1、 PTN 组网技术分析与研究龚润田摘要：近年来 PTN作为新的一代光传送网络技术，其应用前景十分广阔。本文讨论了这项技术的发展现状、技术特征与应用定位。关键词：分组传送网 PTN；光传送网 OTN；同步数字体系 SDH；全 IP ALLIPPTN Technical Analysis and Research NetworkGONG Run-tian Abstract: In recent years PTN as a new generation of optical transport network technology, its application prospect is very
2、 broad. This article discusses the technology development status, characteristics and application of positioning technology.Keywords: PTN; OTN; SDH; ALLIP1 前言随着移动通信业务的发展和移动用户的快速增长，电信业正在发生巨大的变革。为适应移动业务从以电路语音为主的单一业务向多业务转变，移动网络架构从 2G 到 3G，后续向 LTE 演进，移动网络在向 ALL IP 化、宽带化发展过程中，对传输网提出新的需求。 SDH/MSTP 具备高可靠性、
3、高稳定性、易于管理维护等特点，在 2G 和 3G 初期以语音业务为主时，兼有少量数据业务的应用中，SDH/MSTP 仍是最佳的传输网解决方案。随着 3G/LTE 宽带业务的发展，SDH/MSTP 传输网存在带宽利用率低下、扩展困难、配置不够灵活等弊端，传输网需要采用灵活、高效和低成本的分组传送平台来实现全业务统一承载和网络融合，分组传输网（PTN）技术应运而生。2 PTN 分组传送网技术概述PTN（分组传送网，Packet Transport Network）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在 IP 业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而
4、设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO） ，同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的 OAM 和网管、可扩展、较高的安全性等。PTN 支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更 加适合于 IP 业务特性的 “柔性” 传输管道；点对点连接通道的保护切换可以在 50 毫秒内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复；继承了 SDH 技术的操作、 管理和维护机制，具有点对点连接的完整 OAM，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与 IP/MPLS 多种方式的
5、互连互通，无缝承载核心 IP 业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务 QoS 的区分和保证，灵活提供 SLA等优点。另外，它可利用各种底层传输通道（如 SDH/Ethernet/OTN） 。总之，它具有完善的OAM 机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合 GMPLS 后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。3 PTN 两种典型技术3.1 PBT 技术PBB 技术的基本思路是将用户的 以太网数据帧再封装一个运营商的以太网帧头，形成两个 MAC 地址。 PBB 的主要优点是：具有清晰的运营网和用户间的界限，可以屏蔽用户侧
6、信息，实现二层信息的完全隔离，解决网络安全性问题; 在体系架构上具有清晰的层次化结构，理论上可以支持 1600 万用户，从根本上解决网络扩展性和业务扩展性问题;规避了广播风暴和潜在的转发环路问题：无需担心 VLAN 和 MAC 地址与用户网冲突，简化了网络的规划与运营;采用二层封装技术，无需复杂的三层信令机制，设备功耗和成本较低; 对下可以接入 VLAN 或 SVLAN，对上可以与 VPLS 或其他 VPN 业务互通，具有很强的灵活性，非常适合接入汇聚层应用; 无连接特性特别适合经济地支持无连接业务或功能，如多点对多点 VPN(E-LAN)业务、IPTV 的组播功能等。PBB 的主要缺点是：依
7、靠生成树协议进行保护，保护时间和性能都不符合电信级要求，不适用于大型网络;依然是无连接技术，OAM 能力很弱;内部不支持流量工程。在 PBB 的基础上，关掉复杂的泛洪广播、生成树协议以及 MAC 地址学习功能，增强一些电信级 OAM 功能，即可将无连接的以太网改造为面向连接的隧道技术，提供具有类似 SDH 可靠性和管理能力的硬 QoS 和电信级性能的专用以太网链路，这就是所谓的 PBT(网络提供商骨干传送)技术，又称 PBB-TE。 PBT 技术的显著特点是扩展性好。关掉 MAC 地址学习功能后，转发表通过管理或者控制平面产生，从而消除了导致 MAC 地址泛洪和限制网络规模的广播功能;同时，P
8、BT 技术采用网管/控制平面替代传统以太网的 “泛洪和学习”方式来配置无环路 MAC 地址，提供转发表，这样每个 VID 仅具有本地意义，不再具有全局唯一性，从而消除了 12bit(4096)的VID 数限制引起的全局业务扩展性限制，使网络具有几乎无限的隧道数目(260)。此外，PBT 技术还具有如下特点：转发信息由网管/ 控制平面直接提供，可以为网络提供预先确知的通道，容易实现带宽预留和 50ms 的保护倒换时间; 作为二层隧道技术， PBT 具备多业务支持能力;屏蔽了用户的真实 MAC，去掉了泛洪功能，安全性较好; 用大量交换机替代路由器，消除了复杂的 IGP 和信令 协议，城域组网和运营
9、成本都大幅度下降;将大量 IEEE 和ITU 定义的电信级网管功能从物理层或重叠的网络层移植到数据链路层，使其能基本达到类似 SDH 的电信级网管功能。 然 而 ， PBT 存 在 部 分 问 题 ： 首 先 ， 它 需 要 大 量 连 接 ， 管 理 难 度 加 大 ； 其 次 ， PBT只 能 环 型 组 网 ， 灵 活 性 受 限 ； 再 次 ， PBT 不 具 备 公 平 性 算 法 ， 不 太 适 合 宽 带 上 网 等 流量 大 、 突 发 较 强 的 业 务 ， 容 易 存 在 设 备 间 带 宽 不 公 平 占 用 问 题 ； 最 后 ， PBT 比 PBB多 了 一 层 封
10、装 ， 在 硬 件 成 本 上 必 然 要 付 出 相 应 的 代 价 。3.1 T-MPLS 技术T-MPLS（Transport MPLS）是一种面向连接的分组传送技术，在传送网络中，将客户信号映射进 MPLS 帧并利用 MPLS 机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增加传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复） 、管理和控制面（ASON /GMPLS） 。总体上说，T-MPLS 选择了 MPLS 体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了 IETF（Internet Engineering Task Force）为 MPLS 定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面
11、，去掉了不必要的转发处理。T-MPLS 继承了现有 SDH 传送网的特点和优势，同时又可以满足未来分组化业务传送的需求。T-MPLS 采用与 SDH 类似的运营方式，这一点对于大型运营商尤为重要，因为他们可以继续使用现有的网络运营和管理系统，减少对员工的培训成本。由于 T-MPLS 的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及 IP 路由方面的功能，因此 T-MPLS 的实现要比 IP/MPLS 简单，包括设备实现和网络运营方面。T-MPLS 最初主要是定位于支持以太网业务，但事实上它可以支持各种分组业务和电路业务，如 IP/MPLS、SDH 和 OTH 等。T-MPLS 是一种面向连接的网络技
12、术，使用 MPLS 的一个功能子集。 T-MPLS 的主要功能特征包括： （1）T-MPLS 的转发方式采用 MPLS 的一个子集：T-MPLS 的数据平面保留了 MPLS的必要特征，以便实现与 MPLS 的互联互通。 （2）传送网的生存性：T-MPLS 支持传送网所具有的保护恢复机制，包括 1+1、1:1、环网保护和共享网状网恢复等。MPLS 的 FRR 机制由于要使用 LSP 聚合功能而没有被采纳。（3）传送网的 OAM 机制：T-MPLS 参考 Y.1711 定义的 MPLS OAM 机制，延用在其他传送网中广泛使用的 OAM 概念和机制，如连通性校验、告警抑制和远端缺陷指示等。 （4）
13、T-MPLS 控制平面：初期 T-MPLS 将使用管理平面进行配置，与现有的 SDH 网络配置方式相同。目前 ITU-T 已经计划采用 ASON/GMPLS 作为 T-MPLS 的控制平面，下一步将开始具体的标准化工作。 （5）不使用保留标签：任何特定标签的分配都由 IETF 负责，遵循 MPLS 相关标准，从而确保与 MPLS 的互通性。 由于 T-MPLS 是利用 MPLS 的一个功能子集提供面向连接的分组传送，并且要使用传送网的 OAM 机制，因此 T-MPLS 取消了 MPLS 中一些与 IP 和无连接业务相关的功能特性。T-MPLS 与 MPLS 的主要区别如下： （1）IP/MPL
14、S 路由器是用于 IP 网络的，因此所有的节点都同时支持在 IP 层和 MPLS层转发数据。而传送 MPLS 只工作在 L2，因此不需要 IP 层的转发功能。 （2）在 IP/MPLS 网络中存在大量的短生存周期业务流。而在传送 MPLS 网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。 而在具体的功能实现方面，两者的主要区别包括： （1）使用双向 LSP：MPLS LSP 都是单向的，而传送网通常使用的都是双向连接。因此 T-MPLS 将两条路由相同但方向相反的单向 LSP 组合成一条双向 LSP。 （2）不使用倒数第二跳弹出（PHP）选项：PHP 的目的是简化对出口节点的处理要求，但是
15、它要求出口节点支持 IP 路由功能。另外由于到出口节点的数据已经没有 MPLS 标签，将对端到端的 OAM 造成困难。 （3）不使用 LSP 聚合选项：LSP 聚合是指所有经过相同路由到同一目的节点的数据包可以使用相同的 MPLS 标签。虽然这样可以提高网络的扩展性，但是由于丢失了数据源的信息，从而使得 OAM 和性能监测变得很困难。 （4）不使用相同代价多路径（ECMP）选项：ECMP 允许同一 LSP 的数据流经过网络中的多条不同路径。它不仅增加了节点设备对 IP/MPLS 包头的处理要求，同时由于性能监测数据流可能经过不同的路径，从而使得 OAM 变得很困难。 （5）T-MPLS 支持端
16、到端的 OAM 机制。 （6）T-MPLS 支持端到端的保护倒换机制，MPLS 支持本地保护技术 FRR。 （7）根据 RFC3443 中定义的管道模型和短管道模型处理 TTL。 （8）支持 RFC3270 中的 E-LSP 和 L-LSP。 （9）支持管道模型和短管道模型中的 EXP 处理方式。 （10）支持全局唯一和接口唯一两种标签空间。4 PTN 组网原则及策略某运营商本地网 PTN 总体建设原则是：移动本地网原则上采用 PTN 技术组网，按照全程全网的原则整体规划，分布实施，兼顾 GSM 基站及重要集团客户等全业务接入需求，与现有的 MSTP 网络共存，统筹建设。网络规划原则是：采用扁
17、平化的组网结构，统筹规划核心层、汇聚层、接入层。4.1 核心层 PTN 组网原则核心层应采用大容量或中容量设备，NNI(网络侧接口) 接口速率不小于 10G，采用环形结构或网状结构，并以 GE 光接口与核心网对接，负责各种业务 IP 电路的调度。4.2 汇聚层 PTN 组网原则汇聚层 PTN 网络应采用环形结构，环路节点数量宜为 36 个。PTN 网络收敛的 TDM(时分复用 )电路应在汇聚层以 STM-1 方式与 SDH 汇聚层网络对接。4.3 接入层 PTN 组网原则PTN 网络接入层以环形结构为主，末端接入可采用链形或星形结构。接入层一般组建 GE 环路，环路节点数一般为 46 个节点;
18、密集城区业务量较大的区域可组建 10GE 环路，环路节点数一般为 68 个节点。早期原有采用 MSTP 接入的 TD 基站，可以结合 PTN 整体规划，逐步替换为 PTN 设备承载。4.4 MSTN 与 PTN 混合组网思路原则上，混合组网主要以接入层为主。方式一，新建 PTN 接入环网，下挂在传统MSTP 汇聚节点下面;方式二，新建 MSTP 环网，下挂在 PTN 汇 聚节点下面;方式三，接入层 MSTP 与 PTN 设备直接组网; 方式四，传统的 MSTP 环网与新建的 PTN 环网在汇聚层互通，以实现传统 MSTP 网络与新建 PTN 网络的互通。5 PTN 技术现状及发展趋势伴随全球信
19、息化前进步伐的加快，高清视频、云计算等业务带来的网络容量剧增，需要承载网拥有足够多的容量，承载网的扩容与平滑升级成为宽带提速的重要工作之一。全业务运营是未来电信运营商发展的必由之路，支持移动、固网、互联网等多业务的传送平台是技术的发展趋势。分组化的传送平台以分组业务为核心并支持多业务提供，同时继承光传输的传统优势，如高可用性和可靠性、便捷的网管、保护和同步、易扩展、业务隔离与高安全性等，满足了全业务运营的要求。正因为如此，PTN 作为新一代传送网技术于近两年脱颖而出，在全球各大运营商网络中获得大规模商业部署。随着 ALLIP 进程的不断加快和全业务运营时代的到来，PTN 作为新一代分组传送网技术的发展前景无疑是广阔的。参考文献：1 移动本地网 PTN 组网建设方案及策略 21IC 中国电子网2 船夫PTN 未来发展走向值得关注 中国信息产业网 -人民邮电报3 魏涛，张宾OTN+PTN 联合组网模式分析J电信科学，2010(8)4 丁小军PTN 和 OTN 的技术发展与应用 J邮电设计技术，2009(5)
