6/30/2005,隨著ASON在國(guó)內(nèi)得到越來越多的商用，網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)正日益成為核心傳送網(wǎng)首選的建網(wǎng)方式。網(wǎng)格狀網(wǎng)有著與傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)不同的設(shè)計(jì)方法，為使其充分發(fā)揮多路由、高效率的優(yōu)勢(shì)，我們必須研究對(duì)光纖層和SDH鏈路層分別進(jìn)行連通度、跳數(shù)、實(shí)際距離等多方面的考慮。上海貝爾阿爾卡特作為一家在光通信領(lǐng)域擁有多年網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備供應(yīng)商，可以提供專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)分析規(guī)劃工具來進(jìn)行包括網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的傳送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們將幫助運(yùn)營(yíng)商共同建設(shè)新一代基于網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)的智能光傳送網(wǎng)。
1. 概述
    構(gòu)建光傳送網(wǎng)中存在著多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇可供選擇，包括鏈形、星形、環(huán)形和網(wǎng)格形(Mesh)等。由于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)有著小于50ms快速倒換及初期投資相對(duì)較小的優(yōu)勢(shì)，故在SDH出現(xiàn)后被廣泛應(yīng)用在各級(jí)光傳送網(wǎng)中。但是，隨著用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性和傳送有效性的要求不斷提高，特別是智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(ASON)和大容量交叉連接設(shè)備的出現(xiàn)，目前在核心層的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)格形網(wǎng)絡(luò)正逐步取代環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，成為主要的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�。本文著重介紹在構(gòu)建網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮的因素及步驟。
2. 網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)
    網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)指網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)，其連接度（與其直接相連的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目）大于2（環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接度均為2）。如果網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間均有直接相連的鏈路，則稱之為全網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)。
    與傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)相比，網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下三方面：
高效直達(dá)，方便擴(kuò)容： 傳送網(wǎng)在達(dá)到一定恢模之后，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中往往存在許多環(huán)，此時(shí)，大量的環(huán)間轉(zhuǎn)接會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的整體質(zhì)量和業(yè)務(wù)開通速度；另外，環(huán)形網(wǎng)往往不得不因?yàn)榄h(huán)中某個(gè)跨段發(fā)生阻塞而對(duì)全環(huán)進(jìn)行升級(jí)，容易造成浪費(fèi)。而網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)則可以實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)間的高效直達(dá)傳送，且可以方便地對(duì)某一發(fā)生擁塞的跨段進(jìn)行擴(kuò)容而無需改變其它跨段。
可以對(duì)抗多重失效：環(huán)形網(wǎng)絡(luò)僅可對(duì)抗單個(gè)節(jié)點(diǎn)或光纖故障，而網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)連接度的不同存在1條以上的備用路由，因此完全可以對(duì)抗多重失效。
更有效的備用帶寬利用效率：環(huán)網(wǎng)中必須安排50％的帶寬作為備用帶寬以實(shí)現(xiàn)50ms內(nèi)的倒換，而網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)網(wǎng)格化程度度的不同，可以用小于50％的帶寬來保護(hù)全網(wǎng)的電路。
3. 網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)
3.1 定義
    在研究網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)步驟前，我們首先來定義幾個(gè)概念：
系統(tǒng)可靠度 （Psys）：系統(tǒng)可靠度指系統(tǒng)在一段較長(zhǎng)的觀察時(shí)間T（通常為1年）內(nèi)中斷時(shí)間D與觀察時(shí)間T間的比值－Psys＝1－D/T。
　　　　在SDH傳送網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)可靠性Psys可進(jìn)一步分為鏈路可靠度Pi和節(jié)點(diǎn)可靠度Pnode
連通度 (c)：一個(gè)SDH節(jié)點(diǎn)的連通度指其在網(wǎng)絡(luò)中存在的與其直接相連的SDH節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。
節(jié)點(diǎn)間距離(d)：在這個(gè)研究中節(jié)點(diǎn)間距離指兩個(gè)SDH節(jié)點(diǎn)間最短的跳數(shù)（hop）
3.2 分層的概念
    在設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們必須考慮業(yè)務(wù)層、SDH層和光纖層等不同的層面，這樣才能真正設(shè)計(jì)一個(gè)能對(duì)抗多重失效的網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)。
     
     如圖1所示，網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)中往往存在著3個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵樱簶I(yè)務(wù)層、SDH層和光纖層，彼此直接不一定完全一一對(duì)應(yīng)。通常，光纖層的網(wǎng)格化程度往往最低，而業(yè)務(wù)層則最高。如圖1所示，BF間不存在直達(dá)的光纖，但有邏輯上的的SDH鏈路，其真正的光纖路由可能是BEF（或BCF）。所以假設(shè)BE間的光纖發(fā)生斷裂，則不僅將影響B(tài)E間的SDH鏈路，同時(shí)也將影響到BF間的SDH鏈路。
3.3 設(shè)計(jì)的方法與原則
    網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)通常存在著以下幾個(gè)步驟：
    1)確定業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)
    首先，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地位的重要性確定網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。核心節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量有較多的光纖出口方向(連通度)，從而可以擁有更多的迂回路由，降低所需的備份帶寬的數(shù)量
    
             圖2：連通度對(duì)于備份帶寬的影響
    圖2(a)是環(huán)形結(jié)構(gòu)，由于只存在一條迂回路由，故保護(hù)帶寬與工作帶寬在任意保護(hù)機(jī)制下都是1：1。而在圖2(b)中由于存在兩條迂回路由，網(wǎng)絡(luò)的安全性提高了，同時(shí)每條迂回路由只要留50％的工作電路帶寬就可以了保護(hù)帶寬與工作帶寬之比為0.5:1。推而廣之，如圖2(c),在一個(gè)網(wǎng)格狀網(wǎng)絡(luò)中，若某個(gè)節(jié)點(diǎn)有N個(gè)出口，則存在N－1條迂回路由，保護(hù)帶寬與工作帶寬之比可以達(dá)到1/(N-1):1。
    2)確定業(yè)務(wù)保護(hù)類型
    在確定了業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)后，就可以得到業(yè)務(wù)矩陣表。此時(shí)可以對(duì)業(yè)務(wù)矩陣表中不同類型的業(yè)務(wù)安排不同的保護(hù)類型。網(wǎng)格狀網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特點(diǎn)就在于其上可以承載不同保護(hù)方式的業(yè)務(wù)。通常，對(duì)于一般重要的業(yè)務(wù)（如GE/FE業(yè)務(wù)），我們可以安排恢復(fù)(Restoration)的保護(hù)方式以降低保護(hù)帶寬的數(shù)量。而對(duì)于重要的業(yè)務(wù)，我們可以安排端到端的通道保護(hù)，甚至還可以安排保護(hù)與恢復(fù)相結(jié)合的方式(PRC，即工作電路發(fā)生故障時(shí)首先在50ms內(nèi)倒換到保護(hù)通道，同時(shí)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中尋找第二條可能的備份路由，一旦保護(hù)通道再次發(fā)生故障，則倒換到第二條備份路由。該方式既可對(duì)抗多重失效，同時(shí)每次倒換時(shí)間均保證在50ms內(nèi))。
    3)確定光纖層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?
    光纖層拓?fù)渑c網(wǎng)絡(luò)安全性密切相關(guān)，關(guān)于這一點(diǎn)，我們可以參考G. Höhne和W. Frohberg的研究結(jié)果：
    首先我們做如下假設(shè)：
    網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有完全一樣的連接度（我們將研究連接度為3、4和6時(shí)的系統(tǒng)可靠度），如圖3所示。為降低網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)的較低連接度的影響，我們研究的網(wǎng)絡(luò)將具有49個(gè)節(jié)點(diǎn)。

                   圖3：不同的連接度
–    網(wǎng)絡(luò)中每一條鏈路的可靠度Pi均為0.99
–    網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可靠度Pnode均為1
–    并行鏈路的可靠度為：Psys=P1+P2-P1*P2; 串行鏈路的可靠度為： Psys=P1*P2
經(jīng)過計(jì)算，我們得出如下結(jié)果（見表及和圖6，計(jì)算過程見G. Höhne, W. Frohberg: Bewertung von Netzstrukture hinsichtlich der Verfügbarkeit von Nachrichtenverbindungen
Nachrichtentechnik - Elektronik 32 (1982) vol 9, pp. 391 – 393）：

表1：不同連接度和不同距離對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可靠度的影響

圖4：不同連接度和不同距離對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可靠度的影響
–    連接度每增加1網(wǎng)絡(luò)的可靠度會(huì)增加1個(gè)數(shù)量級(jí)
–    恢復(fù)利用了節(jié)點(diǎn)間的連接度
–    連通度“c” 越大則恢復(fù)的可能性越大
–    保護(hù)僅使用一條預(yù)定義的電路
–    任何連接度>2時(shí)應(yīng)用恢復(fù)方案均會(huì)改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的可靠度
–    在大多數(shù)案例中連接度達(dá)到6已可以得到足夠的網(wǎng)絡(luò)可靠度，更高的可靠度對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)可靠度的影響較小
–    恢復(fù)對(duì)于距離“d”的依存度小于保護(hù)
4)確定SDH層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?
    SDH鏈路層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而SDH層的拓?fù)渑c網(wǎng)絡(luò)造價(jià)和網(wǎng)絡(luò)的效率密切相關(guān)。從傳送效率的角度來看，任意點(diǎn)間設(shè)置直達(dá)的SDH鏈路應(yīng)該是最高效的做法，此時(shí)節(jié)點(diǎn)間距離為1跳(hop)。同時(shí)，從設(shè)備配置的角度來看，任意點(diǎn)間設(shè)置直達(dá)的SDH鏈路將使整體的網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)降到最低。

       圖5：不同SDH鏈路組織對(duì)設(shè)備端口數(shù)的影響
    如圖5所示，圖5(a)中各節(jié)點(diǎn)間均存在直達(dá)路由，共需3條SDH鏈路，對(duì)應(yīng)6個(gè)SDH端口，而圖5(b)中A到C不存在直達(dá)路由，需經(jīng)B點(diǎn)轉(zhuǎn)接，這樣總計(jì)需要4條SDH鏈路，對(duì)應(yīng)8個(gè)SDH端口，故理論上在任意有業(yè)務(wù)的節(jié)點(diǎn)間建立直達(dá)路由是最高效、最經(jīng)濟(jì)的做法。
    但是，事實(shí)上的情況要復(fù)雜得多，我們?cè)谶x擇建立SDH鏈路的時(shí)候還必須考慮節(jié)點(diǎn)間業(yè)務(wù)的數(shù)量以及節(jié)點(diǎn)間的距離。如圖5(c)所示，假設(shè)BC間的鏈路具有較大的空閑帶寬，那么AC間的業(yè)務(wù)經(jīng)B點(diǎn)轉(zhuǎn)接后可以歸并到原BC間的SDH鏈路上傳輸，這樣我們所需的SDH鏈路數(shù)量同樣是3條，對(duì)應(yīng)6個(gè)SDH端口，與圖5(a)的數(shù)量相同。另外，假如AC間距離較長(zhǎng)（比如大于40km）,而AB和BC間的距離較短（小于40km），此時(shí)如果要建立直達(dá)路由，就必須應(yīng)用長(zhǎng)距光口，而目前通常長(zhǎng)距光口的價(jià)格要比短距光口要高得多，故即使使用直達(dá)路由的方式可以省下一些端口數(shù)，但實(shí)際投資不一定最低。
    最后，如果網(wǎng)絡(luò)中存在一些核心節(jié)點(diǎn)和一些匯聚節(jié)點(diǎn)，那么假設(shè)所有匯聚節(jié)點(diǎn)均開設(shè)直達(dá)核心節(jié)點(diǎn)的SDH鏈路的話（為保證網(wǎng)絡(luò)安全性，必須同時(shí)建立2條以上的SDH鏈路），核心節(jié)點(diǎn)所需的容量將會(huì)迅速膨脹，而反過來匯聚節(jié)點(diǎn)的連通度就無法得到進(jìn)一步地提高。此時(shí)，如果讓某些邊緣匯聚節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)由其它較靠近核心節(jié)點(diǎn)的匯聚節(jié)點(diǎn)歸并一下再傳送到核心節(jié)點(diǎn)的話，將不僅降低核心節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷，同時(shí)可以提高帶寬的利用效率，并提高網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)的平均連通度，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。