采用数字封包技术提升SONET/SDH的性能

在高速传输架构中,组帧技术和标准很多,G.709就是业界的主导标准之一,它全面地提升了大部分常用传输协议的性能监控水平。本文讨论从SONET/SDH向光网络升级面临的问题,同时探讨了光网的业界标准,以及实现兼容G.709标准的数字封包技术。

下一代网络需要具有高可用性和生存性的高效传输和性能监控能力。长期以来,SONET/SDH网络一直用于高速主干网。在SONET/SDH之后,WDM和DWDM网络提高了传输能力。数字封包(digital wrapper)技术提供了一种与协议无关的传输机制,通过它可以对光传输网络进行具有鲁棒性纠错能力的高效管理。

SONET/SDH技术已经作为经过验证的技术被业界所接受。由于它内在的生存能力和性能优势,传统上,高速传输的主干网络都建立在SONET/SDH技术之上。自修复双向环架构提供了出色的可用性和误码性能监控能力、充分的网络管理措施,并可快速提供分插(add-drop)复用架构的服务。

SONET/SDH是一种基于时分复用(TDM)的技术。SONET/SDH帧结构建立在几个构建块的同步字节智能复用基础之上。这种同步复用单元是结构化的固定大小的字节集合,它们是字节交织或相互映射的,最终组成STM-N/STS-N帧。对于TDM传输,虚拟容器(VC)或虚拟分支(VT)是基本的构建块。一个VC/VT映射一个有效载荷,这个有效载荷可以是任何PDH(准同步数字体系)信号,也可以是其他低层次的同步复用单元。

虽然SONET/SDH是一种TDM技术,但是任何类型的信息都可以在SONET上传输。这使它可以进一步发展成高速传输网络,从而在一个集中的网络上传输各种信息,提供不同的服务。

虽然ATM能实现精密的流量设计、灵活的路由,在物理带宽和多服务集成方面有更好的措施,但ATM映射本身会带来18%到25%的带宽开销,而SDH/SONET也需要大约4%的开销。

将IP直接映射到SONET的解决方案可以提供鲁棒的传输、路径层次的故障和性能管理,以及高带宽效率的管理切换。在SONET上传输IP的技术包括基于SONET/SDH数据包(POS)和基于SONET/SDH的以太网。标准化的SONET/SDH数据包映射采用PPP(点对点协议)/HDLC(高级数据链路控制)。IP数据报被封包进提供多协议封包、错误控制和链接初始化的PPP数据包中。PPP数据包采用HDLC进行组帧,以提供数据包描绘和错误控制。

光传输网络

SONET/SDH网络的主要缺点在于它们是为传输TDM信息而优化的。该协议缺少处理基于TDM技术的传统语音信息以外的其他信息所需的功能。大部分高速传输主干网都是基于SONET/SDH环路架构之上的。在一个SONET/SDH环路中,存在着环路节点数目的限制。还有另外一类SONET/SDH终端设备用在点对点应用中。但是,这种技术需要采用多根光纤以便在点对点网络中提升带宽。SONET/SDH网络需要保护电路来提供安全保证。虽然使用保护电路要消耗不少带宽,但它可以在最短时间内提供出色的恢复功能。最重要的是,在每个SONET/SDH节点上都需要执行一次光-电-光转换,这增加了设备的复杂度。因此,在支持高带宽光网络方面,SONET/SDH网络有其内在的局限性。

于是便引出了一种全光网络架构。光传输联网(OTN)常常被定义为组建具有光信道路由、交换、监控、生存性等先进特征,同时支持灵活、可伸缩和可靠地传输各种客户信号的光网络的能力,它具有很高的带宽,每个光信道的位速率可达几十Gbps。在一个功能齐全的光传输网络中,传输联网功能将从SONET/SDH网络升级到光传输网络,并将充实服务层功能,以满足各种基础设施和服务的具体需求。

WDM与DWDM

迈向光传输网络的第一步是波分复用(WDM)。WDM是一种用来在单根光纤中建立多个独立光信道的技术。

SONET组帧信号可以映射到WDM设备,提升嵌入光纤的容量,保留SONET的结构,因为光传输层对于SONET层将是透明的。原有的SONET信息继续传输,仿佛它是唯一的信息流；同时,新的信息流可以添加到新的波长而不影响原来传输的信息流。密集波分复用(DWDM)是可以支持大量信道的系统。通常在WDM系统中,每个光信号都可以工作在高达2.5Gbps或10Gbps的速率,支持32到64个信道。

映射到SONET/SDH的IP数据包可以由将SONET/SDH 帧映射到光波长的WDM基础设施进行传输,而不必调整SDH设备。这种技术称为基于DWDM的IP、基于光纤的IP以及基于玻璃的IP,它们指的是设备互连,而不是波长上的直接协议映射。

数字封包技术

采用原始的DWDM技术,很难经济有效地管理数量越来越多的波长以提供快速可靠的服务。要有效地管理波长或光信道,光网络需要支持单个波长一级的操作、管理和维护(OAM)功能。在DWDM系统中,各个波长上的信号必须符合SONET/SDH规范,以便支持信号再生,并监控、分析和管理光信道。如果没有信号再生和波长转换的全光设备,那么在类似光透明子网的近期全光网络中应该有某种光电转换装置,由性能增强的光电部件构成。

数字封包技术是向单个光信道提供管理和智能特征的一种解决方案。数字信封或封包被设置在光信道本身周围,为每个光信道提供了一种非干扰性的监控和管理。一部分数字操作(额外开销)带宽被添加给客户波长,利用光电转换需求的优势,有关客户信号的管理和控制信息可以与信号一起通过网络进行传递。

数字封包在不破坏信号的位速率、格式和定时的条件下对本地信号进行封包。光网络几乎可以支持任何客户协议的传输,并可直接支持客户端接口,如SONET/SDH、千兆以太网、ATM、帧中继和以太网协议。光信道开销(OCh-OH)在光信道中采用传输客户信号的同一频带传输。

数字封包插入了一种高效的纠错算法---前向纠错(FEC)机制,它在检测和纠正在光链路中遇到的错误时非常有效。数字封包中的FEC是通过在整个光信道位流中插入Reed-Solomon码实现的。在链路的终结端,封包被剥离客户信号,Reed-Solomon解码器检测和校正链路上遇到的位错误。Reed-Solomon算法可以相当成功地在链路的接收端重建数字信号。通过采用FEC技术,先进的光系统可以单独报告在任何特定光信道中检测和校正的位误码率。

关于数字封包技术,业界所遵循的标准是ITU-T G.709,它为光传输体系定义了光网络节点接口(ONNI)。它详细规定了n阶光传输模块(OTM-n)的定义、OTM-n的结构、开销的功能以及映射和复用客户信号的格式。

G.709将ONNI互连点描述为域间接口(IrDI)和域内接口(IaDI)。IrDI是不同管理域(它们可以属于多个网络)的OTN之间的边界。IaDI是特定管理域(即单个公司的子网络)内部的互连。

数字封包:特性与优点

与SONET/SDH相比,采用数字封包技术可以增强功能和可靠性,这包括:光层性能监控、前向纠错、在与输入信号格式无关的单个波长的基础上实现环路保护和恢复。下面介绍其主要优点和特性。

数字封包技术的一个主要优点是它与所有现有网络通信协议的兼容性。例如,在一个具有数字封包能力的网络中,光信道开销信息被附加在一个OC-48 SONET/SDH信号外部,这样OC-48客户信号总是工作在确定的2.488Gbps的数据速率之上。这一点对于与光传输网络接口的任何协议都是如此。另一个例子是通用组帧程序(GFP)将来自更高层客户信号的传输信息适配到OTN(或SONET/SDH)。

GFP为将8位字节的可变长有效载荷映射到OTN OCh有效载荷(或SDH/SONET有效载荷信封),要定义一个标准的组帧程序。客户信号可以是面向PDU的(PPP或以太网的IP)、面向块代码的(光纤连接或光纤信道),或者是恒定位速率流的。目前GFP定义了两种模式:一种是面向PDU的适配模式(帧映射GFP),一种是面向块代码的适配模式(透明GFP)。

与SONET中采用的传统BIP-8错误监控方法(B1、B2字节)相比较,采用FEC的系统可以报告检测到的误码率,使服务提供商对光性能具有可见性。采用B1算法时,这个BER与报告给网络运营商的BER一样。通过采用FEC算法,网络运营商对光信道上的实际BER和FEC提供的校正的BER都具有可见性。误码率可以以错误秒数(ES)、严重错误秒数(SES)、严重错误组帧秒数(SEFS)和无效秒数(UAS)等网络运营商熟悉的类似于SONET的格式进行报告。智能地将FEC技术与这些特性结合起来的系统使服务提供商可以保证、测量和交付不同性能级别的光服务。

数字封包提供高带宽光传输网络所需的鲁棒的管理特性。ODU层的TCM使多个管理域或网络上的端对端信道监控和管理成为可能。可以将通用通信信道和路径寻迹标识符等特性与传输信息管理协议共同使用,以快速设置光信道。

本文小结

SONET/SDH曾经是高速数据传输的主干网。DWDM技术提升了传统SONET连接的容量。为了有效管理各种光传输网络中的光信道,研究人员引入了数字封包技术。结合对前向纠错的采用,数字封包可以显著提高客户信号的BER性能。数字封包技术与现有电子协议和光协议向后兼容。通过先进的、与协议无关的实施方案,通信运营商可以利用数字封包技术来提供错误监控、纠错和对协议与服务的保护。

作者:

Ullas Kumar CS

应用工程师

Zarlink半导体公司