MSTP、SDH+ATM、OTN、RPR四种技术的比较

以下是我对四种常用于轨道交通传输组网技术的比较分析，不正之处欢迎指出，大家一起讨论：

a)       MSTP

MSTP技术自问世以来已经发展到了第三代，它继承了SDH的一切优点，并与接入技术配合，能够很好地满足上述承载业务的特性要求。MSTP技术具有下列特点：

• 可以兼容PDH的网络体系，支持多种物理接口。

• 简化网络结构，支持多协议处理。如：PPP、ML-PPP、LAPS、GFP等。

• 支持以太网业务透传、二层汇聚、二层交换，可实现对以太网业务的带宽共享以及统计复用、带宽管理和环路保护功能。

• 支持VP-Ring保护，可以和SDH的通道保护和复用段保护协同处理。

• 传输的高可靠性和自愈保护恢复功能。MSTP继承了SDH的各种保护特性，实现99.99％的工作时间、硬件冗余、小于50ms的通道保护恢复时间，这些对提高服务质量至关重要。

• 具有622M、2.5G和10G平滑升级、扩容能力，并可与波分复用技术相结合，满足用户更大的带宽需求。

• 高度多网元功能集成，有效的带宽按需分配、管理。

• 支持弹性分组环（RPR）和多协议标志交换（MPLS）等新技术的应用。

• 技术的发展是永恒的，随着弹性分组环（RPR）、多协议标志交换（MPLS）等新技术在MSTP平台上的应用日趋成熟，MSTP技术在网络保护、带宽按需分配、流量控制等方面更具有优势。

• 第三代MSTP技术最明显的特点是引入了RPR over SDH，以及引入MPLS保证QoS并解决接入带宽公平性的问题，支持虚级联和链路容量自动调整（LCAS）机制，支持多点到多点的连接。

  
  

　　综上所述，MSTP技术可实现城市轨道交通系统通信网络和业务的综合化和一体化。既简化了网络层次，提高了带宽的使用效率，又降低了通信系统的运营维护成本，可供选择的厂家较多，主要有阿尔卡特、马可尼、ECI、朗迅、北电网络、泰乐、中兴、华为等。MSTP技术已经成为轨道交通通信网传输系统制式的选择之一。

　　本方案的优点是：技术先进、开放，设备标准化，具有强大的网络管理能力和灵活的组网能力，升级扩容能力强，接口类型丰富。而且MSTP同时综合SDH、ATM、Ethernet标准接口，是一个综合的业务平台，已在电信领域大量采用。

缺点是：
l        每个MSTP设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行MAC地址查询，随着环路上的节点增加，查询MAC地址表速度下降，处理性能明显下降。
l        对数据业务的传输采用PPP或ML-PPP映射的方式，映射效率低，造成较大的带宽浪费，在传输视频业务时这种带宽的浪费尤其严重。
l        不能对基于以太网的用户提供多等级具有质量保障的服务，服务类型属于面向非连接，不能提供端到端的质量保障。

b)SDH+ATM

　　传统SDH传输技术对各种业务有固定的信道，对业务的QoS完全保证，而不需要进行复杂的协议控制，特别适合于实时业务的传输。而轨道交通中需传输系统承载的公务电话、调度电话、无线音频、广播宽带音频、广播控制数据、时钟信息、闭路电视控制数据、电源监控数据、无线控制数据、信号ATC数据、电力SCADA数据、BAS/FAS数据、AFC数据、闭路电视监视系统等业务绝大部分都是实时性很强的业务，需对QoS有100%保证。

　　传统SDH传输系统的优点是：技术先进、光接口标准统一，具有强大的网络管理能力和灵活的支路分插（同步复用）能力；组网灵活，可组成点对点、链形、环形等不同拓朴结构；扩容能力强，系统很容易从155M升级到622M、2.5G和10G；网络可靠性高，具有MSP保护、通道保护、子网连接保护等保护手段。其缺点是：以窄带业务为基础，不能提供所需的宽带视频、局域网等接口和传输功能，只能提供点对点传输通道，无法实现带宽动态分配等。

　　网络的带宽按需分配和业务按分组传送是ATM技术的显著特点，但ATM网络需复杂的网络流量等控制协议来保证实时业务的短时延和小抖动，ATM技术是否能够对地铁/轻轨中的这些实时业务有较好的QoS，还需实践证明。但目前ATM技术在轨道交通领域的应用已经不是主流技术方案，究其原因，除ATM技术本身的局限性外，可选择的高品质的专网ATM产品供应商也越来越少。 有实际应用的方案是采用ATM网络来传输闭路电视视频等其它宽带业务，其它业务采用SDH网络传输。

　　本方案的优点是：技术成熟、开放、标准化高，网络都具有强大的网络管理能力和灵活的组网能力，升级扩容能力强。

　　缺点是：同时需要两套网络，网络管理不统一；投资大，维护、管理、运营等成本高，由ATM网络传输以太网信元开销大，效率低。

c)OTN

　　从本质上讲，OTN也是采用基于TDM体制的复用技术，因此它同样具有时隙的概念，每路信号占用在时间上固定的比特位组，信道通过位置进行标识，对业务的QoS也能完全保证，根本区别在于OTN网的帧结构。

　　主要有以下特点：
l        真正实现了语音、数据、图像一体化，传输、接入一体化、窄带、宽带一体化。
l        带宽粒度细，按需分配带宽，提高网络资源的利用率。
l        采用分布式网络结构，组网灵活，升级扩容方便。
l        具有丰富的接口：各种标准的音频接口，宽带音频接口，E1/T1/D3数字接口，RS-232，RS-422，RS-485，10Base-T/100Base-TX等。
l        各种应用可直接接入OTN，无需接入设备。
l        可以支持语音。图像信号的多点广播。
l        有自愈功能，可靠性高。
l        采用数字图像压缩技术，可提供高清晰度监控图像等等。
l        方便的管理特别适合地铁等各种综合业务的接入，并进行透明传输。
l        集成的管理系统可直接管理到独立的端口。
l        不同的信号种类一步复用映射到OTN帧中，高速和低速的应用可简单叠加在一个网络中运行。
l        所有的应用可自由的混合。
l        一种信号的传输不会影响其他种类的信号船速销。
l        低开销（＜2％）。

　　缺点是：成本高，技术封闭，业务接口不开放，独家供货，网络互联不便。

d)RPR

RPR弹性分组环（Resilient Packet Rings）是一种新的MAC层协议，是为优化数据包的传输而提出的。它具有以下优点：
l        RPR根据用户需求分配带宽，通过支持空间复用技术和统计复用技术，提高带宽利用率。
l        RPR可对数据业务进行优化，有效支持IP的突发特性。
l        对于有实时性要求的数据业务，RPR可以提供不同等级的服务和基于不同等级业务的环保护功能来保障数据业务实时性。
l        在保障实时性方面和故障倒换时间（16ms～50ms）上可与SDH技术媲美。
l        由于RPR既可以使用SDH帧结构，也可以使用802.3帧结构，因此RPR可以在目前所有的光纤传输设备上运行，包括：裸光纤（Dark fiber）、波分复用设备（DWDM）、SDH/Sonet网络。
l        RPR技术承载视频监控系统，用户数据能继续保持以太网帧格式，省略复杂、昂贵的分组到TDM的映射过程，并对用户分组进行严格的服务质量等级分类。提供严格的延时和抖动保障机制，使得视频图像清晰、画面流畅，完全达到轨道交通监控图像的要求，对轨道交通工程中一直是传输难点的视频业务提供了非常良好的承载。

但RPR技术也存在以下问题：
l        从业务接口的角度来看，和SDH、MSTP、ATM存在同样的问题，必须借助于接入设备来提供低速数据等接口。
l        纯粹的RPR技术主要的缺点是对TDM业务的支持效果仍不尽如人意，其中的重要问题是对时钟的透明传输，RPR同步机制与SDH不同。网络管理系统无法像SDH网管系统对一个复杂、庞大的网络进行有效管理，并缺少SDH的端到端性能监视和配置等手段。
l        由于RPR技术使用环形拓扑，当环中两个节点之间的带宽需求增加时，整个环网的带宽都要进行升级。
l        RPR技术缺少对单个业务和单个用户的保护粒度，因此造成了网络资源不必要的浪费，同时也减少了所能提供的业务类型。
l        由于RPR技术是专为物理环或逻辑环而设计的MAC层技术，因此RPR MAC层的应用仅局限在环，跨环时必须终结，因此无法实现跨环时的端到端带宽共享、公平机制、QOS和保护功能，因此在组建复杂网络时有一定的局限性。

　　MSTP多业务传输平台的实现方案较多，主要包括基于传输系统的多业务传送平台（如基于SDH、DWDM等）和基于分组的多业务传送平台（如基于IP、RPR和MSR等）。在当前实际的网络建设中，前者中应用最普遍的是基于SDH的多业务传送平台，而后者所包含的各项技术均仍处于不断发展完善之中。

1.基于SDH的MSTP

　　基于SDH的MSTP的基本思想是在传统的SDH传输平台上，集成2层以太网、ATM等处理能力，将SDH对实时业务的有效承载和网络2层（如以太网、ATM等），甚至3层技术所具有的数据业务处理能力有机结合起来，以增强传送节点对多类型业务的综合承载能力。在当前实际的设备开发和应用中，如何有效承载以太网业务是关注的重点。

      

　　基于MSTP承载以太网业务的技术发展经历了业务透传承载和2层交换承载两个阶段。为了提高基于MSTP的以太网的组网应用能力及业务性能，人们已经在此类节点设备中引入了大量新技术，如VC级联与虚级联，链路容量调整方案（LCAS），GFP/LAPS/PPP等标准封装协议，基于以太网的CoS分类、排队和调度、流量控制等机制，802.1q VLAN和802.1 ad运营商桥接（VLAN堆叠）技术等。

      

　　随着应用的不断深入，人们发现仅仅引入上述技术还不足以有效满足客户层（包括用户）的要求。为此，当前新的研究重点又发展到考虑如何将RPR和MPLS等技术内嵌入MSTP中。

　　通过内嵌RPR的MSTP承载以太网业务时具有如下特点：简化了环路内的分组处理过程、提高了环网带宽的利用效率、支持快速的保护倒换机制、具有带宽公平机制和业务分类处理能力、支持拓扑自动发现，以及可支持广播和组播业务。RPR也存在一些问题，如缺乏细粒度的基于单个用户的QoS保证机制，仅支持环型拓扑、难以提供端到端的用户流量的标识和控制等。

　　通过内嵌MPLS的MSTP承载以太网业务时具有如下特点：能够实现端到端的用户标识和流量控制，具有合理的带宽动态分配机制和端到端的QoS保证能力；通过使用MPLS标记，允许不同用户使用同样的VLAN ID，从根本上解决了传统方案的VLAN地址空间的限制问题，由于采用标签机制，MPLS的路由计算可以基于以太网拓扑，因此减少了路由设备的数量和复杂度，优化了以太网数据在MSTP中的传输效率。另外，能够提供2层的VPN服务也是内嵌MPLS的MSTP所具有的一大特色，目前业界正在积极研究如何在MSTP中实现2层Martini MPLS VPN的问题。但是，为了充分发挥MPLS所具有的上述优势（例如实现MPLS VPN业务，并通过支持VPN成员的自动发现及动态配置以提高VPN业务的可用性），需要采用一定的信令和路由协议，实现相对复杂。

　　

　　显然，针对不同的网络应用环境和以太网业务的流量模式，内嵌MPLS与内嵌RPR的MSTP各有优缺点，很难、也没有必要一比高低。综合两种技术共同实现对以太网业务的处理也是一种可以考虑的方法，此时，采用MPLS和RPR技术分别针对用户流量和节点管道实施控制，并将2个不同阶段的流量控制过程适当地关联，能够进一步提高MSTP处理以太网业务的能力。

2.基子分组技术的MSPP和多业务环

　　基于分组技术的多业务传送平台也是一类重要的MSTP解决方案，又有人称之为MSPP，主要包括基于IP、RPR、MSR等的MSTP方案。基于分组技术的MSTP简化了协议层次，降低了解决方案的成本，但同时也带来了实现多业务（特别是对QoS敏感的实时业务）承载时QoS难以得到有效保证的问题。因此，该方案演进的主要目标是如何有效地解决QoS保证问题。

　　MSR是武汉邮电科学研究院代表中国政府于2002年2月向ITU-T SG17提出建议，于2003年10月正式批准为国际标准（X.87/Y.1324）。MSR是一种新型的光城域网组网和应用模式。它工作在RPR MAC层之上，因而继承了RPR的诸多特性。另外，MSR通过采用client PDU的方式对RPR帧格式作了重大改进、全新地定义了XP（X.87协议）帧，并引入支路（业务）概念来实现传输与交换的一体化以及语音、数据和视频业务的融合。它的主要特性是在数据链路层将不同的业务流量（通过Ethernet承载）、语音（通过G.702 PDH、采用TCE（TDM电路仿真）over MSR等方式承载）和视频（通过DVB等承载），不同的网络支路形态，不同类型的数据流量（业务数据流量、网管数据NM流量和信令CS流量）有机地聚合在一起，实现各类数据和业务的低层集合与统一封装。

　　除上述特点外，MSR还支持一些新的功能：支持基于业务或支路的50ms的1+1，1∶1和1∶N保护或备份；基于业务或支路的组播以及基于节点的组播和广播，基于业务或支路的对称与非对称带宽限制等。

　　

　　当然，由于标准化完善和市场推广的原因，MSR真正广泛应用于电信网络建设还需要一个过程，但它的国际标准化将对我国城域网建设产生较好的引导作用，并在一定程度上推动中国和世界的城域网体制向更高的目标发展。