PTN在構建智慧城市骨干網絡中的應用

摘 要：隨著智慧城市的發展，構建高品質骨干網絡的需求也越來越強烈。PTN作為城域承載網絡的主流技術，可更好地運用于重要大客戶專線的承載，滿足智慧城市骨干網絡的需求。文章通過總部和分支機構以及數據中心互聯兩個典型應用案列，分析PTN的組網方式，并展望未來承載網絡的發展。

關鍵詞：PTN；智慧城市；MPLS-TP

1 概述

隨著現代城市的不斷擴展，作為其骨干網絡的高品質城域網絡也隨著新應用和新技術的到來而升級。現代化國際大都市的發展，帶來了城市發展規模和經濟總量提升。以上海為例，城市的定位為國際經濟中心、國際金融中心、國際貿易中心、國際航運中心，努力發展現代服務業和制造業。隨之而來的是大批跨國企業總部、金融機構數據中心相繼落戶。在這樣的背景之下，對網絡通信的需求量快速增長，對網絡通信服務質量要求也不斷提高。建設高品質的城域網絡是智慧城市發展的核心問題之一。

高品質的城域網是為了提供高端專線服務，主要承載以下類型的大客戶：金融機構，包括外資銀行和各類中資銀行，及各大證券、保險等公司；各類政府機構；科研院所，包括各大高校等；重要企業，包括跨國企業和國內大中型企業。高品質的城域網是一張獨立的專用網絡，與承載個人通信或其他低端客戶數據通信的網絡在帶寬容量、通信質量、網絡安全性、網絡技術上是有明顯區別的。因此，如何建設和發展這樣一類城市骨干網絡，為智慧城市發展提供技術支撐，已成為了重要的關注焦點。

2 客戶對承載網絡的要求

大客戶承載網的發展經歷了多個時代：

數字數據網（DDN）[1]，是以時分復用技術為核心，模擬線接入為主流的低帶寬接入網絡。二十世紀九十年代起作為主流的數據專線接入方式，由于其帶寬的限制和模擬線接入段通信質量不穩定，自2000年以后逐步衰弱。

異步傳輸模式（ATM）[2]，是一種面向連接的快速分組交換技術，建立在異步時分復用基礎上，并使用固定長度的信元，支持包括數據、語音、圖像在內的各種業務的傳送。隨著IP技術的發展到成熟，以ATM為代表的高品質通信從快速發展，直到需求萎縮，因其技術復雜、硬件成本高昂而招致大部分用戶的棄用。

運營商級以太網（CE）[3]，是以運營商骨干橋接技術為基礎用于城域網的技術，這套體系結構可令運營商網絡允許多個網絡連接而不丟失客戶各自的VLAN。CE隨著客戶需求的不斷提高而隨之改進。

如今客戶不斷地在加強信息化建設，從而對高品質承載網絡提出了新的要求。

以前的專線服務中所提供的接口類型較多，但是如今各類業務IP化，以太網接口成為主流的需求。在帶寬方面，大帶寬接入已成為趨勢。由于信息化不斷發展，數據量快速增加，客戶從原來需求的2M上升至100M甚至1000M。例如銀行在原有業務基礎上增加了圖像傳送認證，對帶寬需求就會大幅上升。此外，客戶對抖動、延時和安全性要求更高。目前，語音、視頻數據量逐年上升，為了保證音頻、視頻的質量，對承載網的抖動要求非常高。又如證券行業，對數據的實時性要求非常高，對承載網提供的專線服務的延時和安全性提出更高要求。不同的客戶有不同的組網方案，點對點、點對多點、多點對多點的應用都可能出現。

從運營商角度，在建設智慧城市的目標下，滿足以上客戶需求的同時，對承載網絡還有更多的要求。

首先是基于分組和面向連接的網絡。打包技術傳輸的增長刺激了傳輸網絡的改革。下一代的運營商網絡應該充分利用以往網絡端對端的優勢。其次是實現端到端質量控制。承載網絡可以讓服務供應商提供基于物理接口或者邏輯VLAN的承諾信息速率和峰值信息速率，并保證對延時敏感流量的最低的延遲和抖動。運營商的網絡也有一個有效的方式處理網絡擁塞，為了保持流量擁塞情況下的承諾信息速率。運營商網絡還要實現50毫秒的保護，通過在硬件中實施MPLS快速重路由。

承載網絡還需具備以太網運營管理維護（OAM）。城域網中故障排除更難，因此OAM成為一種必然。運營商網絡還需能夠解決網絡的可擴展性和處理的服務。此外對安全性的考慮也是重要因素。

3 PTN解決網絡承載

PTN即分組傳送網[4]，是一個多業務的統一的傳輸技術，基于分組交換和面向連接，傳輸技術和數據技術的組合，不僅承載電信級以太網服務，以滿足五個基本屬性的標準化服務，高可靠性，靈活的可擴展性，嚴格的QoS和完善的運營管理維護（OAM），而且還支持傳統的時分復用和ATM服務和繼承的圖形界面和終端到高端配置的SDH網絡管理。目前，PTN的主要適用于城域以太網和需要承載QoS的業務，例如無線回傳和企業或政府的專線或專網業務。

PTN的核心技術是MPLS-TP技術[5]，它放棄了基于IP地址的逐跳轉發機制，建立了獨立的控制平面，保持了MPLS端到端面向連接的標簽交換，放棄了非面向連接和非端到端的特性，這樣明確的端到端的傳輸路徑增強了網絡的保護機制和OAM管理能力。

MPLS-TP支持傳統業務承載包括多種接口。邊緣到邊緣的偽線仿真技術實現對時分復用、ATM、以太網業務的統一承載。可以節約資本支出和管理支出。PTN的OAM達到了電信級的標準。其OAM功能由硬件實現，因此可做到固定3.3毫秒的OAM協議報文監控。MPLS-TP還通過靈活的QoS策略保證不同優先級數據（例如：控制信令、視頻、語音、文件等）的服務質量，實現高效的帶寬利用。

PTN網絡的基本結構分為三層：匯聚層以兩臺為一組，同組的匯聚設備分別連至兩臺不同的核心層設備，以保障網絡的安全性。接入層以環的方式接入，每個接入環由多臺接入設備所組成。PTN網絡可以通過核心層與其他種類的網絡相連。

PTN作為大客戶承載網，向客戶提供快速以太網和千兆以太網等接口。客戶類型的定位為金融機構、政府機構、科研院所和其他重要高端客戶。

4 PTN應用的組網方式

PTN最常用的組網方式是總部和多分支機構的組網。如圖1所示的應用，某機構有較多分支機，每個分支機構均需要與主用備用數據中心進行數據交互，這樣就構成了點到多點的組網結構。每個分支機構根據不同的業務需求申請了不同帶寬的接入。主用和備用數據中心以高帶寬接入。

為了保證該用戶的服務質量，每個分支機構至數據中心的電路各有一條主用鏈路和一條備用鏈路，PTN網絡可以通過OAM自動檢測出故障，自動在主備數據中心間進行小于50毫秒的切換。而且可以對每個分支機構的不同QoS等級的業務進行區分，提供不同等級的服務質量。

還有一類常用的組網方式是兩個數據中心之間的數據同步。金融保險行業中，兩個不同數據中心之間的數據同步工作是非常重要的，它對承載網絡的延時抖動等參數的要求非常嚴格。如圖2所示的應用中，某機構在兩地各有一個數據中心，這兩個數據中心需要實時數據同步。解決方案是從PTN的匯聚層提供高帶寬的端口，通過一條主用鏈路和一條備用鏈路，既保證了用戶低延時低抖動要求，又提高了專線可用性安全性的。

5 結束語

PTN逐步發展為承載大客戶專線的重要網絡，為智慧城市的建設提供了充分的支持。當然，客戶的需求一直在改變，客戶對運營商服務質量的要求也會越來越高，因此，大客戶承載網將會不斷發展，將來主要有以下三個方向：將會有更高的接入帶寬。目前大客戶承載網提供的接入帶寬可以高達10GE，將來的發展目標是100GE甚至更高。將連接更長的距離。城市化的迅速擴張對網絡規模也提出了新的要求，在提高帶寬的同時，提高傳輸距離也是下一步的發展方向，將從目前的40公里、80公里提高到超過120公里的傳輸距離。將會具有更簡化的網絡層次，會把各項技術融合到一個平臺上。結合上述三點，POTN[6]將會是未來網絡的一個重要發展方向。作為PTN與OTN的融合，POTN會在高性能網絡發展和貼近客戶端便捷接入方面取得更好的結合。

參考文獻

[1]高飛.淺談DDN在政企行業中實際應用及發展前景分析[J].數字技術與應用，2015（5）：42-43.

[2]王 ，孫琦.淺析ATM網絡技術及應用[J].通訊世界，2013（2）：21-22.

[3]陳兵.PBB/PBB-TE技術在電信級城域以太網中的應用[J].中國新通信，2009，11（15）：10-15.

[4]楊一荔.PTN技術[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[5]黃峰，李芳，李晗.MPLS-TP的國際標準化和產業進展[J].現代電信科技，2011，41（9）：13-17.

[6]程偉強，王敏學，張晴.城域POTN應用、設備和組網需求及分析[J].郵電設計技術，2015（3）：6-10.

作者簡介：周偉（1972-），男，上海人，博士，高級工程師，研究方向：數據通信、無線通信。