光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求RPR專欄

1、 【業(yè)界新技術(shù)】1 光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求【RPR專欄】1 新一代光環(huán)城域網(wǎng)彈性分組環(huán)2 城域網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)：彈性分組環(huán)RPR【業(yè)界新技術(shù)】光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求（2003-07-31 通新世界）一、引言在過去幾年中，WDM技術(shù)使得光纖豐富的帶寬資源得以開發(fā)利用。然而，2.5Gbit/s或10Gbit/s的WDM信號經(jīng)過400-600km傳輸后，還需要進(jìn)行電再生中繼。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴。如何在實現(xiàn)全光傳輸?shù)那疤嵯拢档蛡鬏敵杀?，延長傳輸距離，是一個急需解決的問題。在超長距傳輸環(huán)境下，引入了許多新的技術(shù)，如采用喇曼放大器。在傳輸過程中，進(jìn)行波形管理、功率管理、色散管理，以及

2、信號編碼采用RZ編碼和超強FEC等技術(shù)。信號在無電中繼傳輸?shù)木嚯x達(dá)到3000km，在實驗室甚至達(dá)到了10000km。鑒于國內(nèi)外WDM技術(shù)發(fā)展迅速，1.6Tbit/s與800Gbit/s的WDM設(shè)備已經(jīng)有商用化產(chǎn)品，并在干線網(wǎng)絡(luò)上有實際應(yīng)用。為了給研制和運營部門提供技術(shù)依據(jù)，在以往WDM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，制定了光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分。二、光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)介紹我國于1997年在省際干線(西安武漢)引入第一條WDM系統(tǒng)(Lucent公司的8*2.5Gbit/s系統(tǒng)),從此揭開了WDM系統(tǒng)在中國大規(guī)模應(yīng)用的序幕，WDM技術(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)的研究

3、和制定也正式開始。1999年，我國第一個針對WDM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求暫行規(guī)定(YDN120-1999)正式發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)中對8*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)及16*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)的技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)范。2000年，發(fā)布了光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求32*2.5Tbit/s部分(YD/T1060-2000)。2000年對于中國WDM技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用是一個新的里程碑。從1997-1999年間，基于2.5Tbit/sSDH系統(tǒng)的地位受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)，以中國電信為代表的運營商開始全面轉(zhuǎn)向SDH10Gbit/s與WDM320Gbit/s系統(tǒng)，基于10Gbit/sWDM系統(tǒng)開始成

4、為傳輸系統(tǒng)的主流。從2000年開始，對基于單波長為10Gbit/s的WDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定開始迅速展開。當(dāng)時，正逢中國電信對10Gbit/sSDH和320Gbit/sWDM的選擇測試。經(jīng)過對實際設(shè)備及系統(tǒng)的測試，以及與各運營商和國內(nèi)外廠家單位進(jìn)行廣泛的技術(shù)交流，制定出了光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分(YD/T1143-2001)。光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分是為了適應(yīng)超長距WDM系統(tǒng)的應(yīng)用而制定的，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)技術(shù)要求。1.標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍該標(biāo)準(zhǔn)給出的

5、具體參數(shù)針對160路與80路的點到點線性WDM系統(tǒng)，承載信號為SDH STM-64系統(tǒng)或10Gbit/s以太網(wǎng)信號，即1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)。規(guī)定的參數(shù)包括波長區(qū)劃分、波分復(fù)用器件的要求、光接口參數(shù)、波長轉(zhuǎn)換器(OTU)的要求、OADM要求及網(wǎng)管要求等。光放大器和主光通道的參數(shù)適用于單方向使用增益范圍為192.1-196.1THz和186.95-190.90THz的光放大器，波長間隔最小為50GHz。該標(biāo)準(zhǔn)適用于2000km以內(nèi)的長途傳輸。對于不采用喇曼放大器，采用非NRZ調(diào)制方式達(dá)到1000-2000km距離傳輸?shù)南到y(tǒng)不在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。此外，該標(biāo)準(zhǔn)對于WDM系統(tǒng)應(yīng)

6、用的新技術(shù)、向前糾錯(帶內(nèi)和帶外)的功能、喇曼放大器的應(yīng)用、梳狀濾波器及色散補償技術(shù)都作了相應(yīng)的規(guī)范。2.1.6Tbit/s和800Gbit/sWDM系統(tǒng)波長分布1.6Tbit/s的WDM系統(tǒng)在C波段的基礎(chǔ)上，啟用新的波長區(qū)段L波段，C+L波段共160個波長，波段內(nèi)的波長間隔為50GHz。C波段的波長分布范圍為191.80-196.05THz (1529.16-1563.05nm)，該范圍內(nèi)共有86個波長,建議優(yōu)選 (192.10-196.61nm)這80個波長。L波段的波長分布范圍為186.95-190.90THz (1570.42-1603.57nm)。由于波長數(shù)目增多，相鄰波長的間隔減少

7、。1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)對激光器的穩(wěn)定性要求更加嚴(yán)格，規(guī)定最大中心頻率偏移為GHz(約為0.04nm)，而320Gbit/sWDM系統(tǒng)的要求為2.5GHz(約為0.1nm)。最大中心頻率偏移為壽命終了值，即在系統(tǒng)設(shè)計壽命終了時，考慮了溫度、濕度等各種因素仍能滿足數(shù)值?；贑+L波段80通路的WDM系統(tǒng)，用于超過1500km長距離傳輸時，可以分別采用C波段的40個波長和L波段的40個波長，波段內(nèi)的波長間隔為100GHz。實際應(yīng)用的1.6Tbit/s系統(tǒng)中，C波段和L波段是完全分開的，其中C波段和L波段各具80個波長。而C波段和L波段內(nèi)80波的，可以通過梳狀濾波器將兩個基礎(chǔ)波長間隔為100G

8、Hz40波復(fù)用器交織復(fù)用構(gòu)成，也可以直接采用50GHz間隔的復(fù)用器件構(gòu)成。采用梳狀濾波器方案，要完成C波段80波的復(fù)用，需要2個C波段復(fù)用器(其中兩個波段相鄰波長的差別為50GHz)和1個梳狀濾波器(C-Interleaver)。梳狀濾波器是一個3端子器件，兩個輸入端是兩路波長間隔均為100GHz的40波群路信號，輸出端則為波長間隔為50GHz的80波信號。在通過波分復(fù)用器或耦合器將C波段的80波和L波段的80波復(fù)用為160波的系統(tǒng)。為了確保大容量WDM系統(tǒng)的性能，要求波分復(fù)用器件插入損耗小，間隔度大，帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭，溫度穩(wěn)定性好，尺寸小等。目前的復(fù)用器解復(fù)用器一般是以40波為

9、基本單位，相鄰?fù)ǖ篱g隔為100GHz，在技術(shù)實現(xiàn)上較為成熟。當(dāng)復(fù)用通路數(shù)為80個時，相鄰?fù)ǖ篱g隔為50HGz，這時對復(fù)用器件隔離度的要求就更加嚴(yán)格了。3.喇曼放大器的應(yīng)用超長距WDM系統(tǒng)中的光放大器除了應(yīng)用傳統(tǒng)意義上的摻鉺光纖放大器外，最主要的是對喇曼放大器的應(yīng)用。摻鉺放大器的增益取決于摻雜元素的濃度，而喇曼增益取決于泵浦光功率、泵浦光波長和信號光波長之間的波長差值。喇曼放大器就地取材，利用干線光纖作為工作的媒質(zhì)。其增益特性還取決于光纖的性能，如對泵浦光的吸收能力、光纖有效面積等。采用喇曼放大器的系統(tǒng)，每通路光信號的發(fā)送功率較低。而輸出光功率的降低，使得每個通路經(jīng)過線路放大器后，信號得到放大的

10、同時，所引入的非線性損耗降低，這樣使得信號盡可能以線性模式(如準(zhǔn)線性模式)傳輸。因此，輸出信號的光信噪比增大，從而保證在沒有電再生中繼設(shè)備的條件下，信號可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。對于采用喇曼放大器的800Gbit/s和1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)，其光接口參數(shù)有N(22dB長距離間隔)與M(30dB(甚長距離間隔)兩種。由于喇曼放大器有一定的增益，線路損耗由EDFA和喇曼光放大器共同承擔(dān)，其效果等級于兩極光放大器(EDFA+REMAN)串聯(lián)。由于后一級喇曼放大器具有較小的噪聲系統(tǒng)，其等效噪聲系數(shù)相應(yīng)減少。在應(yīng)用喇曼放大器的系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)光纖非線性效應(yīng)，喇曼泵譜源輸出功率必須很高，處于安全考慮，其總

11、輸出功率必須小于+29dBm(800mw)。由于喇曼泵譜源的高功率，必須保證相應(yīng)連接部分的清潔，這對運行維護(hù)提出了很高的要求。不能讓喇曼放大器的泵譜源功率輸出裸露在空間，光纖切斷時，系統(tǒng)應(yīng)具有喇曼泵譜源自動關(guān)閉功能，以防止對人體造成傷害。對80/160路WDM系統(tǒng)，當(dāng)逐路增加承載的通路數(shù)量時，不應(yīng)影響其它通路的性能。當(dāng)同時增加多個通路時，系統(tǒng)也應(yīng)不受影響。當(dāng)運行中增加或減少承載的通路數(shù)量時，系統(tǒng)的各項參數(shù)應(yīng)可以進(jìn)行自動調(diào)整，不需要進(jìn)行其他任何硬件或軟件的改動。對于光放大器(包括EDFA+喇曼放大器)增益的調(diào)整，可以基于單個光放大器或整個光復(fù)用段進(jìn)行。單個光放大器的增益調(diào)整時間小于50ms，整個

12、光復(fù)用段全部光信號調(diào)整完成時間應(yīng)小于60s，包括各個波長的發(fā)送功率、預(yù)均衡和全部光放大器的增益調(diào)整時間。4.系統(tǒng)分類由于喇曼光放大器在WDM系統(tǒng)的應(yīng)用和超強FEC的應(yīng)用，1.6Tbit/s與800Gbit/s系統(tǒng)的分類和應(yīng)用代碼增加，超長距傳輸系統(tǒng)分為常規(guī)LH(Long haul)長距離傳輸系統(tǒng)、亞超長傳輸系統(tǒng)ELH(Enhanced long haul)和超長傳輸系統(tǒng)ULH(Ultra-long haul)。對于傳輸距離小于1000kmWDM系統(tǒng)稱為常規(guī)長距離傳輸系統(tǒng)，傳輸距離在1000-2000km系統(tǒng)稱為亞超長傳輸系統(tǒng)，傳輸距離大于2000kmWDM系統(tǒng)成為超長傳輸距離系統(tǒng)。對于亞超長傳

13、輸系統(tǒng)，又可以分為波長間隔100GHz系統(tǒng)與波長間隔為50GHz系統(tǒng)。對于需要亞超長距離傳輸?shù)牟ㄩL并不需要那么多，為了盡可能達(dá)到更遠(yuǎn)的距離，則對于亞超長距離傳輸WDM系統(tǒng)，允許進(jìn)行波長間隔100GHz的傳輸。800Gbit/s和1.6Tbit/s的系統(tǒng)分類如下：(1)沒有喇曼放大器，只有常規(guī)帶外FEC的80/160波WDM系統(tǒng)，定義有8*22dB和3*30dB兩種光接口。(2)具有常規(guī)FEC與喇曼光放大器的80/160波WDM系統(tǒng)(50GHz間隔)，定義有14*22dB與6*30dB兩種光接口。(3)具有常規(guī)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，定義有20*22dB與8*

14、30dB兩種光接口。(4)具有超強FEC與喇曼光放大器的80/160波WDM系統(tǒng)(50GHz間隔)，定義有18*22dB與7*30dB兩種光接口。(5)具有超強FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，定義有25*22dB與9*30dB兩種光接口。在這里，傳輸距離最遠(yuǎn)的系統(tǒng)，定義的是最具有超強FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔)，傳輸距離為2000km。由于是多波長系統(tǒng)，需要考慮沿途某些站點對波長上下的需求，因此會產(chǎn)生對OADM應(yīng)用的需求。OADM的出現(xiàn)會減少區(qū)段的數(shù)量，與傳輸距離的遠(yuǎn)近無關(guān)。為保證接受機的正常接受，對于采用常規(guī)帶外FEC的WDM系統(tǒng)，在

15、主光通路接收點(MPI-R)，光接口光信噪比為20dB。采用超強帶外FEC的WDM系統(tǒng)，光接口光信噪比為18dB。5. 色度色散補償對于超長距離的傳輸，色散是一種主要線性補償對象，一般都采用DCF色散補償光纖技術(shù)。目前，采用2個色散補償模塊分別補償C/L波段信號。對于超過1000km的傳輸，為了實現(xiàn)精確補償，不排除采用多個色散斜率補償模塊對每個子波段進(jìn)行補償。由于G.652光纖和G.655光纖在1550nm窗口是正色散，因此WDM系統(tǒng)在此光纖上使用的色散補償光纖主要為負(fù)色散的DCM模塊，此模塊在一段距離之后對于不同的波長給予不同的色散補償。色散補償模塊一般用于發(fā)送端功放、線路光放和接收端預(yù)放的

16、中間級，其補償原則根據(jù)光功率預(yù)算的結(jié)果而定。由于G.652/G.655光纖都有一定斜率，有可能會在一個頻段內(nèi)造成比較大的色散差異。要補償這些斜率，DCF光纖也要有相應(yīng)的斜率分布。在C/L頻帶內(nèi)，在一個光復(fù)用段內(nèi)，補償后剩余色散差別應(yīng)小于500ps/nm。 6.自動光功率降低(APR)和自動激光關(guān)斷(ALS)進(jìn)程光纜切斷、設(shè)備失效及光連接器拔出等均會導(dǎo)致光功率丟失。出于安全的考慮，在主光通道一個光段內(nèi)光功率丟失的情況下，需要系統(tǒng)實施ALS與APR進(jìn)程。功率減少后，剩余的所有通道的功率(包括由光監(jiān)控通路OSC來的功率)減少10dBm水平以內(nèi)，不排除光放大器的完全關(guān)閉。為便于在鏈路重新連接好后系統(tǒng)能

17、容易的恢復(fù)，同時考慮實施自動(或人工)重啟動進(jìn)程。對于帶喇曼增益型的光放大器，WDM系統(tǒng)也必須滿足同樣的光安全要求，并必須保證在APR進(jìn)程中對喇曼泵浦也進(jìn)行光安全進(jìn)程處理。三、結(jié)束語在今后的光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，必將會面臨大容量、超長距離(1000km以上)的信號傳送問題。的制定，為我國1.6Tbit/s 部分和800Gbit/sWDM系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)、工程應(yīng)用及入網(wǎng)測試給出了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)，為科研和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范?！綬PR專欄】新一代光環(huán)城域網(wǎng)彈性分組環(huán)一、引言目前，電信業(yè)的開放和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，致使網(wǎng)絡(luò)與通信正以前所未有的速度迅猛發(fā)展。住宅用戶和各類商業(yè)用戶對帶寬的要求越來越高，且業(yè)務(wù)的發(fā)

18、展和寬帶的增加之間相輔相成。從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的角度看，以太網(wǎng)（Ethernet）因其簡單性、易擴展性及其高的性價比，在局域網(wǎng)（LAN）中已占主導(dǎo)地位。超過95%的用戶用以太網(wǎng)連接其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，且正以每3-5年10倍的速度增長。10Mbit/s,100Mbit/s,和1Gbit/s的以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用，10Gbit/s也即將商用化。同時，在廣域網(wǎng)（WAN）方面，基于同步數(shù)字序列（SDH）和密集波分復(fù)用（DWDM）的骨干網(wǎng)傳輸速率已達(dá)到Tbit/s。但在城域網(wǎng)（MSN）方面，無論是光纖分布式數(shù)字接口（FDDI），幀中繼（FR），異步傳輸模式（ATM），（SDH）等傳輸效率一般都不是很高，無法跟上LAN和WA

19、N的發(fā)展，成為整個網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，嚴(yán)重阻礙了WAN端到端的服務(wù)潛力。同時，這些技術(shù)又是基于語音傳輸為基礎(chǔ)的。雖然這些技術(shù)具有高可靠性和技術(shù)成熟等優(yōu)點，但它們基于“專線”的方式，需要預(yù)先確定所需的帶寬，這與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)突發(fā)性的特點顯然是相背道的。這樣，就導(dǎo)致了光傳輸帶寬的浪費。許多研究表明，專線帶寬的利用率不足50%，多數(shù)情況下不超過20%。其次，原來的傳輸多數(shù)是用點到點為基礎(chǔ)的，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)常需要點到多點的傳輸。這種情況下，以前者來適應(yīng)后者，又必然要浪費大量的帶寬。此外，從提供新業(yè)務(wù)的角度來看，由于網(wǎng)絡(luò)下層承載技術(shù)往往需要一定時間來提供與管理，由開始計劃到完成一條回路一般需要幾周甚至幾月的時間，這將嚴(yán)重

20、阻礙新數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的提供。再有，從成本上考慮，顯而易見，目前的MAN技術(shù)也不占有任何優(yōu)勢。建立良好的MAN，首先需要有一個價格合理、擴展性好的解決方案來適應(yīng)不斷膨脹的IP流量和光纖帶寬的增長，其次要能夠?qū)Ω鞣N不同的IP業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，以最少的中間電路層在分組交換網(wǎng)上傳輸IP業(yè)務(wù)。同時，還必須支持現(xiàn)有的傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)，因為這仍是運營商的重要收入來源，且來應(yīng)該在達(dá)到可接受的Qos保證時降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和費用。由于MAN中存在大量的光環(huán)形網(wǎng)，充分利用其優(yōu)點和特點更是非常必要。IP領(lǐng)域很早就認(rèn)識到了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價值，發(fā)展了像令牌環(huán)，F(xiàn)DDI等解決方案。但這些方案都無法滿足上述MAN的需要，也無法滿足在擁塞情

21、況下維持高的帶寬利用率和轉(zhuǎn)發(fā)量、保證節(jié)點間的平衡、迅速從節(jié)點或傳輸媒體故障中恢復(fù)、即可插可用等IP傳輸和業(yè)務(wù)傳遞發(fā)展需要。因此，并不適用于新一代的MAN。為了解決上述MAN存在的問題，在城域范圍內(nèi)構(gòu)建新的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過傳輸類似以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分組來提供各種增強型業(yè)務(wù)，在不降低網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的前提下提供更加經(jīng)濟的MAN解決方案。2000年11月，IEEE802.17工作組正式成立，目標(biāo)是開發(fā)一個PRP（Resilient Packet Rings）標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化在MAN拓?fù)洵h(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。該技術(shù)結(jié)合了以太網(wǎng)的實用性和光設(shè)備的強大功能，利用空分復(fù)用、統(tǒng)計復(fù)用和保護(hù)環(huán)提高了帶寬的利用率，使得協(xié)議開銷

22、最小，實現(xiàn)了節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)資源的公平利用。同時，還支持業(yè)務(wù)分級（SLA）以及即插即用等特性。該技術(shù)打破了LAN與WAN的接入瓶頸，將MAN轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖佟⒑唵?、可靠、能及時提供豐富增值業(yè)務(wù)的帶寬網(wǎng)絡(luò)，為運營商、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商提供了一種全新、有效的MAN的城域接入網(wǎng)解決方案，并預(yù)計到2003年制定出最終協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。而目前由于國際上還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，還有許多問題未達(dá)成一致意見，本文以下幾部分的內(nèi)容綜合參考了各種提案中較為一致的意見，同時也闡述了筆者在相關(guān)問題上的看法。二、RPR關(guān)鍵技術(shù)SONET采用了固定時隙分配技術(shù)來執(zhí)行帶寬分配和服務(wù)保護(hù)，以太網(wǎng)則依賴于以太網(wǎng)網(wǎng)橋或IP路由器來實現(xiàn)帶寬分配管理和服務(wù)保證。

23、這樣，當(dāng)使用SONET時，網(wǎng)絡(luò)使用效率不高。當(dāng)使用以太網(wǎng)交換機時，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量又得不到保證。考慮到帶寬市場的潛力、兼容性、技術(shù)特點、技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性等5個標(biāo)準(zhǔn)，RPR采用了以緩存器插入環(huán)（BIR）為基礎(chǔ)的優(yōu)化的MAC協(xié)議來彌補這些缺陷，提供下一代接入網(wǎng)所要求的恢復(fù)能力、有保證的服務(wù)質(zhì)量和可管理能力。1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議分層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠趦蓚€反方向傳輸?shù)沫h(huán)，相鄰節(jié)點通過一對光纖連接。節(jié)點間使用光纖連接并可采用WDM進(jìn)行擴容。節(jié)點具有以太網(wǎng)接口，可直接與路由器相聯(lián)。RPR的內(nèi)環(huán)和外環(huán)都作為工作信道來傳送簡化的SDH，或者以太網(wǎng)幀格式和RPR協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)幀和控制幀。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以看出，RPR支

24、持多播傳輸和點到點的連接，因此更利于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送。此外，當(dāng)發(fā)現(xiàn)節(jié)點網(wǎng)元或光纖傳輸失效時，RPR執(zhí)行快速自動保護(hù)倒換機制，數(shù)據(jù)會在50ms內(nèi)轉(zhuǎn)換到無故障通路，這樣就提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。從開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI）出發(fā)，在總結(jié)多種協(xié)議 參考模型的基礎(chǔ)上，給出普遍認(rèn)同的RPR協(xié)議參考模型?？梢钥闯觥PR網(wǎng)絡(luò)必須要完成的功能包括：支持多種物理層（PHY）技術(shù)，介質(zhì)訪問控制（MAC）客戶層處理，MAC與MAC控制技術(shù)，運行、管理、維護(hù)、與操作（OAM&P），兼容性能考慮等。其中，PHY可采用Ethernet,SDH或WDM,因此對上層也是透明的。而MAC與MAC控制技術(shù)是RPR最主要，也是最基本的

25、功能，是標(biāo)準(zhǔn)化組織研究的重點。前者主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)傳輸操作控制，而后者主要包括流量控制、業(yè)務(wù)等級支持（SLA）、拓?fù)渥詣幼R別、保護(hù)倒換等功能。2.基本MAC協(xié)議RPR的基本MAC結(jié)構(gòu)是一個BIR，在任何一個節(jié)點都存在3個緩存，即發(fā)送緩存、接收緩存和轉(zhuǎn)發(fā)緩存。如果目的地不是本地，則通過轉(zhuǎn)發(fā)緩存發(fā)出。而本節(jié)點的報文則通過發(fā)送緩存發(fā)送數(shù)據(jù)。RPR支持空分復(fù)用技術(shù)，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報文在目的節(jié)點而不是在源節(jié)點被取出。節(jié)點11到節(jié)點2，以節(jié)點3到節(jié)點6的報文傳送是完全不影響的。這樣，網(wǎng)絡(luò)不但能為傳送的報文提供最短的傳輸路徑，且僅占用戶源和目的站之間的線路，環(huán)路上的其他部分可同時供其他站點使用，因此提高了帶寬的

26、利用率。3.流量控制由于RPR網(wǎng)絡(luò)資源是基于共享的，同時目的地取出報文的方式又使得環(huán)上有超過一個節(jié)點同時傳送信息，這就引發(fā)了流量控制的問題。如果不進(jìn)行節(jié)點接入控制，每個節(jié)點隨意訪問將會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，增加端到端的時延和丟幀率。在極端情況下，會出現(xiàn)完全的“饑餓”狀態(tài)，即節(jié)點的帶寬完全被上游的流量所占用，而本節(jié)點流量無法接入。圖4中，如果節(jié)點11流往節(jié)點8和節(jié)點8流往節(jié)點10存在的流量都比較大，節(jié)點9可以傳送數(shù)據(jù)的機會就比較少。如果節(jié)點9總是被上游的流量所“覆蓋”，它就會完全“饑餓”。這種情況下，就提出了所謂“公平性”性能問題，即MA應(yīng)該對環(huán)上所有節(jié)點支持上層客戶“公平地”接入下層介質(zhì)。任何一種公平

27、性的具體的實現(xiàn)都是通過一些接入算法和一些控制信息協(xié)調(diào)實現(xiàn)的（如Cisco公司提出的SRP-fa等）。具體算法的選擇是RPR標(biāo)準(zhǔn)化組織的主要內(nèi)容之一。4.SLA支持和帶寬管理為了適應(yīng)MAN客戶種類繁多、交換粒度差異大的特點，除流量控制外，RPR還必須有一套靈活的動態(tài)帶寬管理和多等級承載業(yè)務(wù)SLA保證機制，以滿足不同業(yè)務(wù)對傳輸延時、抖動、差錯率的不同要求。雖然已提交的RPR提案中對業(yè)務(wù)等級的定義與細(xì)節(jié)描述不盡相同，但總體上看，大致可以歸納為3種：用于業(yè)務(wù)速率恒定的情況固定帶寬業(yè)務(wù)，用于有承諾帶寬并且允許一定突發(fā)數(shù)據(jù)的可變帶寬業(yè)務(wù)，與傳統(tǒng)IP中的業(yè)務(wù)等級類似的盡力而為的業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)流在進(jìn)入環(huán)路時首先被

28、分類、調(diào)度，然后根據(jù)不同的優(yōu)先級標(biāo)識，被放入不同的緩存區(qū)。RPR對于第一種情況一般是采用帶寬預(yù)留的方式來保證其傳送，而對后兩種則采用了動態(tài)的帶寬分配方式。這樣，不但提高了帶寬的利用率，同時實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)突發(fā)業(yè)務(wù)的語音等其他業(yè)務(wù)的有效支持。5.拓?fù)渥詣幼R別在RPR環(huán)結(jié)構(gòu)中，每個節(jié)點均有上下兩個相鄰節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單。正常狀態(tài)下，節(jié)點間沒有任何關(guān)于拓?fù)湫畔⒌母隆６?dāng)環(huán)初始化、新節(jié)點加入環(huán)中或需環(huán)路保護(hù)倒換時，RPR進(jìn)入自動拓?fù)渥R別模式。觸發(fā)器觸發(fā)節(jié)點向環(huán)上的所有的節(jié)點發(fā)送第二層消息，節(jié)點可根據(jù)此消息判斷有哪些節(jié)點處于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，在環(huán)的兩個方向上達(dá)到其它節(jié)點需要幾跳以及環(huán)上每段光纖的狀態(tài)。這

29、樣，在網(wǎng)絡(luò)運行過程中，每個節(jié)點都詳細(xì)地掌握著網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D和每條鏈路的狀態(tài)?；诖耍W(wǎng)絡(luò)不但實現(xiàn)了即插即用的特點，同時當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，故障點的兩側(cè)節(jié)點向其他節(jié)點廣播故障消息，然后每個節(jié)點得知每個節(jié)點和每條鏈路的現(xiàn)狀，這樣節(jié)點可根據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)等級的要求進(jìn)行基于源路由的業(yè)務(wù)倒換。6.保護(hù)倒換機制如上所述，RPR是通過正反傳輸方向兩個光環(huán)進(jìn)行組網(wǎng)的，這種組網(wǎng)方式使得RPR具有很強的健壯性。當(dāng)一光環(huán)切斷或某一網(wǎng)元失效時，RPR可通過第二層的保護(hù)機制自動為數(shù)據(jù)包切換到另一環(huán)路上，即使兩個環(huán)路都失效，網(wǎng)絡(luò)仍能工作。保護(hù)倒換機制主要有兩種：采用源路由的保護(hù)機制和采用卷繞的保護(hù)機制。采用卷繞的保護(hù)機制為，當(dāng)一傳

30、輸光環(huán)線路失效時，通過信令通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，在失效處兩端節(jié)點處繞回。因此，業(yè)務(wù)流要先沿原路到達(dá)環(huán)回處，才被切換到另一環(huán)路去，再環(huán)回，最終達(dá)到目的節(jié)點。采用源路由的保護(hù)機制，RPR則不同。當(dāng)一傳輸光環(huán)線路失效時，失效處兩端節(jié)點會發(fā)出第二層的控制信令沿光纖方向通知各個節(jié)點。業(yè)務(wù)流源節(jié)點接受到這個信息后，立即向另一個方向的光纖上發(fā)送報文，從而實現(xiàn)保護(hù)倒換。同時，在保護(hù)切換時，節(jié)點會考慮業(yè)務(wù)流不同的服務(wù)等級，根據(jù)同一節(jié)點的切換原則，依次向反方向環(huán)切換業(yè)務(wù)。兩種機制都能在50ms的時間里完成保護(hù)倒換功能。而基于源路由切換保護(hù)機制由于不需要“折回”，因此保護(hù)倒換時間更短，同時也更能節(jié)約帶寬。三、RPR特點與發(fā)

31、展現(xiàn)狀綜上所述，通過結(jié)合第二層簡單的交換技術(shù)和現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸能力、帶寬有效性和低的協(xié)議開銷等性能，RPR體現(xiàn)出很多的優(yōu)點。1.帶寬效率傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)需要環(huán)帶寬的50%作為冗余，RPR則不然，它把兩個反方向旋轉(zhuǎn)的環(huán)都利用起來，用于傳送和控制數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流。此外，RPR還利用目的地報文提取的方式實現(xiàn)了環(huán)路帶寬的空間重新利用。這樣，就大大提高了帶寬的利用效率。2.保護(hù)機制RPR可以提供在故障出先后50ms時間內(nèi)的自動保護(hù)倒換業(yè)務(wù)，這就與SDH的ASP相類似，為用戶提供了99.999%的服務(wù)時間。此外，業(yè)務(wù)流的優(yōu)先機制確保了優(yōu)先級高的業(yè)務(wù)流能夠得到適當(dāng)?shù)奶幚?，以滿足實時性業(yè)務(wù)的需求。3.簡單的業(yè)務(wù)提

32、供RPR的目標(biāo)之一是分布式接入、快速保護(hù)和業(yè)務(wù)的自動重建為節(jié)點的快速插入和刪除提供了即插即用機制。RPR也是一項在環(huán)內(nèi)使用共享帶寬的分組交換技術(shù)，每一個節(jié)點都知道環(huán)的可用容量。在傳統(tǒng)的電路交換模式下，全網(wǎng)格型連接需要O（n2）個點到點連接，而RPR只需要一個與環(huán)的業(yè)務(wù)連接，這樣就大大簡化了工作。此外，RPR的數(shù)據(jù)通信速率可達(dá)1-10Gbit/s。RPR網(wǎng)絡(luò)支持SLA，可滿足用戶對服務(wù)等級的嚴(yán)格要求，支持端到端的傳輸服務(wù)等級。充分簡化了網(wǎng)絡(luò)層次，消除了功能上的重復(fù)性。易管理和操作，對資源和流量都采用分布式的方式進(jìn)行管理，管理信息豐富。RPR還可以及時提供新服務(wù)和迅速對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級。與現(xiàn)有的技術(shù)，

33、如SDH，以太網(wǎng)，ATM等相比，RPR無疑具有更強的優(yōu)越性和更廣的應(yīng)用前景。目前，雖然IEEE802.17工作組還在進(jìn)行RPR標(biāo)準(zhǔn)指定和測試工作，RPR的正式商用還要在一年以后，但由于預(yù)期的良好市場前景，許多公司都已推出了不同的非標(biāo)準(zhǔn)RPR城域交換產(chǎn)品，以期在激烈的市場競爭中占的先機。最具代表性的產(chǎn)品有Cisco的DPT/SRP，Nortel網(wǎng)絡(luò)的InterWan,以及Luminous的PacketWave等。相應(yīng)地，一些大的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商也推出或即將推出RPRMAC層芯片，比如Vitesse與Nortel合作，推出的支持GFP的RPR芯片VSC9129，Conexant推出了CX29950R

34、ingMaker環(huán)路處理單元。但在正式標(biāo)準(zhǔn)未出臺前，以上方案都屬于前瞻性的技術(shù)。雖然每個供應(yīng)商都承諾，一旦802.17標(biāo)準(zhǔn)出臺，就改造其產(chǎn)品以符合802.17標(biāo)準(zhǔn)，但在規(guī)范形成前造就事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以影響標(biāo)準(zhǔn)的制定也是所有廠商的目的。四、結(jié)束語RPR是一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，是應(yīng)下一代MAN的要求而設(shè)計的。RPR一經(jīng)提出，便受到各方面的青睞。然而，該技術(shù)還處于早期研究與探索階段，相關(guān)的MAC和PHY還需進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化。但是由于其集IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠于一身，業(yè)界普遍對它的市場前景表示樂觀。相信隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)一步開展和市場的進(jìn)一步擴大，RPR必將成為滿足

35、新一代帶寬IP MAN所采用的最佳技術(shù)之一。城域網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)：彈性分組環(huán)RPR城域網(wǎng)已成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的熱點。城域網(wǎng)建設(shè)的鏈路層候選技術(shù)有很多，例如ATM、POS、以太網(wǎng)、幀中繼、混和傳輸?shù)取Ｒ陨霞夹g(shù)各有利弊，但并不能同時滿足質(zhì)量保證、效率、性價比、帶寬要求等需求。而新近出現(xiàn)的彈性分組環(huán)技術(shù)-RPR，集成了IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠性，被國際上普遍認(rèn)為是一種很有市場前景的技術(shù)。目前IEEE802.17工作組正在對RPR進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，已經(jīng)推出1.0版草案。預(yù)計標(biāo)準(zhǔn)正式版本將于2003年3月推出。城域網(wǎng)發(fā)展催生RPR近十年來,傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)的年增長率只有5%10%，而以I

36、nternet為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的年增長率為2030%。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中的主導(dǎo)業(yè)務(wù)。曾經(jīng)被寄予厚望試圖端到端解決的ATM技術(shù)已不再耀眼；曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于城域網(wǎng)的FDDI技術(shù)也快銷聲匿跡了；幀中繼網(wǎng)因帶寬原因無法成為骨干技術(shù)。雖然在城域范圍內(nèi)三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已塵埃落定-IP技術(shù)一統(tǒng)天下，但是鏈路層技術(shù)的選擇依然競爭激烈。城域網(wǎng)建設(shè)的鏈路層候選技術(shù)有很多，例如ATM、POS、以太網(wǎng)、幀中繼、混和傳輸?shù)?。以上技術(shù)各有利弊，可以依照網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求作選擇。如果偏重QoS要求可以選擇ATM技術(shù)；偏重效率可以選擇POS技術(shù)；偏重性價比可以選擇以太網(wǎng)鏈路；帶寬要求不高的局域網(wǎng)互聯(lián)可以選擇幀中繼；有服務(wù)

37、質(zhì)量保證的以太網(wǎng)鏈路可以依托混和傳輸平臺。但是，究竟是利用昂貴且技術(shù)復(fù)雜、帶寬有限但保證服務(wù)質(zhì)量的ATM，還是相對簡單但不保證服務(wù)質(zhì)量的POS技術(shù)，或者索性使用廉價的以太網(wǎng)（由于技術(shù)的進(jìn)步，千兆或萬兆以太網(wǎng)鏈路已能夠用于城域范圍）來構(gòu)建城域數(shù)據(jù)網(wǎng)仍在爭論中。雖然對于某種特定的業(yè)務(wù)需求總可以找到相應(yīng)的技術(shù)，但是人們總希望某種技術(shù)可以適應(yīng)更多需求。當(dāng)前的現(xiàn)狀是運營商常常出于種種考慮不得不在城域構(gòu)建IP網(wǎng)ATM網(wǎng)，或者傳輸網(wǎng)IP網(wǎng)。幸運的是當(dāng)前又出現(xiàn)了新的選擇-彈性分組環(huán)技術(shù)(RPR)。RPR是一種新興的鏈路層協(xié)議，是為優(yōu)化在環(huán)型拓?fù)渖蟼鬏敂?shù)據(jù)包而提出的一種全新的IP包承載技術(shù)，是適合城域網(wǎng)骨干層、

38、匯聚層的組網(wǎng)和鏈路層技術(shù)。通?？梢哉J(rèn)為彈性分組環(huán)是當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術(shù)，具有雙環(huán)結(jié)構(gòu)、空間復(fù)用機制、靈活的業(yè)務(wù)帶寬顆粒、帶寬動態(tài)共享和分配、統(tǒng)計復(fù)用、支持業(yè)務(wù)級別、自動識別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于源路由的保護(hù)倒換等主要特點（如圖所示）。該技術(shù)一方面吸收了以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點，如經(jīng)濟、靈活和可擴展好；另一方面吸收了SDH的優(yōu)點，如對延時和抖動性能嚴(yán)格保障、可靠的時鐘以及SDH環(huán)網(wǎng)50ms快速保護(hù)。RPR結(jié)構(gòu)圖RPR技術(shù)在國際上引起極大的關(guān)注，很多數(shù)據(jù)設(shè)備制造廠商以及運營商都表示興趣，所以標(biāo)準(zhǔn)制定中爭議很多。雖然IEEE802.17工作組從1999年開始對RPR進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作，本來希望2000年上半年定稿，但一直沒有完成。雖然標(biāo)準(zhǔn)尚未定稿，并被一再拖延，但是由于大量設(shè)備制造商緊密跟蹤該技術(shù)發(fā)展，目前已推出RPR設(shè)備。這樣的廠商例如Cisco、Juniper、Luminus、華為、中興、港灣等。但由于運營商一般希望采用成熟穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)以保證互聯(lián)互通，而標(biāo)準(zhǔn)尚未定稿，所以RPR技術(shù)在城