江苏移动汇聚层与接入层传输网演进研究.pdf

单位代码： 10293 密 级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 论文题目： 江苏移动汇聚层与接入层传输网 演进研究 G060909197 俞雷 赵生妹教授 俞劲松高工 工程硕士 申请 全日制 在职 申请 电子与通信工程 2011 年 12 月 学号 姓名 导师 专业学位类别 类型 专业（领域） 论文提交日期 南京邮电大学学位论文独创性声明南京邮电大学学位论文独创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果， 除了文中特别加以注明和致谢之处外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果， 也不包含为获得其他学位或证书而使用过的材料。 与我共同工作的同志对本研究 所作的贡献均已在论文中作了明确说明并表示了谢意。 本人完全意识到本声明的法律结果 由本人承担。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权说明学位论文版权使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交学位论文的原件、 复印件和电子版， 允许学位论文被查阅和借 阅。本人授权南京邮电大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编。学校须按照授权对学位论文进行管理， 不得超越授权对学位论文进行任意处理。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 南南 京京 邮邮 电电 大大 学学 工程硕士学位论文摘要工程硕士学位论文摘要 学 科、专业：工学、电子与通信工程 研 究 方 向：传输网的演进技术 作 者：俞雷 指 导 教 师：赵生妹 教授、俞劲松高工 题 目：江苏移动汇聚层与接入层传输网演进研究 英 文 题 目：Study on the evolution of the convergence layer and access layer of the transmission network in Jiangsu Mobile 主 题 词：传输网；汇聚层与接入层；演进 Key words: transmission network；convergence layer and access layer；evolution 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 摘要 摘摘 要要 随着全球移动通信网络向3G(第三代移动通信技术)过渡，以及国内各大运营商的重组 和全业务化，全面开放、激烈竞争的中国电信市场已经形成。各运营商均在09年拿到了3G 牌照，推出了各自的3G网络，并已经开始了自己的核心网IP（Internet Protocol，网络之间 互连的协议）化及传输网、数据网演进进程。传统的有线运营商开始进军无线领域，而作 为传统的无线运营商，中国移动也开始涉足有线领域，推出了集团接入、小区宽带业务等 一系列基于数据网的业务。对于中国移动，原有的以电路交换为基础的、以承载语音业务 为主的传输网络已经不能满足新形势下的需求，传输网络的IP化和容量的扩大迫在眉睫。 如何在充分利用现有的传输网络及城域数据网络的同时，兼顾网络的平滑过渡和演进，最 大限度地保护网络的前期投资，从而保证用户业务的连续性、网络的可升级性、组网的难 度，以及便捷性，将是一个有实际应用和参考价值的研究课题。 本文在对江苏移动城域传输网的汇聚层与接入层组网方式深入调研基础上，分析了几 种不同的传输网IP承载技术，比较了这几种技术的特点及适用范围，得到分组化传送技术 作为下一代传输技术，既继承了SDH/MSTP（Synchronous Digital Hierarchy / Multi-Service Transfer Platform,同步数字体系/基于SDH 的多业务传送平台）网络在多业务、高可靠、可 管理和时钟等方面的优势，又具备以太网的低成本和统计复用的特点，将在IP业务的承载 方面具有明显的优势，从而提出传输网IP化演进的传输方案。 在此基础上，本文进一步探讨了 OTN（Optical Transport Network，光传送网） 、 PTN(Packet Transport Network)、PON（Passive Optical Network,无源光纤网络）等新技术 在向全网络 IP 化演进过程中的引入模式和各自适用的场景。结合 TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）网络的组网方 式，对传输网组网演进提出具体的规划方案。最后，根据 SDH、MSTP、PTN、PON、OTN 几种技术的各自的优势， 针对不同的业务需求场景， 从全业务发展的角度对传输网汇聚层、 接入层提出对应的组网模型和相应的解决方案。 本文是基于江苏移动全网络 IP 化的背景，对江苏移动传输网 IP 演进的研究，文中案 例都是由江苏移动本地传输网 2009-2010 年网络规划建设的依据， 文中的组网模型在江苏 移动无锡分公司本地传输网 2010 建设中已立项建设并实施。 关键词：传输网；汇聚层；接入层；演化 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 Abstract Abstract With the development of global 3G mobile communication network, the major domestic operators of restructuring and the business have been changed. A fully opened, competitive telecom market has come in China. Operators have got their 3G licences in 2009, and they launched the construction of 3G networks. All of them have started the evolution to IP network of their own core network transmission network. As the traditional wireless biggest operators, China Mobile also involved in constructing the cable. It launched group custom access, community broadband business based on data networks and a series of business. For China Mobile, original voice business on circuit-switched transmission network can not satisfy the requirements under the new situation. It is necessary to change the transmission network to IP network and increase the capacity. However, how to select the next-generation transport protocol standards is the most improtant problem. In this paper, we will propose a evolution scheme for the transmission network to make full use of the existing metro SDH network and data networks, to take the smooth transition of network evoluting, to protect maximum initial inetwork investment, and ensure users business continuity. This paper will focus on the metro transmission network convergence layer and access layer in Jiangsu Mobile. First we introduce the transmission network and the evolution of IP planning, then we compare several different transmission network techniques with each other. It is shown that Packet Transport Network (PTN) could be selected as the next generation of transmission technology, which not only has the advantages of sdh-based MSTP network in many business, such as high reliability, manageable and clock advantages of Ethernet, but also has low cost and multiplexing characteristics in IP business of bearing. In addition, we analyzes metro transmission network status and the development trend of convergence layer in Jiangsu mobile. For example, PON in the introduction of ALLIP evolution model. Combining with the TD transmission network evolution, we detail the scheme of the constructing network. Finally, we propose a corresponding network model from the aspect of the business development of transmission network of convergence layer, the access layer, different business requirements, and the full use of several technology. The background of the paper is all the mobile networks in Jiangsu Mobile turning to IP network. We mainly pay attention to the techqiues for the evolution of transmission network. 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 Abstract All discussed cases are included in Jiangsu Mobile local transmission 2009-2010 network planning and construction. The network models have been implemented and already come into commerce in 2101 in Jiangsu Mobile Wuxi branch. Keywords: Transmission network；Convergence layer; Access layer；Evolution 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 目录 目目 录录 第 1 章 引 言 . 1 1.1. 选题意义 . 1 1.2. 江苏移动传输网现状 . 2 1.3. 本文的主要内容结构 . 2 第 2 章 传输网 IP 化演进 . 3 2.1. 移动网络全 IP 化演进背景 . 3 2.2. IP 业务承载技术 4 2.3. PON 技术 7 2.3.1. EPON 技术 7 2.3.2. GPON 技术 9 2.4. PTN 技术 10 2.4.1. PTN 技术特征 . 11 2.4.2. PTN 的关键技术 . 12 2.5. OTN 技术 . 18 2.5.1. OTN 的技术原理 . 18 2.5.2. OTN 的技术优势 . 20 第 3 章 江苏移动汇聚层、接入层演进策略 . 22 3.1. 江苏移动城域传输网现状分析 . 22 3.1.1. 传输网要求分析 22 3.1.2. 传输网的业务发展需求及面临的挑战 23 3.2. 传输网 IP 化演进策略分析 . 24 3.2.1. 城域网 IP 化技术发展趋势 24 3.2.2. 汇聚层、接入层平滑演进策略分析 25 第 4 章 江苏移动传输网 IP 化组网方案设计及实施 . 29 4.1. 江苏移动传输网各层组网现状 . 29 4.2. TD 网络配套传输组网方案 . 31 4.2.1. ATM 模式下的建设方案 32 4.2.2. IP 模式下的组网建设方案 . 33 4.3. 全业务竞争下传输网组网分析 . 35 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 目录 4.3.1. PTN/OTN 对全业务的汇聚链路承载 36 4.3.2. EPON 网络的接入层组网规划 38 4.3.3. 集团客户和小区宽带用户接入案例分析 40 第 5 章 结论与展望 . 44 5.1. 小结小结 44 5.2. 今后的工作 . 44 结束语结束语 . 46 致致 谢谢 . 47 参考文献参考文献 . 48 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 1 章 引言 1 第第1章章 引引 言言 传输网汇聚层与接入层是指在一个城市内覆盖其城区及郊区，以多业务光传送网络 为基础、以多种接入技术为辅助，为多种业务和通信协议提供多业务传送的综合平台。相 对与骨干层， 传输网汇聚层与接入层具有覆盖广、 接入技术多样化、 接入方式灵活等特点， 是决定运营商网络投资的重点之一， 是网络建设的重中之重， 其组建在整个网络转型的战 略调整中起到举足轻重的作用。 传统的以 SDH（Synchronous Digital Hierarchy）、MSTP(Multi-Service Transfer Platform)、 WDM(Wavelength Division Multiplex)为代表的传输技术较好地满足了移动运营 商的战略发展需求，有效地解决了大量电路交换和少量的分组交换业务的问题。但是，随 着电信重组、3G 牌照的发放带来的业务模式的变化，以及新技术尤其是网络的全 IP （Internet Protocol，网络之间互连的协议）化的，现有传送网面临着新的机遇和挑战。由 于传统通信网络往往需要为各种业务建设专用的承载平台， 使得业务资源难以融合、 共享， 运营商必须同时维护多个承载平台，造成建网成本和维护力量的双重浪费，而 IP 化承载 网络的出现适应了网络融合的需要。 1.1. 选题意义选题意义 随着 3G 移动通信网络的建设和多业务的融合，在带宽增加、每用户低成本需求等因 素的驱动下，移动通信网络全面 IP 化已经成为业界共识。在由单一的语音业务向全业务 转型过程中，中国移动首先完成了核心交换网络的 IP 化。于此同时，传输网的 IP 化也作 为全网络 IP 化的一个重要组成部分被提上日程。 传输网的汇聚层与接入层是高度竞争和开放的网络环境，受到用户需求和业务应用 的直接驱动。 其基本特征是业务类型多样化和业务流向及流量的不确定性， 包含了多种不 同规范的接入技术。所以如何发展新的传送网技术，并兼容以前的各种技术规范，是传送 网演进的一个重大问题。 目前，中国移动正处在网络转型的关键时期，TD 业务、全业务接入、业务 IP 化等新 业务层出不穷， 作为一切业务基础的传输网如何合理地实现平滑过渡， 是运营商制定发展 规划必须应对的问题。因此有必要对相关技术以及传输网 IP 化的演进策略进行详细的研 究和论证。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 1 章 引言 2 1.2. 江苏移动传输网现状江苏移动传输网现状 本文是在移动通信网络向着全 IP 化演进的形势下， 从传输网汇聚层和接入层 IP 化的 角度，对城域传输网转型策略的研究。 根据对移动城域传输网络的现状分析， 结合移动通信网络的向 3G 网络的转型以及全 业务的推进，本文研究了不同阶段、不同场景下传输网接入 IP 化的组网策略及演进模式。 本文根据多年移动传输网络的实际工作经验，结合规划新技术条件下的传输网的组网方 案， 在现有的传输网的基础上提出了一种网络的平滑升级的方案。 同时本文以无锡移动传 输网汇聚层和接入层的规划和全业务运营模式下的接入网络规划为例， 对不同的场景下城 域传输网 IP 化演进提出了具体的演进方案及实施计划，为中国移动网络的建设和演进提 供了参考。 1.3. 本文的主要内容结构本文的主要内容结构 本文旨在通过对传输网络 IP 化演进的探索和研究，重点研究了其汇聚层和接入层的 演进，提出中国移动传输网络 IP 化平滑演进的策略，同时结合无锡移动传输网现状和业 务需求作出了具体的分析。全文共分五章，具体内容如下。 第一章为引言，即为本章。主要介绍课题研究背景和课题的研究意义，并对本文主 要内容做大致的介绍。 第二章主要对传输网 IP 化的几种承载技术进行了分析， 对各项技术特点进行了对比， 分析其在 IP 化的趋势下的优势和劣势。 其中着重介绍了 PTN、 PON 和 OTN 的技术特征。 第三章是本论文理论部分，首先通过对无锡移动传输网的现状和演进的分析，提出 了传输网的 IP 演进的策略；然后着重阐述和分析了 PTN 技术和 PON 技术在演进中的适 用场景和组网方案； 最后就上一章所涉及的几种承载技术在城域网中的应用进行分析， 提 出了应对未来业务需求的城域传输网 IP 化建设策略。 第四章是本论文应用部分， 结合第三章提出的传输网 IP 化演进策略， 以无锡移动 TD 规划下的传输汇聚层、 接入层规划和全业务经营下无锡移动对集团客户和住宅小区客户的 传输网规划为例，就各类传输接入网的不同场景应用，提出了具体的规划和实施方案。 第五章为结束语，对本文主要研究成果和结论进行归纳总结，提出有待进一步研究 的问题。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 3 第第2章章 传输网传输网 IP 化演进化演进 2.1. 移动网络全移动网络全 IP 化演进背景化演进背景 移动网络全 IP 化已经成为通信业界的共识。第一，从业务层面来看，业务需求和市 场需求共同决定了现代通讯网络的发展方向。以 IP 技术为基础的数据业务快速发展，移 动应用层、业务层应用层出不穷，NGN（Next Generation Network，下一代网络）的出现 需传统交换网络向 IP 化演进，3G 业务网络以及迅速发展的 IPTV（IP Television，交互式 网络电视）业务也需要 IP 网络技术的支持，因此多业务承载平台是 IP 网络发展的趋势。 第二，以 MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）技术为基础的 VPN （Virtual Private Network， 虚拟专用网络） 企业互联业务市场需求强劲， IDC(Internet Data Center， 互联网数据中心)业务也是未来新业务的增长点， 以上所有业务都需要一个新的可 靠、高效的 IP 承载平台。 目前世界各大电信运营商都在积极进行转型，绝大多数的电信运营商都已经制订并 实施了网络升级换代计划，比如沃达丰、T-Mobile、NTTDoCoMO、Verizon、SK 电讯等 全球主流移动运营商都部署了 3G 网络服务，在向 LTE（Long Term Evolution，长期演进） 过渡过程中完成移动网络的 IP 化也成为他们的必然选择。 各大运营商对下一代 IP 化网络 有如下基本要求： 1.基于 IP 网络，实现固定移动业务无缝融合; 2.开放业务接口，让各种类型的业务提供商能在统一的网络上提供多种业务; 3.兼容实现业务融合所需的各种技术，开放业务连通功能; 4.实现 IP 多播功能，提供大范围的视频分发业务，为语音和视频业务提供端到端的 质量控制功能; 5.保障网络安全，能够阻止无授权的非法接入。 作为全球最大的移动网络运营商，2004 年底中国移动携手华为公司建设了全球最大 规模的基于 IP 承载网的软交换汇接网络， 并于近期完成了 GSM （Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统）无线接入网 IP 化的战略。目前中国移动已经有超过 一半的话务量采用 IP 网络承载，基于 IP 的移动软交换技术己经发展成熟。为了保证整个 移动网络 IP 化进程的顺利进行，提升网络的服务能力，优化整网架构，奠定未来向 3G、 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 4 IMS（IP Multimedia Subsystem，IP 多媒体系统）平滑演进的基础，中国移动将在“始于 核心网 IP 化、走向全 IP 化”的道路上采取“三步走”战略。 第一步，引入控制和承载分离的软交换架构。 第二步，实现承载 IP 化。具体来说，就是通过在端局和关口局实施软交换改造，实 现语音承载 IP 化，实现 IP 承载向下延伸，进行大本地网的网络架构演进。 第三步， 迈向全 IP 化， 实现业务、 控制 IP 化、 IP over WDM （Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用）以及无线网络 IP 化。 2.2. IP 业务承载技术业务承载技术 相比传统的时分语音业务，IP 化的业务有如下特点：突发性强；业务调度灵活；对 可靠性、安全性的要求高。所以在通过 IP 网络进行融合承载时，需要部署与之相适应的 承载技术，才能保证业务的正常运营。在 IP 业务的承载技术的发展史上，主要的承载技 术有以下几大类: 1. IP over Fiber（光纤承载 IP 数据包） IP over Fiber， 即采用光纤资源直连将 IP 网络业务节点-路由器/交换机连接组网。 通 常利用路由器/交换机提供的各种 IP 业务接口（FE/GE 等）直接承载在光纤上，实现 IP 业务的传输连接。 2. IP over SDH(SDH 承载 IP 数据包) 在传统的SDH系统中增加IP功能模块， 通过类HDLC （高级数据链路控制， High-Level Data Link Control）的 PPP（Point to Point Protocol，点对点协议）、LAP（Link Access Procedure，链路访问协议）、GFP（Generic Framing Procedure，通用成帧规程）协议将 IP 业务包封装进 SDH 的 VC12、VC3、VC4 等容器中，利用 SDH 网络作为 IP 业务的承 载平台，实现在 SDH 平台上传输 IP 业务。此方式即为目前传送网中解决多业务传输使用 得最多的 MSTP(Multi-Service Transfer Platform，多业务承载平台)技术。 3IP Over WDM（WDM 承载 IP 数据包） IP over WDM 技术， 采用 SDH 帧或者 GE/10GE 帧结构， 将 IP 业务直接映射进 WDM 网络进行传输和交换，减少了网络各层间的中间冗余部分，也减少了 SDH、ATM （Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）和 IP 等各层间的功能重叠，以及设备操 作、维护、管理产生的费用。同时，由于省去了 ATM 层和 SDH 层，所以传输效率得到 提高，额外开销得到降低，网管操作得到了简化。并且与 IP 的不对称业务量特性相匹配， 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 5 能够充分利用带宽， 大大节省网络运营商的成本， 从而间接地降低了用户获得多媒体通信 业务的费用。这种直接、简单、经济的 IP 网络体系结构，非常适用于城域网的核心层和 骨干层。 4. EPON/GPON（Ethernet PON/Gigabit-Capable PON） PON（Passive Optical Network，无源光接入技术）作为光接入技术的一个重要分支， 随着技术的不断成熟、各类成本的不断下降，得到了各运营商的重视。采用 PON 的接入 协议有以 ATM 为传输平台的 APON/BPON（ATM PON/Broadband PON）和以以太网技 术为传输平台的 EPON 以及以通用帧结构为传输平台的 GPON 三种类型。 5. 分组化业务传送技术 实现分组传送的技术手段也比较丰富，但最被看好的是 PTN（Packet Transport Network，分组传送网络）。PTN 技术通过在统一的分组转发平面上承载不同的业务，简 化了网络管理和维护，提高了业务汇聚的能力。它具备了网络和业务扩展性、运营级网管 能力和 QOS（Quality of Service，服务质量）能力，并最终定位于在城域网络中解决 IP、 以太网、TDM（Time Division Multiplex and Multiplexer，时分复用模式）等业务的传送问 题， 可向城域网乃至广域网延伸， 推动传统业务向分组化网络转型。 采用分组内核的 PTN 具备面向连接的特质，通过采用支持完全分组能力的 PTN 传送节点，彻底打破了传统传 输网和二层数据网的界限，构建融合的统一网络，具备了 TDM、ATM、IP 业务以及将来 可能出现的各种新业务的接入、汇聚和传送能力，支持 IEEE 1588v2 同步协议（网络测量 和控制系统的精密时钟同步协议标准）、支持类似 SDH 的电信级保护机制、支持以太网 端到端的性能监控和管理维护， 主要用于多业务的环境， 运营商可以根据自身的业务类型 和规模，灵活选择适合于城域分组传送的网络形态，确定最优化的演进方案。 6. IP over ATM 技术 IETF（Internet Engineering Task Force，Internet 工程任务组）已决定用 IP 互连导构网 络，把各种异构网络互连成一个单一的巨大的 IP 网。单个的网络通常采用不同的物理链 路和网络技术，但假如 IP 运行在各种网络层之上，网络与网络之间需要实现无缝互连。 目前 IP 已经运行在多种网络技术之上，包括广播的 LAN（Local Area Network，局域网） 技术，以太网，电路交换 WAN（Wide Area Network，广域网）技术，X.25，以及分组交 换 WAN 技术。 IETF 于1990年开始定义 IP over ATM，ATM 论坛了着手开始在 ATM 上 运行不同的第二层和第三层协议，特别是在 LAN 方面。但改技术应用不多，本文不做阐 述。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 6 表2.1城域光传送网技术的比较 比较项目 IP over Fiber IP over SDH(MSTP) IP Over WDM EPON/GPON PTN 核心技术 以太网技 术 电路交换、时 分复用 波分复用 无源光传输以 太网 分组交换、 统计 复用 业务承载 数据业务 TDM业务，少 量数据业务 大颗粒数据业务 数据业务为主， 仿真TDM业务 数据业务为主， TDM业务为辅 业务颗粒 - VC-12/STM-N 2.5G/10G/GE/10GE E1/FE/GE/10GE E1/FE/GE/10GE 带宽利用 率 低 较低 中 较高 高 QoS机制 无 静态带宽 - 动态调整带宽， 业务优先级 层次化QoS 网络保护 IP协议保护 方式 50ms电信级保 护 1+1波长、 子波长保 护 主干保护、 全保 护 1：1、1+1、LSP 保护 应用范围 汇聚层、接 入层 核心、骨干、 汇聚、接入层 核心层、骨干层 接入层 汇聚层、 接入层 技术成熟 度 成熟 成熟 成熟 较成熟 较成熟 组网成本 中 较低 较高 低 较高 综上所述， 以上六种城域光传送网技术中除了 IP over Fiber 技术由于其本身的缺点导 致其应用的范围正在逐渐缩小之外，其它技术凭借各自的技术特点均有不同的适用范围。 在网络向全 IP 化转型期间，运营商要根据自身的业务发展、传输资源等具体情况， 在城域传送网的不同层面选择和应用适当的技术。 根据以上技术分析对比，PTN 技术与 IP over WDM 结合是最能适应当前业务发展需 要， 和面向未来业务和网络平滑演进需要。 PTN提供了细颗粒的多业务接入和汇聚， IP over WDM 提供了大颗粒业务端到端传送，它们是下一代传送网中综合性价比最优的解决方 案。同时，PON 在城域网接入的最后一公里解决方案中拥有性价比与接入方便性的优势。 图 2.1 表示几种 IP 承载技术的进化路程 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 7 图2.1 几种IP承载技术的进化路程 2.3. PON 技术技术 PON 技术一直被认为是光接入网中颇具应用前景的技术，它打破了传统的点到点的 解决方法，是一种解决宽带接入问题经济的、面向未来多业务的技术。PON 技术出现主 要是为了解决 xDSL（Digital Subscriber Line,用户数字电路）中的节点问题，其基本原理 是在光配线网上不增加节点电子器件及电子电源，实现无源传送。光配线网由光分路器 （Splitter）等无源器件组成。一个 PON 网络主要由光线路终端（OLT，Optical Line Terminal）、网络单元（ONU,Optical Network Unit）构成。二者之间的光配线网主要是由 光纤、无源分光器等组成。 目前 PON 技术的应用主流是 EPON/GPON 技术，二者是将以太网与无源光网络结合 在一起形成的能很好承载 IP 数据业务的接入方式。 在传输网的接入网层面， EPON/GPON 技术凭借其高带宽、能够与 IP 业务紧密结合的特点，在保护运营商投资，便于向未来网 络升级方面具有其他技术所不具备的优势， 被认为是下一代网络体系结构 （全光接入网领 域）的最佳解决方案。 2.3.1. EPON 技术 EPON 技术是 EFMA 在 2000 年提出来的，主要是为了解决 APON（ATM PON）标 准复杂、成本高等问题而提出的。EPON 技术采用点到多点的结构，沿用 PON 传统的无 源传输方式，为用户提供多种接入服务。EPON 技术主要用于小区局域网的建设，几乎占 到局域网通讯的 95%以上。 EPON 系统通过一条共享光纤将多个用户终端连接起来， 是不 对称的基于无源光分路器的树形型的分支结构。而 MPCP（Muti-Point Control Protocol， 多点控制协议）是使这种结构适用于以太网的一种控制机制。EPON 建立在 MPCP 基础 上，该协议是 MAC（Media Access Control，介质访问控制）控制子层的一项功能，其涉 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 8 及的内容包括 ONU 发送时隙的分配、ONU 的自动发现和加入、向高层报告拥塞情况、 动态分配带宽。MPCP 使用消息、状态机、定时器来控制访问点到多点拓扑。在点到多点 拓扑中的每个 ONU 都包含一个 MPCP 的实体，用来和 OLT 中的 MPCP 的一个实体相互 通信。在此基础上为用户提供带宽请求、带宽授权、测距的服务。 2000 年 11 月，IEEE 成立了 802.3 EFM(Ethernet in the First Mile)研究组，业界有 21 个网络设备制造商发起成立了 EFMA， 实现 Gbit/s 以太网点到多点的光传送方案， 所以又 称 GEPON（Gigabit Ethernet PON），EFM 标准 IEEE802.3ah。EPON 就是一种新兴的宽 带接入技术，它通过一个单一的光纤接入系统，实现数据、语音及视频的综合业务接入， 并具有良好的经济性。业内人士普遍认为，FTTH（Fiber To The Home，光纤到户） 是宽 带接入的最终解决方式，而 EPON 也将成为一种主流宽带接入技术。由于 EPON 网络结 构的特点、宽带入户的特殊优越性、与计算机网络天然的有机结合，使得全世界的专家都 一致认为， 无源光网络是实现“三网合一”和解决信息高速公路“最后一公里”的最佳传输媒 介。EPON 以以太网作为载体，采用点到多点结构、无源光纤的传输方式，上行工作于 TDMA 方式，以突发的以太网包方式发送数据流，可提供上下行对称的 1.25Gbit/s 线路传 输速率，如图 2.2、2.3 所示。 EPON 的下行方向工作于 TDM 方式，数据流以变长以太帧方式广播到 ONU，每个 ONU 根据以太帧的 MAC 地址决定取舍，其速率可达 1Gbit/s 以上。 图2.2 EPON下行 下面为 EPON ONU 的下行数据传送流程： （1）在 ONU 注册成动后分配一个唯一的 LLID（Logical Link Identifier，逻辑链路控 制标记）； （2）在每一个分组开始之前添加一个 LLID，替代以太网前导符的最后两个字节； （3）OLT 接收数据时比较 LLID 注册列表，ONU 接收数据时，仅接收符合自己的 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 9 LLID 的帧或者广播帧。 图2.3 EPON上行 下面为 EPON ONU 的上行数据传送流程： （1） OLT接收数据前比较LLID注册列表； （2） 每个ONU在由局方设备统一分配的时隙中发送数据帧； （3） 分配的时隙补偿了各个ONU距离的差距，避免了各个ONU之间的碰撞。 由于 EPON 采用以太网封装方式，所以非常适于承载 IP 业务，符合网络 IP 化的发展 趋势。另外，相比较其他 PON 技术，EPON 也提供一定的运行维护和管理(OAM)功能， 成熟度和设备价格方面也具有一定优势，被认为是 FTTH 的主要技术。但是由于 IEEE 制 定 802.3ah 的初衷只是为了接入 IP 数据业务，对接入对时钟同步、时延和抖动等性能没 有要求，因此 EPON 所采用的标准以太网封装方式存在一个先天缺陷-难以承载包括话 音或电路型数据专线等 TDM 业务。而在下一代网络转型期内，必然会涉及到原有的大量 TDM 电路业务与 IP 业务共存的情况， 所以 EPON 适用于对传输质量要求不高的用户的最 后一公里接入，特别由于其低成本的优势，EPON 技术有望在客户接入中获得大规模的应 用。 2.3.2. GPON 技术 GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于 ITU-T（Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟远程通信标准化组织） G.984.x 标准的最新一代宽带无源光综合接 入标准，具有高带宽，高效率，覆盖范围大，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商 视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。GPON 最早由 FSAN（Full Service 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 10 Access Networks， 全业务接入网论坛） 组织于 2002 年 9 月提出， ITU-T 在此基础上于 2003 年 3 月完成了 ITU-T G.984.1 和 G.984.2 标准的制定，并在 2004 年 2 月和 6 月完成了 G.984.3 的标准化。从而最终形成了 GPON 的标准族。ITU-T 在 APON 技术未能获得成功 的情况下，重新设计了新的物理层传输速率和传输汇聚层，发布了 G984.x 系列的 GPON 标准。GPON 的下行最大传输速率高达 2.488Gbit/s，上行最大传输速率可达 1.244Gbit/s， 传输距离至少为 20km，具有高速、高效传输的特点。GPON 的封装除了传统的 ATM 外， 还可以支持全新的 GEM(GPON 封装模式)格式。GEM 类似于 GFP，可以适应各种用户信 号格式和任何传输网络制式，按固有格式传送语音、数据和视频信号，这样，运营商提供 业务的灵活性就大大提高了。GEM 封装方式也使时钟同步变得容易，GPON 因此可以支 持端到端的定时和其他准同步业务，可以直接支持 TDM 业务，不需要像 EPON 那样进行 TDM 仿真，提高了 TDM 传输质量。GPON 的 OAM 机制更加完善，方便了运营商的管理 维护。 在 GPON 标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括 IP业务和MPEG （Moving Pictures Experts Group） 视频流)、 PSTN （Public Switched Telephone Network）业务(包括 POTS，ISDN 业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3 和 ATM 业务)和 视频业务）。GPON 中的多业务映射到 ATM 信元或 GEM 帧中进行传送，对各种业务类 型都能提供相应的 QoS 保证。GPON 可以实现向全 IP 业务的无缝迁移，为业务运营商们 提供了向全 IP 业务过渡的合适路径。对今天的业务运营商来说，GPON 是最佳选择，传 统业务和 IP 业务可以结合在一起，同时又是最高效的全 IP 网络。 GPON 系列标准与其他 PON 标准相比，在性能方面，具有更高的速率和传输效率、 更强的 OAM（Operation Administration and Maintenance，操作管理维护）功能、更高的标 准化程度。从技术上分析，GPON 可以提供一种从传统网络到全 IP 网络的过渡路径，更 加顺应了网络演进的趋势， 是各类 PON 技术中的最佳选择。 但是与现阶段与 EPON 相比， GPON 成本仍然偏高，但相信随着 GPON 的发展及成本的下降，一定会得到广泛的应用。 2.4. PTN 技术技术 PTN（Packet Transport Network，分组传送网）是指这样一种光传送网络架构和具体 技术：在 IP 业务和底层光传输媒质之间设置一个层面，针对分组业务流量的突发性和统 计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心，并支持多业务提供，具有更低的总体使用 成本（TCO，Total cost of ownership），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 11 靠性、 高效的带宽管理机制和流量工程、 便捷的 OAM 和网管、 可扩展、 较高的安全性等。 PTN 技术保持了传统 SDH 传送网的优点：良好的网络扩展性、丰富的操作维护(OAM)、 快速的保护倒换机制、利用网管系统建立连接等。同时增加了适应数据业务的特性：分组 交换、统计复用、采用面向连接的标签交换、分组 QoS 机制、灵活动态的控制层面。这 些优势是传统以太网和增强以太网技术所无法比拟的。PTN 定位于一种面向连接的网络 技术， 其思想以两种技术： T-MPLS(通用的多协议标记交换协议)或 PBT(Provider Backbone Transport， 电信级核心网传送协议)为核心， 采用类似于 SDH 的端到端性能可管理的网络， 来支持网络从当前向下一代网络的平滑演进。 PTN 一方面继承了面向 MSTP 网络在多业务、高可靠、可管理和时钟等方面的优势， 另一方面又具备以太网的低成本和统计复用的特点，是下一代网络的核心标准。 IP 化是网络发展的必然趋势，面临技术和网络转型期的通信业正在积极跟进相关技 术和产业的发展动向。目前作为分组传送网的代表技术 PBT、T-MPLS 还面临着标准、芯 片成熟度、 产品成熟度和应用模式等多方面的问题， 同时任何一种技术的网络规模应用都 是一个逐步演进的过程， 客观的去看待技术的更新和网络的演进是变革时期整个产业链都 需要思考的问题。 2.4.1. PTN 技术特征 从运营商的观点来看，分组传送网是一种独立于其他传送机制的组网架构，以分组 为主要承载对象，同时也以分组为网络运行机制。可以在广域网/城域网范围内支持以分 组业务为主的服务层网络。而其客户层网络可以支持业务供应商所提供的多种业务，如 VPLS（Virtual PrivateLan Service，虚拟专用局域网业务）、多业务专线、VoIP（Voice over Internet Protocol，IP 语音）、IPTV 等。 图 2.4 为 PTN 的分层结构示意图。 南京邮电大学工程硕士研究生学位论文 第 2 章 传输网 IP 化演进综述 12 图2.4. PTN的分层结构示意图。 PTN 作为新一代传送网技术，具有面向连接的分组内核、可扩展性、高可靠性特征， 以及可用性、高效的带宽管理和流量控制、强大的电信级 OAM 机制，另外更低的每比特 传送成本等是其核心技术特征。 由于 PTN