宽带城域网体系结构与应用技术

戴　进　吴　畏　曹东冬

摘要：

文章阐述了宽带城域网的体系结构，对宽带城域网的主要技术——多业务传输技术、高速路由和交换技术、宽带接入控制与管理技术、软交换技术结合具体产品进行了介绍。

关键词：

多业务传输；高速路由；宽带接入；业务控制与管理；软交换

ABSTRACT:

ThepaperdescribesthearchitectureofBMAN(BroadbandMetropolitanAreaNetwork),andanalyzesthemaintechnologiesthatBMA

Nadopts,suchasthemultiservicetransmission,highspeedroutingandswitching,broad

bandaccesscontrolandmanagement,andsoftswitch,inconsiderationoftheirrelevantpr

oducts.

KEYWORDS:

Multiservicetransmission;Highspeedrouting;Broadbandaccess;Servicecontrol

andmanagement;Softswitch

IP电信业务的流量在2～3年内可能超过话音业务流量，基于数据分组(包)交换的业务将在5～10年内覆盖整个传统电信业务，能提供方便、快捷、廉价的新的增值业务将作为未来通信网络业务的主体部分。在这种情况下，宽带城域网(BMAN)得到了快速发展。

宽带城域网是基于宽带技术，以电信网的可管理性、可扩充性为基础，在城市的范围内汇聚宽、窄带用户的接入，面向满足集团用户(政府、企业等)、个人用户对各种宽带多媒体业务(互联网访问、虚拟专网等)需求的综合宽带网络，是电信网络的重要组成部分，向上与骨干网络互连。其包括的设备有：路由器(包括高端路由器和边缘路由器等)、软交换设备、媒体网关、接入服务器、宽带接入服务器、IP电话、IP电话网关、RADIUS协议设备、SNMP协议设备、千兆以太网2层交换机、千兆以太网3层交换机、ATM交换机等。

从传输上来讲，宽带城域网兼容现有的SDH（同步数字体系）平台、光纤直驱平台，为现有的PSTN(公众交换电话网)、移动网络和其他通信网络提供业务承载功能；从交换和接入来讲，宽带城域网为数据、语音、图像提供可以互联互通的统一平台；从网络体系结构来讲，宽带城域网综合传统TDM(时分复用)电信网络完善的网络管理和Internet开放互联的优点，采用业务与网络相分离的思想来实现统一的网络，用以管理和控制多种现有的电信业务，使之易于生成新的增值业务。

1宽带城域网的体系结构

城域网可分城域传输网和城域数据网，其中城域数据网设备可选择城域传输网作为承载传送平台，也可以舍弃传输设备选择光纤，通过光口以点对点方式直连组网以适应节点数小、节点距离较近的城域网络。

城域传输采用的主要技术有SDH、WDM、多业务传送节点技术和光纤直连技术。SDH技术因其技术的成熟性，以及具有标准的光接口和统一的复用映射结构，有横向兼容性，是目前支撑城域传输的主要技术。WDM技术容量大，随着城域网业务的快速增长，现正逐步引入WDM技术满足日益增长的容量需求。为适应数据业务的发展需要，以及支持ATM、IP和以太网业务的接入，不断融合ATM和路由交换功能，以SDH为基础的MSTP(多业务传送节点)技术将成为关注的热点。

城域数据网可分为核心层、汇聚层、接入层和业务控制与业务管理层。其中核心层、汇聚层、接入层是具有明显层次的功能层，而业务控制层与业务管理层分别完成业务的控制和管理功能，是在前3个层次中抽象出来的逻辑层次，实际上存在于其它3个网络层次之中，与各层的网络设备紧密结合。城域数据网分层结构如图1所示。

城域数据网的各层所起作用叙述如下：

(1)核心层

核心层将多个边缘汇聚层连接起来，为汇聚层网络提供数据的高速转发，同时实现与上级网络的互联，提供城市的高速IP数据出口。核心层网络结构重点考虑可靠性、可扩展性和开放性。

(2)汇聚层

汇聚层完成本地业务的区域汇接，进行带宽和业务的汇聚、收敛及分发。

(3)接入层

接入层通过各种接入技术和线路资源实现对用户的覆盖，并提供多业务的用户接入，必要时配合完成用户流量控制功能。为降低维护及管理成本，综合接入层应考虑与汇聚层统一实施业务和设备管理。

(4)业务控制层

业务控制层主要负责用户接入管理、用户策略控制、用户差别化服务，同时作为承载层和业务层相互连接的桥梁，对网络提供的各种业务进行控制和管理，实现对各类业务的接入、区分、带宽分配、流量控制以及ISP的动态选择等。

(5)业务管理层

业务管理层提供统一的网络管理与业务管理，统一业务描述格式，根据业务开展的需要，实现业务的分级分权及网络管理，提供网络综合设备的拓扑、故障、配置、计费、性能和安全的统一管理。

在城域数据网中，核心层应采用高速IP交换技术；汇聚层采用智能IP端局技术；接入层可以根据业务需求和实际情况，灵活采用多元化宽、窄带综合接入技术；业务控制层及业务管理层统一对网络各层实施管理。各层共同构建支持端到端话音、数据、图像、专线及各类增值业务的可运营可管理的宽带城域网。大中城市的网络应当采用核心层、汇聚层、接入层3层结构；在一些规模较小业务量有限的城市，可以将核心层与汇聚层融合，采用2层结构。

2宽带城域网产品与技术

在宽带城域网建设中，中国电信、中国联通、中国移动、中国网通、铁通公司等运营商均结合自身特点，发挥各自竞争优势，努力建设成本低、功能多、扩展性好的城域网，这就要求设备供应商提供能够适应各种情况的组网设备。下面结合中兴通讯的城域网设备，从宽带城域网的多业务传输技术、高速路由和交换技术、宽带接入控制与管理技术、软交换技术4个方面分别予以介绍。

2.1多业务传输技术

光传输技术主要指SDH/DWDM技术。受IP数据业务爆炸式增长的影响，在SDH平台传输数据的技术得到了飞速发展。在不断提高交叉容量和复用速率，满足TDM话音通信的同时，SDH/DWDM技术正逐渐发展为传统话音业务和ATM、IP数据业务的综合传送平台，即SDH的TDM平面和数据平面。

对于数据业务，传输面临的主要问题是提高传输的带宽利用率。实际上，由于数据业务动态变化很大，因此，实际的带宽需求是动态变化的，SDH的155Mbit/s等接口只是它的峰值速率。如果传输按峰值速率分配带宽，显然带宽利用率会被大大降低，因此，利用数据业务的特点，结合分组交换的ATM和IP技术，实现传输带宽的有效利用，是宽带传输必须解决的问题。

中兴城域传输产品根据城域网的特点，针对以上问题，在多业务传输产品系列UnitransTMZXMP产品的设计方案上，确定了MSTP(多业务传输平台)的思想。在一种传输设备上，对于不同的业务，UnitransTMZXMP采用不同的传输方案。对于2M业务，继续采用SDH进行传输，保留其可靠性高、成本低的优点；对于ATM业务，采用VP-RING增强其组网能力和保护能力；对于IP业务，采用以太网透明传输的方案，避免传输对其QoS(服务质量)的影响。由于兼顾了各种业务的需求，最大限度地发挥了传输效率，使性能价格比大为提高。UnitransTMZXMP可提供从城域网核心层、汇聚层到接入层的全系列传输产品。产品具备全局网络管理功能，能提供完备的网络解决能力，支持IP和ATM技术体制，可提供高集成度以太网接口板以支持L2线速交换以及ATM统计复用功能，支持城域网的多业务应用。

2.2高速路由与交换技术

在宽带城域网的核心层和汇聚层，有两种可供选择的高速路由和交换技术：ATM技术和IP技术。随着线速路由器的出现，ATM已经从核心层退居网络业务汇聚层，同时ATM也在向IP融合，向多业务接入方向发展。

中兴通讯针对宽带城域网建设需求情况，推出了ZXR10路由器和ZXE10以太网交换机系列产品。

ZXR10-TSR太比特路由交换机具备大容量的交换能力，提供64/128/160Gbit/s交换容量，可以扩展到太比特每秒以上。既可以满足目前网络建设的需求，同时又具有极好的可扩展性，可满足不断增长的核心网络交换容量的需求。

ZXR10-TSR提供丰富的网络接口，支持155/622Mbit/s和2.5Gbit/sPOS接口，10/100/1000Mbit/s以太网接口和155Mbit/s、622Mbit/sATM接口。10Gbit/sPOS和以太网接口也即将提供。

ZXR10-TSR提供丰富的协议支持：TCP/IP系列协议族；路由协议，包括RIP、OSPF、IS-IS、BGP及其扩展；组播协议，包括IGMPv1/v2、PIM-SM、PIM-DM、以及MPLSTE和MPLSVPN。其中，基于MPLS(多协议标记交换)的VPN(虚拟专用网)技术，具有较好的安全性和可管理性，能够支持QoS(服务质量)、CoS(服务类型)和流量工程等电信级要求，是城域网发展非常看好的技术。

ZXR10系列路由器可支持基于MartiniDraft的第2层MPLSVPN，实现ATM、FR和Ethernet在城域网上的透明传输，其安全性已达到ATM和FR(帧中继)的水平；同时，ZXR10系列路由器还支持基于RFC2547bis的第3层MPLSVPN，为集团用户提供方便可扩展的VPN服务。

为保证核心网络的高速交换和高可靠性，ZXR10-TSR支持全互连结构。根据核心网络的具体情况，也可使用环形或不完全网状连接等拓扑。ZXR10系列产品支持非常灵活的组网方式，包括IPover光纤、IPoverSDH、IPoverDWDM等组网方式。

另外用于多业务交换的中兴宽带多业务交换机ZXB10，包含BX、AX、MX、SX等系列产品。ZXB10具有强大的交换能力，可以平滑升级到128Gbit/s；接入设备品种齐全，提供的接口有10/100/1000Mbit/s以太网、155/622Mbit/sPOS、2/25/34/155/622Mbit/sATM、E1FR、E1/E3CES、MPEGII、ADSL、V.24/V.35、话音等，能够支持各种业务的接入；组网灵活，可以灵活地组织各种类型的网络，而且BX、AX和MX的业务板完全一样，可以互换。ZXB10产品采用先进的分散式设计方法，除了支持RIP、OSPF、BGP4路由协议，支持源地址路由、ACL、VLAN、IPVPN、DHCPRelay等功能之外，还支持各种ATM功能，特别是支持业界公认的下一代核心网络技术——多协议标记交换技术。它既可以作为标记交换路由器使用，也可以作为边缘标记交换路由器来使用，目前已在广电、军队、中国联通、铁通公司等网络中得到了实际应用。

2.3宽带接入业务控制与管理技术

宽带城域网的宽带接入有FTTX+LAN、ADSL、HFC、LMDS/MMDS等多种接入方式。对于每种接入技术本文就不深入介绍了，下面仅介绍宽带接入业务控制与管理技术。

ZXE10-UAS宽带接入服务器具有宽带接入的管理和控制功能。UAS位于宽带接入网与宽带城域网的接口处，宽带用户通过固定连接或虚拟拨号连接，经宽带接入网接入UAS。UAS终结用户信息包，进而对用户各种业务功能进行控制管理。

UAS中包含网络接入认证与授权模块、计费模块和统计模块。UAS是宽带接入网和城域数据网的通信接口。宽带接入网侧的接口称为UNI(用户网络接口)，城域网侧的接口称为NNI(网络网络接口)，其中UNI接口包含的接口类型有ATM155Mbit/s接口、ATM34Mbit/s和10/100Mbit/s以及千兆比以太网接口；NNI接口包含的接口类型有千兆比以太网、ATM622Mbit/s接口、ATM155Mbit/s接口和622Mbit/sPOS接口。对于不同的接口和业务，通常采取不同的管理控制方式。

UAS可对进网用户进行身份认证，既可以根据用户的接入电路来认证，也可以根据用户的用户名和口令来认证。UAS是用户接入认证请求的发起端，使用RADIUS协议向接入认证服务器发出用户接入认证的请求。它接收来自用户接入认证服务器用户认证响应，据此响应授予请求用户接入的权限，开始计费，对接入用户进行策略控制、差别化管理，并实现对各类业务的接入、区分、带宽分配、流量控制以及ISP的动态选择等。

2.4软交换技术

Softswitch(软交换)思想是在下一代网络建设的强烈需求下应运而生的。软交换技术吸取了IP、ATM、IN和TDM等技术众家之长，形成完全分层的全开放的体系架构。它使各个运营商可以根据自己的需要，全部或者部分利用软交换体系的产品，采用适合自己的网络解决方案，在充分利用现有资源的同时，寻找到自己的网络立足点。

ZTE-Softswitch软交换产品的体系结构将下一代网络划分为4层：边缘接入层、核心传送层、控制层和业务应用层，各层之间采用明确的标准化接口(不采用各厂家自己所设计的专用接口)。软交换系统摒弃了非标准的内部协议，全部采用开放的标准协议，同时支持多种协议种类(如MGCP、H.248、SIP、H.323、M3UA、SCTP、TUP、ISUP等)；可以快速进行协议版本的维护和升级，同时可以迅速支持最新的协议；能提供综合接入能力，支持种类众多的终端设备；可以很容易地完成与现有PSTN/ISDN、PLMN(公众陆地移动网)、IN(智能网)和Internet等网络的互通，使用户从容应对网络的变革。

软交换体系结构与现有PSTN的最大区别，也是最大的优势在于PSTN的业务应用和互通仍建立在网络层，而软交换体系将应用层和控制层与核心网络完全分开，形成标准的全开放的应用平台，可以为客户定制各种新业务和综合业务，最大限度地满足用户需求，是真正面向下一代网络的整体解决方案。

(收稿日期：2002-02-06)

作者简介

戴进，华中理工大学固体电子学系微电子专业毕业，硕士。现为深圳市中兴通讯股份有限公司技术中心数据产品总监。先后从事ZXJ10局用大型数字程控交换机的研究开发、项目管理、工程管理工作，主持开发了ZXIP10大容量电信级接入服务器产品和IP电话系统等产品。

吴畏，华中理工大学计算机学院毕业，硕士。现在深圳市中兴通讯股份有限公司技术中心从事数据通信技术方面的研究工作。先后从事过局域网系统集成，ICP平台建设，无线SDH数字微波骨干网、ATM交换广域网规划设计，线速路由器预研和数据通信产品的发展规划工作。

曹东冬，上海铁道大学计算机专业毕业。现在深圳市中兴通讯股份有限公司技术中心从事数据通信技术方面的研究工作。先后从事线路复用器、本地数字环路、无线接入设备的研究开发和数据通信产品的发展规划工作。