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随着经济的迅猛发展，城域网业务日益庞大，许多城市都面临着网络重新规划设计的任务。那么，在其规划中应该有哪些关键因素呢？我们不妨从下面几个方面进行分析。
城域网业务特点
与骨干网不同，城域网的业务有其鲜明的特点和复杂性。
首先，城域网上的业务流量可能远比骨干网业务流量要大。从业务流量的增长点来看，主导传输网络的业务随时间发展分别是语音，数据和图像。在过去语音业务为主的网络中，城域网的业务流量明显大于长途骨干网，这是因为70%以上的语音业务都是本地业务。目前中国的传输网络中，数据业务占总业务量的比重正在逐步增加，在某些长途线路或省骨干网中已经超过了50%。因此许多人认为在数据业务占主体的传输网络中，长途业务将占据较大份额。但是，由于各ISP服务商在本地建立IDC或镜像站点，以Internet为主的数据业务将逐渐向本地化倾斜。如果我们将目光再放远一点，当图像业务进入传输网络后，其对于带宽的占用量将大大超过前两者。图像业务的大规模应用，如视频点播等等，将更多地呈现本地化业务特征。而在中国，图像业务的试点已经在北京，上海等城市开始了。
其次，城域网的业务接口复杂，业务颗粒在相当时期内参差不齐。大家都知道，城域网中既有标准的SDH业务，也有PDH业务，视频业务，数据业务。单单数据业务一项，又包括以太网，IP路由器以及其它各种数据业务类型。因此，在城域网的设计中，必须考虑到各种业务的兼容。此外，由于国内各城市之间情况不同，即使是同一城市内，不同业务区之间也不可能规定整齐划一的最小接入业务颗粒。因此，在设计中还需要考虑对不同业务颗粒的就近汇集，梳理，以提供网络的利用率。
最后，对于城域网而言，制约其发展的关键在于等效节点带宽管理能力的大小。在城域网中，业务的调度和转接远比骨干网为多。因此，如何提高等效节点带宽管理能力成了一个大的问题。就国内某一大型城市为例，其网络调度能力用尽之时，网络的传输容量利用率才不到30%！当然从另一个方面来讲，提高单位传输业务颗粒的速率也会提高带宽管理效率。例如10G速率颗粒的业务调度能力和效率都比4个2.5G颗粒为高，尽管它们的传输容量相同。
城域网传输层网络拓扑设计
通过上面的分析，我们对城域网的主要特点有了一些认识，接下来，我们对其传输层进行初步的网络拓扑设计分析。
由于城域网的业务种类，流量，流向均呈随机分配(尤其是当数据和图像业务为主时)，因此大型城域网的网络拓扑应为网状或半网状结构为好。这样对于网络的传输容量较为节省，设计起来考虑因素也较少一些。
但是，什么样的网状网是将来城域网发展的主要形式呢？从图一中可以看出，过去的传输网状网或目前的数据网状网均为众多点对点链路组成。我们姑且在这里将其称为“链状网状网”。各相交点之间的业务调度由数字交叉连接设备或数据交换机完成，其转接效率较低，而网间业务的转接将更加复杂。即使是SDH设备构架而成的链状网状网本身也是不具备SDH的保护机制（protection）的，而只具有网状网的恢复机制（restoration）。这样一来，整个网络对电路的恢复能力就受限于网管软件的计算能力。用DXC构架的SDH网状恢复网来分析，我们可以看出，DXC本身调度一个STM1的时间为秒级，而DXC如果在网管软件的控制下，在一个具有200个网元左右的网络中恢复一个STM1的电路，其所需时间将甚至以小时计。如果采用数据交换机的方式来恢复电路，时间将更无法容忍。
图一
目前而言，解决业务保护时间最佳的办法就是采用SDH自愈环。但纯环状结构的最大弊病就在于其传输数据业务时会造成极大的带宽浪费，如果考虑到今后图像业务的发展，其调配能力低下和过度带宽冗余的劣势将暴露无余。但是，如果我们构架一个如图二的网络，即按业务流量设计若干个相交，相切或重叠逻辑传输环，而这些逻辑传输环的物理路由就是图二中最下层的投影。从中不难看出，这是一个典型的网状网结构，但这又不是一个过去提到的链状网状网，而是一个由众多环网构成的网状网。在这里，我们不妨称其为“环状网状网”。
图二
面对这样的网络结构，我们不禁会想到：既然这个网络中即有环网结构，又有网状网结构，那么能不能将环网的保护和网状网的恢复统一地结合在一起呢？答案是肯定的。当然，这对设备和技术提出了更高的要求，我们将会在第三节中详细分析。
在环状网状网的拓扑设计中，我们仍然需要面对理论设计最优与网络灵活演进之间的矛盾。下面我们对一具体设计进行分析：
从图三中可以看出，这是一个国内大中城市典型的八节点拓扑图。在此八点之间利用32个ADM，8个DXC设备，构成了8个10G四节点两纤环。连接顺序为：1-4-5-8，2-3-6-7，1-2-5-6，3-4-7-8，1-3-5-7，2-4-6-8，1-5-4-8，2-3-7-6。这样的网络设计在数学上的确是一个最优设计。如果读者有兴趣计算的话，不妨可以自己试画一下时隙图，就可以发现这样的结构可以使点点间传输通路达到32个STM-1，甚至在2-3，1-2，4-5，6-7之间最多可达36个STM-1。因此，此设计方案在数学上是一个最佳设计。
图三（缺）
但是，如果我们具体分析一下，就可以看出这种方案的高度不灵活性。首先，这种方案设计是基于4节点或4的倍数节点拓扑结构所构造的。当节点的增长不按4的倍数增长的话，其网络的点点间通道能力将大大降低。例如在图三中增加3个新节点的话，如果仍然要求点点间具有直达通道，即形成全网状连接结构，其点点间通道容量将降至最低。此外，此方案设计的一个关键前提是假设点点之间业务量平均分配。诚然，城域骨干网的业务流量分配基本是一个随机平均过程，但实际工程中某两点间业务流量远大于其它点间业务的情况比比皆是。在这里如果我们假设2-3节点之间的业务流量首先超过32个STM-1的直达通道最大容量的话，我们将如何调度多出的业务量呢？
图四
从图四可以看到，当ADM3A至2A（2为站号，字母为该站对应的某个ADM）通道容量用尽时，新增加的一个时隙将从3A点转至站3的DXC中，然后转入ADM3C。由于站3与站5间存在直达通道，因此该时隙进入站5。此后通过站5的DXC转接进入ADM5B，最后通过站5与站2之间的直通通道到达ADM2B。从图四可以看出，当调度一份时隙时，将占用全网6倍于该时隙的带宽调度能力。这还是跳接一次即完成调度的情况。随着全网业务量的逐步饱和，需要跳接更多的站点才能完成新增业务的调度。因此可知，这样的网络设计是缺乏灵活性的。不幸的是，目前一些国内的大中城市仍在沿用这样的网络设计方案。
城域网新技术及产品需求
针对城域网今后的发展，尤其是数据与图像业务的大规模增长，产品与技术方面也相应提出了与长途骨干网不尽相同的需求。
首先，为了提高单点设备的带宽管理能力，必须提高单位传输颗粒的大小。因此，在城域网中，10G信号在目前应该是主要骨干传输速率。而今后40G TDM系统也会主要在城域网中应用。尤其在网络结构复杂的大中城市中，高速率TDM系统将会在相当一段时间内占据主导地位。而城域DWDM系统由于光层协议的不完善，光层调度能力的缺乏，目前只能屈尊于中小城市或大中城市中的某些特殊用途方面。
其次，城域网，尤其是大型城域网中，出现如图二中的环状网状网的情况将会很多。如果我们希望能够使这样的网络既具备环网的保护功能，又具备网状网的恢复机制，那么需要什么样的设备才能够满足其硬件要求呢？这样的设备必须具备强大的带宽管理能力，为了和以前设计的集中式带宽管理设备相区别，加之其特有的使用方式，我们暂且称其为分布式带宽管理设备，特点如下：
1．具有多个高速光口，同时支持多个传输环。从图二可以看出，只有具备这样的功能，该设备才能同时工作于多个传输环上并支持各自的环保护功能。
2．具有足够大的交叉矩阵。能够将其对应工作环上的所有时隙进行完全无阻塞的交叉连接是实现网状网恢复机制的最起码硬件基础。
3．具有足够的支路上下能力。如果该设备不具备支路上下能力，那么其设计思路将和我们过去所使用的以DXC为代表的集中式带宽管理设备没有什么实质性的区别。
4．支持级连业务。这是支持数据业务的基础。
5．能够在线升级。过去的集中式带宽管理设备虽然调度电路效率低，如果失效，受影响的只有跨环业务。由图二可以看出，如果采用分布式带宽管理设备，要求就必须更加严格了。因为如果一点的设备停止工作时，受损的不仅包括跨环业务，更包括本环业务。
最后，如果我们考虑到今后城域网的恢复机制，就不能不谈到ASON（自动交换光网络）。现今的基于集中式网管的网状网恢复方法在业务容量急剧上升的今天显得越来越力不从心，反应时间将越来越无法容忍。为了能够建立一个智能化的传输网络，必须在过去传统的传输网中引入交换信令的概念。ASON（也称ASTN）便是我们目前所能够实现的智能传输网络协议。ASON的实质就是在传输网中引入了动态交换。它的来源与详细定义由于于此文无关，在这里就不予介绍了。就ASON目前的标准化趋势来看，大致有以下几种走势：
1．IETF标准。预计2001年8月推出。协议采用对等模型，主要面向传输，数据混合网，利用现有信令协议扩展和修改来开发UNI接口，PSVP-TE和CR-LDP。优点在于利用数据网的网络调配和带宽管理，缺点在于由于采用对等模型，就目前情况看，可处理的网元个数受限较大，计算量大，算法不收敛的概率大于客户/服务者模型。
2．ODSI标准。2001年内已推出。针对重叠网，采用客户/服务者模型，采用新的信令协议。优点在于信令协议的工作效率较高，但缺点在于由于定义范围有限，其可完成的功能也有限。
3．OIF标准。预计2001年推出。更多的基于结构式方法，倾向于客户/服务者模型。
4．ITU-T标准。预计2001年10月推出。是百分之百的客户/服务者模型，其定义功能较完善。
ASON在中国的应用从目前的业务类型和运营商类型来看，可能会首先在城域网中得到应用。因为城域网有相当的容量，有极高的带宽管理要求，有实时变化的业务流向，这一切都呼唤着ASON的诞生。而在城域网中如果采用ASON协议，应该倾向于那一种标准呢 ？平心而论，根据目前城域网络网元特性和数目而言， 采用IETF标准就可以满足日常的需要。如果城域网络在今后迅速膨胀，或涉及到与长途网的共同管理时，客户/服务者模型就具有明显的优越性了。因此，就将来的网络发展而言，ITU-T的ASON标准可能会更适合一些。
小结
综上所述，我们不难看出城域网的设计所需考虑的因素很多。由于篇幅的原因，许多因素在这里一笔带过或根本没有涉及到。但有一点是清晰的，即将来的城域网应主要是环状网状网结构，它的规划必须考虑到多种业务的接入，传输和交叉连接，其设备在硬件基础上应能满足分布式带宽管理设备的特性，在软件上应考虑与ASON协议的兼容。
城域网业务特点
与骨干网不同，城域网的业务有其鲜明的特点和复杂性。
首先，城域网上的业务流量可能远比骨干网业务流量要大。从业务流量的增长点来看，主导传输网络的业务随时间发展分别是语音，数据和图像。在过去语音业务为主的网络中，城域网的业务流量明显大于长途骨干网，这是因为70%以上的语音业务都是本地业务。目前中国的传输网络中，数据业务占总业务量的比重正在逐步增加，在某些长途线路或省骨干网中已经超过了50%。因此许多人认为在数据业务占主体的传输网络中，长途业务将占据较大份额。但是，由于各ISP服务商在本地建立IDC或镜像站点，以Internet为主的数据业务将逐渐向本地化倾斜。如果我们将目光再放远一点，当图像业务进入传输网络后，其对于带宽的占用量将大大超过前两者。图像业务的大规模应用，如视频点播等等，将更多地呈现本地化业务特征。而在中国，图像业务的试点已经在北京，上海等城市开始了。
其次，城域网的业务接口复杂，业务颗粒在相当时期内参差不齐。大家都知道，城域网中既有标准的SDH业务，也有PDH业务，视频业务，数据业务。单单数据业务一项，又包括以太网，IP路由器以及其它各种数据业务类型。因此，在城域网的设计中，必须考虑到各种业务的兼容。此外，由于国内各城市之间情况不同，即使是同一城市内，不同业务区之间也不可能规定整齐划一的最小接入业务颗粒。因此，在设计中还需要考虑对不同业务颗粒的就近汇集，梳理，以提供网络的利用率。
最后，对于城域网而言，制约其发展的关键在于等效节点带宽管理能力的大小。在城域网中，业务的调度和转接远比骨干网为多。因此，如何提高等效节点带宽管理能力成了一个大的问题。就国内某一大型城市为例，其网络调度能力用尽之时，网络的传输容量利用率才不到30%！当然从另一个方面来讲，提高单位传输业务颗粒的速率也会提高带宽管理效率。例如10G速率颗粒的业务调度能力和效率都比4个2.5G颗粒为高，尽管它们的传输容量相同。
城域网传输层网络拓扑设计
通过上面的分析，我们对城域网的主要特点有了一些认识，接下来，我们对其传输层进行初步的网络拓扑设计分析。
由于城域网的业务种类，流量，流向均呈随机分配(尤其是当数据和图像业务为主时)，因此大型城域网的网络拓扑应为网状或半网状结构为好。这样对于网络的传输容量较为节省，设计起来考虑因素也较少一些。
但是，什么样的网状网是将来城域网发展的主要形式呢？从图一中可以看出，过去的传输网状网或目前的数据网状网均为众多点对点链路组成。我们姑且在这里将其称为“链状网状网”。各相交点之间的业务调度由数字交叉连接设备或数据交换机完成，其转接效率较低，而网间业务的转接将更加复杂。即使是SDH设备构架而成的链状网状网本身也是不具备SDH的保护机制（protection）的，而只具有网状网的恢复机制（restoration）。这样一来，整个网络对电路的恢复能力就受限于网管软件的计算能力。用DXC构架的SDH网状恢复网来分析，我们可以看出，DXC本身调度一个STM1的时间为秒级，而DXC如果在网管软件的控制下，在一个具有200个网元左右的网络中恢复一个STM1的电路，其所需时间将甚至以小时计。如果采用数据交换机的方式来恢复电路，时间将更无法容忍。
图一
目前而言，解决业务保护时间最佳的办法就是采用SDH自愈环。但纯环状结构的最大弊病就在于其传输数据业务时会造成极大的带宽浪费，如果考虑到今后图像业务的发展，其调配能力低下和过度带宽冗余的劣势将暴露无余。但是，如果我们构架一个如图二的网络，即按业务流量设计若干个相交，相切或重叠逻辑传输环，而这些逻辑传输环的物理路由就是图二中最下层的投影。从中不难看出，这是一个典型的网状网结构，但这又不是一个过去提到的链状网状网，而是一个由众多环网构成的网状网。在这里，我们不妨称其为“环状网状网”。
图二
面对这样的网络结构，我们不禁会想到：既然这个网络中即有环网结构，又有网状网结构，那么能不能将环网的保护和网状网的恢复统一地结合在一起呢？答案是肯定的。当然，这对设备和技术提出了更高的要求，我们将会在第三节中详细分析。
在环状网状网的拓扑设计中，我们仍然需要面对理论设计最优与网络灵活演进之间的矛盾。下面我们对一具体设计进行分析：
从图三中可以看出，这是一个国内大中城市典型的八节点拓扑图。在此八点之间利用32个ADM，8个DXC设备，构成了8个10G四节点两纤环。连接顺序为：1-4-5-8，2-3-6-7，1-2-5-6，3-4-7-8，1-3-5-7，2-4-6-8，1-5-4-8，2-3-7-6。这样的网络设计在数学上的确是一个最优设计。如果读者有兴趣计算的话，不妨可以自己试画一下时隙图，就可以发现这样的结构可以使点点间传输通路达到32个STM-1，甚至在2-3，1-2，4-5，6-7之间最多可达36个STM-1。因此，此设计方案在数学上是一个最佳设计。
图三（缺）
但是，如果我们具体分析一下，就可以看出这种方案的高度不灵活性。首先，这种方案设计是基于4节点或4的倍数节点拓扑结构所构造的。当节点的增长不按4的倍数增长的话，其网络的点点间通道能力将大大降低。例如在图三中增加3个新节点的话，如果仍然要求点点间具有直达通道，即形成全网状连接结构，其点点间通道容量将降至最低。此外，此方案设计的一个关键前提是假设点点之间业务量平均分配。诚然，城域骨干网的业务流量分配基本是一个随机平均过程，但实际工程中某两点间业务流量远大于其它点间业务的情况比比皆是。在这里如果我们假设2-3节点之间的业务流量首先超过32个STM-1的直达通道最大容量的话，我们将如何调度多出的业务量呢？
图四
从图四可以看到，当ADM3A至2A（2为站号，字母为该站对应的某个ADM）通道容量用尽时，新增加的一个时隙将从3A点转至站3的DXC中，然后转入ADM3C。由于站3与站5间存在直达通道，因此该时隙进入站5。此后通过站5的DXC转接进入ADM5B，最后通过站5与站2之间的直通通道到达ADM2B。从图四可以看出，当调度一份时隙时，将占用全网6倍于该时隙的带宽调度能力。这还是跳接一次即完成调度的情况。随着全网业务量的逐步饱和，需要跳接更多的站点才能完成新增业务的调度。因此可知，这样的网络设计是缺乏灵活性的。不幸的是，目前一些国内的大中城市仍在沿用这样的网络设计方案。
城域网新技术及产品需求
针对城域网今后的发展，尤其是数据与图像业务的大规模增长，产品与技术方面也相应提出了与长途骨干网不尽相同的需求。
首先，为了提高单点设备的带宽管理能力，必须提高单位传输颗粒的大小。因此，在城域网中，10G信号在目前应该是主要骨干传输速率。而今后40G TDM系统也会主要在城域网中应用。尤其在网络结构复杂的大中城市中，高速率TDM系统将会在相当一段时间内占据主导地位。而城域DWDM系统由于光层协议的不完善，光层调度能力的缺乏，目前只能屈尊于中小城市或大中城市中的某些特殊用途方面。
其次，城域网，尤其是大型城域网中，出现如图二中的环状网状网的情况将会很多。如果我们希望能够使这样的网络既具备环网的保护功能，又具备网状网的恢复机制，那么需要什么样的设备才能够满足其硬件要求呢？这样的设备必须具备强大的带宽管理能力，为了和以前设计的集中式带宽管理设备相区别，加之其特有的使用方式，我们暂且称其为分布式带宽管理设备，特点如下：
1．具有多个高速光口，同时支持多个传输环。从图二可以看出，只有具备这样的功能，该设备才能同时工作于多个传输环上并支持各自的环保护功能。
2．具有足够大的交叉矩阵。能够将其对应工作环上的所有时隙进行完全无阻塞的交叉连接是实现网状网恢复机制的最起码硬件基础。
3．具有足够的支路上下能力。如果该设备不具备支路上下能力，那么其设计思路将和我们过去所使用的以DXC为代表的集中式带宽管理设备没有什么实质性的区别。
4．支持级连业务。这是支持数据业务的基础。
5．能够在线升级。过去的集中式带宽管理设备虽然调度电路效率低，如果失效，受影响的只有跨环业务。由图二可以看出，如果采用分布式带宽管理设备，要求就必须更加严格了。因为如果一点的设备停止工作时，受损的不仅包括跨环业务，更包括本环业务。
最后，如果我们考虑到今后城域网的恢复机制，就不能不谈到ASON（自动交换光网络）。现今的基于集中式网管的网状网恢复方法在业务容量急剧上升的今天显得越来越力不从心，反应时间将越来越无法容忍。为了能够建立一个智能化的传输网络，必须在过去传统的传输网中引入交换信令的概念。ASON（也称ASTN）便是我们目前所能够实现的智能传输网络协议。ASON的实质就是在传输网中引入了动态交换。它的来源与详细定义由于于此文无关，在这里就不予介绍了。就ASON目前的标准化趋势来看，大致有以下几种走势：
1．IETF标准。预计2001年8月推出。协议采用对等模型，主要面向传输，数据混合网，利用现有信令协议扩展和修改来开发UNI接口，PSVP-TE和CR-LDP。优点在于利用数据网的网络调配和带宽管理，缺点在于由于采用对等模型，就目前情况看，可处理的网元个数受限较大，计算量大，算法不收敛的概率大于客户/服务者模型。
2．ODSI标准。2001年内已推出。针对重叠网，采用客户/服务者模型，采用新的信令协议。优点在于信令协议的工作效率较高，但缺点在于由于定义范围有限，其可完成的功能也有限。
3．OIF标准。预计2001年推出。更多的基于结构式方法，倾向于客户/服务者模型。
4．ITU-T标准。预计2001年10月推出。是百分之百的客户/服务者模型，其定义功能较完善。
ASON在中国的应用从目前的业务类型和运营商类型来看，可能会首先在城域网中得到应用。因为城域网有相当的容量，有极高的带宽管理要求，有实时变化的业务流向，这一切都呼唤着ASON的诞生。而在城域网中如果采用ASON协议，应该倾向于那一种标准呢 ？平心而论，根据目前城域网络网元特性和数目而言， 采用IETF标准就可以满足日常的需要。如果城域网络在今后迅速膨胀，或涉及到与长途网的共同管理时，客户/服务者模型就具有明显的优越性了。因此，就将来的网络发展而言，ITU-T的ASON标准可能会更适合一些。
小结
综上所述，我们不难看出城域网的设计所需考虑的因素很多。由于篇幅的原因，许多因素在这里一笔带过或根本没有涉及到。但有一点是清晰的，即将来的城域网应主要是环状网状网结构，它的规划必须考虑到多种业务的接入，传输和交叉连接，其设备在硬件基础上应能满足分布式带宽管理设备的特性，在软件上应考虑与ASON协议的兼容。