PTN對傳輸網發展的重要意義

楊 錫

（中國鐵通集團有限公司云南公司大理分公司 云南 671000）

1 簡介

PTN是分組傳送網（packet transport network）的簡稱，是新型的城域寬帶傳輸網絡，是適合于傳送電信（有線/無線）業務、電視和數據業務的統一傳輸平臺，是符合NGN要求的傳輸基礎。

在網絡向全IP化演進的大背景下，在終端，如手機、PC已經是以IP為基礎實現各種各樣的業務接入，企業用戶已經全面使用路由器、交換機、網關、服務器、防火墻，各種網絡的業務控制也逐漸轉向IP化的條件下，傳輸網為了實現對上層業務的高效承載，從MSTP演進到PTN是大勢所趨。

PTN技術主要有兩個，即T-MPLS和PBT，其中T-MPLS經由阿爾卡特朗訊、愛立信、富士通、華為和泰樂等眾多支持者提議，于2006年2月由ITU-T實現了技術的標準化，是PTN的首次嘗試。它基于ITU-T G.805傳輸網絡結構，由 ITU 完成標準化（G.8110.1、G.8112、G.8121），其主要改進包括通過消除IP控制層簡化MPLS以及增加傳輸網絡需要的OAM和管理功能。

T-MPLS是一種基于MPLS、面向連接的分組傳送技術。與MPLS不同，T-MPLS不支持無連接模式，實現上要比MPLS更簡單，更易于運行和管理。T-MPLS取消了MPLS中與L3和IP路由相關的功能特性，其設備實現將滿足運營商對低成本和大容量的下一代分組網絡的需求。T-MPLS延續了現有基于電路交換傳送網的思想，采用與其相同的體系架構、管理和運行模式。

2 PTN為何會成為傳輸網的主流

2.1 技術層面

傳統意義上，在物理媒介層，如光纖等，和來自客戶的業務層之間存在的傳送設備的功能結構是以固定的時隙交換、波長交換或者空分交換為基礎的，如現有的設備形態、PDH、SDH/SONET、OTN、ROADM 均是如此，采用固定式交換的基本前提是業務基于PSTN時代的64 kbit/s基本單元，在分組化盛行的時代，顯然不能很好地適應，由此導致技術上傾向于采用分組交換的交換/轉發內核，同時依然符合ITU-T G.805傳送網設備功能結構的一般要求，即PTN設備。

PTN設備針對分組業務流的突發性，能夠采用統計復用的方法進行傳送，在保證各優先級業務CIR（committed information rate）的前提下，對空閑帶寬按照優先級和EIR（excess information rate）進行合理的分配，既能滿足高優先級業務的性能要求，又能盡可能地充分共享未用帶寬，解決了TDM交換時代帶寬無法共享的問題，無法有效支持突發業務的根本缺陷。PTN設備的分組轉發平面并沒有特立于數據網絡的數據轉發平面，而是充分利用了成熟的數據二三層技術，實現設備無阻塞的數據報文轉發能力，但同時PTN設備保持了傳送網絡的一般特征，如5個9的高可用性，強大的分層OAM能力和可維護性，優異的同步性能，關鍵部件的1＋1備份帶來的高可靠性，低于50 ms的保護，端到端的QoS保證，多業務支持，強大的拓撲、業務、帶寬、節點、告警、性能的管理能力和業務安全性。

PTN設備接口速率除了傳統的2 Mbit/s、155 Mbit/s，主要是吉比特以太和萬兆以太，因此可以明顯降低每Mbit的傳送成本，并且由于技術的進步，端口密度、設備容量體積比大大增加，而耗電量明顯降低。

2.2 網絡運營

現在運營商運維的網絡主要以技術類型劃分，如數據網、電信傳輸網、ATM網等，從廣義上講，每種類型都能承擔一些特定類型業務的傳送任務，但是因為每一種網絡類型都是完全不同的技術和運維辦法，分割了運營商有限的人力和資金。若開通某些業務需要跨過不同的網絡，因為網絡層次很多，維護甚至業務開通都會成為麻煩的問題，因此不可能把每種網絡都建好管好，但如果彼此只建一種網絡就會失去提供某些應用的可能，落后于競爭對手。

現在PTN網絡提供了一個性能最好，兼容以太網、ATM、SDH、PDH、PPP/HDLC，幀中繼各種技術的統一傳送平臺，消除了網絡建設類型的多樣性，代之以接口類型的多樣性，原有的網絡設備，如ATM交換機、以太交換機、PDH光端機，可以通過PTN網絡互聯在一起，也可以被PTN的ATM接口、以太網接口、PDH接口直接替換。

PTN技術的妙處在于完美地結合了數據技術與傳輸技術，來自數據方面的大容量分組交換/標簽交換技術、QoS技術，來自傳送的OAM管理、50 ms保護和同步，可以使運營商的基礎網絡設施獲得最大的技術優勢，增強未來快速部署新應用的靈活性和降低成本，同時可以最大程度地利用現有網絡，保護運營商的已有資產。

如果將PTN的LSP/PW與SDH基于VC的高階通道和低階通道聯系起來類比，PW就類似低階通道，它的作用就是對客戶業務的封裝，并且作為低階的業務指示，方便在高階的層面復用，而LSP非常類似高階通道，可以承載多條PW到達同一個目的站點。對于熟悉傳送網的運維人員來講，LSP和PW可以看作是更靈活的高低階通道，該通道的帶寬是可大可小的，但是端到端的故障管理和告警，如 AIS、RDI、CSF以及性能上報都是和SDH一樣的，并且增加了丟包/時延性能檢測、測試、鎖定、環回等增強的OAM功能，方便操作者發現和定位故障。

相比數據網絡，PTN同步特性可以提供高精度的頻率和時間輸出，滿足無線網絡嚴格的時鐘要求，對VoIP、實時視頻等業務有優異的性能保證。PTN強調手工指配，不依賴于路由、信令等靈活同時也難以排錯的動態網絡協議，在全網范圍內可以很方便地開通端到端不同業務類型的點對點、點對多點和多點對多點連接，可以通過輕點鼠標查找業務路徑、帶寬、保護、告警、性能和該業務相關的上下層信息。

3 PTN的主要應用場景

PTN設備在未來的網絡應用中主要是在城域網中，主要是移動回傳、優質客戶接入與大客戶虛擬網。

移動網絡也在經歷從窄帶向寬帶、從電路向分組化演進的過程，繼續維護2G，重點發展3G網絡在世界上已經是普遍的趨勢。PTN支持2G的BTS到BSC的ATM接口、TDM接口、以太接口，也支持3G的Node B到RNC的以太接口、傳統 TDM接口、ATM接口，對未來向LTE的演進，考慮了合適的容量、物理接口速率、時延丟包性能和S1/X2邏輯接口的支持方案，可以做到同一種設備對不同代的移動網絡的同時支持。移動網絡本身對高精度時鐘的要求，要求頻率同步做到低于50 PPB，時間同步絕對值小于1 μs，甚至500 ns，PTN設備已經普遍支持1588v2和同步以太，對同步的支持是規范和跨廠商的。PTN設備的容量高于MSTP同檔次產品，滿足無線寬帶發展的要求。

對PTN設備組建的精品網絡，移動回傳在一定時期內也只會消耗約數百兆容量，大量的帶寬還可以為對網絡QoS要求比較高，可靠性高的優質的行業客戶提供接入和組建虛擬網。由于行業客戶的專有網絡也在向IP化轉型，引入PTN組建虛擬網，可以高效承載，而且帶寬配置可以很靈活，安全性和TDM組網一樣高，管理便捷，維護手段更豐富。

PTN的應用場景包括對已有網絡和設備的利用。PTN對傳統接口的支持可以保持對原有業務提供不間斷的服務，利用舊網絡擴大新網絡的覆蓋區域，舊網絡也可以利用PTN的特性進一步提高網絡性能和成本收益。以2 Mbit/s業務為例，PTN的2 Mbit/s依然可以提供可靠的帶寬保證，但是不用時即可以讓給其他業務共享，因此實際的每Mbit/s的帶寬成本可以降低很多。

PTN應用場景可以逐步擴大到普遍服務。對小企業來講，以合適的價格享受專線/專網服務，享受高帶寬和高可靠性，不一定只用撥號服務。對一般個人用戶，除非大容量的要求，運營商一般不會直接提供PTN服務，更多的可能是PTN和接入技術的結合，由PON、xDSL等提供家庭多業務接入，然后傳到PTN。

4 PTN的發展趨勢

PTN技術無疑是目前傳送技術發展的一個高峰，它是目前看來最有可能實現網絡統一的技術。網絡統一，近期的應用目標是三網融合，從技術深處來看，是通過網絡自身的技術進化，使得業務傳送本身作為一種服務，更便于人與人、人與機器、機器與機器通信的使用，而不是不得不把重心放在傳送本身上，在未來則要實現網絡的自組織、自管理。

PTN技術在5年內必將會大規模部署，成為傳送網的主流設備，PTN的設備形態也許會更加多樣化，比如與接入技術的融合，與OTN、ROADM技術的融合，但是PTN提供的傳送作為通信網絡的基礎業務之一，如何應用方便、高效、安全可靠仍然是可以不斷追求的目標。

當前PTN提供的多業務服務主要是同質類型網絡的傳送和互聯，從原理上講，可以實現異質網絡的互通。

當前PTN主要考慮的還是大規模部署的可能性和可靠性，業務數據層面的互通性已經有充分的證明，對控制層面的UNI、ENNI接口的互通還需要進一步研究。

5 PTN在城域網中的定位

5.1 技術對比

基于電路交換的SDH/MSTP網絡是通過剛性的分配機制和單板級別的IP化來保障以TDM業務為主、以太網數據業務為輔的高質量、安全的傳輸，因此其帶寬利用率較低。內核IP化的PTN技術，具備強大的帶寬統計復用能力，在面對突發性強、流量不確定的業務沖擊時更具生命力，但是相比MSTP網絡，PTN的劣勢在于TDM業務的接入，PTN也可以通過仿真支持TDM業務，但接入能力有限，只能作為TDM業務承載的補充手段，所以用于承載高QoS需求的IP化業務才能真正體現和發揮PTN的優勢。

與傳統的以太網相比，PTN良好地繼承了傳統SDH/MSTP網絡的端到端的OAM管理能力，并可根據不同的QoS機制提供差異化的服務，這正是盡力而為的傳統以太網所欠缺的，PTN的主要劣勢在成本方面，PTN短期內和傳統以太網的經濟性仍有很大的差距。

與IP over WDM/OTN技術相比，IP over WDM/OTN技術注重于解決IP業務的超長距離、超大帶寬傳輸問題，可以為大量的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s甚至40 Gbit/s等大顆粒業務提供點到點的傳輸通道，這是PTN難以達到的，但是IP over WDM/OTN的帶寬分配也是剛性的，帶寬利用率不高。同時，OTN設備并不具備二層匯聚收斂功能，因此，PTN的優勢體現在小顆粒IP業務的靈活接入、業務的匯聚收斂上，而并不擅長對大量的點到點大顆粒業務的傳送。

5.2 網絡層面

面對城域網匯聚接入層大量的IP化業務需求，采用SDH/MSTP或者傳統以太網都無法同時兼顧傳輸效率和傳輸質量的問題，PTN設備IP化的內核可以有效完成大量小顆粒業務的收斂和傳輸，非常適用于城域網匯聚接入層IP化業務量大、突發性強的特點。同時PTN繼承了傳輸設備的強大保護能力和豐富的OAM，為業務提供了電信級的保護和監控管理。

在城域網的核心骨干層以及干線，以各專業網元間互聯的大顆粒數據業務點到點的傳送為主，由于此類業務不再需要進一步的收斂，因此PTN技術不適合在骨干層以上應用，因此，PTN技術的引入，將主要借助于它在業務接入的靈活性、二層收斂、統計復用的優勢，聚焦于解決城域傳輸網匯聚接入層面上IPRAN以及全業務的接入、傳送問題。

6 PTN與其他網絡的關系

PTN能夠承載的業務類型既包含高QoS要求的基站業務和專線業務，又包含高帶寬、突發性強的數據業務，這與中國移動城域網內目前已部署或已經開始建設的SDH/MSTP網、IP城域網以及全業務接入網有著密切的聯系和區別。

6.1 PTN與城域MSTP網

經過多年的發展，在2G業務的承載方面，SDH/MSTP網絡的結構成熟、穩定，網絡規模也比較龐大，考慮到SDH/MSTP也具備相當的IP業務承載能力，而且短期內2G業務仍然會持續發展。在PTN大規模部署前，傳統的小顆粒2G業務以及零星的、小規模的專線業務仍然可以由SDH/MSTP網絡進行承載，以充分利用前期已配置的網絡資源。

在基站IP化進程完成后，大量由TDM方式承載的基站改為由IP方式承載，此時，城域MSTP網絡將出現大量的空閑資源，考慮到MSTP網絡優秀的業務保護能力和OAM能力以及經過多年建設形成的廣泛覆蓋能力，可以將MSTP網絡作為PTN的有效補充，為帶寬需求不高，但是安全性和私密性要求較高的客戶提供專線接入，同時可覆蓋PTN暫時無法到達的區域。

6.2 PTN與IP城域網及全業務接入網

PTN、IP城域網以及以PON技術為代表的全業務接入網，3張網絡在二層以下是統一的、融合的網絡，只是面向的業務對象不同。

首先，PTN采用了二層面向連接技術，而且集成了二層設備的統計復用、組播等功能，可以基于LSP實現端到端的電信級以太網業務保護、帶寬規劃等，因此在高等級的業務傳送、網絡故障定位等方面，與傳統的二層數據網相比，優勢明顯，特別適用于高等級的基站類業務、大客戶專線類業務的承載。

由于用戶業務的QoS保障、網絡安全性等方面的不足，IP城域網主要通過低成本、擴展性好的優勢，采用二層交換設備接入互聯網等實時性、可靠性要求不高的低等級IP業務。

全業務接入網則側重于密集型普通用戶接入，根據用戶群體的不同需求，常見的解決方案有PON+LAN、PON+PBX、PON+交換機等，全業務接入網主要完成OLT以下語音和數據的接入、匯聚。在初期業務量不大的情況下，OLT上行接口可通過PTN或者交換機最終進入IP城域網，在全業務發展的爆發期，IP over WDM/OTN必將進一步下沉，承載OLT的上行業務。

7 PTN的建設策略

在現網結構的基礎上，城域傳輸網PTN設備的引入總體上可分為PTN與SDH/MSTP獨立組網，PTN與SDH/MSTP混合組網以及PTN與IP over WDM/OTN聯合組網3種模式。在混合組網模式中，根據IP分組業務需求和發展，PTN設備的引入又可以分為4個演進階段，下面分別介紹并分析。

7.1 混合組網模式

依托原有的MSTP網絡，從有業務需求的接入點發起，由SDH和PTN混合組環逐步向全PTN組環演進的模式稱之為混合組網模式。混合組網模式可分為4個不同階段。

階段1：在基站IP化和全業務啟動的初期，接入層出現零星的IP業務接入需求，PTN設備的引入主要集中在接入層，與既有的SDH設備混合組建 SDH環，提供E1、FE等業務的接入，考慮到接入IP業務需求量不大，該階段匯聚層以上采用MSTP組網方式仍然可以滿足需求。

階段2：隨著基站IP化的深入和全業務的持續推進，在業務發達的局部地區將形成由PTN單獨構建的GE環。考慮到部分匯聚點下掛GE接入環的需求，匯聚層的相關節點 （如節點E、F）可通過MSTP直接替換成PTN或者MSTP逐漸升級為PTN設備的方式，使此類節點具備GE環的接入能力，但整個匯聚層仍然為MSTP組網，接入層GE環的FE業務需要在匯聚節點E、F處通過業務終接板轉化成E1模式后，再通過匯聚層傳輸。

階段3：在IP業務的爆發期，接入層GE環數量劇增，對匯聚層的分組傳輸能力提出了更高要求。該階段匯聚層部分節點，如B、E、F節點之間在 MSTP環路的基礎上，再疊加組建GE/10GE環，滿足接入層TDM業務、IP業務的同時接入和分離承載。

階段4：在網絡發展遠期，全網實現All IP化后，城域匯聚層和接入層形成全PTN設備構建的分組傳送網，網絡投入產出比大大提高，管理維護進一步簡化。

前3個階段，業務的配置類似于SDH/MSTP網絡端到端的1+1 PP方式，只是演進到第4階段純PTN組網，業務的配置轉變為端到端的 1∶1 LSP方式。總體上，混合組網有利于SDH/MSTP網絡向全PTN的平滑演進，允許不同階段、不同設備、不同類型環路的共存，投資分步進行，風險較小，但在網絡演進初期，混合組網模式中由于PTN設備必須兼顧SDH功能，導致網絡面向IP業務的傳送能力被限制并弱化了，無法發揮PTN內核IP化的優勢。在網絡發展后期，又涉及大量的業務割接，網絡維護的壓力非常大。鑒于此，除了現網資源缺乏（如局房機位緊張、電源容量受限、光纜路由不具備條件）確實無法滿足單獨組建PTN條件的，或者因為投資所限必須分步實施PTN建設的，均不推薦混合組網模式進行PTN的建設。

7.2 獨立組網模式

從接入層至核心層全部采用PTN設備，新建分組傳送平面和現網（MSTP）長期共存、單獨規劃、共同維護的模式稱之為獨立組網模式。該模式下，傳統的2G業務繼續利舊原有MSTP平面，新增的IP化業務（包含IP化語音、IP化數據業務）則開放在PTN中。PTN獨立組網模式的網絡結構和目前的2G MSTP網絡相似，接入層GE速率組環，匯聚環以上均為10 Gbit/s以太網速率組環，網絡各層面間以相交環的形式進行組網。

獨立組網模式的網絡結構非常清晰，易于管理和維護，但新建獨立的PTN一次性投資較大，需占用節點機房寶貴的機位資源和光纜纖芯，電源容量不足的局房還需進行電源的改造。此外，SDH/MSTP設備具備155 Mbit/s、622 Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s的多級線路側組網速率，可從下至上組建多級網絡結構，相比之下，PTN組網速率目前只有GE和10 Gbit/s以太網兩級，如果采用PTN建設二級以上的多層網絡結構，勢必會引發其中一層環路帶寬資源消耗過快或者大量閑置的問題，導致上下層網絡速率的不匹配。

同時，在獨立組網模式中，骨干層節點與核心層節點采用10 Gbit/s以太網環路互聯，在大型城域網中，核心層RNC節點較多，一方面骨干層節點與所有RNC節點相連，環路節點過多，利用率下降；另一方面，環路上任一節點業務量增加需要擴容時，必然導致環路整體擴容，網絡擴容成本較高，因此，獨立組網模式一是比較適應于在核心節點數量較少的小型城域網內組建二級PTN，二是作為在IP over WDM/OTN沒有建設且短期內無法覆蓋到位的過渡組網方案。

7.3 聯合組網模式

匯聚層以下采用PTN組網，核心骨干層則充分利用IP over WDM/OTN將上聯業務調度至PTN所屬業務落地機房的模式稱之為聯合組網。該模式下，業務在匯聚接入層完成收斂后，上聯至核心機房設置兩端大容量的交叉落地設備，并通過GE光口1+1的Trunk保護方式與RNC相聯，其中，骨干節點PTN設備，通過GE光口僅與所屬RNC節點的PTN交叉機連接，而不與其他RNC節點的PTN交叉機以及匯聚環的骨干PTN設備發生關系，具體如圖 3所示。

盡管獨立組網模式中核心骨干層組建的PTN 10 Gbit/s以太網環路業務也可以通過波分平臺承載，但波分平臺只作為鏈路的承載手段，而聯合組網模式中，IP over WDM/OTN不僅是一種承載手段，而且通過IP over WDM/OTN對骨干節點上聯的GE業務與所屬交叉落地設備之間進行調度，其上聯GE通道的數量可以根據該PTN中實際接入的業務總數按需配置，節省了網絡投資。同時，由于骨干層PTN設備僅與所屬RNC機房相聯，因此，聯合組網模式非常適于有多個RNC機房的大型城域網，極大地簡化了骨干節點與核心節點之間的網絡組建，從而避免了在PTN獨立組網模式中，因某節點業務容量升級而引起的環路上所有節點設備必須升級的情況，節省了網絡投資。

當然，聯合組網分層的網絡結構，前期的投資會因為IP over WDM/OTN建設而比較高。聯合組網模式適用于網絡規模較大的大型城域網，考慮到聯合組網模式的諸多優勢，除了在沒有IP over WDM/OTN或者短期內IP over WDM/OTN無法覆蓋至骨干匯聚點的地區，均建議采用聯合組網的方式進行城域PTN的建設。

8 結束語

基于PTN的城域傳輸網建設策略探討，隨著業務需求驅動網絡向All IP化發展，分組化傳輸技術成為下一代傳輸網的主流IP承載技術是大勢所趨。在城域網這個業務需求最復雜、技術碰撞最激烈、新技術不斷涌現的區域，任何先進技術的引入不是一蹴而就的，尤其是面對龐大而成熟的SDH/MSTP網絡、不斷延伸覆蓋的IP城域網以及正在興起的全業務接入網，PTN在網絡中的定位以及和其他網絡的關系均需要重新思考。同時，隨著PTN步入商用化階段，基于PTN設備的具體組網策略已成為各移動運營商關注的焦點。

在城域傳輸網向All IP化演進的過程中，任何先進技術的引入和網絡架構的變革都必須滿足當前和未來的業務需求基礎，同時具備良好的性價比。經過分析對比，PTN+IP over WDM/OTN的聯合組網模式憑借其強大的IP業務接入、匯聚及靈活調度能力，有利于推動城域傳輸網向著統一的、融合的扁平化網絡演進，是各移動運營商組建下一代傳輸網的最佳選擇。

1 趙光磊.中國加速PTN應用部署引領PTN產業國際化發展.通信世界周刊,2011,6(22)

2 梁樺鋒.PTN網絡建設及其應用.北京：人民郵電出版社,2010

3 唐劍鋒.PTN——IP化分組傳送.北京：北京郵電大學出版社,2009