基于SDH與PTN技術體制的IP數據傳輸時延對比分析

摘要：文章主要針對以太網IP數據分別在SDH設備、PTN設備中傳輸的數據延時情況進行對比分析，為上層數據應用處理提供參考依據。

關鍵詞：SDH；PTN；以太網

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.019

中圖分類號：TN 91" " " " " " " "文獻標示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-00-03

Comparative analysis of IP Data Transmission Delay Based on SDH and PTN

QIN Yong， WU Guangxiang， SHI Xueyang

（The 34th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Guilin 541004， China）

Abstract： This paper is aimed at analyzing the IP data transmission delay of Ethernet in SDH and PTN devices， which provides a reference for upper layer data application and processing.

Key words： SDH; PTN; Ethernet

0" 引言

光通信網絡正朝著大容量、大帶寬、低時延、高可靠的方向發展，其中，傳輸時延是光通信設備及網絡中的一項重要指標，尤其是在一些特殊領域，如航天測控領域，對傳輸時延以及上、下行的時延差有較高的要求。

在光通信網絡中，SDH、PTN、OTN是目前廣泛使用的傳輸技術體制，其中，OTN主要用于光傳送網，用于為GE、10 Gbps、40 Gbps、100 Gbps甚至400 Gbps等大顆粒業務提供傳輸通信。而在接入網和相關專用光網絡中，SDH和PTN是主要采用的技術體制，用于實現語音、E1、以太網等數據的傳輸。本文主要介紹以太網IP數據在SDH設備和PTN設備中傳輸的時延以及上、下行時延穩定性的情況。

1" SDH與PTN技術體制對比

SDH[1]是一種基于時分復用的同步數字技術，能同時實現TDM、ATM、以太網等業務的接入處理和傳送，它具有如下幾方面的優點。

（1）高實時性，SDH傳輸網絡提供端到端的TDM連接，具有電路交換的高實時性的優點，支持實時性業務，傳輸延時短且時間固定。

（2）業務承載能力強，可擴展接入IP數據等多種業務，承載語音、視像、開關量等比特流業務。

（3）具有完善的性能監測機制，可以實現故障檢測、區段定位、端到端性能檢測、單端性能監測和單端維護，可在網絡出現輕微故障時發現并及時解決故障問題。

（4）網絡保護方式多樣，網絡保護能力強，端到端保護倒換時間小于等于50 ms。

PTN[2]是一種從以太網技術發展來的分組交換技術，它從數據業務的需求出發，由以太網技術發展來。它繼承了SDH技術的傳統優勢，包括高可用性和可靠性、高效的帶寬管理機制和流量工程、便捷的OAM和網管、可擴展、較高的安全性等，并將PTN與SDN（軟件定義網絡）進一步融合，其具有以下主要特點。

（1）實行分組轉發機制：PTN的數據轉發基于標簽進行，即由標簽構成端到端的面向連接的路徑。

（2）多業務承載能力：MPLS-TP采用PWE3電路仿真技術來適配TDM/以太網和ATM等客戶業務，采用VPWS支持以太網點到點線型業務（包括EP-line和EVP-Line），采用VPLS支持以太網點到多點專網業務和以太網點到多點樹形業務。

（3）OAM能力：支持業務層OAM、網絡內OAM和接入鏈路OAM功能，能進行精準故障管理（故障檢測、定位和通告）和性能管理（丟包測量、時延測量和吞吐量測量等）功能。

（4）網絡保護：支持LPS 1+1和1∶1線性保護、Wrapping和Steering環網保護、PW雙歸保護和以太網鏈路聚合（LAG）等接入鏈路保護。

（5）QoS機制：PTN支持的QoS機制包括流分類、流量管理、優先級映射、流量整形、隊列調度和用塞控制等。

2" 傳輸時延對比分析

2.1 SDH延時測試及結果

測試配置如圖1～圖3所示。

從測試結果來看，由于SDH是剛性管道（在分配好帶寬時，環形與鏈形組網時延均是一樣的），時延基本保持一致，上下行的時延也是比較固定的，差值比較小，節點數增加相應傳輸時延也會增加。

2.2 PTN延時測試及結果

PTN傳輸采用萬兆光口，采用1 518最大幀長IP包。在光纖傳輸方面，每千米的光纖傳輸時延為5 μs左右，按每個節點間距為20 km計算，經過一個節點的光纖傳輸時延T＝5 μs×20＝100 μs。

（1）SPTN時延測試方案及相關測試結果如圖4所示，采用主站設備與從站設備組網，有點對點、鏈形、環網等組網方式。

（2）根據測試方案，使用SPTN設備和交換機搭建測試環境，網管拓撲如圖5所示。

（3）主從雙向20節點，帶寬100 Mbps時延測試結果如圖6所示。

從測試結果分析看。

（1）主站通過10 G光口到直連的一級跳點的從站節點229之間的最小延時和最大延時均在2 μs以內，相差不大，相反方向的傳輸最小和最大延時都在1 μs以內，同樣是相差不大。但主站到從站229及從站229到主站的延時不一樣，如圖7所示，因為兩者使用交換機硬件不一樣，在硬件一樣條件下，延時基本上保持一致。

（2）主站通過千兆電口到直連的一級跳點的從站節點：119、116、160、120、159、115、140之間的最小延時和最大延時都基本相差不大，在1～3 μs以內，相反方向的傳輸最小和最大延時也是基本相差不大，在1～3 μs以內，如圖8所示。

（3）主站通過千兆電口到直連的2級跳點的從站節點113、114、117、118、157、158、137、138之間的最小延時和最大延時都基本相差不大，在5 μs以內，相反方向的傳輸最小和最大延時也是基本相差不大，在5 μs以內，如圖9所示。

（4）主站通過千兆電口到直連的3級跳點的從站節點：112、135、136之間的最小延時和最大延時都基本相差不大，在5 μs以內，相反方向的傳輸最小和最大延時也是基本相差不大，在5 μs以內，如圖10所示。

2.3 測試總結

SDH技術體制管道承載為剛性管道，每次上電工作后，其傳輸時延及上下行的時延差是比較固定的，具有較好的傳輸穩定性。

PTN技術體制管道承載為彈性管道，利用PTN高速率、以太網快速、靈活路由交換等優點，能夠保障重要業務在網絡中的優先傳輸，且能有效縮短重要業務信息傳輸和處理時延，實現作戰時效性能力的提升。在實際測試中，其單向延時差基本一致，擺幅在幾微秒以內，上下行方向的延時差也是基本一致的。

3" 結束語

通過對SDH設備和PTN設備網絡傳輸時延的測試，從結果上看，兩種技術體制均能滿足關鍵指標上下行方向延時基本固定要求，綜合系統對網絡開通、組網、業務高效承載、資源統一調度與管控以及成本等要求，可靈活選擇對應方案。■

參考文獻

[1] 杜玉紅．SDH光傳輸技術與應用．北京：中國水利水電出版社，2015.

[2] 楊一荔．PTN光傳輸技術與應用．北京：人民郵電出版社，2014.