基于DPT技術(shù)的高速公路聯(lián)網(wǎng)

摘要： 為了高速公路廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸多種媒體的需要， 采用對(duì)比的方法分析了DPT 技術(shù)的工作原理與技術(shù)特點(diǎn)， 并在高速公路聯(lián)網(wǎng)的工程實(shí)踐具體應(yīng)用了DPT 技術(shù)， 得出了DPT 技術(shù)可以很好地解決高速公路廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸多種媒體的需求。

　　我國(guó)高速公路的發(fā)展正在從公路建設(shè)的本身向高速公路的現(xiàn)代化管理邁進(jìn)， 其轉(zhuǎn)折標(biāo)志在于高速公路路網(wǎng)的逐漸形成并以此對(duì)信息傳輸及交換提出的新要求，如收費(fèi)系統(tǒng)的"一卡通" 工程。顯然， 傳統(tǒng)的三大系統(tǒng)（ 通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)） 尚不能實(shí)現(xiàn)這一要求。

　　因此， 建立高速公路的廣域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并構(gòu)造公路交通的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)， 已成為必然趨勢(shì)。

　　1  DPT 技術(shù)的工作原理

　　DPT （ Dynamic Packet T ranspo rt, 動(dòng)態(tài)IP 光纖傳輸） 技術(shù)， 采用了一種全新的機(jī)制， 在光纖上直接傳輸IP 包， 而其MAC 層地址采用空間復(fù)用MAC 地址?？臻g復(fù)用協(xié)議（ Spat ial Reuse Pr otoco l, SRP） 是一種與媒體無(wú)關(guān)的MAC 層協(xié)議， 可以用于各種物理層技術(shù)之上。典型的用法是由兩根反向光纖組成SRP 環(huán)， 其中每一根光纖都可以用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和傳輸反方向的控制信號(hào)。其工作原理如圖1 所示。

　　為了區(qū)分兩個(gè)環(huán)， 不妨將一個(gè)叫內(nèi)環(huán)， 另一個(gè)叫外環(huán)。SRP 運(yùn)行時(shí)， 在一個(gè)方向發(fā)送數(shù)據(jù)（ 下行流） , 而在反方向的另一根光纖上傳輸控制信號(hào)（ 上行流） 。兩根光纖互為控制， 因此共有兩個(gè)上行流和兩個(gè)下行流。這樣， SRP 便能最大限度地利用光纖的傳輸帶寬。同時(shí)，由于控制信號(hào)不受數(shù)據(jù)流干擾（ 例如排隊(duì)、突發(fā)擁塞等） , 能夠快速傳輸， 從而為帶寬的進(jìn)一步優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)的高速自愈提供了保障。

圖1  DPT 的工作原理

　　由于SRP 的媒體無(wú)關(guān)特性， DPT 技術(shù)可以透明地運(yùn)行在現(xiàn)有的各種重要光纖基礎(chǔ)設(shè)施上： 裸光纖、波分復(fù)用（WDM） 或SDH 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或環(huán)。媒體的無(wú)關(guān)特性還能使DPT 運(yùn)行在上述介質(zhì)的混合環(huán)境中， 從而提供了一種向純IP 優(yōu)化光纖網(wǎng)絡(luò)平滑過(guò)渡的解決方案。

　　2  DPT 技術(shù)的特點(diǎn)

　　動(dòng)態(tài)IP 光纖傳輸技術(shù)DPT 具有如下特點(diǎn)：

　　空間復(fù)用: 一根光纖環(huán)可分段傳輸數(shù)據(jù)， 因而可以提供至少兩倍的帶寬提升因子。

　　雙環(huán)結(jié)構(gòu)：兩根光纖同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)， 使帶寬得到兩倍的提高。

　　公平機(jī)制：所有節(jié)點(diǎn)對(duì)帶寬具有同等的控制權(quán)， 從而為帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用提供了最佳的保障。

　　統(tǒng)計(jì)復(fù)用：網(wǎng)絡(luò)帶寬分段使用， 且任意節(jié)點(diǎn)間富余的帶寬可以被其他節(jié)點(diǎn)所使用， 以成倍提高可用帶寬。

　　如圖2 所示。

圖2  DPT 的統(tǒng)計(jì)復(fù)用圖

　　擴(kuò)展性： 一個(gè)環(huán)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可以最高至128, 單端口速率可以最高至10 Gb/ s, 地理范圍可以像SDH 一樣擴(kuò)展到足夠的程度。

　　可靠性：可以提供比SDH 的自動(dòng)保護(hù)交換（ APS）更好的網(wǎng)絡(luò)自愈功能。不僅可以在50 ms 內(nèi)切換光纖，而且由于它是IPAw are 的， 可以在50 ms 內(nèi)恢復(fù)IP 業(yè)務(wù)， 不需要路由表的重新收斂。

　　IP 業(yè)務(wù)映射：可以直接映射和支持IP 包的優(yōu)先級(jí)， 直接支持IP 包的廣播以及其他IP 業(yè)務(wù)控制功能。

　　即插即用：簡(jiǎn)單的環(huán)形結(jié)構(gòu)和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)機(jī)制使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置變得十分簡(jiǎn)單。例如， 在一個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)中，增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)需配置2N 個(gè)端口， 而在一個(gè)環(huán)形網(wǎng)中，增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多只需要配置一對(duì)端口。

　　統(tǒng)一網(wǎng)管：從物理層到鏈路層到網(wǎng)絡(luò)層全部三層的網(wǎng)絡(luò)管理不再需要不同的網(wǎng)管系統(tǒng)。

　　高性能價(jià)格比： 一個(gè)SRP 環(huán)上的每個(gè)設(shè)備永遠(yuǎn)只需要一對(duì)SRP 端口（ 而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)狀網(wǎng)中， 每節(jié)點(diǎn)需N2 個(gè)端口） , 從而使網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)不再需要增加端口， 大大降低了網(wǎng)絡(luò)成本。同時(shí)， 其高可靠性還大大降低了運(yùn)行維護(hù)成本， 并提高了生產(chǎn)效率。

　　對(duì)于新一代的營(yíng)運(yùn)級(jí)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)， DPT 是一種新紀(jì)元網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)構(gòu)架的極其重要的技術(shù)， DPT 各種技術(shù)特性的設(shè)計(jì)都是為了網(wǎng)絡(luò)能夠在保證高品質(zhì)服務(wù)的前提下， 進(jìn)一步減少投資和營(yíng)運(yùn)成本， 從而提高生產(chǎn)效率。

　　綜合起來(lái)， DPT 技術(shù)將為SDH Wnet 帶來(lái)如下一些利益：

　?。?1） 有效投資。IP 光纖環(huán)的組建， 使高速公路廣域網(wǎng)絡(luò)在投資結(jié)構(gòu)上發(fā)生了根本性的變化， 大大提高了投資效率。例如， 廣域網(wǎng)絡(luò)不再需要在昂貴的時(shí)分復(fù)用（ TDM） 設(shè)備（ 如SDH 設(shè)備） 上進(jìn)行投資， 卻能獲得同樣的帶寬； 同時(shí)， 又能采用空間復(fù)用和統(tǒng)計(jì)復(fù)用技術(shù)最有效地使用這些帶寬而獲得更高的效益。再如， 從物理層到IP 層的集成網(wǎng)絡(luò)管理方式， 不僅大大降低了營(yíng)運(yùn)成本， 也大大提高了生產(chǎn)效率。

　?。?2） 增強(qiáng)IP 業(yè)務(wù)。DPT 技術(shù)直接支持和增強(qiáng)各種IP 業(yè)務(wù)， 例如V oIP、視頻、VPN 等業(yè)務(wù)， 而且更加穩(wěn)定可靠， 從而為經(jīng)營(yíng)者帶來(lái)更加豐厚的增值服務(wù)利潤(rùn)。

　?。?3） 網(wǎng)絡(luò)的健壯性。由于提供了先期的性能監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤定位以及智能保護(hù)交換機(jī)制（ IPS） , 網(wǎng)絡(luò)具備高級(jí)的自愈功能， 使IP 業(yè)務(wù)穩(wěn)定可靠?？煽啃允歉咚俟饫w網(wǎng)絡(luò)的重要特性； 這正如高速公路的修建，在減少交叉、減少紅綠燈、平整路面以提高車(chē)速和擴(kuò)展通車(chē)能力的同時(shí)， 交通規(guī)則卻更加嚴(yán)格： 更遠(yuǎn)的安全車(chē)距、嚴(yán)禁行人穿越等， 并增設(shè)應(yīng)急車(chē)道提高可靠性。沒(méi)有足夠的可靠性保障， 網(wǎng)絡(luò)與公路一樣不能“提速”； 否則， 會(huì)潛伏災(zāi)難性的后果。

　?。?4） 充分的擴(kuò)展性。作為通信新紀(jì)元的關(guān)鍵IP 優(yōu)化光學(xué)技術(shù)， DPT 以新的更穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)提供了持續(xù)發(fā)展的道路。

　　3  采用DPT技術(shù)構(gòu)造高速公路廣域網(wǎng)絡(luò)

　　在工程設(shè)計(jì)中， 可根據(jù)地域的分布情況以及各點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量設(shè)置DPT 主環(huán)節(jié)點(diǎn)和二級(jí)環(huán)節(jié)點(diǎn)， 主環(huán)和二級(jí)環(huán)的鏈接可以采用環(huán)相切的方式進(jìn)行。

　　作為高速公路的主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)， DPT 交換機(jī)最低放置在管理處一級(jí)?？傊行膶?shí)施對(duì)各分中心的管理， 各分中心實(shí)施著對(duì)其所轄區(qū)域內(nèi)的管理處的管理。其設(shè)計(jì)原則應(yīng)當(dāng)是：

　　主干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)從地域上覆蓋所轄區(qū)域， 環(huán)網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不宜太多， 主要連接分中心一級(jí)和本中心所轄管理處。傳輸速率應(yīng)當(dāng)選擇高于二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。

　　二級(jí)環(huán)網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)根據(jù)分中心轄區(qū)和流量配置， 可以在主干網(wǎng)絡(luò)之外鏈接多個(gè)二級(jí)環(huán)網(wǎng)。最終由二級(jí)環(huán)網(wǎng)完整地覆蓋整個(gè)高速路域。

　　二級(jí)環(huán)網(wǎng)的傳輸速率選擇應(yīng)當(dāng)?shù)陀谥鞲森h(huán)網(wǎng)一個(gè)數(shù)量級(jí)。如主干環(huán)網(wǎng)為STM4, 二級(jí)環(huán)網(wǎng)的選擇應(yīng)當(dāng)為STM1 等。

　　DPT 環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用主要是為了解決高速公路網(wǎng)絡(luò)的鏈型連接問(wèn)題， 即采用與SDH 環(huán)相類(lèi)似的方法， 這對(duì)于長(zhǎng)途鏈路非常有效。但對(duì)于城域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接， 應(yīng)當(dāng)視情況而定， 可采用IPOS 與DT P 的結(jié)合來(lái)構(gòu)造城域網(wǎng)絡(luò)。本例如圖3 所示。

　　值得指出的是， DPT 雙纖環(huán)有著與SDH 雙纖環(huán)相類(lèi)似的鏈接形式， 但內(nèi)涵卻大不相同。

　?。?1） SDH 次環(huán)的功用是為主環(huán)做備份， 即當(dāng)主環(huán)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切換到次環(huán)上工作。平時(shí)并不承載數(shù)據(jù)， 是一種"冷備份"的方式。而DPT 環(huán)則不然， 在正常期時(shí)主環(huán)與次環(huán)均參與數(shù)據(jù)傳輸， 形成了兩倍的帶寬。

　　當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)， 由次環(huán)在50 ms 中自動(dòng)接替主環(huán)工作，是一種“熱備份”方式。這樣， 便能最大限度地利用光纖的傳輸帶寬。同時(shí)， 由于控制信號(hào)不受數(shù)據(jù)流干擾（ 例如排隊(duì)、突發(fā)擁塞等） , 能夠快速傳輸， 從而為帶寬的進(jìn)一步優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)的高速自愈提供了保障。

圖3  采用DPT 環(huán)網(wǎng)構(gòu)造省域高速路網(wǎng)絡(luò)的示例

　?。?2） DPT 技術(shù)可以透明地運(yùn)行在現(xiàn)有的各種重要光纖基礎(chǔ)設(shè)施上： 例如裸光纖、波分復(fù)用（ WDM） 、SDH點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或環(huán)等。媒體的無(wú)關(guān)特性還能使DPT 運(yùn)行在上述介質(zhì)的混合環(huán)境中， 可以方便地實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

　?。?3） 由于DPT 環(huán)可以方便地實(shí)現(xiàn)二級(jí)次環(huán)的接入，其網(wǎng)絡(luò)的帶寬可以被分段使用， 其任意節(jié)點(diǎn)間的富余帶寬均可以被其他節(jié)點(diǎn)所使用， 以此來(lái)成倍提高應(yīng)用帶寬。

　?。?4） DPT 環(huán)可以提供比SDH 的自動(dòng)保護(hù)交換（ APS） 更好的網(wǎng)絡(luò)自愈功能。不僅可以在50 ms 內(nèi)切換光纖， 而且由于它是IPAw are 的， 可以在50 ms 內(nèi)恢復(fù)IP 業(yè)務(wù)， 不需要路由表的重新收斂。

　　（ 5） DPT 底層的幀格式依然是SDH 的幀格式， 但它的上層接口完全是IP 接口， 可以直接映射和支持IP包的優(yōu)先級(jí)， 直接支持IP 包的廣播以及其他IP 業(yè)務(wù)的控制功能， 對(duì)于末端IP 應(yīng)用有著很大的益處。

　　（ 6） 由于DPT 環(huán)支持了從物理層到鏈路層到網(wǎng)絡(luò)層全部三層工作。與SDH 不同， DPT 的網(wǎng)絡(luò)管理不再需要不同層面上的網(wǎng)管系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò) 一管到底！。

　　4  結(jié) 語(yǔ)

　　高速公路的廣域網(wǎng)絡(luò)從業(yè)務(wù)上必須涵蓋收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。在傳輸媒體上必須包含有：數(shù)據(jù)、圖像和音頻。這就要求高速公路廣域光纖網(wǎng)絡(luò)的組建具有寬帶接口， 包容上述三種媒體的共同傳輸。而DPT 技術(shù)可以很好地解決這一問(wèn)題， DPT 技術(shù)因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)將越來(lái)越多地應(yīng)用于高速公路聯(lián)網(wǎng)中。