平面互相交织， SDH传送平面时隙明显不足，OTN传送网尚未完善的现状。为了更好的适应未来大带宽、高流量、高可靠性、低时延的要求，也为了减少投资，充分利用现有资源，传送网亟待进行一次深入的改造。想要改造好传送网，首先要了解传送网有哪几种技术，这些技术有哪些优缺点；其次要结合网络现状和未来业务发展趋势，提出合理的改造方案。下面就中国联通某地市公司的传送网现状进行深入剖析，探讨传送网的改造方案。该地市公司传送网分为三个平面，SDH、IPRAN和OTN。目前SDH时隙十分紧张，OTN网络刚具雏形。下面先分析一下这三种传输技术的主要特点。

1 SDH传输技术

依 据ITU-T的 建 议，SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）是为不同速率的数字信号的传输提供相应等级的信息结构，包括复用方法和映射方法，以及相关的同步方法组成的一个技术体制[1]。SDH传送网是以光纤技术和同步时分复用技术为核心的传送网络，它的网元设备主要包括分插复用设备、交叉连接设备和信号再生放大设备。它的特点是网络节点接口全球统一，不同设备制造商所生产的设备能够做到信号的互通，使得信号的复用、交叉链接和交换过程都得到了简化，成为一个独立于各类业务网的业务公共传送平台。

1.1 SDH的产生背景

在20世纪70至80年代，通信要求传送的信息除了语音，还有文字、图像、数据和视频等。同时随着计算机技术和数字通信技术的迅猛发展，T1(DS1)/E1载波系统(1.544/2.048Mbps)、X.25帧中继、ISDN(综合业务数字网)和FDDI(光纤分布式数据接口)等多种技术开始陆续应用。在这种情况下，人们希望能够有一种传送网络能快速、经济、有效地提供各种电路和业务，于是SDH技术就应运而生。SDH的诞生，解决了由于入户媒质的带宽限制而产生的用户与核心网之间的接入“瓶颈”的问题。由于SDH具有容量大、对承载信号语义透明、可以在通道层上实现保护功能和路由功能，光接口标准化、网管能力强大、网络拓扑灵活和可靠性高等诸多优势，使得SDH技术独霸传送网多年，直至3G无线通信网络的发展，才逐渐在带宽及带宽利用率方面显示出自己的不足。

1.2 SDH传送网的优点

（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构、统一的数字传输标准速率以及标准的光路接口，使得网管系统可以互通，能够做到横向兼容，而且还完全兼容了PDH，又考虑到容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性[2]。（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，从而大大简化了DXC，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传送透明性。（3）SDH网络的自愈功能和重组功能非常强大，具有较强的生存率。（4）SDH技术网管功能强大，可以实现网络智能化和自动化，提升网络生存能力，提高信道的利用率、降低网络的维护管理费用。（5）SDH组网灵活，网络拓扑结构灵活多变，网络监控功能强大，具有自动配置和运行管理功能，同时，SDH网络运行灵活、安全、可靠，网络的功能齐备，极大的优化了网络性能。（6）SDH对数据链路层以上的各层没有严格的限制，多种网络技术的业务网数据都可以在SDH传送网上传输，同时，SDH也支持ATM或IP传输。（7）SDH网络稳定可靠，误码率低，便于调整、复用。（8）统一的标准光接口实现了不同设备厂家生产的设备可以兼容，无须协议转换，降低联网成本。

1.3 SDH传送网的缺点

（1）用于OAM功能的开销字节虽然增加了网络的可靠性，但必然会造成频带利用率降低。此外，SDH网络为每个办理业务的用户预留了既定带宽，不管这个用户是否有业务要传送，这个既定带宽会一直保留，降低了网络的利用率。（2）指针调整机理极为复杂，拆分的低速信号性能劣化。为了能够实现从高速信号中直接下低速信号，SDH设置了复杂的指针机理，指针的作用是时刻指示低速信号的位置，以便在“拆包”时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。这种指针机理不但增加了系统的复杂性，而且还会使系统产生由指针调整引起难以滤除的结合抖动。这种抖动幅度大，频率低，多发于网络边界，导致低速信号在拆出后性能劣化[3]。（3）SDH与当今的DWDM技术相比，带宽明细不足。SDH采用的是时分复用，光纤最大的传送速率限制了SDH的传输速率。而DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行组合和传输，这样一根光纤可以转换为多个虚拟光纤。随着网络传输的数据数量的激增，SDH技术淡出历史的舞台也是必然的选择。

2 IPRAN传输技术

IPRAN是指以IP/MPLS协议及关键技术为基础，主要面向移动业务承载并兼顾提供二、三层通道类业务承载，以省为单位，依托CN2骨干层组成的端到端的业务承载网络。在IP RAN网络中主要包括接入层、汇聚层和核心层，而核心层又分为城域核心层、省核心层[4]。

2.1 IPRAN的产生背景

21世纪，随着3G技术的不断成熟和4G技术也提上日程，以及视频业务、对口数据连接和IP高价值含量的新业务的不断创新，传统的TDM/SDH技术已经不足以满足当今时代的要求。过去传统基站的传送网络只能承载固定的移动回传业务，这样会给未来移动互联网业务的拓展造成困难。为了应对移动互联网高流量、大带宽、多业务的发展需求，IPRAN技术应运而生。首先在移动互联网络基站进行部署，全面建设，搭建传送网的第二平面。虽然搭建IPRAN网络的最初原因是运营商为了更好的发展第三代、第四代移动通信，但由于IPRAN技术独特，对综合业务的承载能力独具优势，不但有利于移动互联网业务的传送，还有利于大客户的合作发展。在未来的传送网的建设中，不但要考虑基站的回传业务，还要考虑到固网的承载需求。

2.2 IPRAN的优点

（1）多业务承载能力是IPRAN技术的显著优点。不但可以承载基站的TDM语音业务，还可以承载以太网、ATM大客户专线等业务。动态三层的组网方式，在多种业务共同承载时，可以实现资源统一调度和控制层面统一管理，能够提升运营商的运营能力。（2）IPRAN传送网采用IP方式承载业务，可以降低网络复杂度，简化网络配置，减少基站割接和调整的工作量，缩短基站开通时间。此外，由于采用了IP方式承载业务，数据无须进行协议转换，无须封装解封装的过程，这样就提高了传输效率。IP化的网络还有助于提高网络智能化。（3）IPRAN采用Diffserv技术，保证了QoS，可以根据优先级和局域网协议标准将业务进行分级，然后根据业务级别给予不同的保障服务，从而保障了业务承载质量。（4）IPRAN传送网可以承载多种业务，而且所有业务通道都是可配置的，配置起来也十分的方便，并且可以做到无需人工干预，完全自动调节。（5）IPRAN网络有着非常高效的资源利用率。IPRAN采用基于IP/MPLS的动态寻址方式，自动优化路由，后期网络维护和网络优化几乎无需人工干预，可以极大地降低运维成本，并且分组交换和统计复用技术能够很大程度提高网络利用率。

2.3 IPRAN的缺点

（1）IPRAN的网络保护功能弱于SDH网络。SDH网络拥有极强的自愈保护功能，而IPRAN网络尚无这一功能，但IPRAN通过其他网络保护技术尽量弥补这一缺陷。目前成熟的保护技术有报刊双向转发检测（BFD）、流量工程（TE）、虚路由器冗余协议（VRRP）、IGP路由收敛、双归组网等。（2）IPRAN的OAM功能弱于SDH网络。SDH网络存在从端至端的OAM故障检测体系，在配置方面具有操作简单、直观形象等优点，非常适合批量化管理。这些都是传统的IP网络不具备的。经过研发团队的努力，开发出基于图形界面的网管，实现了“SDH-Like”的图形化业务配置以及可视化管理。不仅节约了维护成本，还降低了运维人员的技术门槛。IPRAN设备即插即用，避免了大量的现场调测工作。核心、汇聚、接入设备都支持OAM协议，实现了层次化检测。IPRAN的OAM对于IP业务可实现逐跳故障定位与定界功能，极大提高了端至端故障检测水平。（3）IPRAN网络可能会发生网络拥塞。网络拥塞是所有IP网络的固有缺陷，尤其在数据流量很大且集中爆发的时候表现的尤为明显。因此需要通过轻载来避免网络拥塞的发生，即通过保留冗余带宽，避免网络拥塞发生。利用IPRAN的统计复用的功能，提高网络的效率。

3 OTN传输技术

OTN(Optical Transport Network)光传送网络，是指在光域内实现业务信号的传送、复用、路由选择、监控，并且保证其性能指标和生存性的传送网络。OTN技术是电网络与全光网折衷的产物，将SDH强大完善的OAM&P理念和功能移植到了WDM网络中，有效地弥补了现有WDM系统在性能监控和维护管理方面的不足。OTN技术可以支持客户信号的透明传送、高带宽的复用交换和配置(最小交叉颗粒为ODU1，约为2.5 Gbit/s)，具有强大的开销支持能力，提供强大的OAM功能，支持多层嵌套的串联连接监视(TCM)功能，具有前向纠错(FEC)支持能力[5]。

3.1 OTN网络的优点

（1）OTN基于ITU-TG.709的帧结构，支持对多种不同类型的信号进行透明传输和映射。（2）OTN定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元，而光层的带宽颗粒为波长，交叉、复用以及配置的颗粒都是很大的，可以显著提高数据客户业务的适配和传送效率。（3）OTN网络提供了开销管理功能，光通路层的OTN帧结构可以极大程度的提高OCH层的数字监视能力。OTN具有层嵌套串联连接监视(TCM)功能，不但可以进行端到端的监视，还可以对多个分段同时进行性能监视。（4）OTN网络通过帧结构、ODUk交叉和多维度可重构光分插复用器(ROADM)的引入，可以极大地增强传送网的组网能力和保护能力。

3.2 OTN网络的缺点

（1）OTN网络技术还不够成熟，很多细节仍需进一步完善。（2）OTN网络很多技术还没有标准化，不同设备制造商网络的兼容性会比较差。

4 传送网改造方案

基于以上关于SDH、IPRAN、OTN三种传输技术的特点和优劣势的分析，就中国联通某地市的三个平面的传送网的改造方案提出以下几点意见，以供参考。

4.1 无线网和固网融合思想

考虑未来发展以及建设成本，移动网和固网的传送网须面向固移融合的方向发展。无线基站将同家客、政企客户一样被看做是客户，无线接入方式将被看做是有线接入方式的一种补充。基站传输、光纤宽带网络、政企专线网络等势必统筹考虑，特别是在光纤光缆、机房等基础设施和传输承载设备方面，都需要考虑资源共享，降低成本。基础设施和基础网络共享是传送网改造必须考虑的前提条件。

4.2 多个传送网平面并存，互相补充

三种传输技术各有其优缺点，传送网的建设也投入了大量的资金，不能轻易废弃，理应根据不同需求和网络现状进行改造优化，尽最大可能利用其优势发挥其最大作用，减少成本投入，获取最大收益。最理想的就是多个传送网平面并存，根据特点，承载不同业务，经过改造，使其相互补充，完美统一。

SDH网络从发展趋势上来看貌似要退出历史的舞台，但它的优势仍旧十分明显，它极强的自愈保护功能是其他传送网络无法比拟的，它不会发生网络拥塞，时延小、可靠性高，方便的网络管理监控能力，让它特别适合于银行类数据业务的传送，它的帧结构也十分适合于语音的传输。目前SDH网络时隙十分紧张，已经无力面对客户不断增长的带宽需求，但现在确实不宜对SDH网络进行扩建，毕竟它是过时的技术，也满足不了带宽增长的需求。SDH传送网的改造，只能对现有网络结构进行调整，SDH网络只设置接入层和汇聚层，汇聚层设备直接接入同局的OTN网络的汇聚设备之中。将骨干网退役的高速率设备下移到汇聚层，尽量提高汇聚层的容量，减少传输环的节点数量，增强传送能力。把从基站退役的SDH设备用于安全性要求高的大客户接入，采用双上联不同端局的方式，组成环网，如果一个接入环中能多加入几个客户节点则更好。非重要的数据客户可采用MSAP的方式接入。另外，将高带宽非重要数据业务迁到IPRAN传送网当中，释放SDH网络时隙。

IPRAN为基站而生，但它也应兼顾固网业务的服务。大带宽高流量的数据业务（例如视频监控业务）需要采用IPRAN的方式接入，缓解SDH网络时隙不足。原有基站的IPRAN承载网络可以保持不变，按照5G的发展规划继续发展。固网的IPRAN传送网也只建设接入层和汇聚层，汇聚层设备直接汇入到同局的OTN汇聚设备上。IPRAN的网络建设应充分做好带宽冗余度的预留，确保服务质量，避免网络拥塞的发生。

OTN网络提供的是大颗粒的带宽复用、交叉和配置，并不适合接入网。目前的带宽需求应该还是用不到OTN作为接入网来使用。但是随着带宽需求的增长，设备技术成熟和价格的下降，为了更好的保证时延性和可靠性，全光网络势必成为未来通信发展的趋势。OTN网络汇聚层设备汇聚来自OTN网络的接入层和SDH、IPRAN网络汇聚层的业务，并对业务进行交叉和传送。地市间和省际间的干线传输都应交由OTN网络来实现，不仅包括来自传送网的数据，还包括OLT、交换数据网的数据。

另外，在改造传送网时，在条件允许下避免接入层与汇聚层同路由。如有此种情况，尽量调整光缆路由，保证数据传输安全。

4.3 依据不同业务类型选择接入方式

对于大客户业务可以进行分类，SDH网络只用来接入银行类、语音类、对时延和可靠性要求十分高的低带宽业务，其他高带宽的业务改为IPRAN的接入方式，例如监控业务，普通的高带宽数据专线。可以设定界限，比如超过30M（银行数据业务除外）的数据业务，应采用IPRAN的接入方式。

4.4 关注未来传送网云化科技的发展

随着互联网、移动互联网、物联网、云计算等新技术的飞速发展，用户对业务类型的需求越来越多样化，尤其是视频、专线等业务的暴增，传送网将面临巨大的带宽增长压力，传送网需要变得灵活、敏捷，走向云化必将成为未来发展趋势。传送网云化主要目的是构建极简网络架构，提供极简的运维管理平台。云化的传送网具有资源可视、业务敏捷、运维自动化三大方面的优势。未来的传送网，核心OTN将下沉到网络边缘节点，通过直达方式获取内容。而在骨干网，主要特征是大容量、高功耗，业务调度非常复杂，这就要求网络调动升级为全光层的调度，可以保证低时延。低时延可以提高金融类、游戏类业务的用户体验，提高通信运营商的竞争力。着眼于未来，关注未来传送网云化科技的发展，使现在的传送网改造适应未来发展趋势。

5 结语

网络建设，承载先行，传送网的建设是通信业务发展的基础。做好传送网改造，为未来通信的发展建设打下坚实的基础。希望文中提到的关于传送网改造的方案和策略能为通信建设工程实践提供参考。