高速公路通信技术发展趋势

 

高速公路通信技术发展趋势

孙金海

河北省交通厅国际金融组织贷款项目办公室

 

我国高速公路通信建设发展速度较快，通信网技术水平起点较高，光纤数字传输系统从早期的 PDH 准同步数字传输模式发展到如今的 SDH 同步数字传输模式，只用了短短几年的时间。随着我国高速公路建设突飞猛进的发展，各省高速公路联网收费、集中监控等工作正在实施之中，对通信系统提出了更高的要求。

SDH 向融合的多业务平台转型

SDH 是当前通信网的主要传输体制。然而， SDH 的角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边缘复杂的高速公路交通机电信号特点， SDH 必须从纯传输网转变为传输网和业务网一体化的多业务平台，即融合的多业务节点。其出发点是，充分利用大家所熟悉和信任的 SDH 技术，特别是其保护恢复能力和确保的延时性能，加以改造以适应多业务应用，支持层 2 乃至层 3 的数据智能，而 SDH 设备与层 2 乃至层 3 分组设备在物理上集成为一个实体，构成业务层和传输层一体化的 SDH 节点， 称为融合的多业务节点或多业务平台，主要定位于网络边缘。

SDH 多业务平台的出现不仅减少了大量独立的业务节点和传输节点设备，简化了节点结构，而且降低了设备成本，减少了机架数、机房占地、功耗、机架间互连，简化了电路指配，加快了业务提供速度，改进了网络扩展性，节省了高速公路机电工程运营维护和培训成本。

随着网络中数据业务份量的加重， SDH 多业务平台也正逐渐从简单的支持数据业务的固定封装和透传的方式向更加灵活有效支持数据业务的下一代 SDH 系统演进和发展。最新的发展是，支持集成通用组帧程序（ GFP ）、链路容量调节方案（ LCAS ）和自动交换光网络 （ ASON ）标准。  

ASON 技术特点

自动交换光网络（ Automatically Switched Optical Network ， ASON ）的出现，其最突出的特征是在传输网中引入了独立的智能控制平面，利用控制平面来完成路由自动发现、呼叫连接管理、保护恢复等，从而对网络实施动态呼叫连接管理。

1 、 ASON 优点

ASON 是由用户动态发起业务请求，自动选路，并由信令控制实现连接的融建立 / 拆除、交换和传输为一体的新一代光网络。结合国内通信系统传输网现状， ASON 技术的引入可以解决目前传输网面临的三大技术难题：

（ 1 ）快速提供电路的问题

ASON 的最大特点是可以快速提供电路，采用分布式控制可以在秒数量级提供端到端的电路，其速率可以为 155 Mbit/s 、 2.5 Gbit/s 等。

（ 2 ）传输电路 QoS 的问题

目前的传输电路基本不能按照服务等级制定相应的政策，造成资源配置的浪费，而 ASON 可以方便地对电路的优先级进行划分，从而提供有业务级协议（ SLA ）的传输电路。

（ 3 ）可以提供快速的保护恢复

目前的传输网络大多是依靠 SDH 环网来进行保护，但电路利用率较低，只有 50 ％，此外对跨环电路还不能进行有效的保护。而 ASON 可以有效地解决电路的保护恢复，可以在秒数量级完成，而且耗费的备用电路资源少，一般为工作电路资源的 30 ％～ 60 ％，远低于 SDH 环网。

2 、 ASON 与 SDH 、 OTN 的关系

自动交换光网络分为传送平面、控制平面和管理平面三个部分。传送平面由包括交换实体的传输网网元组成，是实现连接的建立 / 拆除、交换和传输的物理平面。控制平面的引入是 ASON 不同于传统传输网的一个根本点，它包括了一系列实时的信令及协议系统，实现对连接的建立、释放进行控制以及监控、维护等功能。控制平面由信令网络支持。管理平面是对控制平面和传送平面进行管理。

ASON 控制平面既适用于 OTN （光传输网），也适用于 SDH ，即作为传输网统一的控制平面。 SDH 、 OTN 和 ASON 的关系可以用图 1 表示。

 

 

从图 1 可以看出，单独的 SDH/OTN 并不能构成 ASON ，要构成 ASON 必须是 SDH/OTN+ 控制平面＋新一代网管平面（可以同时管理控制平面和传送平面），三者缺一不可。 SDH 、 OTN 仅仅是 ASON 的传送平面技术， ASON 与 SDH 、 OTN 并没有包含关系。

3 、 传送平面技术

由于目前线路速率已经达到 1.6 Tbit/s ，线路容量问题已经得到了解决。传送平面中最突出的问题是传输节点，即传输网中的光 / 电交叉机。光 / 电交叉机是传送平面的核心，其处理能力的大小关系到 ASON 的吞吐量和处理能力、颗粒的大小。

目前实现大容量波长交叉有三种方式：第一种是全光交换，第二种是采用 O/E/O （光 / 电 / 光）处理来实现，第三种是光电混合方式。全光方式由于其稳定性和故障检测定位等问题，还处于试验阶段，商用化还需要一段时间。而光电混合方式面临的挑战与全光方式相同。现在看来，采用光 / 电 / 光方式是产品的主流，特别是基于 SDH 的光 / 电 / 光交叉机（可以进行 VC-4 级别交叉）。随着大容量交叉芯片的问世（目前单片交叉芯片可达到 160 Gbit/s 以上），核心交叉能力达到 Tbit/s 已经不是很困难的事。

光 / 电 / 光方式大容量交叉机可以支持 VC-4 和 VC-4-Xc 等级的交叉。在对外接口上一般为 2.5 Gbit/s 、 10 Gbit/s ，可以是 G.707 SDH 接口或 G.709 OTN 接口。 SDH 接口支持 2 纤、 4 纤复用段 MS-Spring 环网的保护。由于连接状态由传输面监控，必须在连接的发起点和终结点进行信号质量的检测。对于 SDH 、 OTN ，可以利用 SDH 、 OTN 的开销进行性能监视和故障管理。例如， SDH 监视字节 B1 、 J0 时，控制面中需要的许多监控信息（差错管理和性能监控）可在 SDH OAM 开销中直接传输。

中国智能交通网http://www.zhinengjiaotong.com/2009/1114/10182.shtml lang="EN-US" style="font-size: 10.5pt; color: black; line-height: 200%">4 、 控制平面技术

ASON 的控制平面实质上是对过去管理平面中的控制功能分离处理，通过标准接口和信令实现分布式的开放控制。其核心功能是，实现光传输网络连接的建立、指配、控制、释放以及失效恢复的自动化、智能化。控制平面需要实现路由功能、呼叫控制、连接控制、链路及资源管理、连接允许控制、接口部分（ UNI 、 NNI 、 CCI 、 NMI-A ）、信令网络、策略管理、命名和地址解析等功能。

在过去的传输网中，恢复是由网管平面发起的，网管系统根据全网资源状态计算出新的路由，下发到传输设备来建立新的保护路由。对于 ASON 则是由控制平面发起的，控制平面根据自己掌握的网络资源状态计算出新的路由，通过信令建立新的连接。两者的发起平面不同、建立连接的方式不同、计算路由的主体不同（一个是网管系统，一个控制平面）。

在过去传输网中，保护倒换采用硬件直接实现的 1 ＋ 1/1 ： 1 方式或由 APS 协议支持的环网方式，这种方式是由传输设备自主完成的，不需要网管平面和控制平面介入，目前在 SDH 网络中多有应用。在 ASON 网络中，传输平面和控制平面都能完成保护倒换功能。控制平面可以通过预约保护资源的方式实现多种保护方式，如 1 ： 1/1 ＋ 1 通道保护，保护的倒换点在 LSP （标记交换通道）的起点或终点。为了提高保护速度，必须减少信令消息的传输延迟。控制层面也支持基于链路的保护，但保护的单元不是通路，而是单个的链路或节点。这种方式恢复延迟小，倒换点可以是发现失效的第一个节点，不必将失效信息向 LSP 源端扩散，但需要的保护资源较多。在目前的 ASON 产品中，特别是 SDH 网络，保护倒换功能多由传输平面提供。随着 ASON 的发展，保护倒换可能由传输平面支持转向控制平面支持，这样则可以实现在网管平面上对通路保护的直接配置。

5 、 网管平面的发展

ITU-T 等组织目前标准化的重点在系统、设备方面，对于 ASON 网管平面还缺乏明确的针对性要求，只在一些系统的规范中对网管提出了一些比较原则性的要求。由于 ASON 是由 SDH 、 OTN 发展而来，因此已有的 SDH 、 OTN 的网管规范中对光网络的基本监控指标的规定仍然是满足的。过去认为控制平面将网管平面的控制部分分离，其网管平面应该相当简化，但实际上由于增加了控制平面， ASON 管理平面并不是简化了，而是其侧重点发生了变化， 增加了很多新的功能。

ASON 管理平面与现有光传输系统网管在以下几个方面不同：

第一，管理范围存在差异。 ASON 的管理系统不仅要管理相当于现有光传输系统的传输平面，还应管理包括控制平面在内的信令网。

第二，管理方式存在差异。 ASON 是一个管理与控制分离、弱化网管系统的控制功能的体系结构。在 ASON 的体系中，端到端连接的建立依赖建立于信令控制方式之上的控制平面，而网管系统不直接控制节点设备。现有的光传输系统是一个集中式的控制系统，管理与控制是一体的，管理行为均通过网管系统对节点设备的控制操作完成。

第三，开放性要求的差异。 ASON 是一个开放的网络，要求节点设备在各个层次的接口均能实现标准化并互通、互操作，包括物理接口、信令接口、网管接口等。现有光传输系统在网管上基本是一个封闭子网，互操作性差。

第四，管理的重点不同。 ASON 侧重于动态的带宽管理，可以对运行于其上的业务动态地提供各种 QoS 的带宽。光传输系统的管理主要集中在对设备的管理上，对业务的动态管理涉及较少。

ASON 的管理功能可以分为两部分来考虑，一个是对传输平面实现传统的光网络的管理功能，管理功能的内容可参考现有 SDH 、 WDM 、 OTN 网络管理系统的标准和规范的内容；另一部分是对控制平面的管理以及 ASON 新增加的功能和服务的管理（如交换连接、软永久连接和光虚拟专网（ OVPN ）等）。

6 、 ASON 与现有传输网的互连

ASON 与现有传输网的互连主要有两种方式 :UNI 互连和 NNI 互连。下面分别介绍这两种实现方法。

（ 1 ）通过 UNI 互连

图 2 给出了利用 UNI 实现 ASON 与传统光网络互连互通的示例。通过 UNI 代理可以实现跨越传统光网络和 ASON 的链路自动建立。 UNI 代理分别与传统光网络网管系统和 ASON 相连。传统光网络网管系统可以在管辖的区域内提供端到端自动配置功能，并负责在传统网络中建立连接。 ASON 中由信令动态地建立连接。当 UNI 代理作为 UNI-C 时，即传统网络作为 ASON 的客户， UNI 代理将网管系统的连接请求转换成信令消息发送给 ASON 网络控制平面实体，由控制平面完成 ASON 中的连接建立。当 UNI 代理作为 UNI-N 时，即传统光网络作为 ASON 的网络侧， UNI 代理将客户侧的连接请求发送给网管系统，由网管系统完成传统网络的连接指配。

这种方式的优点是，工作量小，实现起来比较简单 , 只需要现有传送网设备提供 UNI 代理就可以实现与 ASON 的互通。 UNI 代理的一个实例是 Alcatel 的 1355 Bond 。

  

（ 2 ）通过 NNI 互连

图 3 给出利用 NNI 实现 ASON 与传统网络互连的示例。传统网络通过 NNI 代理实现 NNI 功能。这种方式实际上是在原有的传送设备上增加 ASON 的控制平面的功能，因此比 UNI 互连方式更接近真正意义的 ASON ，实现的功能也更多。每个 NNI 代理可以代表一个或多个设备， NNI 代理间通过带外或带内数据通信网络（ DCN ）互联传输信令等控制信息。相对于 UNI 代理，这种方式实现起来比较复杂，而且相当于在原来的传输设备上增加了 ASON 控制模块，对整个网络改动较大。

   

小结

以 SDH 技术为出发点，目前的传输技术有两种途径可以满足高速公路机电工程传输业务发展的需求：一种是从 SDH 演进到 MSTP （多业务传输平台），满足目前最迫切的多业务承载能力的需求。实验数据表明，若网上数据业务超过总业务的 30 ％，则以 SDH 为基础的 MSTP 还需要加强控制能力，以满足电路的自动配置、网络灵活扩展等需要；另一种演进路径则是进行技术性革命，直接演进到智能光网络，满足电路自动配置、带宽动态共享和网络灵活扩展等要求。

ASON 在传输网上的引入是必然的趋势。目前国外运营商和制造商都给予了广泛的重视。但是它的引入是逐步的，由于目前已经建设了大量基于 SDH 的传输网，因此 ASON 的引入必须解决好与现有传输网的互连互通问题，最大限度保护高速公路机电工程的现有投资。

来源:《交通世界》网