PTN技術概覽及作為綜合業務傳送網應用價值的探討

張緯卿（上海郵電設計咨詢研究院有限公司，上海 200050）

0 前言

隨著近年來我國電信運營商3G網絡建設、全業務競爭的不斷深入，以及從業務應用到承載網絡全IP化進程的不斷加速，以SDH為代表的傳統TDM傳輸網技術已日顯捉襟見肘，無法滿足業務IP化、寬帶化發展趨勢要求，而面臨著深刻的變革局面；而當傳統以太網技術向WAN/MAN規模演進時，則面臨著無法滿足電信級保護倒換需求、缺乏強大穩定的QoS機制及良好的OAM管理功能等突出問題。

通過對傳統傳輸網和以太網技術優缺點的梳理，一個面向IP化綜合業務傳送網的技術框架已日漸明晰。從目前看，分組傳送網（PTN）是最為適合承擔這一任務的下一代傳送網技術。

1 PTN技術概覽

1.1 PTN技術的特征

PTN可分為基于多協議標記交換(MPLS)的傳輸子集 （MPLS-TP）和支持流量工程的運營商骨干橋接（PBB-TE）（運營商骨干網傳輸（PBT））2 種技術路線陣營。從目前的標準化、產品、產業鏈及運營商應用情況等來看，前者已占據了業界主流地位。MPLS-TP的關鍵技術特征有以下幾個方面。

a）基于分組交換內核，采用面向連接的分組交換（CO-PS）技術。

b）基于PW（偽線仿真）和MPLS標簽的多業務統一承載功能。

c）可靠的網絡生存性。

d）完善的OAM故障和性能管理功能。

e）嚴格的QoS能力。

f）完善的時間同步機制。

在上述各點中：a）凸顯了業務和網絡全面IP化的深刻變革，b）順應了全業務統一承載的發展方向，c）、d）及e）銜接了電信級網絡高可靠、可管理、可運營的一貫傳統，f）迎合了3G IP RAN建設的切實需求。

1.2 PTN的標準化進展

目前,主流PTN技術已從T-MPLS演進為MPLSTP，標準化工作主要由ITU-T和IETE成立的JWT聯合工作組進行推動。從需求和框架來看，MPLS-TP與T-MPLS基本一致，主要是在網絡生存性、OAM、控制平面及互通性等方面進行了擴展和深化。

至今，JWT內部關于標準化的爭論焦點仍主要集中在 OAM 的“GACh+Y.1731框架”和“BFD/LSP Ping擴展框架”實現方案上。前者主要受傳統電信運營商、設備商和技術人員支持，后者主要受傳統數通廠商支持。此外，在線性保護和環網保護的實現方案上，不同專業來源的技術人員也有所爭論。

PTN標準化的尖銳交鋒，反映了All IP化和全業務融合大背景下，傳統傳輸專業與數據專業及其背后的產業鏈在技術原理、運營模式、操作習慣和經濟利益等方面的激烈沖撞。

目前，我國基于MPLS-TP的PTN產業鏈已領先于國際平均水平，一個圍繞PTN的產業聯盟正在迅速壯大。在標準化方面，在工信部科技司和CCSA領導下，由CATR牽頭成立的MPLS-TP中國標準協調組，由3大運營商和5家PTN設備商參加，正在制定《PTN總體技術要求》并于2010年10月完成了《送審稿》。

2 PTN技術在傳送網中的應用研究

2.1 本地網結構現狀和變革需求

目前，運營商的城域級本地網一般分為“本地傳輸網（城域傳輸網）”和“IP城域網（城域數據網）”2種業務承載網絡。

a）本地傳輸網。本地傳輸網以承載TDM業務為主并承載少量的IP業務，其骨干（核心）層以WDM/OTN或SDH（ASON）等設備為主，匯聚層和接入層以SDH/MSTP設備為主。

b）IP城域網。IP城域網以承載IP業務為主，其骨干（核心）層以各類業務平臺和網關設備為主并正在大規模建設NGN軟交換/IMS系統，匯聚層以IP/MPLS或CE類型的業務控制和承載設備為主，接入層以DSLAM、xPON、AG/IAD及LAN交換機等設備為主。

在我國電信運營格局發生快速變化下，對上述2個平面的現有承載方式提出了如下挑戰。

a）隨著3G移動回傳電路需求的迅速增長，現基于SDH/MSTP的移動回傳承載網絡對IP業務承載能力有限、效率低下的缺陷日益突出，難以承擔IP RAN使命；同時現IP承載網也無法支撐移動語音業務對時延、抖動、丟包率及誤碼率等質量的嚴格要求。

b）寬帶接入網的匯聚。現寬帶二層匯聚基本上是以光纖直連或少量MSTP承載方式將接入層業務上聯至SR/BRAS的，不僅占用了大量的光纖和端口資源，且管理與維護也較困難；同時隨著以IPTV為代表的高質量、大流量業務的迅猛發展，IP/MPLS承載網在實時性QoS保障方面也受到了很大挑戰，而其過渡發展路線 （劃分單獨平面并以較高通道帶寬冗余度承載高等級業務）、升級改造成本（全網硬件升級及端口需求數量大等）及技術復雜度（快速收斂協議及FRR協議的選擇和兼容等）等許多方面都面臨著較大爭議。

c）全業務承載。從技術和需求看，業務形態已趨向All IP化；從政策和市場環境看，運營商已面臨全業務競爭格局。在這種大背景下，傳送承載網絡在IP化下趨向融合必將是大勢所趨。

總之，運營業務可分為語音、視頻及數據3大類，其業務特性和對QoS的要求各不相同（見表1）。

表1 業務類型及QoS需求表

下一代綜合傳送承載平臺不僅應滿足直接接入不同類型業務的初步能力，還應能針對各種業務特性提供差異化QoS服務，并具備高可靠和高靈活性特征。

2.2 PTN在網絡中的定位

a）從城域傳送網核心層角度看，由于OTN技術具備長距傳輸、超大帶寬容量、光層多維ROADM及電層可調度大顆粒業務等特點，對現網中的傳統WDM及ASON化SDH等設備有很強的替代優勢，因此成了在核心層容量爆炸式增長情況下的天然傳送技術發展方向，但也因成本高、小顆粒調度能力有限及無二層匯聚收斂等缺點，也使其難以在短期內向更低層次的網絡大規模延伸。

b）目前，匯聚層以下的主要綜合傳送承載手段如MSTP、電信級以太網、IP/MPLS及PTN等競爭得比較激烈。綜合傳送承載手段及技術特點對比如表2所示。

由表2可知，MSTP、CE或IP/MPLS等技術在兼顧傳輸效率、質量及多業務能力上各有缺陷，且因不支持時間同步功能而無法滿足3G移動回傳業務的同步傳送需求。而由于PTN具有鮮明的技術優勢，如：滿足IP化全業務運營需要的高生存性和魯棒性、良好的二層統計復用、完善友好的OAM管理、端到端的QoS、靈活的可擴展性、高精度的時間同步、較平滑的網絡過渡及適合于移動和固定接入業務統一承載的固定移動融合（FMC），從而使其在IP化演進中的城域匯聚接入層具有重大的應用價值，成了為運營商廣泛迅速地擴展業務及有效控制TCO的有力保障。

2.3 PTN網絡的演進策略

2.3.1 2G/3G RAN承載方案

將PTN技術引入到當前的2G/3G RAN網絡中，可采用以下2種組網方案。

2.3.1.1 MSTP與PTN獨立組網

新建獨立的分組傳送網絡，在匯聚、接入層安裝PTN設備與現網MSTP傳送網絡平行。在此模式下，BTS基站電路仍經MSTP網絡傳送至BSC，而NodeB基站業務經PTN傳送至RNC，組網拓撲示意見圖1。

2.3.1.2 MSTP與PTN混合組網

在匯聚層保持承載技術的單一性，在接入層以STP和PTN分別組網，綜合接入移動業務，形成混合的RAN網絡，組網拓撲示意見圖2。

筆者認為，可將上述2種組網方案視為IP RAN不同演進階段的特征模型。由于現網狀態和技術條件的復雜性，PTN技術的引入策略最好是漸進地以獨立組網→匯聚層替代→接入層融合→全PTN組網的路線為主，以完成自上而下、逐步演進的變革過程。筆者這一觀點主要是基于以下2個因素考慮的。

圖1 MSTP與PTN獨立組網拓撲示意

圖2 MSTP與PTN混合組網拓撲示意

a）3G業務的增速。表3為基于中等城市通用模型得出的NodeB單站帶寬需求預測值。從帶寬增長趨勢看，一旦Iub接口完全實現IP化，現有MSTP傳輸網在匯聚層和接入層都將面臨巨大的通道瓶頸壓力，以單獨的IP RAN網絡分流業務是勢在必行的舉措。

表2 綜合傳送承載手段及技術特點對比

表3 基站Iub接口帶寬需求預測

b）現網的替代成本和難度。 由于當前3G建設已采用了大量的MSTP設備來承載業務，因此若在短期內以PTN完全替代MSTP設備將造成較大的前期投資浪費；同時3GPP R4~R6各版本對Iub定義了不同的接口類型，若在PTN設備上大規模配置低版接口，以電路仿真形式承載過多的電路仿真業務（CES），亦將會造成很大的成本支出。

據此，RAN傳送網演進將經歷以下3個階段。

a）在3G業務初期，匯聚層和接入層以PTN設備組成單獨的IP RAN以承載IP化3G業務 （新基站），同時保留傳統MSTP傳輸網以承載2G和部分3G業務（老站或共址站）。

b）隨著業務的不斷成長，匯聚層IP化壓力將日益凸顯，此時以PTN設備逐漸替代MSTP設備，完成傳送網匯聚層的技術統一；同時根據各接入環上的容量占用情況及無線設備的迭代進程，逐步進行傳送設備替代，形成以PTN為主、MSTP為輔的網絡結構。

c）在業務和技術成熟期，以PTN技術建成統一的IP RAN傳送網絡。

RAN傳送網演進是個長期共存、逐步完善過程。期間應充分挖掘和發揮各類設備的性能特點，合理分配相應的主導對象業務，以避免因過度超前投資而造成的過大運營風險和運維壓力。

2.3.2 IP城域網二層匯聚承載方案

該方案的網絡拓撲示意見圖3。該方案通過PTN網絡將DSLAM、xPON、AG/IAD及LAN交換機等數據業務匯聚并傳送到SR/BRAS上，它較其競爭技術（如CE組環匯聚或IP/MPLS改造下沉等）有很多優點，如：多業務支持能力強、OAM完善、QoS保障可靠及建設、維護成本低等，適合于在規模龐大的寬帶接入網匯聚/接入層部署。

2.3.3傳送網的發展遠景

圖3 IP城域網PTN二層匯聚承載網絡拓撲示意

從網絡發展前景來看，在經濟有效的光層帶寬復用和調度技術實現前，OTN和PTN分別代表了傳送網的2個發展方向，其中：OTN主要負責傳送大粒度波長和子波長業務，位于傳送網的核心（骨干）層；PTN主要負責對精細、豐富業務流的靈活傳送和控制，位于傳送網的匯聚和接入層，打通了傳統傳輸網和二層數據網的界限。二者一起構建成扁平化、統一承載、固移融合的傳送網絡，形成IP over PTN（L2）over OTN的網絡架構，其拓撲示意見圖4。

3 PTN實際應用案例

目前在我國的3大運營商中，中國移動的城域傳送網已展開了大規模基于MPLS-TP的PTN網絡建設，中國電信和中國聯通也在對PTN進行緊密的技術跟蹤和引入策略的研究，并在部分重點城市進行了規模商用試點或完成了實驗室測試階段。

圖4 傳送網遠景（OTN+PTN聯合組網）拓撲示意

3.1 中國移動PTN近期演進策略

中國移動在城域網內推動PTN技術演進的原則和思路如下。

3.1.1網絡規模分類原則（城市模型）

3.1.1.1中小型城市

a）核心層/匯聚層/接入層均采用分組化城域傳送網設備。

b）現階段核心、匯聚層宜采用10GE設備，接入層宜采用GE設備。

3.1.1.2大中型城市

a）核心層采用WDM/光纖+分組化城域網傳送設備，匯聚/接入層采用分組化城域傳送網設備。

b）現階段核心、匯聚層宜采用10G設備，接入層宜采用GE設備，大業務量可采用少量10GE設備。

3.1.2 層次建設原則（縱向邏輯）

3.1.2.1核心層

a）負責提供核心節點間局間中繼，應具有大容量業務調度、多業務傳送能力及較高安全性和可靠性。

b）對于較大規模的城域網，建議采用雙星形結構，成對建設大容量的PTN，通過WDM提供的10GE/GE通道與匯聚層PTN設備對接。

c）對于較小規模的城域網，一般宜組建PTN 10GE環路，其節點數不宜過多。

d）2環間宜采用雙節點互聯，提高網絡可靠性。

3.1.2.2匯聚層

a）負責一定區域內的業務匯聚和疏導，具有較大容量的業務匯聚及多業務傳送能力。

b）主要采用環形結構，宜組建PTN 10GE環網。c）每個匯聚環應盡量上聯至2個核心節點，以確保網絡的可靠性。

d）較大規模城域網可組建匯聚層WDM環路。

3.1.2.3接入層

a）負責基站（含室內分布）、集團客戶、營業廳和家庭客戶接入，應具有靈活、快速的多業務接入能力。

b）盡量采用環形結構，每個接入環的節點數一般不宜超過10個，根據實際需要可采用雙節點或單節點上聯方式。

c）一般宜組建GE環網，密集城區、業務量較大區域可組建PTN 10GE環路。

d）少量不易建立雙物理路由的接入節點，可考慮組成鏈形結構。

3.1.3獨立平面建設原則（橫向邏輯）

a）建議MSTP和PTN單獨組網，以盡量避免業務流跨越不同網絡。MSTP保持存量，PTN主要滿足新增業務需求。

b）核心匯聚層。新建PTN第二平面，全部新建或隨業務延伸需要逐步新建。

c）接入層。原則上TD基站、新增站點、IP化業務宜采用分組化設備承載，可先在業務需求密集的城區組建第二平面并向郊縣擴展，僅對個別局站的E1需求通過MSTP插盤擴容或設備利舊解決。

現階段中國移動引入PTN后的典型傳送網+IP承載網分層分域模塊組織示意見圖5。

圖5 現階段中國移動典型傳送網+IP承載網模塊組織示意

3.2 典型案例介紹

在上述原則和思路基礎上，應根據各地（市）當前網絡特點、業務分類/規模及建設運維習慣，進一步找到契合本地區的網絡演進發展模式。當前南通市移動本地城域網組成情況見表4，網絡拓撲結構見圖6。

3.3 演進關注點

在PTN的實際引入過程中，有一些重要的技術和策略問題值得引起建設單位關注。

3.3.1網絡規?；?、復雜化后的性能特性

a）能否保證大量（萬條級或以上）的LSP/PW電路50 ms的倒換時間。

表4 當前南通市移動本地城域網組成情況

圖6 南通市移動本地城域網絡拓撲結構

b）能否保證長鏈路下的同步特性。c）如何保證網絡的擴展性等。

3.3.2 IP化的新需求

a）層次化QoS的實現能力。

b）1588V2的性能效果。

c）TDM/IP/ATM多業務的統一傳送效果。

d）過渡階段業務流在不同網絡間的互通性等。

3.3.3網絡管理的需求

a）大規模網絡下的業務配置與調度方案。

b）如何最大限度地降低運維習慣的轉型難度。c）如何降低網絡的擴容難度。

d）如何提升維護效率等。

3.3.4其他TCO相關問題

a）如何保護存量網絡投資。b）引入PTN的時機和節奏。c）設備成熟度對周邊（如電源配套系統等）成本的影響等。

4 結束語

PTN以其先進的技術優勢，將在運營商面對ALL IP化變革和全業務競爭中起到舉足輕重的作用，能有力地推動城域網向統一、融合、扁平化的方向演進。隨著標準化進程的迅速推進和設備成熟度的日益完善，其大規模的應用將是指日可待的。

［1］CCSA 2009 H115 分組傳送網（PTN）總體技術要求［S/OL］.［2010－10－25］.http://download.csdn.net/source/2365352.

［2］IETF RFC 5921 A Framework for MPLS in Transport Networks［S/OL］.［2010－10－25］.http://tools.ietf.org/html/rfc5921.

［3］IETF RFC 5317 JWT Report on MPLS-TP Architectural Considerations［S/OL］.［2010－10－25］.http://tools.ietf.org/html/rfc5317.

［4］郭雄飛.淺談PTN在電信城域網中的應用 ［J］.廣東通信技術，2009，29（11）.

［5］朱京，劉昭偉，雷學義，賈小鐵.PTN——信息通信基礎承載網絡的演進與變革［J］.電力系統通信，2009（4）.