工研院電通所 壽永剛、陳世賢

(來自新電子雜誌2004年七月號)

隨著光通訊技術的進步，光纖已經由早期的骨幹網路逐步蔓延至都會網路及接取網路，未來甚至可能直接連接至每個用戶家中以提供高容量的接取頻寬。在眾多光纖傳輸技術中，SONET/SDH是早已廣被接受且成熟穩定的技術之一，其特點是可靠度高，具自我恢復能力，以及網管容易。自從1985年SONET (Synchronous Optical Network)由Bellcore提出，而後SDH (Synchronous Digital Hierarchy)被ITU-T接受為國際標準，到今日已有約20年的歷史。經過如此長時間的發展，不但運營商已相當熟悉其操作與管理，而且投資於設備購置及人員訓練的資金更是無法估算。因此，基於購置與維運等成本因素，現有的SONET/SDH網路勢將繼續運作而不會由任何新科技完全取代。

傳統電信業者(如中華電信)的主要業務是語音傳輸，長久以來在骨幹和都會網路已建置了大量的SONET/SDH環狀網路，而在所謂的”最後一哩”接取網路更是密密佈滿了銅質的電話線路。數位用戶迴路(Digital Subscriber Line; DSL)技術便是在這樣的背景下誕生的。DSL利用各種調變技術將用戶的數據訊號載送在語音訊號之外的頻帶，然後利用電話線同時傳送語音及提供數據訊務接取。只要用戶與機房間的距離在一定範圍內，就可以提供相當高速的寬頻服務。

目前正被廣泛討論的下一世代網路(Next Generation Network; NGN)對傳輸的主要需求就是能有效率地處裡封包訊務的傳輸，進而提供大頻寬以及多樣化的各種網路應用服務。因此，對傳統電信業者而言，利用以銅線為傳輸介質的DSL技術作為”最後一哩”接取網路，然後在進入終端局後利用SONET/SDH網路作為都會或骨幹網的傳輸，將是佈建寬頻服務最經濟快速的做法。圖一為這個概念的示意圖。以下，我們針對相關技術提出說明。

圖一寬頻傳輸網路

數位用戶迴路技術

DSL技術可分成對稱性與非對稱性兩種。所謂對稱性，就是上傳速率與下傳速率是相等的，如HDSL及SHDSL，主要的使用者為企業用戶。而非對稱性DSL就是上傳與下傳速率不同，如ADSL、VDSL，通常下傳速率會大於上傳，因為用戶端使用下傳的機會較高，主要的使用者是一般家庭用戶。以下分別對較常見的DSL技術做一簡單介紹。

HDSL (High Bit Rate Digital Subscriber Loop)

HDSL的規格標準定義於ITU-T G.991.1，使用2B1Q/CAP的調變方式，速率可達1.544Mbps/2.048Mbps，基於效能價格比的考量，可用來取代傳統的T1及E1專線。

SHDSL (Single Pair High Speed Digital Subscriber Loop)

SHDSL的規格標準定義於ITU-T G.991.2，使用TCPAM的調變方式，在一對雙絞線上其速率可達到2.3Mbps，其傳輸距離也比其他對稱性DSL來的遠，所以現在已被大量使用取代HDSL。

VDSL (Very High Data Rate Digital Subscriber Line)

VDSL的規格標準定義於ITU-T G.993.1，使用DMT的調變方式，VDSL是目前傳輸速率最快的DSL技術，但其傳輸速率與距離有絕對的關係，距離愈長，傳輸速率愈慢，與光纖到點(FTTX)的技術搭配使用是最好的應用方式。目前VDSL的標準尚未完成一致，同時也有相當多家的廠商支援QAM/CAP的調變方式，但DMT有與過去ADSL相關技術相容的優點，因此較被看好。

ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line)

ADSL的規格標準定義於ITU-T G.992.1/2，使用DMT的調變方式，下傳速率最高可達8Mbps，上傳也可到1Mbps，是目前市面上最被廣泛使用的DSL技術。DMT(Discrete Multi-Tone)是ADSL的核心技術，我們稱ADSL中有256個次載波，DMT能傳輸較多的資料量就是因為載波的數量多。

隨著多媒體網路、隨選視訊、線上遊戲等需要高頻寬的客戶應用蓬勃發展，新一代的ADSL技術也開始發展，如：ADSL2, ADSL2+, ADSL2++。由於這些技術可向下相容於暨有的ADSL，因此對電信業者來說，可同時達到提供消費者升級服務且不大幅度增加成本的雙贏局面。ADSL2可提高下傳速率至12Mbps，也增加了一些傳輸距離，並提供了Voice Over Data的服務。ADSL2+的理論下傳速率可達到24Mbps，但要看實際上的傳輸距離，當距離變大時，高頻部份的衰減很大，所以達不到理論的下傳資料量。ADSL2++是一個更新的DSL標準，目前還在討論中，預估可達到的下傳速率為50Mbps，上傳為3Mbps。

DSL設備可分為用戶端及局端，用戶端設備就是我們申請DSL服務時跟中華電信租用的DSL MODEM，台灣業者在用戶端設備的市場相當強悍，市佔率高的嚇人，國內廠商一直是國際大廠的主要代工合作伙伴，也帶來了幾年的榮景，但由於技術門檻愈來愈低，競爭愈來愈激烈，毛利也愈來愈少，已到了流血出貨的地步，所以目前的發展趨勢為加值型的整合性產品，如DSL Router、VoDSL及DSL+WLAN，可增加產品利基及技術門檻，帶動另一波的發展。

數位用戶迴路接取多工機

作為接取網路的局端設備，數位用戶迴路接取多工機(Digital Subscriber Line Access Multiplexer; DSLAM)可視為銅線傳輸網路的終點。如圖二所示，DSLAM的基本功能是先將由電話線收到的語音訊號分離出來後送往傳輸語音的公眾交換電信網路(Public Switched Telephone Network; PSTN)，再將數據訊務作匯集以及基於QoS要求的統計多工後送往傳輸數據訊務的網際網路。由於早期DSL晶片設計的端對端傳輸模式是ATM，因此現今多數的DSLAM也是基於ATM技術而設計的。使用ATM技術的好處是ATM已是相當成熟的技術，具有QoS及統計多工等特性，晶片及系統設計時針對固定長度的ATM Cell處理較簡單。此外，傳輸網路已存在不少的ATM交換機，當連線容量需求增加時，電信業者只需啟用交換機上尚未使用的埠，可以減少新的投資。

圖二、DSLAM使用示意圖

然而，利用ATM傳輸封包訊務最大的缺點就是頻寬的浪費，而且在乙太網路漸漸成為主流的接取技術後各種以封包為基礎的訊務管理功能也成為設備的功能要求，例如：IEEE 802.1p/q的優先權協定，VLAN，VPN等。因此，目前的技術趨勢是以封包為傳輸單位的IP DSLAM將逐漸取代 ATM DSLAM。在IP DSLAM內可以ATM或是乙太網路為封包處理的單位，但是連接上骨幹網路的介面則為乙太網路。訊務管理方面，則多半能兼具ATM與乙太網路的功能。

SONET/SDH網路的新生– NG SONET/SDH

SONET/SDH，主要任務原本是傳送語音信號。藉由標準的物理介面以及傳輸訊框格式規定，加上可到達極高速率 (如：OC-192/STM-64為10Gbps)的同步多工方式提供高速的傳輸服務。但是當面臨都會網路中數據訊務量飛快的成長，網路設備發展將朝向支援多重服務以及智慧化的方向，SONET/SDH先天上對封包訊務處理效率差的缺點便顯的日益嚴重。

Next-Generation SONET/SDH (NG SONET/SDH) 相對於目前大量存在的傳統SONET/SDH網路而言，是一種滿足下一世代網路需求的功能性演進而非全新的傳輸技術革命，適合作為都會網路建制的解決方案。針對傳統電信網路的缺點一一提出改進以提供符合未來各種需求的傳輸服務，MSPP (Multi-Service Provision Platform) 這種NG SONET/SDH設備的概念開始被提出。MSPP整合多種目前各自獨立的網路設備，如：Add-Drop Multiplexer，Digital Cross-Connect，ATM/IP/MPLS Edge Device等，並且與傳統的SONET/SDH網路相容。如圖三所示，MSPP以單一平台提供包括傳統語音以及ATM，IP等多重服務的接取。由於整合眾多功能於單一網路設備，因此不論在設備購置成本，機房建置，以及維運支出等都有較現有解決方案更顯著的經濟效益。此外，將MSPP結合WDM不但具有利用現存網路提供多元化服務的能力，更可供給大量頻寬並且有效率的使用。

圖三、MSPP功能示意圖

下世代的多重服務供應平台

目前，MSPP系統發展除了基本的多重訊務接取以及點對點的乙太網路訊務傳輸外，許多廠商開始在以SONET/SDH虛擬容器建立的點對點通道間加入乙太網路第二層交換功能。提供第二層的交換可以提供許多乙太網路已具備優良且成熟的功能，如：802.3x的流量控制、VLAN (Virtual LAN) 的區分、基於STP (Spanning Tree Protocol) 的訊務保護、以及802.3p的優先權等。

然而，可預見新的IP應用將不斷出現以致訊務也逐漸多元化，目前的MSPP功能顯得有著許多的不足，如：不能提供良好的QoS保證，訊務調整的單位仍然受限傳統SONET/SDH，基於STP的訊務保護切換時間太慢，VLAN功能也不適合大型公眾網路應用，以及不同位置的網路節點接取頻寬並不公平等。因此，目前發展中的方向主要以解決這些問題為主。

MPLS (Multi-Protocol Label Switch)

MPLS (Multi-Protocol Label Switch) 是1997年由Cisco公司提出並由IETF制定的交換技術協定，其目的是將第三層路由技術與第二層交換技術結合起來。MPLS使用標籤 (Label) 對上層數據封包進行統一封裝，路由的計算可以基於乙太網路拓樸，大大減少了路由設備的數量和複雜度，並藉由採用GFP、虛擬級聯、LCAS等技術大大提昇了訊務在MSPP中的傳輸效率。同時，MPLS運用於大規模層次化的網路結構，具有良好的擴充性並能夠有效地實施流量分配，支援大規模VPN (Virtual Private Network) 和提供QoS保證，促成網路資源的最佳化配置和使用。

MSPP的製造商正逐漸將MPLS列為一項重要的機制，以支援以IP為基礎的訊務傳輸。基於MPLS的MSPP設備不但能夠實現端到端的流量控制，而且還具有公平的接取機制與合理的動態頻寬分配機制，能夠提供符合各類訊務需求的QoS功能，實現服務等級協議 (Service Level Agreement﹔SLA)，壅塞控制以及公平接取等。

RPR (Resilient Packet Ring)

RPR是由IEEE 802.17定義的新MAC層協定，在頻寬共享的基礎上提供了訊務的保護與傳輸頻寬的保證，能夠利用現存的標準傳輸訊框架構 (如：SONET/SDH，乙太網路，DWDM) 有效率地傳送語音、數據、視訊等多種類型的訊務。RPR是專門為環狀網路而設計的，具有良好的相容性及擴展性，可以承載乙太網路、IP/MPLS、ATM等多種協定，更有效率與彈性地處理環狀拓樸網路上的訊務。如果架構在SONET/SDH環狀網路之上，除了可提供50ms的保護切換，還能夠構成環狀的乙太網路，達到多點對多點通訊的目的。網路節點間可採用類似OSPF (Open Shortest Path First) 的演算法交換訊號以更新網路拓樸並增加網路的自愈能力，並方便增減傳輸線路或網路節點。

訊務在RPR環狀網路上傳送時，經由識別MAC層表頭判別封包的目的地。如果訊務的目的地不是本節點的話，就會在短暫的暫存後立刻再將訊務向下傳送，不必經過第三層 (IP) 或更高層次的處理，從而提高了訊務處理效率。而屬於本節點的訊務會被移除以釋放頻寬，達到以提昇網路頻寬的使用率。同時，由於RPR運用了獨特的公平演算法，能夠針對訊務種類提供不同的優先等級服務保證以及支援服務等級協議，並且使得環上的每個節點都能公平的使用頻寬。此外，基於RPR環路每個節點都掌握網路拓樸結構的資源情況，並根據實際情況調整環路頻寬分配情況，所以網管人員並不需要對節點資源分配進行太多干預，減少了人工配置帶來錯誤的機率。

目前，新型MSPP正處於快速發展之中，設備製造商主要朝向提供RPR環狀網路功能，以MPLS支援訊務QoS的分級，以及動態調整傳輸層頻寬等方面發展。從提昇整個都會網路的功能以及資源使用來看，MPLS技術可以從整個網路結構上進行資源的最佳化，而RPR則是在一個環的內部對網路的局部資源進行最佳化。這數種技術的結合將更有效率地提昇訊務傳輸能力。圖九為整合MPLS、RPR及NG SONET/SDH的下一代MSPP協定堆疊。

圖四、下世代MSPP協定堆疊

未來展望

隨著訊務種類及頻寬需求的增長，都會網路必須要靈活可靠，具有大容量和良好的擴展性，支持多重服務與協定，有靈活的線路調度和訊務管理能力，並使運營商既可延續過去的投資又能快速地進行網路擴充和推展新業務，進而降低營運成本，增加業務收入，提昇自身競爭優勢。

展望未來，基於傳統SONET/SDH網路做功能升級的NG SONET/SDH結合DSL接取技術，無疑地是值此網路技術世代交替之際最適當的選擇。不但能延續使用大量固有的設備，也能提供符合新時代要求的特性。國內廠商除了應加強投入關鍵元件的研製，系統整合能力以及基於MPLS之網管軟體也是需要大力投入的重點。配合台灣在乙太網路相關產品的成熟發展，前景相當看好。