機(jī)電通信技術(shù)的展望

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本文作者：郭九鷺、康蕾 單位：河南高速公路發(fā)展有限責(zé)任公司

河南省高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，也是監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)的綜合信息傳送平臺(tái)，隨著通信行業(yè)新技術(shù)日新月異的發(fā)展和高速公路發(fā)展智能交通的需要，高速公路通信系統(tǒng)的未來發(fā)展需要新技術(shù)的支撐。下面，本文，筆者根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，介紹了RPR（彈性分組環(huán)）、寬帶IP和DWDM（密集光波復(fù)用）在高速公路機(jī)電通信系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和前景。

一、RPR介紹

1.RPR定義。

RPR是一種新興的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù)，它不僅能有效的支持環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和在光纖斷開或連接失敗時(shí)實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)，同時(shí)還具備數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?、簡單和低成本等特性。它采用一種由分組交換節(jié)點(diǎn)組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)，相鄰節(jié)點(diǎn)通過一對(duì)光纖連接。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫腔?個(gè)反向傳輸?shù)沫h(huán)。外環(huán)（又稱0環(huán)）和內(nèi)環(huán)（又稱1環(huán)）同時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù)。

2.RPR的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

下面來分析一下RPR的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。（1）統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。（2）支持三種優(yōu)先級(jí)別，可提供差異化服務(wù)。（3）提供電信級(jí)保護(hù)，可提高有效帶寬利用。（4）空間可重用。（5）提供即插即用功能，方便系統(tǒng)的維護(hù)和管理。（6）采用公平算法，提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。

3.RPR應(yīng)用環(huán)境。

RPR是在吸取ATM（異步傳輸模式）、SDH（同步數(shù)字體系）和Ethernet技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的傳輸技術(shù)，也是一種新的地址處理層，它主要應(yīng)用在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中。RPR將用來取代SDH來組建以數(shù)據(jù)為中心的城域網(wǎng)，為電信級(jí)運(yùn)營商提供快速故障自愈能力和性能監(jiān)視能力，因此它是一種很好的組網(wǎng)方案。RPR基于環(huán)行拓?fù)涮峁?shù)據(jù)優(yōu)化的帶寬管理、高性價(jià)比多業(yè)務(wù)傳輸解決方案，RPR是針對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特征而提出的對(duì)現(xiàn)有城域網(wǎng)和核心網(wǎng)的技術(shù)改進(jìn)方案。

4.基于MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)）方案的應(yīng)用。

在RPR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案中，基于MSTP的方案是適合高速公路通信系統(tǒng)的實(shí)際情況。應(yīng)用基于拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和保護(hù)模塊在MSTP單板中的實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)際上是在MSTP環(huán)網(wǎng)帶寬上引入MSTP內(nèi)嵌RPR環(huán)。與傳統(tǒng)SDH相比，雖然MSTP通過引入面向連接的功能實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)上的端到端的業(yè)務(wù)，并通過GFP（通用成幀規(guī)程）實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)幀到容器的映射，以及在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)虛級(jí)聯(lián)和LCAS（全鏈路容量調(diào)整機(jī)制）技術(shù)的芯片的設(shè)計(jì)，增加了虛容器帶寬分配的靈活性和可靠性。但是由于以太網(wǎng)技術(shù)基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的體制暴露出一些固有的弱點(diǎn)，很多廠家都在考慮將RPR技術(shù)引入新一代的MSTP中，從而為全新“智能”業(yè)務(wù)提供全面的解決方案。

二、寬帶IP

1.IP網(wǎng)。

在新一代信息網(wǎng)絡(luò)中，IP網(wǎng)將成為基礎(chǔ)網(wǎng)。一方面，DWDM業(yè)務(wù)（密集波分復(fù)用技術(shù)）轉(zhuǎn)向互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行；另一方面，在IP網(wǎng)上提供TDM（時(shí)分復(fù)用模式）專線，幀中繼（FR），ATM信元和ATM適配等功能，以支持傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)。

2.千兆太網(wǎng)技術(shù)。

千兆以太網(wǎng)技術(shù)是通信網(wǎng)中最復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，主要應(yīng)用在IP城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)通信中，構(gòu)建IP核心網(wǎng)和多業(yè)務(wù)邊緣組成的IP城域網(wǎng)，主要采用交換機(jī)、路由器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的MAC交換和IP路由尋址。目前，寬帶IP技術(shù)方案可分為2大類：一類是解決網(wǎng)絡(luò)帶寬在局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的瓶頸問題，以FastEthernetIP為代表；另一類就是IP多業(yè)務(wù)交換方法，以IPoverSDH為代表。千兆以太網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用于IP城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)通信中，是以構(gòu)建純IP業(yè)務(wù)為主的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，主要采用交換機(jī)、路由器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包的MAC交換和IP路由尋址。這種方法效率高、設(shè)備組網(wǎng)簡單、易維護(hù)，而且設(shè)備價(jià)格也在不斷的下降。

3.IPoverSDH技術(shù)。

IPoverSDH以IPoverSDH網(wǎng)絡(luò)作為傳輸系統(tǒng)或運(yùn)營商自己的傳輸系統(tǒng)組成多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并采用HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制）幀格式對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，然后按字節(jié)同步的方式映射到1544kb／s凈荷的字節(jié)同步隨路信令，按其各次群相應(yīng)的線速率進(jìn)行連續(xù)傳輸。

三、DWDM密集波分復(fù)用技術(shù)

1.DWDM。

DWDM能在同一根光纖中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、組合和傳輸。為保證傳輸效果，可在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)建立多個(gè)虛擬鏈接，并轉(zhuǎn)換為多個(gè)虛擬光纖。所以可在1根光纖上傳輸8路視頻+4路雙向數(shù)據(jù)+8路雙向音頻+以太網(wǎng)信號(hào)，這樣傳輸容量將從2.5Gb/s提高到20Gb/s。由于采用了CiscoDWDM技術(shù)，單根光纖每秒鐘可以傳輸7T的（1T等于1024G）數(shù)據(jù)。DWDM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的傳輸速度、編碼方式、幀協(xié)議和流量控制是不相關(guān)的。基于DWDM的網(wǎng)絡(luò)可以采用DDN（數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)）和以太網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù)，處理的數(shù)據(jù)流量在1.25Gb至2.5Gb之間。從QoS（質(zhì)量服務(wù)）的角度來看，基于DWDM的網(wǎng)絡(luò)以成本低廉、部署便捷來快速響應(yīng)客戶的帶寬需求。

2.DWDM的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

DWDM具有較靈活的組網(wǎng)能力，支持自愈恢復(fù)環(huán)路保護(hù)等功能，也能減少混亂并降低成本。不足之處在于其傳輸業(yè)務(wù)是完全透明的，在一個(gè)波長上只能提供一種業(yè)務(wù)，GE/10GE的封裝尚無標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)能力有限，缺乏波長內(nèi)復(fù)用，在速率不高的應(yīng)用場合下，帶寬的利用率較低。和以往的PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字系列）傳輸系統(tǒng)相比，DWDM目前的定價(jià)并不具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)，DWDM只可應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)安全性高，跨平臺(tái)共享且無限擴(kuò)容需求很大的場合。

3.DWDM系統(tǒng)的常用保護(hù)格式。

DWDM系統(tǒng)的常用保護(hù)方式分為人工保護(hù)和自動(dòng)保護(hù)2類，自動(dòng)保護(hù)按照保護(hù)層次又可分為基于光放段光纜線路保護(hù)（OLP）、基于光復(fù)用段層保護(hù)（OMSP）和基于單個(gè)波長的光通道層保護(hù)（OCP）等。密集波分復(fù)用本質(zhì)上就是WDM，所不同的是復(fù)用信道波長間隔不同。20世紀(jì)80年代中期，復(fù)用信道的波長間隔一般在幾十到幾百納米，到了20世紀(jì)90年代，為了能在EDFA的35~40nm帶寬內(nèi)同時(shí)放大多個(gè)波長信號(hào)。根據(jù)ITU-T的建議，DWDM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的波長間隔為0.8nm的整數(shù)倍，如0.8nm，1.6nm，2.4nm，3.2nm等。4.DWDM的重要特點(diǎn)。DWDM光傳送網(wǎng)在現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)中提供了快速靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度，具有完善便捷的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理的傳輸基礎(chǔ)設(shè)施。它的主要特點(diǎn)有：

（1）高容量。每個(gè)波長的容量可以是10Gbit/s和40Gbit/s，信號(hào)可按波長路徑或虛波長路徑傳輸，在單纖可傳送160個(gè)以上的波長，法國阿爾卡特公司和日本NEC公司最大分別已達(dá)到每路256波長和274波長。最大限度地利用了光纖傳輸帶寬，這是DWDM技術(shù)特有的優(yōu)點(diǎn)。

（2）波長路由。在DWDM網(wǎng)絡(luò)中，通過動(dòng)態(tài)的波長選擇性交叉連接器件實(shí)現(xiàn)路由選擇，建立多路不同波長的光信號(hào)拓?fù)溥B接。

（3）透明性。透明性和透光性有很多層含義，完全透明的傳送網(wǎng)與語音、數(shù)據(jù)、視頻無關(guān)。但考慮到各種高可擴(kuò)展性、低成本和易管理性等因素，要實(shí)現(xiàn)完全透明具有相當(dāng)大的難度，因此，將透明性定義為光傳送網(wǎng)可支持盡可能使用光層交換和光傳輸。DWDM光傳送網(wǎng)將提供與SDH/SONET不同的透明性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的有效管理、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)監(jiān)控，這是DWDM光傳送網(wǎng)的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)，它保證了傳輸與速率的無關(guān)性，上下話路靈活，可以提供SONET級(jí)的網(wǎng)管，也可傳輸各種比特率的信號(hào)，又可以提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

（4）可重構(gòu)性。DWDM光傳送網(wǎng)通過最高技術(shù)層面的光交插設(shè)備和光分插復(fù)用設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)光波長信道的動(dòng)態(tài)重構(gòu)功能，即根據(jù)傳送網(wǎng)中業(yè)務(wù)流量的種類、數(shù)量、來源和需要?jiǎng)討B(tài)地分配光纖與波長等物理層網(wǎng)絡(luò)資源，使網(wǎng)絡(luò)資源得到最有效的利用。同時(shí)，在發(fā)生器件及系統(tǒng)意外失效故障時(shí)，可以通過配置保護(hù)組，使控制平面參與到保護(hù)倒換的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)，為發(fā)生故障的信道重新尋找路由，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)正常，保證上層業(yè)務(wù)不受影響。因此，DWDM光傳送網(wǎng)能夠直接在光路層上提供某種程度的保護(hù)。

（5）兼容性。DWDM在傳送層緊密結(jié)合，并得到市場的認(rèn)可，系統(tǒng)必須兼容原有傳送網(wǎng)技術(shù)，可與現(xiàn)有的任何一種傳輸網(wǎng)相連，將不同業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)上傳輸，從而能夠維護(hù)用戶原來的投資。DWDM的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是可以在一個(gè)往返時(shí)間內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)。基于DWDM的網(wǎng)絡(luò)可以采用幀中繼ATM、SDH、以太網(wǎng)協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)，處理的數(shù)據(jù)流量在100Mb/s和2.5Gb/s之間，這樣，基于DWDM的網(wǎng)絡(luò)可以把許多個(gè)單個(gè)信號(hào)在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸。

綜上，關(guān)于高速公路通信通信新技術(shù)，應(yīng)該總體布局，逐步完善，分步實(shí)施。根據(jù)各個(gè)新技術(shù)的特點(diǎn)，應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，建立一個(gè)新技術(shù)能夠發(fā)展自身優(yōu)勢(shì)的綜合性應(yīng)用體制。