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文檔簡(jiǎn)介
1、 【業(yè)界新技術(shù)】1 光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求【RPR專欄】1 新一代光環(huán)城域網(wǎng)彈性分組環(huán)2 城域網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn):彈性分組環(huán)RPR【業(yè)界新技術(shù)】光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求(2003-07-31 通新世界)一、引言在過去幾年中,WDM技術(shù)使得光纖豐富的帶寬資源得以開發(fā)利用。然而,2.5Gbit/s或10Gbit/s的WDM信號(hào)經(jīng)過400-600km傳輸后,還需要進(jìn)行電再生中繼。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本昂貴。如何在實(shí)現(xiàn)全光傳輸?shù)那疤嵯?,降低傳輸成本,延長(zhǎng)傳輸距離,是一個(gè)急需解決的問題。在超長(zhǎng)距傳輸環(huán)境下,引入了許多新的技術(shù),如采用喇曼放大器。在傳輸過程中,進(jìn)行波形管理、功率管理、色散管理,以及
2、信號(hào)編碼采用RZ編碼和超強(qiáng)FEC等技術(shù)。信號(hào)在無電中繼傳輸?shù)木嚯x達(dá)到3000km,在實(shí)驗(yàn)室甚至達(dá)到了10000km。鑒于國(guó)內(nèi)外WDM技術(shù)發(fā)展迅速,1.6Tbit/s與800Gbit/s的WDM設(shè)備已經(jīng)有商用化產(chǎn)品,并在干線網(wǎng)絡(luò)上有實(shí)際應(yīng)用。為了給研制和運(yùn)營(yíng)部門提供技術(shù)依據(jù),在以往WDM標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上,制定了光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分。二、光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)介紹我國(guó)于1997年在省際干線(西安武漢)引入第一條WDM系統(tǒng)(Lucent公司的8*2.5Gbit/s系統(tǒng)),從此揭開了WDM系統(tǒng)在中國(guó)大規(guī)模應(yīng)用的序幕,WDM技術(shù)系列標(biāo)準(zhǔn)的研究
3、和制定也正式開始。1999年,我國(guó)第一個(gè)針對(duì)WDM技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)光波分復(fù)用系統(tǒng)總體技術(shù)要求暫行規(guī)定(YDN120-1999)正式發(fā)布,標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)8*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)及16*2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)的技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)范。2000年,發(fā)布了光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求32*2.5Tbit/s部分(YD/T1060-2000)。2000年對(duì)于中國(guó)WDM技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用是一個(gè)新的里程碑。從1997-1999年間,基于2.5Tbit/sSDH系統(tǒng)的地位受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn),以中國(guó)電信為代表的運(yùn)營(yíng)商開始全面轉(zhuǎn)向SDH10Gbit/s與WDM320Gbit/s系統(tǒng),基于10Gbit/sWDM系統(tǒng)開始成
4、為傳輸系統(tǒng)的主流。從2000年開始,對(duì)基于單波長(zhǎng)為10Gbit/s的WDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)制定開始迅速展開。當(dāng)時(shí),正逢中國(guó)電信對(duì)10Gbit/sSDH和320Gbit/sWDM的選擇測(cè)試。經(jīng)過對(duì)實(shí)際設(shè)備及系統(tǒng)的測(cè)試,以及與各運(yùn)營(yíng)商和國(guó)內(nèi)外廠家單位進(jìn)行廣泛的技術(shù)交流,制定出了光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分(YD/T1143-2001)。光波分復(fù)用系統(tǒng)(WDM)技術(shù)要求1.6Tbit/s部分與800Gbit/s部分是為了適應(yīng)超長(zhǎng)距WDM系統(tǒng)的應(yīng)用而制定的,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)技術(shù)要求。1.標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍該標(biāo)準(zhǔn)給出的
5、具體參數(shù)針對(duì)160路與80路的點(diǎn)到點(diǎn)線性WDM系統(tǒng),承載信號(hào)為SDH STM-64系統(tǒng)或10Gbit/s以太網(wǎng)信號(hào),即1.6Tbit/s和800Gbit/s的WDM系統(tǒng)。規(guī)定的參數(shù)包括波長(zhǎng)區(qū)劃分、波分復(fù)用器件的要求、光接口參數(shù)、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(OTU)的要求、OADM要求及網(wǎng)管要求等。光放大器和主光通道的參數(shù)適用于單方向使用增益范圍為192.1-196.1THz和186.95-190.90THz的光放大器,波長(zhǎng)間隔最小為50GHz。該標(biāo)準(zhǔn)適用于2000km以內(nèi)的長(zhǎng)途傳輸。對(duì)于不采用喇曼放大器,采用非NRZ調(diào)制方式達(dá)到1000-2000km距離傳輸?shù)南到y(tǒng)不在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。此外,該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于WDM系統(tǒng)應(yīng)
6、用的新技術(shù)、向前糾錯(cuò)(帶內(nèi)和帶外)的功能、喇曼放大器的應(yīng)用、梳狀濾波器及色散補(bǔ)償技術(shù)都作了相應(yīng)的規(guī)范。2.1.6Tbit/s和800Gbit/sWDM系統(tǒng)波長(zhǎng)分布1.6Tbit/s的WDM系統(tǒng)在C波段的基礎(chǔ)上,啟用新的波長(zhǎng)區(qū)段L波段,C+L波段共160個(gè)波長(zhǎng),波段內(nèi)的波長(zhǎng)間隔為50GHz。C波段的波長(zhǎng)分布范圍為191.80-196.05THz (1529.16-1563.05nm),該范圍內(nèi)共有86個(gè)波長(zhǎng),建議優(yōu)選 (192.10-196.61nm)這80個(gè)波長(zhǎng)。L波段的波長(zhǎng)分布范圍為186.95-190.90THz (1570.42-1603.57nm)。由于波長(zhǎng)數(shù)目增多,相鄰波長(zhǎng)的間隔減少
7、。1.6Tbit/sWDM系統(tǒng)對(duì)激光器的穩(wěn)定性要求更加嚴(yán)格,規(guī)定最大中心頻率偏移為GHz(約為0.04nm),而320Gbit/sWDM系統(tǒng)的要求為2.5GHz(約為0.1nm)。最大中心頻率偏移為壽命終了值,即在系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命終了時(shí),考慮了溫度、濕度等各種因素仍能滿足數(shù)值。基于C+L波段80通路的WDM系統(tǒng),用于超過1500km長(zhǎng)距離傳輸時(shí),可以分別采用C波段的40個(gè)波長(zhǎng)和L波段的40個(gè)波長(zhǎng),波段內(nèi)的波長(zhǎng)間隔為100GHz。實(shí)際應(yīng)用的1.6Tbit/s系統(tǒng)中,C波段和L波段是完全分開的,其中C波段和L波段各具80個(gè)波長(zhǎng)。而C波段和L波段內(nèi)80波的,可以通過梳狀濾波器將兩個(gè)基礎(chǔ)波長(zhǎng)間隔為100G
8、Hz40波復(fù)用器交織復(fù)用構(gòu)成,也可以直接采用50GHz間隔的復(fù)用器件構(gòu)成。采用梳狀濾波器方案,要完成C波段80波的復(fù)用,需要2個(gè)C波段復(fù)用器(其中兩個(gè)波段相鄰波長(zhǎng)的差別為50GHz)和1個(gè)梳狀濾波器(C-Interleaver)。梳狀濾波器是一個(gè)3端子器件,兩個(gè)輸入端是兩路波長(zhǎng)間隔均為100GHz的40波群路信號(hào),輸出端則為波長(zhǎng)間隔為50GHz的80波信號(hào)。在通過波分復(fù)用器或耦合器將C波段的80波和L波段的80波復(fù)用為160波的系統(tǒng)。為了確保大容量WDM系統(tǒng)的性能,要求波分復(fù)用器件插入損耗小,間隔度大,帶內(nèi)平坦,帶外插入損耗變化陡峭,溫度穩(wěn)定性好,尺寸小等。目前的復(fù)用器解復(fù)用器一般是以40波為
9、基本單位,相鄰?fù)ǖ篱g隔為100GHz,在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上較為成熟。當(dāng)復(fù)用通路數(shù)為80個(gè)時(shí),相鄰?fù)ǖ篱g隔為50HGz,這時(shí)對(duì)復(fù)用器件隔離度的要求就更加嚴(yán)格了。3.喇曼放大器的應(yīng)用超長(zhǎng)距WDM系統(tǒng)中的光放大器除了應(yīng)用傳統(tǒng)意義上的摻鉺光纖放大器外,最主要的是對(duì)喇曼放大器的應(yīng)用。摻鉺放大器的增益取決于摻雜元素的濃度,而喇曼增益取決于泵浦光功率、泵浦光波長(zhǎng)和信號(hào)光波長(zhǎng)之間的波長(zhǎng)差值。喇曼放大器就地取材,利用干線光纖作為工作的媒質(zhì)。其增益特性還取決于光纖的性能,如對(duì)泵浦光的吸收能力、光纖有效面積等。采用喇曼放大器的系統(tǒng),每通路光信號(hào)的發(fā)送功率較低。而輸出光功率的降低,使得每個(gè)通路經(jīng)過線路放大器后,信號(hào)得到放大的
10、同時(shí),所引入的非線性損耗降低,這樣使得信號(hào)盡可能以線性模式(如準(zhǔn)線性模式)傳輸。因此,輸出信號(hào)的光信噪比增大,從而保證在沒有電再生中繼設(shè)備的條件下,信號(hào)可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。對(duì)于采用喇曼放大器的800Gbit/s和1.6Tbit/sWDM系統(tǒng),其光接口參數(shù)有N(22dB長(zhǎng)距離間隔)與M(30dB(甚長(zhǎng)距離間隔)兩種。由于喇曼放大器有一定的增益,線路損耗由EDFA和喇曼光放大器共同承擔(dān),其效果等級(jí)于兩極光放大器(EDFA+REMAN)串聯(lián)。由于后一級(jí)喇曼放大器具有較小的噪聲系統(tǒng),其等效噪聲系數(shù)相應(yīng)減少。在應(yīng)用喇曼放大器的系統(tǒng)中,為了實(shí)現(xiàn)光纖非線性效應(yīng),喇曼泵譜源輸出功率必須很高,處于安全考慮,其總
11、輸出功率必須小于+29dBm(800mw)。由于喇曼泵譜源的高功率,必須保證相應(yīng)連接部分的清潔,這對(duì)運(yùn)行維護(hù)提出了很高的要求。不能讓喇曼放大器的泵譜源功率輸出裸露在空間,光纖切斷時(shí),系統(tǒng)應(yīng)具有喇曼泵譜源自動(dòng)關(guān)閉功能,以防止對(duì)人體造成傷害。對(duì)80/160路WDM系統(tǒng),當(dāng)逐路增加承載的通路數(shù)量時(shí),不應(yīng)影響其它通路的性能。當(dāng)同時(shí)增加多個(gè)通路時(shí),系統(tǒng)也應(yīng)不受影響。當(dāng)運(yùn)行中增加或減少承載的通路數(shù)量時(shí),系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整,不需要進(jìn)行其他任何硬件或軟件的改動(dòng)。對(duì)于光放大器(包括EDFA+喇曼放大器)增益的調(diào)整,可以基于單個(gè)光放大器或整個(gè)光復(fù)用段進(jìn)行。單個(gè)光放大器的增益調(diào)整時(shí)間小于50ms,整個(gè)
12、光復(fù)用段全部光信號(hào)調(diào)整完成時(shí)間應(yīng)小于60s,包括各個(gè)波長(zhǎng)的發(fā)送功率、預(yù)均衡和全部光放大器的增益調(diào)整時(shí)間。4.系統(tǒng)分類由于喇曼光放大器在WDM系統(tǒng)的應(yīng)用和超強(qiáng)FEC的應(yīng)用,1.6Tbit/s與800Gbit/s系統(tǒng)的分類和應(yīng)用代碼增加,超長(zhǎng)距傳輸系統(tǒng)分為常規(guī)LH(Long haul)長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)、亞超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)ELH(Enhanced long haul)和超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng)ULH(Ultra-long haul)。對(duì)于傳輸距離小于1000kmWDM系統(tǒng)稱為常規(guī)長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng),傳輸距離在1000-2000km系統(tǒng)稱為亞超長(zhǎng)傳輸系統(tǒng),傳輸距離大于2000kmWDM系統(tǒng)成為超長(zhǎng)傳輸距離系統(tǒng)。對(duì)于亞超長(zhǎng)傳
13、輸系統(tǒng),又可以分為波長(zhǎng)間隔100GHz系統(tǒng)與波長(zhǎng)間隔為50GHz系統(tǒng)。對(duì)于需要亞超長(zhǎng)距離傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)并不需要那么多,為了盡可能達(dá)到更遠(yuǎn)的距離,則對(duì)于亞超長(zhǎng)距離傳輸WDM系統(tǒng),允許進(jìn)行波長(zhǎng)間隔100GHz的傳輸。800Gbit/s和1.6Tbit/s的系統(tǒng)分類如下:(1)沒有喇曼放大器,只有常規(guī)帶外FEC的80/160波WDM系統(tǒng),定義有8*22dB和3*30dB兩種光接口。(2)具有常規(guī)FEC與喇曼光放大器的80/160波WDM系統(tǒng)(50GHz間隔),定義有14*22dB與6*30dB兩種光接口。(3)具有常規(guī)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔),定義有20*22dB與8*
14、30dB兩種光接口。(4)具有超強(qiáng)FEC與喇曼光放大器的80/160波WDM系統(tǒng)(50GHz間隔),定義有18*22dB與7*30dB兩種光接口。(5)具有超強(qiáng)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔),定義有25*22dB與9*30dB兩種光接口。在這里,傳輸距離最遠(yuǎn)的系統(tǒng),定義的是最具有超強(qiáng)FEC與喇曼光放大器的80波WDM系統(tǒng)(100GHz間隔),傳輸距離為2000km。由于是多波長(zhǎng)系統(tǒng),需要考慮沿途某些站點(diǎn)對(duì)波長(zhǎng)上下的需求,因此會(huì)產(chǎn)生對(duì)OADM應(yīng)用的需求。OADM的出現(xiàn)會(huì)減少區(qū)段的數(shù)量,與傳輸距離的遠(yuǎn)近無關(guān)。為保證接受機(jī)的正常接受,對(duì)于采用常規(guī)帶外FEC的WDM系統(tǒng),在
15、主光通路接收點(diǎn)(MPI-R),光接口光信噪比為20dB。采用超強(qiáng)帶外FEC的WDM系統(tǒng),光接口光信噪比為18dB。5. 色度色散補(bǔ)償對(duì)于超長(zhǎng)距離的傳輸,色散是一種主要線性補(bǔ)償對(duì)象,一般都采用DCF色散補(bǔ)償光纖技術(shù)。目前,采用2個(gè)色散補(bǔ)償模塊分別補(bǔ)償C/L波段信號(hào)。對(duì)于超過1000km的傳輸,為了實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償,不排除采用多個(gè)色散斜率補(bǔ)償模塊對(duì)每個(gè)子波段進(jìn)行補(bǔ)償。由于G.652光纖和G.655光纖在1550nm窗口是正色散,因此WDM系統(tǒng)在此光纖上使用的色散補(bǔ)償光纖主要為負(fù)色散的DCM模塊,此模塊在一段距離之后對(duì)于不同的波長(zhǎng)給予不同的色散補(bǔ)償。色散補(bǔ)償模塊一般用于發(fā)送端功放、線路光放和接收端預(yù)放的
16、中間級(jí),其補(bǔ)償原則根據(jù)光功率預(yù)算的結(jié)果而定。由于G.652/G.655光纖都有一定斜率,有可能會(huì)在一個(gè)頻段內(nèi)造成比較大的色散差異。要補(bǔ)償這些斜率,DCF光纖也要有相應(yīng)的斜率分布。在C/L頻帶內(nèi),在一個(gè)光復(fù)用段內(nèi),補(bǔ)償后剩余色散差別應(yīng)小于500ps/nm。 6.自動(dòng)光功率降低(APR)和自動(dòng)激光關(guān)斷(ALS)進(jìn)程光纜切斷、設(shè)備失效及光連接器拔出等均會(huì)導(dǎo)致光功率丟失。出于安全的考慮,在主光通道一個(gè)光段內(nèi)光功率丟失的情況下,需要系統(tǒng)實(shí)施ALS與APR進(jìn)程。功率減少后,剩余的所有通道的功率(包括由光監(jiān)控通路OSC來的功率)減少10dBm水平以內(nèi),不排除光放大器的完全關(guān)閉。為便于在鏈路重新連接好后系統(tǒng)能
17、容易的恢復(fù),同時(shí)考慮實(shí)施自動(dòng)(或人工)重啟動(dòng)進(jìn)程。對(duì)于帶喇曼增益型的光放大器,WDM系統(tǒng)也必須滿足同樣的光安全要求,并必須保證在APR進(jìn)程中對(duì)喇曼泵浦也進(jìn)行光安全進(jìn)程處理。三、結(jié)束語(yǔ)在今后的光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,必將會(huì)面臨大容量、超長(zhǎng)距離(1000km以上)的信號(hào)傳送問題。的制定,為我國(guó)1.6Tbit/s 部分和800Gbit/sWDM系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)、工程應(yīng)用及入網(wǎng)測(cè)試給出了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù),為科研和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范?!綬PR專欄】新一代光環(huán)城域網(wǎng)彈性分組環(huán)一、引言目前,電信業(yè)的開放和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,致使網(wǎng)絡(luò)與通信正以前所未有的速度迅猛發(fā)展。住宅用戶和各類商業(yè)用戶對(duì)帶寬的要求越來越高,且業(yè)務(wù)的發(fā)
18、展和寬帶的增加之間相輔相成。從網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的角度看,以太網(wǎng)(Ethernet)因其簡(jiǎn)單性、易擴(kuò)展性及其高的性價(jià)比,在局域網(wǎng)(LAN)中已占主導(dǎo)地位。超過95%的用戶用以太網(wǎng)連接其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),且正以每3-5年10倍的速度增長(zhǎng)。10Mbit/s,100Mbit/s,和1Gbit/s的以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用,10Gbit/s也即將商用化。同時(shí),在廣域網(wǎng)(WAN)方面,基于同步數(shù)字序列(SDH)和密集波分復(fù)用(DWDM)的骨干網(wǎng)傳輸速率已達(dá)到Tbit/s。但在城域網(wǎng)(MSN)方面,無論是光纖分布式數(shù)字接口(FDDI),幀中繼(FR),異步傳輸模式(ATM),(SDH)等傳輸效率一般都不是很高,無法跟上LAN和WA
19、N的發(fā)展,成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸,嚴(yán)重阻礙了WAN端到端的服務(wù)潛力。同時(shí),這些技術(shù)又是基于語(yǔ)音傳輸為基礎(chǔ)的。雖然這些技術(shù)具有高可靠性和技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn),但它們基于“專線”的方式,需要預(yù)先確定所需的帶寬,這與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)突發(fā)性的特點(diǎn)顯然是相背道的。這樣,就導(dǎo)致了光傳輸帶寬的浪費(fèi)。許多研究表明,專線帶寬的利用率不足50%,多數(shù)情況下不超過20%。其次,原來的傳輸多數(shù)是用點(diǎn)到點(diǎn)為基礎(chǔ)的,而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)常需要點(diǎn)到多點(diǎn)的傳輸。這種情況下,以前者來適應(yīng)后者,又必然要浪費(fèi)大量的帶寬。此外,從提供新業(yè)務(wù)的角度來看,由于網(wǎng)絡(luò)下層承載技術(shù)往往需要一定時(shí)間來提供與管理,由開始計(jì)劃到完成一條回路一般需要幾周甚至幾月的時(shí)間,這將嚴(yán)重
20、阻礙新數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的提供。再有,從成本上考慮,顯而易見,目前的MAN技術(shù)也不占有任何優(yōu)勢(shì)。建立良好的MAN,首先需要有一個(gè)價(jià)格合理、擴(kuò)展性好的解決方案來適應(yīng)不斷膨脹的IP流量和光纖帶寬的增長(zhǎng),其次要能夠?qū)Ω鞣N不同的IP業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)化,以最少的中間電路層在分組交換網(wǎng)上傳輸IP業(yè)務(wù)。同時(shí),還必須支持現(xiàn)有的傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù),因?yàn)檫@仍是運(yùn)營(yíng)商的重要收入來源,且來應(yīng)該在達(dá)到可接受的Qos保證時(shí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和費(fèi)用。由于MAN中存在大量的光環(huán)形網(wǎng),充分利用其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)更是非常必要。IP領(lǐng)域很早就認(rèn)識(shí)到了環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的價(jià)值,發(fā)展了像令牌環(huán),F(xiàn)DDI等解決方案。但這些方案都無法滿足上述MAN的需要,也無法滿足在擁塞情
21、況下維持高的帶寬利用率和轉(zhuǎn)發(fā)量、保證節(jié)點(diǎn)間的平衡、迅速?gòu)墓?jié)點(diǎn)或傳輸媒體故障中恢復(fù)、即可插可用等IP傳輸和業(yè)務(wù)傳遞發(fā)展需要。因此,并不適用于新一代的MAN。為了解決上述MAN存在的問題,在城域范圍內(nèi)構(gòu)建新的環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過傳輸類似以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分組來提供各種增強(qiáng)型業(yè)務(wù),在不降低網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的前提下提供更加經(jīng)濟(jì)的MAN解決方案。2000年11月,IEEE802.17工作組正式成立,目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)PRP(Resilient Packet Rings)標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化在MAN拓?fù)洵h(huán)上數(shù)據(jù)包的傳輸。該技術(shù)結(jié)合了以太網(wǎng)的實(shí)用性和光設(shè)備的強(qiáng)大功能,利用空分復(fù)用、統(tǒng)計(jì)復(fù)用和保護(hù)環(huán)提高了帶寬的利用率,使得協(xié)議開銷
22、最小,實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的公平利用。同時(shí),還支持業(yè)務(wù)分級(jí)(SLA)以及即插即用等特性。該技術(shù)打破了LAN與WAN的接入瓶頸,將MAN轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖?、?jiǎn)單、可靠、能及時(shí)提供豐富增值業(yè)務(wù)的帶寬網(wǎng)絡(luò),為運(yùn)營(yíng)商、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商提供了一種全新、有效的MAN的城域接入網(wǎng)解決方案,并預(yù)計(jì)到2003年制定出最終協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。而目前由于國(guó)際上還未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),還有許多問題未達(dá)成一致意見,本文以下幾部分的內(nèi)容綜合參考了各種提案中較為一致的意見,同時(shí)也闡述了筆者在相關(guān)問題上的看法。二、RPR關(guān)鍵技術(shù)SONET采用了固定時(shí)隙分配技術(shù)來執(zhí)行帶寬分配和服務(wù)保護(hù),以太網(wǎng)則依賴于以太網(wǎng)網(wǎng)橋或IP路由器來實(shí)現(xiàn)帶寬分配管理和服務(wù)保證。
23、這樣,當(dāng)使用SONET時(shí),網(wǎng)絡(luò)使用效率不高。當(dāng)使用以太網(wǎng)交換機(jī)時(shí),網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量又得不到保證??紤]到帶寬市場(chǎng)的潛力、兼容性、技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性等5個(gè)標(biāo)準(zhǔn),RPR采用了以緩存器插入環(huán)(BIR)為基礎(chǔ)的優(yōu)化的MAC協(xié)議來彌補(bǔ)這些缺陷,提供下一代接入網(wǎng)所要求的恢復(fù)能力、有保證的服務(wù)質(zhì)量和可管理能力。1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議分層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠趦蓚€(gè)反方向傳輸?shù)沫h(huán),相鄰節(jié)點(diǎn)通過一對(duì)光纖連接。節(jié)點(diǎn)間使用光纖連接并可采用WDM進(jìn)行擴(kuò)容。節(jié)點(diǎn)具有以太網(wǎng)接口,可直接與路由器相聯(lián)。RPR的內(nèi)環(huán)和外環(huán)都作為工作信道來傳送簡(jiǎn)化的SDH,或者以太網(wǎng)幀格式和RPR協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)幀和控制幀。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以看出,RPR支
24、持多播傳輸和點(diǎn)到點(diǎn)的連接,因此更利于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送。此外,當(dāng)發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)元或光纖傳輸失效時(shí),RPR執(zhí)行快速自動(dòng)保護(hù)倒換機(jī)制,數(shù)據(jù)會(huì)在50ms內(nèi)轉(zhuǎn)換到無故障通路,這樣就提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性。從開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI)出發(fā),在總結(jié)多種協(xié)議 參考模型的基礎(chǔ)上,給出普遍認(rèn)同的RPR協(xié)議參考模型??梢钥闯觥PR網(wǎng)絡(luò)必須要完成的功能包括:支持多種物理層(PHY)技術(shù),介質(zhì)訪問控制(MAC)客戶層處理,MAC與MAC控制技術(shù),運(yùn)行、管理、維護(hù)、與操作(OAM&P),兼容性能考慮等。其中,PHY可采用Ethernet,SDH或WDM,因此對(duì)上層也是透明的。而MAC與MAC控制技術(shù)是RPR最主要,也是最基本的
25、功能,是標(biāo)準(zhǔn)化組織研究的重點(diǎn)。前者主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)傳輸操作控制,而后者主要包括流量控制、業(yè)務(wù)等級(jí)支持(SLA)、拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別、保護(hù)倒換等功能。2.基本MAC協(xié)議RPR的基本MAC結(jié)構(gòu)是一個(gè)BIR,在任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都存在3個(gè)緩存,即發(fā)送緩存、接收緩存和轉(zhuǎn)發(fā)緩存。如果目的地不是本地,則通過轉(zhuǎn)發(fā)緩存發(fā)出。而本節(jié)點(diǎn)的報(bào)文則通過發(fā)送緩存發(fā)送數(shù)據(jù)。RPR支持空分復(fù)用技術(shù),即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報(bào)文在目的節(jié)點(diǎn)而不是在源節(jié)點(diǎn)被取出。節(jié)點(diǎn)11到節(jié)點(diǎn)2,以節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)6的報(bào)文傳送是完全不影響的。這樣,網(wǎng)絡(luò)不但能為傳送的報(bào)文提供最短的傳輸路徑,且僅占用戶源和目的站之間的線路,環(huán)路上的其他部分可同時(shí)供其他站點(diǎn)使用,因此提高了帶寬的
26、利用率。3.流量控制由于RPR網(wǎng)絡(luò)資源是基于共享的,同時(shí)目的地取出報(bào)文的方式又使得環(huán)上有超過一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)傳送信息,這就引發(fā)了流量控制的問題。如果不進(jìn)行節(jié)點(diǎn)接入控制,每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨意訪問將會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞,增加端到端的時(shí)延和丟幀率。在極端情況下,會(huì)出現(xiàn)完全的“饑餓”狀態(tài),即節(jié)點(diǎn)的帶寬完全被上游的流量所占用,而本節(jié)點(diǎn)流量無法接入。圖4中,如果節(jié)點(diǎn)11流往節(jié)點(diǎn)8和節(jié)點(diǎn)8流往節(jié)點(diǎn)10存在的流量都比較大,節(jié)點(diǎn)9可以傳送數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)就比較少。如果節(jié)點(diǎn)9總是被上游的流量所“覆蓋”,它就會(huì)完全“饑餓”。這種情況下,就提出了所謂“公平性”性能問題,即MA應(yīng)該對(duì)環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)支持上層客戶“公平地”接入下層介質(zhì)。任何一種公平
27、性的具體的實(shí)現(xiàn)都是通過一些接入算法和一些控制信息協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)的(如Cisco公司提出的SRP-fa等)。具體算法的選擇是RPR標(biāo)準(zhǔn)化組織的主要內(nèi)容之一。4.SLA支持和帶寬管理為了適應(yīng)MAN客戶種類繁多、交換粒度差異大的特點(diǎn),除流量控制外,RPR還必須有一套靈活的動(dòng)態(tài)帶寬管理和多等級(jí)承載業(yè)務(wù)SLA保證機(jī)制,以滿足不同業(yè)務(wù)對(duì)傳輸延時(shí)、抖動(dòng)、差錯(cuò)率的不同要求。雖然已提交的RPR提案中對(duì)業(yè)務(wù)等級(jí)的定義與細(xì)節(jié)描述不盡相同,但總體上看,大致可以歸納為3種:用于業(yè)務(wù)速率恒定的情況固定帶寬業(yè)務(wù),用于有承諾帶寬并且允許一定突發(fā)數(shù)據(jù)的可變帶寬業(yè)務(wù),與傳統(tǒng)IP中的業(yè)務(wù)等級(jí)類似的盡力而為的業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)流在進(jìn)入環(huán)路時(shí)首先被
28、分類、調(diào)度,然后根據(jù)不同的優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí),被放入不同的緩存區(qū)。RPR對(duì)于第一種情況一般是采用帶寬預(yù)留的方式來保證其傳送,而對(duì)后兩種則采用了動(dòng)態(tài)的帶寬分配方式。這樣,不但提高了帶寬的利用率,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)突發(fā)業(yè)務(wù)的語(yǔ)音等其他業(yè)務(wù)的有效支持。5.拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別在RPR環(huán)結(jié)構(gòu)中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)均有上下兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單。正常狀態(tài)下,節(jié)點(diǎn)間沒有任何關(guān)于拓?fù)湫畔⒌母?。而?dāng)環(huán)初始化、新節(jié)點(diǎn)加入環(huán)中或需環(huán)路保護(hù)倒換時(shí),RPR進(jìn)入自動(dòng)拓?fù)渥R(shí)別模式。觸發(fā)器觸發(fā)節(jié)點(diǎn)向環(huán)上的所有的節(jié)點(diǎn)發(fā)送第二層消息,節(jié)點(diǎn)可根據(jù)此消息判斷有哪些節(jié)點(diǎn)處于環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,在環(huán)的兩個(gè)方向上達(dá)到其它節(jié)點(diǎn)需要幾跳以及環(huán)上每段光纖的狀態(tài)。這
29、樣,在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都詳細(xì)地掌握著網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D和每條鏈路的狀態(tài)?;诖耍W(wǎng)絡(luò)不但實(shí)現(xiàn)了即插即用的特點(diǎn),同時(shí)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí),故障點(diǎn)的兩側(cè)節(jié)點(diǎn)向其他節(jié)點(diǎn)廣播故障消息,然后每個(gè)節(jié)點(diǎn)得知每個(gè)節(jié)點(diǎn)和每條鏈路的現(xiàn)狀,這樣節(jié)點(diǎn)可根據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)等級(jí)的要求進(jìn)行基于源路由的業(yè)務(wù)倒換。6.保護(hù)倒換機(jī)制如上所述,RPR是通過正反傳輸方向兩個(gè)光環(huán)進(jìn)行組網(wǎng)的,這種組網(wǎng)方式使得RPR具有很強(qiáng)的健壯性。當(dāng)一光環(huán)切斷或某一網(wǎng)元失效時(shí),RPR可通過第二層的保護(hù)機(jī)制自動(dòng)為數(shù)據(jù)包切換到另一環(huán)路上,即使兩個(gè)環(huán)路都失效,網(wǎng)絡(luò)仍能工作。保護(hù)倒換機(jī)制主要有兩種:采用源路由的保護(hù)機(jī)制和采用卷繞的保護(hù)機(jī)制。采用卷繞的保護(hù)機(jī)制為,當(dāng)一傳
30、輸光環(huán)線路失效時(shí),通過信令通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),在失效處兩端節(jié)點(diǎn)處繞回。因此,業(yè)務(wù)流要先沿原路到達(dá)環(huán)回處,才被切換到另一環(huán)路去,再環(huán)回,最終達(dá)到目的節(jié)點(diǎn)。采用源路由的保護(hù)機(jī)制,RPR則不同。當(dāng)一傳輸光環(huán)線路失效時(shí),失效處兩端節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)出第二層的控制信令沿光纖方向通知各個(gè)節(jié)點(diǎn)。業(yè)務(wù)流源節(jié)點(diǎn)接受到這個(gè)信息后,立即向另一個(gè)方向的光纖上發(fā)送報(bào)文,從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換。同時(shí),在保護(hù)切換時(shí),節(jié)點(diǎn)會(huì)考慮業(yè)務(wù)流不同的服務(wù)等級(jí),根據(jù)同一節(jié)點(diǎn)的切換原則,依次向反方向環(huán)切換業(yè)務(wù)。兩種機(jī)制都能在50ms的時(shí)間里完成保護(hù)倒換功能。而基于源路由切換保護(hù)機(jī)制由于不需要“折回”,因此保護(hù)倒換時(shí)間更短,同時(shí)也更能節(jié)約帶寬。三、RPR特點(diǎn)與發(fā)
31、展現(xiàn)狀綜上所述,通過結(jié)合第二層簡(jiǎn)單的交換技術(shù)和現(xiàn)代光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸能力、帶寬有效性和低的協(xié)議開銷等性能,RPR體現(xiàn)出很多的優(yōu)點(diǎn)。1.帶寬效率傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)需要環(huán)帶寬的50%作為冗余,RPR則不然,它把兩個(gè)反方向旋轉(zhuǎn)的環(huán)都利用起來,用于傳送和控制數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流。此外,RPR還利用目的地報(bào)文提取的方式實(shí)現(xiàn)了環(huán)路帶寬的空間重新利用。這樣,就大大提高了帶寬的利用效率。2.保護(hù)機(jī)制RPR可以提供在故障出先后50ms時(shí)間內(nèi)的自動(dòng)保護(hù)倒換業(yè)務(wù),這就與SDH的ASP相類似,為用戶提供了99.999%的服務(wù)時(shí)間。此外,業(yè)務(wù)流的優(yōu)先機(jī)制確保了優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)流能夠得到適當(dāng)?shù)奶幚?,以滿足實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的需求。3.簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)提
32、供RPR的目標(biāo)之一是分布式接入、快速保護(hù)和業(yè)務(wù)的自動(dòng)重建為節(jié)點(diǎn)的快速插入和刪除提供了即插即用機(jī)制。RPR也是一項(xiàng)在環(huán)內(nèi)使用共享帶寬的分組交換技術(shù),每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道環(huán)的可用容量。在傳統(tǒng)的電路交換模式下,全網(wǎng)格型連接需要O(n2)個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)連接,而RPR只需要一個(gè)與環(huán)的業(yè)務(wù)連接,這樣就大大簡(jiǎn)化了工作。此外,RPR的數(shù)據(jù)通信速率可達(dá)1-10Gbit/s。RPR網(wǎng)絡(luò)支持SLA,可滿足用戶對(duì)服務(wù)等級(jí)的嚴(yán)格要求,支持端到端的傳輸服務(wù)等級(jí)。充分簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)層次,消除了功能上的重復(fù)性。易管理和操作,對(duì)資源和流量都采用分布式的方式進(jìn)行管理,管理信息豐富。RPR還可以及時(shí)提供新服務(wù)和迅速對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)。與現(xiàn)有的技術(shù),
33、如SDH,以太網(wǎng),ATM等相比,RPR無疑具有更強(qiáng)的優(yōu)越性和更廣的應(yīng)用前景。目前,雖然IEEE802.17工作組還在進(jìn)行RPR標(biāo)準(zhǔn)指定和測(cè)試工作,RPR的正式商用還要在一年以后,但由于預(yù)期的良好市場(chǎng)前景,許多公司都已推出了不同的非標(biāo)準(zhǔn)RPR城域交換產(chǎn)品,以期在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占的先機(jī)。最具代表性的產(chǎn)品有Cisco的DPT/SRP,Nortel網(wǎng)絡(luò)的InterWan,以及Luminous的PacketWave等。相應(yīng)地,一些大的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商也推出或即將推出RPRMAC層芯片,比如Vitesse與Nortel合作,推出的支持GFP的RPR芯片VSC9129,Conexant推出了CX29950R
34、ingMaker環(huán)路處理單元。但在正式標(biāo)準(zhǔn)未出臺(tái)前,以上方案都屬于前瞻性的技術(shù)。雖然每個(gè)供應(yīng)商都承諾,一旦802.17標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái),就改造其產(chǎn)品以符合802.17標(biāo)準(zhǔn),但在規(guī)范形成前造就事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以影響標(biāo)準(zhǔn)的制定也是所有廠商的目的。四、結(jié)束語(yǔ)RPR是一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和技術(shù),是應(yīng)下一代MAN的要求而設(shè)計(jì)的。RPR一經(jīng)提出,便受到各方面的青睞。然而,該技術(shù)還處于早期研究與探索階段,相關(guān)的MAC和PHY還需進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化。但是由于其集IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠于一身,業(yè)界普遍對(duì)它的市場(chǎng)前景表示樂觀。相信隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)一步開展和市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大,RPR必將成為滿足
35、新一代帶寬IP MAN所采用的最佳技術(shù)之一。城域網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn):彈性分組環(huán)RPR城域網(wǎng)已成為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的熱點(diǎn)。城域網(wǎng)建設(shè)的鏈路層候選技術(shù)有很多,例如ATM、POS、以太網(wǎng)、幀中繼、混和傳輸?shù)?。以上技術(shù)各有利弊,但并不能同時(shí)滿足質(zhì)量保證、效率、性價(jià)比、帶寬要求等需求。而新近出現(xiàn)的彈性分組環(huán)技術(shù)-RPR,集成了IP的智能化、以太網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和光纖環(huán)網(wǎng)的高帶寬效率和可靠性,被國(guó)際上普遍認(rèn)為是一種很有市場(chǎng)前景的技術(shù)。目前IEEE802.17工作組正在對(duì)RPR進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作,已經(jīng)推出1.0版草案。預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)正式版本將于2003年3月推出。城域網(wǎng)發(fā)展催生RPR近十年來,傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的年增長(zhǎng)率只有5%10%,而以I
36、nternet為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的年增長(zhǎng)率為2030%。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中的主導(dǎo)業(yè)務(wù)。曾經(jīng)被寄予厚望試圖端到端解決的ATM技術(shù)已不再耀眼;曾經(jīng)廣泛應(yīng)用于城域網(wǎng)的FDDI技術(shù)也快銷聲匿跡了;幀中繼網(wǎng)因帶寬原因無法成為骨干技術(shù)。雖然在城域范圍內(nèi)三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已塵埃落定-IP技術(shù)一統(tǒng)天下,但是鏈路層技術(shù)的選擇依然競(jìng)爭(zhēng)激烈。城域網(wǎng)建設(shè)的鏈路層候選技術(shù)有很多,例如ATM、POS、以太網(wǎng)、幀中繼、混和傳輸?shù)?。以上技術(shù)各有利弊,可以依照網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求作選擇。如果偏重QoS要求可以選擇ATM技術(shù);偏重效率可以選擇POS技術(shù);偏重性價(jià)比可以選擇以太網(wǎng)鏈路;帶寬要求不高的局域網(wǎng)互聯(lián)可以選擇幀中繼;有服務(wù)
37、質(zhì)量保證的以太網(wǎng)鏈路可以依托混和傳輸平臺(tái)。但是,究竟是利用昂貴且技術(shù)復(fù)雜、帶寬有限但保證服務(wù)質(zhì)量的ATM,還是相對(duì)簡(jiǎn)單但不保證服務(wù)質(zhì)量的POS技術(shù),或者索性使用廉價(jià)的以太網(wǎng)(由于技術(shù)的進(jìn)步,千兆或萬兆以太網(wǎng)鏈路已能夠用于城域范圍)來構(gòu)建城域數(shù)據(jù)網(wǎng)仍在爭(zhēng)論中。雖然對(duì)于某種特定的業(yè)務(wù)需求總可以找到相應(yīng)的技術(shù),但是人們總希望某種技術(shù)可以適應(yīng)更多需求。當(dāng)前的現(xiàn)狀是運(yùn)營(yíng)商常常出于種種考慮不得不在城域構(gòu)建IP網(wǎng)ATM網(wǎng),或者傳輸網(wǎng)IP網(wǎng)。幸運(yùn)的是當(dāng)前又出現(xiàn)了新的選擇-彈性分組環(huán)技術(shù)(RPR)。RPR是一種新興的鏈路層協(xié)議,是為優(yōu)化在環(huán)型拓?fù)渖蟼鬏敂?shù)據(jù)包而提出的一種全新的IP包承載技術(shù),是適合城域網(wǎng)骨干層、
38、匯聚層的組網(wǎng)和鏈路層技術(shù)。通??梢哉J(rèn)為彈性分組環(huán)是當(dāng)前光網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)包的一種優(yōu)化技術(shù),具有雙環(huán)結(jié)構(gòu)、空間復(fù)用機(jī)制、靈活的業(yè)務(wù)帶寬顆粒、帶寬動(dòng)態(tài)共享和分配、統(tǒng)計(jì)復(fù)用、支持業(yè)務(wù)級(jí)別、自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于源路由的保護(hù)倒換等主要特點(diǎn)(如圖所示)。該技術(shù)一方面吸收了以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),如經(jīng)濟(jì)、靈活和可擴(kuò)展好;另一方面吸收了SDH的優(yōu)點(diǎn),如對(duì)延時(shí)和抖動(dòng)性能嚴(yán)格保障、可靠的時(shí)鐘以及SDH環(huán)網(wǎng)50ms快速保護(hù)。RPR結(jié)構(gòu)圖RPR技術(shù)在國(guó)際上引起極大的關(guān)注,很多數(shù)據(jù)設(shè)備制造廠商以及運(yùn)營(yíng)商都表示興趣,所以標(biāo)準(zhǔn)制定中爭(zhēng)議很多。雖然IEEE802.17工作組從1999年開始對(duì)RPR進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作,本來希望2000年上半年定稿,但一直沒有完成。雖然標(biāo)準(zhǔn)尚未定稿,并被一再拖延,但是由于大量設(shè)備制造商緊密跟蹤該技術(shù)發(fā)展,目前已推出RPR設(shè)備。這樣的廠商例如Cisco、Juniper、Luminus、華為、中興、港灣等。但由于運(yùn)營(yíng)商一般希望采用成熟穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)以保證互聯(lián)互通,而標(biāo)準(zhǔn)尚未定稿,所以RPR技術(shù)在城
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