PTN传输网技术应用与发展

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传输网从MSTP到PTN是大势所趋。在网络向全IP化演进的大背景下，在终端，如手机，PC已经是以IP为基础实现各种各样的业务接入，企业用户已经全面使用路由器，交换机和网关，服务器，防火墙，各种网络的业务控制也逐渐转向IP化的条件下，传输网为了实现对上层业务的高效承载，从MSTP演进到PTN是大势所趋。PTN缘何成为传输网主流已是必然趋势。

1．PTN技术产生背景

近年，国内各大运营商进行了大规模的3G网络建设，对于本地传输网络面临的最大问题为刚性通道的SDH传送网络无法满足分组3G数据业务的传输需求，另外，全球电信业IP化进程的不断加速，由此，PTN技术应运而生。相对于传统的SDH／MS~网络，PTN网络最大的优势在于其强大的统计复用能力，特别适合IP化3G数据业务的传送，相对于sDH刚性的传输通道，PTN网络承载3G数据业务显得更加经济和高效[1]。

鉴于PTN作为下一代传输网的主流IP承载技术已经得到业内的共识，另外传统的MSTP网络在承载3G数据业务时显得带宽不足，需要对现网进行大量的扩容和升级，因此从节省后期投资，减少重复建设的角度出发，及早引入PTN技术来疏导3G数据业务，减少MSTP网络扩容升级的投资费用是一项非常有意义，并且非常紧迫的工作。

2．PTN技术概念特点2.1从技术层面进行分析。


传统意义上，在物理媒介层，如光纤等，和来自客户的业务层之间存在的传送设备的功能结构是以固定的时隙交换、波长交换或者空分交换为基础的，如现有的设备形态，PDH,SDH/SONET,OTN,ROADM均是如此，采用固定式交换的基本前提是业务是基于PSTN时代的64Kbps基本单元，在现在分组化盛行的时代，显然不能很好地适应，由此导致技术上倾向于采用分组交换的交换/转发内核，同时依然符合ITU－TG.805传送网设备功能结构的一般要求，即PTN设备。PTN设备针对分组业务流的突发性，能够采用统计复用的方法进行传送，在保证各优先级业务的CIR（Committed InformationRate）的前提下，对空闲带宽按照优先级和EIR（Excess InformationRate）进行合理的分配，既能满足高优先级业务的性能要求，又能尽可能充分共享未用带宽，解决了TDM交换时代带宽无法共享、无法有效支撑突发业务的根本缺陷。PTN设备的分组转发平面并没有特立于数据网络的数据转发平面，而是充分利用了成熟的数据二三层技术，实现设备无阻塞的数据报文转发能力，但同时PTN设备保持了传送网络的一般特征。如5个9的高可用性，强大的、分层的OAM能力和可维护性，优异的同步性能，关键部件的1＋1备份带来的高可靠性，低于50ms的保护，端到端的QoS保证，多业务支撑，强大的拓扑，业务、带宽、节点、告警，性能的管理能力和业务安全性[2]。PTN设备的接口速率除了传统的2M、155M，主要是千兆以太和万兆以太，因此可以明显降低每Mbit的传送成本，并且由于技术的进步，端口密度、设备容量体积比增加，而耗电量明显降低。


2.2网络运营层面进行分析。


现在运营商运维的网络主要以技术类型划分，如数据网、电信传输网、ATM网等，从广义上讲，每种类型都能承担一些特定类型业务的传送任务，但是因为每一种网络类型都是完全不同的技术和运维办法，分割了运营商有限的人力和资金。若开通某些业务如果需要跨过不同的网络，因为网络层次很多，维护甚至业务开通都会成为麻烦的问题，因此不可能把每种网络都建好管好，但彼时如果只建一种网络就会失去提供某些应用的可能，落后于竞争对手[3]。现在PTN网络提供了一个性能最好，兼容以太、ATM、SDH、PDH、PPP/HDLC、帧中继等各种技术的统一的传送平台，消除了网络建设类型的多样性，代之以接口类型的多样性，原有的网络设备，如ATM交换机、以太交换机、PDH光端机，可以通过PTN网络互联在一起，也可以被PTN的ATM接口、以太接口、PDH接口直接替换。PTN技术的妙处在于完美地结合了数据技术与传输技术，来自数据方面的大容量分组交换/标签交换技术、QoS技术，来自传送的OAM管理、50ms保护和同步，可以使运营商的基础网络设施获得最大的技术优势，增强未来快速部署新应用的灵活性和降低成本，同时可以最大程度地利用现有网络，保护运营商的已有资产。如果将PTN的LSP/PW与SDH基于VC的高阶通道和低阶通道做类比联系起来，PW就类似于低阶通道，它的作用就是对客户业务的封装，并且作为低阶的业务指示，方便在高阶的层面复用，而LSP非常类似高阶通道，可以承载多条PW到达同一个目的站点。对于熟悉传送网的运维人员来讲，LSP和PW可以看做是更灵活的高低阶通道，该通道的带宽是可大可小的，但是端到端的故障管理和告警，如AIS、RDI、CSF，以及性能上报都是和SDH一样的，并且增加了丢包/时延性能检测、测试、锁定、环回等增强的OAM功能，方便操编辑发现和定位故障[3]。相比数据网络，PTN同步特性可以提供高精度的频率和时间输出，满足无线网络严格的时钟要求，对VoIP、实时视频等业务有优异的性能保证。PTN强调手工指配，不依赖于路由、信令等灵活同时也难以排错的动态网络协议，在全网范围内可以很方便地开通端到端不同业务类型的点对点、点对多点和多点对多点连接，可以通过轻点鼠标查找业务路径、带宽、保护、告警、性能和该业务相关的上下层信息。

3.PTN实现技术

3.1传送多协议标记交换(MPLS-TP)技术

从因特网协议/多协议标记交换(IP/MPLS) 发展来的传送多协议标记交换(MPLS-TP)技术。该技术抛弃了基于IP地址的逐跳转发机制，并且不依赖于控制平面来建立传送路径；保留了多协议标记交换(MPLS)面向连接的端到端标签转发能力；去掉了其无连接和非端到端的特性，即不采用最后一跳弹出(PHP)、标记交换路径合并、等价多路径等，因此具有确定的端到端传送路径，并增强了满足传送网需求；且具有传送网风格的网络保护机制和OAM能力。

3．2面向连接的以太网传送技术

从以太网发展而来的面向连接的以太网传送技术，如IEEE 802.1Qay规范的运营商骨干桥接-流量工程(PBB-TE)。该技术在IEEE 802.1ah运营商骨干桥接(PBB，即MAC in MAC)基础上进行了改，取消了媒体访问控制(MAC)地址学习、生成树和泛洪等以太网无连接特性，并增加了流量工程(TE)来增强QoS能力。目前 PBB-TE主要支撑点到点和点到多点的面向连接的业务传送和线性保护，暂不支撑面向连接的多点到多点之间的业务传送和环网保护。

3.3 PTN对L3功能和业务的支撑

目前的PTN主要定位于提供二层(L2)的业务，包括E1/ATM仿真业务、E-Line/E- LAN/E-Tree以太网业务等。PTN的主要应用场景是移动网络的回传，包括目前的3G网络，以及未来的长期演进(LTE)。PTN可以很好地满足现有3G网络回传的承载需求，但是否能够满足LTE的需求人们还心存疑虑。

L3功能主要包括IP路由和转发功能，以及L3 MPLS VPN和L3组播功能。由于IP流量和组播存在流量带宽和路由的不确定性，因此很难提供严格的QoS保障能力。如果在PTN中引入这两种业务，为了避免对原有L2业务的影响，只能将这两种业务设置为最低等级的业务。而L3 MPLS虚拟专用网(VPN)由于是基于MPLS实现，因此可以采用基于MPLS的流量工程和区分服务机制来保障业务的服务质量。同时还可以在 MPLS VPN中支撑L3组播，同样可以保证服务质量[4]。

3.4 数据平面环回功能

现有的PTN设备只支撑OAM的环回功能(LB)。通过OAM LB可以验证源、宿维护端点间的双向连通性，以检测节点间及节点内部故障，但是并不能对故障进行准确的定位。如图1所示，如果PE2-PE3之间的链路发生故障，通过OAM LB并不能确定是PE3出现故障还是PE2-PE3之间的链路发生故障。而如果支撑类似SDH设备的数据平面环回，即业务环回，则可以通过对不同的点进行环回，实现对故障的准确定位。

与SDH类似，目前提出的PTN的数据平面环回包括远端环回(入口环回)、近端环回(出口环回)和光纤环回(客户环回)3种方式。除了进行故障定位，光纤环回还可以进行单端业务性能测试，如双向时延、丢包率和吞吐量测试，以方便进行现网测试。

4.PTN网络的规划

IETF RFC5654将MPLS-TP分为传送业务层、传送通道层和段层。其中传送业务层可以是PW或业务LSP，类似于同步数字体系(SDH)网络中的VC- 12。PW用于提供时分复用(TDM)、以太网和异步传输模式(ATM)等仿真业务;业务LSP用于提供IP和MPLS等网络层业务。传送通道层是指 LSP层，类似于SDH网络中的VC-4。段层用于在两个相邻MPLS-TP节点之间汇聚传送业务层或传送通道层的信息。段层可以是采用MPLS-TP技术实现，也可以采用其他技术来实现，如采用同步数字体系/以太网/光传送网(SDH/ETH/OTN)。PTN通过采用多层网络的架构，可以实现与同步数字体系/光传送网类似的可扩展性。

除了MPLS-TP关注的3层网络之外，PTN设备还需要支撑业务层和段层技术的相关功能。如以太网业务层的OAM(属于IEEE802.1ag和Y.1731)、以太网链路层OAM(属于IEEE 802.3ah)、SDH业务和链路的开销处理和保护功能等[5]。

4.1 PTN的组网模式　

　PTN具有以下技术特征：

1．采用面向连接的分组交换(CO-PS)技术，基于分组交换内核，支撑多业务承载。

　  2．严格面向连接。该连接应能长期存在，可由网管手工配置。

　  3．提供可靠的网络保护机制，并可应用于PTN的各个网络分层和各种网络拓扑。

4．为多种业务提供差异化的服务质量保障。

5．具有完善的OAM故障管理和性能管理功能。

6．基于标签进行分组转发。OAM报文的封装、传送和处理不依赖于IP封装和IP处理。保护机制也不依赖于IP分组。

7．支撑双向点到点传送路径，并支撑单向点到多点传送路径；支撑点到点(P2P) 和点到多点(P2MP)传送路径的流量工程控制能力。

4.2 PTN网络保护功能要求

　 PTN网络支撑的保护方式分为以下三大类：

  (1)PTN网络内的保护方式

PTN网络内的线性保护包括单向/双向1+1路径保护、双向1︰1或1︰N (N >1)路径保护、单向/双向1+1 SNC/S保护和双向1︰1 SNC/S保护，应至少支撑双向1︰1保护机制。

PTN网络内的环网保护包括Wrapping和STeering两种保护机制，应至少支撑一种环网保护机制。

(2)分组传达网与其他网络的接入链路保护

1．TDM/ATM接入链路的1+1或1︰N保护。

2．以太网GE/10GE接入链路的保护，即链路聚合组(LAG)。

(3)双归保护

PTN网络内保护和接入链路保护相配合，实现在接入链路或PTN接入节点失效情况下的端到端业务保护。具体实现机制待研究。

PTN的网络内保护方式应满足以下通用功能要求：

(1)PTN的保护倒换应支撑链路、节点故障和网管外部命令的触发，并应支撑各种倒换请求的优先级处理。故障类型触发支撑物理链路、VP/VC信号失效(SF)和中间节点失效，支撑信号劣化(SD)。外部命令触发支撑锁定到工作、强制倒换、人工倒换和清除命令等网管命令。

(2)保护倒换方式包括支撑单端倒换和双端倒换类型，支撑配置为返回或不返回操作模式，支撑等待恢复(WTR)功能的启动和等待恢复时间的设置。

(3)保护倒换时间。在拖延时间设置为0的情况下，保护倒换引起的业务受损时间应不大于50 ms(对SD触发的保护倒换除外)。

(4)拖延时间设置。在PTN的底层网络(如WDM和OTN) 配置了保护方式情况下，PTN网络保护方式应支撑拖延时间的设置，可设置为50 ms或100 ms。1.4 PTN网络的OAM架构和功能要求

PTN网络的OAM功能包括PTN网络内的OAM机制、PTN网络业务层OAM机制以及接入链路层的OAM机制等。PTN网络内的OAM分为告警相关的OAM、性能相关的OAM和其他OAM三大类。其中，主动OAM是指周期性连续实施的OAM操作。主动上报故障和误码性能的检测结果。按需OAM指人工发起的有限次数的OAM操作，通常用于故障的诊断和定位。

4.3 PTN的网络层次定位

PTN继承了SDH/MSTP良好的组网、保护和可运维能力，又利用IP化的内核提供了完善的弹性带宽分配、统计复用和差异化服务能力，能为以太网、TDM和ATM等业务提供丰富的客户侧接口，非常适合于高等级、小颗粒业务的灵活接入、汇聚收敛和统计复用。

而PTN能提供的最大速率网络侧接口只有10GE（万兆以太网）接口，以其组建骨干层以上网络显然无法满足当前业务带宽爆炸性增长的需求。因此，PTN定位于城域汇聚接入层网络，未来可与由DWDM/OTN设备组建的具备超大带宽传送能力的城域核心骨干层网络和由PON设备组建的侧重于密集型普通用户接入的全业务接入网络共同构成城域传送网的主体。

4.4 PTN与其他网络的关系

在城域汇聚接入层，目前中国移动已建设或正在组建SDH/MSTP网、IP城域网和全业务接入网三张网络，PTN网络的建设是否会产生对已有网络的重叠或替代呢？从各网络适合承载的业务类型上看，在短期内是不会产生的。

SDH/MSTP网适合承载TDM业务和少量高等级数据业务、IP城域网和全业务接入网在承载普通数据业务时有较大的成本优势，而PTN则适合承载高等级的数据业务和少量TDM业务，由于TDM业务和服务等级差异化的数据业务需求短时间内不会消亡，企业也有进一步挖掘当前网络潜力以保护投资的需要，因此PTN将会与现有网络长期共存，并共同为用户提供在业务种类和安全等级等方面更符合用户要求的服务。

5．PTN的主要应用场景


PTN设备在未来的网络应用中主要是在城域网中，主要是移动回传、优质客户接入与大客户虚拟网。移动网络也在经历从窄带向宽带，从电路向分组化演进的过程中，继续维护2G，重点发展3G网络在世界上已经是普遍的趋势。PTN支撑2G的BTS到BSC的ATM接口、TDM接口、以太接口，也支撑3G的NodeB到RNC的以太接口、传统TDM接口、ATM接口，对未来向LTE的演进，考虑了合适的容量、物理接口速率、时延丢包性能和S1/X2逻辑接口的支撑方案，可以做到同一种设备对不同代的移动网络的同时支撑。移动网络本身对高精度时钟的要求，要求频率同步做到低于50PPB，时间同步绝对值小于1us，甚至500ns，PTN设备已经普遍支撑1588v2和同步以太，对同步的支撑是规范和跨厂家的。PTN设备的容量高于MSTP同档次产品，满足无线宽带发展的要求[6]。对PTN设备组建的精品网络，移动回传在一定时期内也只会消耗约数百兆容量，大量的带宽还可以为对网络QoS要求比较高、可靠性高的优质的行业客户提供接入和组建虚拟网。由于行业客户的专有网络也在向IP化转型，引入PTN组建虚拟网，可以高效承载，而且，带宽配置可以很灵活，安全性和TDM组网一样高，管理便捷，维护手段更丰富。PTN的应用场景包括对已有网络和设备的利用。PTN对传统接口的支撑可以保持对原有业务提供不间断的服务，利用旧网络扩大新网络的覆盖区域，旧网络也可以利用PTN的特性进一步提高网络性能和成本收益。以2M业务为例，PTN的2M依然可以提供可靠的带宽保证，但是不用时则可以让给其他业务共享，因此实际的每Mbps的带宽成本可以降低很多。

新制式设备的引入往往需要考虑与已有设备的关系：是与已有设备共同组建混合制式网络，还是独立组建一张网，是否有更好的解决方案？中国移动浙江分企业对各种PTN组网模式的优劣作了深入地分析比较，并结合本省的业务特点和未来的技术演变趋势提出了OTN+PTN的联合组网模式。如表1所示，SDH/MSTP+PTN的混合组网模式和PTN独立组网的模式在PTN网络的后续发展上都会因网络演进需要或遭遇资源瓶颈而进行频繁地调整或扩容，不能很好地适应未来业务突发性强、带宽需求增长迅速的场景。而DWDM/OTN+PTN的联合组网模式具备良好的网络扩展性，更适合作为中大规模城域网例如杭州移动城域网的组网模式[6]。

                              PTN应用场景可以逐步扩大到普遍服务。对小企业来讲，以合适的价格享受专线/专网服务，享受高带宽和高可靠性，不一定只用拨号服务。对一般个人用户，除非大容量的要求，运营商一般不会直接提供PTN服务，更多的可能是PTN和接入技术的结合，由PON、xDSL等提供家庭多业务接入，然后传到PTN。


6.PTN的发展趋势


PTN技术无疑是目前传送技术发展的一个高峰，它是继ATM试图一统网络世界失败后，目前看来最有可能实现网络统一的技术。网络统一，近期的应用目标是三网融合，从技术深处来看，是通过网络自身的技术进化，使得业务传送本身作为一种服务，更便于人与人、人与机器、机器与机器通信的使用，而不是不得不把重心放在传送本身上，在未来则要实现网络的自组织、自管理。PTN技术在5年内必将会大规模部署，成为传送网的主流设备，PTN的设备形态也许会更加多样化。比如与接入技术的融合，与OTN、ROADM技术的融合。但是PTN提供的传送作为通信网络的基础业务之一，如何应用方便、高效、安全可靠，仍然是可以不断追求的目标。当前PTN提供的多业务服务主要是同质类型网络的传送和互联，从原理上讲，可以实现异质网络的互通。目前PTN网络主要考虑的还是大规模部署的可能性和可靠性。业务数据层面的互通性已经有充分的证明，对控制层面的UNI、ENNI接口的互通还需要进一步研究。传送网从上世纪80年代SDH产生以来，其核心技术从没有像今天这样，发生如此大的改变。PTN技术如此令人惊讶，它的出现彻底改变了TDM作为核心的位置，代之以分组交换和QoS支撑。它可以完全接纳所有曾经出现的重要的网络，它完整地保持了传送网技术的核心精神，毫无疑问，PTN作为SDH传送网的继承者，在网络基础服务中将发挥基石作用。

参考文献

[1]陈孟奇．PTN网络建设与业务规划探讨．通信世界，2009，(4)

[2]李学敏．面向移动业务的PTN组网架构及部署策略分析．通信世界，2009，(4)

[3]张立新．IP系列之一业务发展推动移动传输网络的全面IP化．数据通信，2008，(5)

[4]成少飞．面向5G的移动传输网络的优化与演进．通信产业报．2007，8

[5]张立新．移动传输网来的IP化．数据通信，2006，(6)

[6]eNet硅谷动力．面向IP架构的移动核心传输网建设．2008，4