1、基于內嵌彈性分組環的SDH城域網系統仿真的研究摘要：彈性分組環簡稱RPR，是一種新型的網絡結構和技術，是為在寬帶IP城域網中滿足基于分組的城域網的要求而設計的，它綜合SDH、以太網、MPLS、ATM、WDM等協議和技術的優點，為寬帶IP城域網提供一種優化的解決方案。RPR組網方案可保證語音、數據、視頻、流媒體等業務在統一平臺上傳送。關鍵詞：彈性分組環 系統仿真 公平算法城域網是一種能支持多種通信協議、提供豐富的多業務、主要面向集體用戶、最大可覆蓋整個城市的公用網。隨著Internet的超常規發展，網絡所承載的業務流量發生了很大的變化。一方面網絡中的業務流量持續不斷呈指數型增長；另一方面數據業務

2、流量漸漸超過其他的業務而成為網絡中占主導地位的業務流量。面臨著這些改變，現有的城域網技術也漸漸暴露出了很多問題。因此，很多運營商都意識到必須將他們現有的針對話音優化的網絡演變成針對數據優化的網絡。近兩年來各種新一代的城域網技術層出不窮，其中彈性分組環(Resilient Packet Ring，RPR) 技術以其技術的先進性，投資的有效性，性能的優越性，支持業務的多樣性，為城域網提供了一個很好的解決方案。彈性分組環簡技術（簡稱RPR技術）是一種全新的、為IP數據業務設計的光纖傳輸技術，采用環形組網技術，將數據、話音、圖像業務合一，并解決了QOS分類、環保護等問題。它在具備了千兆以太網比較經濟的

3、特點的同時，幀封裝比POS更為簡化和靈活，并具有空間復用機制和50ms環自愈保護特性。RPR自身的特點如雙環結構、環保護、帶寬公平共享、拓樸自動發現、嚴格COS等，再加上MSTP自身的特點多業務傳送、TDM良好支持、嚴格的時延抖動控制、成熟的管理、規模的應用等，兩者優勢的組合，可以針對不同業務應用需求形成不同的網絡解決方案。本文對內嵌RPR的SDH城域網系統設計進行了軟件仿真，驗證了系統工作的效果。可以看出，在城域網中引入內嵌RPR的MSTP設備，主要的作用就在于提供具有電信級業務保護的，有QoS的數據承載通道，這樣做可以簡化數據網的網絡結構、節約城域光纖、提高數據傳送效率。內嵌RPR技術使得

4、運營商可以在城域網內以低成本提供電信級的服務，在提供SDH級網絡生存性的同時又大大降低了傳送成本。其技術最突出的特點就是以太網的成本、SDH的可靠性和服務質量三者完美的結合。本文通過對RPR的公平算法進行了仿真驗證。證明了RPR技術的提出解決了上一代MSTP中采用EOS實現以太網數據傳輸的效率低、可用性差的弱點，使傳統的SDH煥發了新的生機。我們相信隨著標準化進程的推進和各廠家在實現技術方面的努力，RPR技術將得到廣泛的應用。RPR網絡模型根據RPR技術的要求，環網模型必須采用雙環結構，其中一根光纖順時針旋轉，稱為外環；另一根光纖逆時針旋轉，稱為內環。RPR在外環上傳送數據（下行），而在內環反

5、方向上傳送對應外環的控制包（上行）。內環上的操作以此類推。環上的每個節點具有RPR MAC層的功能。光纖由數據鏈路模擬，采用2.5Gb/s速率。根據需要，也可以模擬10Gb/s，或者更高速率。系統仿真本文主要針對RPR的公平算法進行仿真驗證。如圖1-1所示，RPR是一個5個節點的雙環結構，內外環均采用2.5Gb/s鏈路帶寬。圖1-1 公平算法處理過程圖當A、B、C三點都沒有新的流量注入時，假設按最短跳數（最短路徑）路由。設計環上的流量分布為：各節點向環上其他4個節點同時發送流量。為簡化起見，進一步假設網絡流量均衡分布，各節點都具有同一權重。根據對稱性原則，網絡最終將趨于各節點向其他4個節點產生

6、同樣多的流量；各節點產生同樣多的流量。考察節點A在環上產生的流量。節點A將在環上產生4種流量，分別是：A-B、A-C、A-D、A-E。根據最短路徑路由原則，其中流量A-B、A-C必須沿外環傳送，覆蓋路徑A-B、A-B-C；流量A-E、A-D則必須沿內環傳送，覆蓋路徑A-E、A-E-D。同理可分析環上其他節點的流量分布情況。總之，該環網上每個節點將分別在內、外環上各產生且僅產生2種流量；且向某個特定目的節點產生的流量只能出現在特定的單環上，要么選擇內環，要么選擇外環，兩者只能選擇其一。考察外環上B-C這一鏈路分段，根據上述路由原則，該分段上存在三種流量，即B-C、B-D和A-C，且只可能存在這三

7、種流量。同理，在該環網的每個單環（外環、內環）上的每一個鏈路分段上也都滿足這一條件，即：存在且僅存在3種流量。公平算法必須保證這3種流量公平地共享該分段上的帶寬資源，所以，每種流量都能且只能分配到該鏈路總帶寬1/3的份額。因此，在外環上B-C這一鏈路分段上，節點A產生的流量將占用1/3的總帶寬，而剩余2/3的總帶寬則由節點B產生的流量占用。首先以外環為例，考察一個單環上的帶寬效率。根據前述公平性分析：每一個節點在外環上最多只占用向下游2跳的鏈路分段，因此只在該環上產生2種流量，而每一個流量只占用總帶寬1/3的份額。因此，外環吞吐量可用下列算式計算：Throughput=522500=8333.

8、3（Mb/s） （1-1）可見，外環帶寬效率可提高3.3倍以上。同理，內環帶寬效率也能提高3.3倍以上。因此，整個環網（雙環）帶寬效率可用下列算式計算：Throughput=22500=16666.7（Mb/s） （1-2）而一個相同配置的SDH環網，吞吐量最多不過2.5Gb/s，即使雙環同時都用來傳送流量，也不超過5Gb/s。可見，由于實現了帶寬的統計復用，RPR環網帶來了帶寬效率的數倍增益，展現了巨大的優越性。針對上述分析，進行了仿真實驗，仿真結果如圖1-2所示。可以看到，實驗網絡的平均吞吐量近似于8333.3M/s，完全符合前述分析的理論值。圖1-2 網絡吞吐量5節點環網因此，仿真實驗驗

9、證了公平算法帶寬統計復用的效果。下面在介紹當RPR環上無流量，而當注入新的流量時公平算法的處理過程。如圖1-1所示。環中有A、B、C、D四個節點，流量通過外環傳送。首先B、C節點分別發送1000Mbit/s流量至節點D，在CD段共享帶寬，CD段鏈路消耗的帶寬為2Gb/s，無擁塞。接下來節點A在節點B、C之后1s也注入1000Mb/s流量發送至節點D，這時CD段流量要達到3Gb/s，超過RPR鏈路帶寬極限值2.5Gb/s，CD段出現擁塞。根據公平算法，C節點本地計算，立即將本地上載的流量降至500Mb/s，同時通過內環反向發送控制報文給B，傳遞擁塞和公平算法信息。B節點收到控制報文后，也立即降低

10、本地上載的流量，根據公平算法計算值，C、B兩節點的上載流量都調整為750Mb/s。同時B節點繼續向上游A節點傳送公平算法控制報文。A節點收到控制報文后也作相應處理。這樣依次下來，最后A、B、C三個節點的上載流量都調整為833Mb/s，公平享用帶寬。在這個案例中的流量都是要求絕對公平的流量。RPR還支持對帶寬的獨占以及加權的公平方式，即各節點上載的流量值未必均等。節點B仿真結果如圖1-3所示，1-2s時間段，節點B獨占全部帶寬。2-3s時間段，因為接入節點A的流量，節點B不得不與節點A、C共享外環的833Mbit/s帶寬，根據公平算法的約束，節點A、B、C平均分配到833Mbit/s帶寬。圖1-3 節點B帶寬分配節點A仿真結果如圖1-4所示，1-2s時間段，不占用帶寬。2-3s時間段，由于節點A注入1000Mbit/s流量，節點A與節點B、C共享外環的833Mbit/s帶寬。圖1-4 節點A帶寬分配通過以上仿真結果可以看出，公平算法能夠根據網上的流量需求，動態地調整帶寬分配，不需要任何指配。本文主要研究內嵌RPR的MSTP在S