MSTP、SDH+ATM、OTN、RPR四種技術的比較

微藍圖書館 2015-05-04

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以下是我對四種常用于軌道交通傳輸組網技術的比較分析，不正之處歡迎指出，大家一起討論：

a) MSTP

MSTP技術自問世以來已經發(fā)展到了第三代，它繼承了SDH的一切優(yōu)點，并與接入技術配合，能夠很好地滿足上述承載業(yè)務的特性要求。MSTP技術具有下列特點：

可以兼容PDH的網絡體系，支持多種物理接口。
簡化網絡結構，支持多協議處理。如：PPP、ML-PPP、LAPS、GFP等。
支持以太網業(yè)務透傳、二層匯聚、二層交換，可實現對以太網業(yè)務的帶寬共享以及統計復用、帶寬管理和環(huán)路保護功能。
支持VP-Ring保護，可以和SDH的通道保護和復用段保護協同處理。
傳輸的高可靠性和自愈保護恢復功能。MSTP繼承了SDH的各種保護特性，實現99.99％的工作時間、硬件冗余、小于50ms的通道保護恢復時間，這些對提高服務質量至關重要。
具有622M、2.5G和10G平滑升級、擴容能力，并可與波分復用技術相結合，滿足用戶更大的帶寬需求。
高度多網元功能集成，有效的帶寬按需分配、管理。
支持彈性分組環(huán)（RPR）和多協議標志交換（MPLS）等新技術的應用。
技術的發(fā)展是永恒的，隨著彈性分組環(huán)（RPR）、多協議標志交換（MPLS）等新技術在MSTP平臺上的應用日趨成熟，MSTP技術在網絡保護、帶寬按需分配、流量控制等方面更具有優(yōu)勢。
第三代MSTP技術最明顯的特點是引入了RPR over SDH，以及引入MPLS保證QoS并解決接入帶寬公平性的問題，支持虛級聯和鏈路容量自動調整（LCAS）機制，支持多點到多點的連接。

　　綜上所述，MSTP技術可實現城市軌道交通系統通信網絡和業(yè)務的綜合化和一體化。既簡化了網絡層次，提高了帶寬的使用效率，又降低了通信系統的運營維護成本，可供選擇的廠家較多，主要有阿爾卡特、馬可尼、ECI、朗迅、北電網絡、泰樂、中興、華為等。MSTP技術已經成為軌道交通通信網傳輸系統制式的選擇之一。

　　本方案的優(yōu)點是：技術先進、開放，設備標準化，具有強大的網絡管理能力和靈活的組網能力，升級擴容能力強，接口類型豐富。而且MSTP同時綜合SDH、ATM、Ethernet標準接口，是一個綜合的業(yè)務平臺，已在電信領域大量采用。

缺點是：
l       每個MSTP設備的以太網處理板卡需要對每個業(yè)務進行MAC地址查詢，隨著環(huán)路上的節(jié)點增加，查詢MAC地址表速度下降，處理性能明顯下降。
l       對數據業(yè)務的傳輸采用PPP或ML-PPP映射的方式，映射效率低，造成較大的帶寬浪費，在傳輸視頻業(yè)務時這種帶寬的浪費尤其嚴重。
l       不能對基于以太網的用戶提供多等級具有質量保障的服務，服務類型屬于面向非連接，不能提供端到端的質量保障。

b)SDH+ATM

　　傳統SDH傳輸技術對各種業(yè)務有固定的信道，對業(yè)務的QoS完全保證，而不需要進行復雜的協議控制，特別適合于實時業(yè)務的傳輸。而軌道交通中需傳輸系統承載的公務電話、調度電話、無線音頻、廣播寬帶音頻、廣播控制數據、時鐘信息、閉路電視控制數據、電源監(jiān)控數據、無線控制數據、信號ATC數據、電力SCADA數據、BAS/FAS數據、AFC數據、閉路電視監(jiān)視系統等業(yè)務絕大部分都是實時性很強的業(yè)務，需對QoS有100%保證。

　　傳統SDH傳輸系統的優(yōu)點是：技術先進、光接口標準統一，具有強大的網絡管理能力和靈活的支路分插（同步復用）能力；組網靈活，可組成點對點、鏈形、環(huán)形等不同拓樸結構；擴容能力強，系統很容易從155M升級到622M、2.5G和10G；網絡可靠性高，具有MSP保護、通道保護、子網連接保護等保護手段。其缺點是：以窄帶業(yè)務為基礎，不能提供所需的寬帶視頻、局域網等接口和傳輸功能，只能提供點對點傳輸通道，無法實現帶寬動態(tài)分配等。

　　網絡的帶寬按需分配和業(yè)務按分組傳送是ATM技術的顯著特點，但ATM網絡需復雜的網絡流量等控制協議來保證實時業(yè)務的短時延和小抖動，ATM技術是否能夠對地鐵/輕軌中的這些實時業(yè)務有較好的QoS，還需實踐證明。但目前ATM技術在軌道交通領域的應用已經不是主流技術方案，究其原因，除ATM技術本身的局限性外，可選擇的高品質的專網ATM產品供應商也越來越少。有實際應用的方案是采用ATM網絡來傳輸閉路電視視頻等其它寬帶業(yè)務，其它業(yè)務采用SDH網絡傳輸。

　　本方案的優(yōu)點是：技術成熟、開放、標準化高，網絡都具有強大的網絡管理能力和靈活的組網能力，升級擴容能力強。

　　缺點是：同時需要兩套網絡，網絡管理不統一；投資大，維護、管理、運營等成本高，由ATM網絡傳輸以太網信元開銷大，效率低。

c)OTN

　　從本質上講，OTN也是采用基于TDM體制的復用技術，因此它同樣具有時隙的概念，每路信號占用在時間上固定的比特位組，信道通過位置進行標識，對業(yè)務的QoS也能完全保證，根本區(qū)別在于OTN網的幀結構。

　　主要有以下特點：
l       真正實現了語音、數據、圖像一體化，傳輸、接入一體化、窄帶、寬帶一體化。
l       帶寬粒度細，按需分配帶寬，提高網絡資源的利用率。
l       采用分布式網絡結構，組網靈活，升級擴容方便。
l       具有豐富的接口：各種標準的音頻接口，寬帶音頻接口，E1/T1/D3數字接口，RS-232，RS-422，RS-485，10Base-T/100Base-TX等。
l       各種應用可直接接入OTN，無需接入設備。
l       可以支持語音。圖像信號的多點廣播。
l       有自愈功能，可靠性高。
l       采用數字圖像壓縮技術，可提供高清晰度監(jiān)控圖像等等。
l       方便的管理特別適合地鐵等各種綜合業(yè)務的接入，并進行透明傳輸。
l       集成的管理系統可直接管理到獨立的端口。
l       不同的信號種類一步復用映射到OTN幀中，高速和低速的應用可簡單疊加在一個網絡中運行。
l       所有的應用可自由的混合。
l       一種信號的傳輸不會影響其他種類的信號船速銷。
l       低開銷（＜2％）。

　　缺點是：成本高，技術封閉，業(yè)務接口不開放，獨家供貨，網絡互聯不便。

d)RPR

RPR彈性分組環(huán)（Resilient Packet Rings）是一種新的MAC層協議，是為優(yōu)化數據包的傳輸而提出的。它具有以下優(yōu)點：
l       RPR根據用戶需求分配帶寬，通過支持空間復用技術和統計復用技術，提高帶寬利用率。
l       RPR可對數據業(yè)務進行優(yōu)化，有效支持IP的突發(fā)特性。
l       對于有實時性要求的數據業(yè)務，RPR可以提供不同等級的服務和基于不同等級業(yè)務的環(huán)保護功能來保障數據業(yè)務實時性。
l       在保障實時性方面和故障倒換時間（16ms～50ms）上可與SDH技術媲美。
l       由于RPR既可以使用SDH幀結構，也可以使用802.3幀結構，因此RPR可以在目前所有的光纖傳輸設備上運行，包括：裸光纖（Dark fiber）、波分復用設備（DWDM）、SDH/Sonet網絡。
l       RPR技術承載視頻監(jiān)控系統，用戶數據能繼續(xù)保持以太網幀格式，省略復雜、昂貴的分組到TDM的映射過程，并對用戶分組進行嚴格的服務質量等級分類。提供嚴格的延時和抖動保障機制，使得視頻圖像清晰、畫面流暢，完全達到軌道交通監(jiān)控圖像的要求，對軌道交通工程中一直是傳輸難點的視頻業(yè)務提供了非常良好的承載。

但RPR技術也存在以下問題：
l       從業(yè)務接口的角度來看，和SDH、MSTP、ATM存在同樣的問題，必須借助于接入設備來提供低速數據等接口。
l       純粹的RPR技術主要的缺點是對TDM業(yè)務的支持效果仍不盡如人意，其中的重要問題是對時鐘的透明傳輸，RPR同步機制與SDH不同。網絡管理系統無法像SDH網管系統對一個復雜、龐大的網絡進行有效管理，并缺少SDH的端到端性能監(jiān)視和配置等手段。
l       由于RPR技術使用環(huán)形拓撲，當環(huán)中兩個節(jié)點之間的帶寬需求增加時，整個環(huán)網的帶寬都要進行升級。
l       RPR技術缺少對單個業(yè)務和單個用戶的保護粒度，因此造成了網絡資源不必要的浪費，同時也減少了所能提供的業(yè)務類型。
l       由于RPR技術是專為物理環(huán)或邏輯環(huán)而設計的MAC層技術，因此RPR MAC層的應用僅局限在環(huán)，跨環(huán)時必須終結，因此無法實現跨環(huán)時的端到端帶寬共享、公平機制、QOS和保護功能，因此在組建復雜網絡時有一定的局限性。

　　MSTP多業(yè)務傳輸平臺的實現方案較多，主要包括基于傳輸系統的多業(yè)務傳送平臺（如基于SDH、DWDM等）和基于分組的多業(yè)務傳送平臺（如基于IP、RPR和MSR等）。在當前實際的網絡建設中，前者中應用最普遍的是基于SDH的多業(yè)務傳送平臺，而后者所包含的各項技術均仍處于不斷發(fā)展完善之中。

1.基于SDH的MSTP

　　基于SDH的MSTP的基本思想是在傳統的SDH傳輸平臺上，集成2層以太網、ATM等處理能力，將SDH對實時業(yè)務的有效承載和網絡2層（如以太網、ATM等），甚至3層技術所具有的數據業(yè)務處理能力有機結合起來，以增強傳送節(jié)點對多類型業(yè)務的綜合承載能力。在當前實際的設備開發(fā)和應用中，如何有效承載以太網業(yè)務是關注的重點。

　　基于MSTP承載以太網業(yè)務的技術發(fā)展經歷了業(yè)務透傳承載和2層交換承載兩個階段。為了提高基于MSTP的以太網的組網應用能力及業(yè)務性能，人們已經在此類節(jié)點設備中引入了大量新技術，如VC級聯與虛級聯，鏈路容量調整方案（LCAS），GFP/LAPS/PPP等標準封裝協議，基于以太網的CoS分類、排隊和調度、流量控制等機制，802.1q VLAN和802.1 ad運營商橋接（VLAN堆疊）技術等。

　　隨著應用的不斷深入，人們發(fā)現僅僅引入上述技術還不足以有效滿足客戶層（包括用戶）的要求。為此，當前新的研究重點又發(fā)展到考慮如何將RPR和MPLS等技術內嵌入MSTP中。

　　通過內嵌RPR的MSTP承載以太網業(yè)務時具有如下特點：簡化了環(huán)路內的分組處理過程、提高了環(huán)網帶寬的利用效率、支持快速的保護倒換機制、具有帶寬公平機制和業(yè)務分類處理能力、支持拓撲自動發(fā)現，以及可支持廣播和組播業(yè)務。RPR也存在一些問題，如缺乏細粒度的基于單個用戶的QoS保證機制，僅支持環(huán)型拓撲、難以提供端到端的用戶流量的標識和控制等。

　　通過內嵌MPLS的MSTP承載以太網業(yè)務時具有如下特點：能夠實現端到端的用戶標識和流量控制，具有合理的帶寬動態(tài)分配機制和端到端的QoS保證能力；通過使用MPLS標記，允許不同用戶使用同樣的VLAN ID，從根本上解決了傳統方案的VLAN地址空間的限制問題，由于采用標簽機制，MPLS的路由計算可以基于以太網拓撲，因此減少了路由設備的數量和復雜度，優(yōu)化了以太網數據在MSTP中的傳輸效率。另外，能夠提供2層的VPN服務也是內嵌MPLS的MSTP所具有的一大特色，目前業(yè)界正在積極研究如何在MSTP中實現2層Martini MPLS VPN的問題。但是，為了充分發(fā)揮MPLS所具有的上述優(yōu)勢（例如實現MPLS VPN業(yè)務，并通過支持VPN成員的自動發(fā)現及動態(tài)配置以提高VPN業(yè)務的可用性），需要采用一定的信令和路由協議，實現相對復雜。

　　顯然，針對不同的網絡應用環(huán)境和以太網業(yè)務的流量模式，內嵌MPLS與內嵌RPR的MSTP各有優(yōu)缺點，很難、也沒有必要一比高低。綜合兩種技術共同實現對以太網業(yè)務的處理也是一種可以考慮的方法，此時，采用MPLS和RPR技術分別針對用戶流量和節(jié)點管道實施控制，并將2個不同階段的流量控制過程適當地關聯，能夠進一步提高MSTP處理以太網業(yè)務的能力。

2.基子分組技術的MSPP和多業(yè)務環(huán)

　　基于分組技術的多業(yè)務傳送平臺也是一類重要的MSTP解決方案，又有人稱之為MSPP，主要包括基于IP、RPR、MSR等的MSTP方案?；诜纸M技術的MSTP簡化了協議層次，降低了解決方案的成本，但同時也帶來了實現多業(yè)務（特別是對QoS敏感的實時業(yè)務）承載時QoS難以得到有效保證的問題。因此，該方案演進的主要目標是如何有效地解決QoS保證問題。

　　MSR是武漢郵電科學研究院代表中國政府于2002年2月向ITU-T SG17提出建議，于2003年10月正式批準為國際標準（X.87/Y.1324）。MSR是一種新型的光城域網組網和應用模式。它工作在RPR MAC層之上，因而繼承了RPR的諸多特性。另外，MSR通過采用client PDU的方式對RPR幀格式作了重大改進、全新地定義了XP（X.87協議）幀，并引入支路（業(yè)務）概念來實現傳輸與交換的一體化以及語音、數據和視頻業(yè)務的融合。它的主要特性是在數據鏈路層將不同的業(yè)務流量（通過Ethernet承載）、語音（通過G.702 PDH、采用TCE（TDM電路仿真）over MSR等方式承載）和視頻（通過DVB等承載），不同的網絡支路形態(tài)，不同類型的數據流量（業(yè)務數據流量、網管數據NM流量和信令CS流量）有機地聚合在一起，實現各類數據和業(yè)務的低層集合與統一封裝。