PTN技術(shù)發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探討

湯進凱，王 健

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司上海分公司 上海200060）

1 引言

無論是固定網(wǎng)絡(luò)還是移動網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)的電路交換都已向全IP的架構(gòu)發(fā)展，IP業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的比重已經(jīng)越來越大。中國移動的網(wǎng)絡(luò)，已逐步完成端局的IP化改造，實現(xiàn)信令及話務(wù)over IP，TD網(wǎng)絡(luò)中的基站也在逐步IP化；同時，集團客戶專線的QoS日益豐富。光傳送網(wǎng)承載TDM的場景越來越少，對IP業(yè)務(wù)的承載越來越多，以PTN（packet transport network,分組傳送網(wǎng)絡(luò)）面向多業(yè)務(wù)的承載正在成為目前研究的重點。

2 PTN技術(shù)的介紹

2.1 PTN技術(shù)發(fā)展

PTN的設(shè)計構(gòu)想是用一個有連接的、支持類似SDH端到端性能管理的網(wǎng)絡(luò)，滿足網(wǎng)絡(luò)從當(dāng)前向下一代網(wǎng)絡(luò)平滑演進的能力。

最初，由ITU-T定義了T-MPLS，后來由IETF/ITU-T JWT工作組負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)制訂，命名為MPLS-Transport Profile（MPLS-TP）。T-MPLS/MPLS-TP是面向連接的技術(shù)，是MPLS在傳送網(wǎng)中的應(yīng)用，它對MPLS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的某些復(fù)雜功能進行了簡化，并增加了傳送風(fēng)格的面向連接的OAM和保護恢復(fù)的功能，并將ASON/GMPLS作為其控制平面。T-MPLS/MPLS-TP可以簡單地表述為：MPLS-TP=MPLS+OAM–IP。其主要特征為：引入傳送風(fēng)格的OAM機制；結(jié)合2層和3層協(xié)議的一種面向連接的分組交換傳送技術(shù)；避免對3層IP不必要的處理；提供線型保護倒換和環(huán)網(wǎng)保護；具有兼容分組交換、TDM/波長技術(shù)的通用分布控制面——ASON/GMPLS。

2.2 PTN實現(xiàn)特點

PTN技術(shù)基于分組的架構(gòu)，繼承了SDH的理念，融合了Internet和MPLS的優(yōu)點，承載電信級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)為主，兼容TDM、ATM等綜合傳送技術(shù)。PTN的實現(xiàn)特點如圖1所示。

PTN繼承SDH的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：

·面向連接，剛?cè)岵膸挶ＷC；

·業(yè)務(wù)時效性，電信級電路倒換；

·精確的時鐘傳送能力；

·完善的OAM機制、網(wǎng)管機制。

PTN融合分組技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

·帶寬統(tǒng)計復(fù)用，針對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的突發(fā)性；

·支持多級QoS；

·良好的組播分發(fā)能力（手機電視等業(yè)務(wù)）。

PTN一方面繼承了面向MSTP網(wǎng)絡(luò)在多業(yè)務(wù)、高可靠、可管理和時鐘等方面的優(yōu)勢，另一方面又具備以太網(wǎng)的低成本和統(tǒng)計復(fù)用的特點，是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心部件。當(dāng)前對移動網(wǎng)絡(luò)而言，采用MSTP到PTN的演進是一種低成本和穩(wěn)妥的方式。PTN實現(xiàn)方式有MPLS-TP和PBT，技術(shù)選擇主要由產(chǎn)業(yè)鏈情況決定。中國移動目前選擇了基于MPLS-TP的實現(xiàn)方式。

2.3 PTN的業(yè)務(wù)定位

分組化城域傳送網(wǎng)主要承載高價值的以太網(wǎng)類分組化電路業(yè)務(wù)，如2G、3G基站和LTE業(yè)務(wù)以及重要的集團客戶業(yè)務(wù)。

城域傳送網(wǎng)主要為各類移動通信網(wǎng)絡(luò)（2G/3G/LET）提供無線業(yè)務(wù)的回傳與調(diào)度，在核心、匯聚層可以承載于WDM網(wǎng)絡(luò)之上，作為WDM傳送網(wǎng)的客戶層。另外，PTN一方面為重要集團客戶提供VPL/VPLS業(yè)務(wù)的傳送與調(diào)度，也可與SR配合，為重要集團客戶提供VPN、固定寬帶等業(yè)務(wù)的傳送與接入；另一方面還可以為普通集團客戶與家庭客戶提供各類業(yè)務(wù)的匯聚與傳送，具體包含以下4個方面：

·3G/HSPA移動通信系統(tǒng)基站回傳；

·GSM/GPRS移動通信系統(tǒng)基站回傳；

·重要集團客戶接入（近期含普通集團客戶和家庭客戶的OLT上聯(lián)）；

·LTE移動通信系統(tǒng)基站回傳。

3 PTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探討

3.1 PTN與SDH的建網(wǎng)差異

PTN技術(shù)目前主要用于城域傳送網(wǎng)，從技術(shù)實現(xiàn)角度看，PTN與SDH技術(shù)的主要區(qū)別介紹如下。

·PTN技術(shù)的實現(xiàn)機制主要針對分組業(yè)務(wù)開發(fā)，采用彈性管道，其核心是基于分組交換。SDH技術(shù)的實現(xiàn)機制主要針對TDM業(yè)務(wù)開發(fā)，采用固定管道。

·PTN目前主要基于端到端的LSP保護，段層保護尚未完全成熟。SDH提供MSP、PP、SNCP等多種成熟的保護方式，分別運用于各層網(wǎng)絡(luò)。

·PTN設(shè)備沒有群路和支路的區(qū)分，10GE/GE的端口資源豐富，交換容量較大。SDH設(shè)備區(qū)分群路支路，單套設(shè)備接入能力受限于槽位/端口資源以及交叉能力等因素。

·PTN涉及VLAN、IP地址等配置，單節(jié)點結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來配置工作較大。SDH配置主要以通道、VC12等為主，相對PTN而言較簡單。

因此，PTN網(wǎng)絡(luò)在建網(wǎng)時主要的差異體現(xiàn)在以下3方面：

·PTN匯聚/接入層不一定要采用環(huán)型結(jié)構(gòu)，可以采用總線型結(jié)構(gòu)；

·PTN單個骨干匯聚點可帶更多匯聚環(huán)；

·PTN匯聚點選取對穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，且由于接入能力的提高，全網(wǎng)單個匯聚環(huán)對應(yīng)的匯聚點數(shù)較SDH略低。

3.2 PTN與SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)間架構(gòu)的關(guān)系

隨著城域傳送網(wǎng)接入層所承載業(yè)務(wù)逐步向All IP轉(zhuǎn)型，PTN成為面向全網(wǎng)接入和SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)相對應(yīng)的新平面。在新平面建設(shè)的過渡階段，一般有以下策略。

策略1：MSTP和PTN共存，形成兩個平面，MSTP主要承載TDM業(yè)務(wù)，保持存量，PTN主要承載分組業(yè)務(wù)，滿足新增需求；在網(wǎng)絡(luò)演進期間，業(yè)務(wù)流向可能會存在跨不同網(wǎng)絡(luò)的情況。核心/匯聚層：新建PTN第二平面，全部新建或隨著業(yè)務(wù)延伸情況逐步新建。接入層：IP化業(yè)務(wù)主要采用PTN設(shè)備承載。對于個別節(jié)點的TDM E1需求，可通過MSTP插盤擴容或利舊設(shè)備解決。

策略2：建設(shè)PTN并替換 MSTP，形成一個平面，PTN同時作為逐步增加的IP業(yè)務(wù)和逐步減少的TDM業(yè)務(wù)的承載。核心/匯聚層：新建全網(wǎng)的PTN網(wǎng)絡(luò)。接入層：將有新增需求的站點替換為PTN設(shè)備。有擴容需求的MSTP站點逐步替換為PTN設(shè)備。

策略3：升級MSTP并支持PTN功能，形成一個平面，全網(wǎng)的MSTP設(shè)備通過升級形成SDH/MSTP和PTN的雙處理內(nèi)核和接口，分別處理TDM和IP類的業(yè)務(wù)。

從節(jié)約投資角度考慮，升級MSTP并支持PTN功能是一個比較不錯的選擇，但運營商往往更注重今后的長遠發(fā)展和PTN交換容量的更易擴展性，從而選擇新建PTN網(wǎng)絡(luò)，在充分利用已有投資的前提下，最優(yōu)選擇變?yōu)椴呗?，即MSTP和PTN共存，形成兩個平面。

3.3 PTN與OTN組網(wǎng)架構(gòu)探討

隨著OTN的逐步成熟以及對大顆粒業(yè)務(wù)調(diào)度的天然優(yōu)勢，PTN建網(wǎng)與OTN是否結(jié)合以及如何結(jié)合成為PTN架構(gòu)搭建的重要問題，結(jié)合城域網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展尤其是高帶寬業(yè)務(wù)的發(fā)展，可以考慮下述的3種組網(wǎng)架構(gòu)。

（1）架構(gòu) 1：PTN 獨立組網(wǎng)

該組網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)用最多，類似SDH的組網(wǎng)，即從核心層到接入層全部采用PTN設(shè)備組網(wǎng)，核心層采用10GE環(huán)網(wǎng)或組Mesh結(jié)構(gòu)，匯聚層一般采用10GE速率組網(wǎng)，接入層一般采用GE速率組網(wǎng)。PTN獨立組網(wǎng)的拓結(jié)構(gòu)如圖2所示。

PTN核心層解決局間業(yè)務(wù)和匯聚轉(zhuǎn)接業(yè)務(wù)的調(diào)度，提供大通道，起到業(yè)務(wù)收斂作用。一般核心層對設(shè)備的交換容量和端口要求較高，目前交換容量可以配置到800 GB。PTN匯聚層與接入層負(fù)責(zé)將基站或數(shù)據(jù)點的業(yè)務(wù)接入并實現(xiàn)帶寬的統(tǒng)計復(fù)用。

這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)點是有利于業(yè)務(wù)開通配置和端到端調(diào)度，有利于時間同步信號在全網(wǎng)傳送，對于一般的基站回傳業(yè)務(wù)有著天然的優(yōu)勢；缺點主要是在核心層面的可擴性不強。

（2）架構(gòu)2：OTN核心+PTN匯聚接入聯(lián)合組網(wǎng)

核心層通過OTN調(diào)度，提供大顆粒業(yè)務(wù)的大顆粒波分疏導(dǎo)，一般在RNC等設(shè)置局房的業(yè)務(wù)落地側(cè)配置PTN設(shè)備完成業(yè)務(wù)的終結(jié)。匯聚層采用10GE速率組環(huán)，接入層采用GE速率組環(huán)。OTN核心+PTN匯聚接入聯(lián)合組網(wǎng)的拓?fù)浼軜?gòu)如圖3所示。

該架構(gòu)的優(yōu)點是核心層充分利用了波分系統(tǒng)良好的擴展性，缺點是增加了PTN配置的復(fù)雜性和管理的難度，且要求OTN能支持1588v2協(xié)議。

圖2 PTN獨立組網(wǎng)

圖3 OTN核心+PTN匯聚接入聯(lián)合組網(wǎng)

（3）架構(gòu)3：OTN核心匯聚+PTN接入聯(lián)合組網(wǎng)

OTN下沉到匯聚層，在匯聚層OTN設(shè)置點同時設(shè)置PTN匯聚設(shè)備，接入節(jié)點組成若干個GE PTN接入環(huán)，雙掛接匯聚節(jié)點PTN設(shè)備，匯聚節(jié)點PTN設(shè)備做好業(yè)務(wù)流向整合，匯聚若干條GE鏈路，通過OTN匯聚環(huán)及核心層調(diào)度到落地PTN設(shè)備。OTN核心匯聚+PTN接入聯(lián)合組網(wǎng)的拓?fù)浼軜?gòu)如圖4所示。

這一架構(gòu)的優(yōu)點是擴展性好，同時由于PTN接入環(huán)先通過各匯聚節(jié)點PTN設(shè)備匯聚若干個GE鏈路，再上聯(lián)匯聚層OTN網(wǎng)絡(luò)，可節(jié)約OTN匯聚環(huán)的波道資源。缺點是網(wǎng)絡(luò)投入相對較大，初期鏈路匯聚效率不高。

3.4 4G場景PTN組網(wǎng)架構(gòu)探討

隨著LTE的發(fā)展，單站帶寬一般在100 Mbit/s以上，要求網(wǎng)絡(luò)支持帶寬擴展，接口和流向發(fā)生了變化，出現(xiàn)了S1接口和X2接口，S1為eNB與SGW/MME之間的接口，X2為eNB基站之間的連接，這對PTN提出了更高的要求，PTN組網(wǎng)一般有兩種方案。

（1）PTN+CE 路由器方案

接入、匯聚、核心層采用PTN組網(wǎng)，路由器成對部署在aWG/MME節(jié)點，完成IP業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。通過路由器的L3VPN功能，為S1提供靈活的調(diào)度能力以及X2接口的轉(zhuǎn)發(fā)能力。PTN+CE路由器的拓?fù)浼軜?gòu)如圖5所示。

（2）PTN支持簡化L3VPN方案

采用PTN端到端組網(wǎng)，核心層的PTN支持簡化L3VPN，提供IP轉(zhuǎn)發(fā)能力，滿足LTE承載對S1的靈活調(diào)度以及X2接口的IP轉(zhuǎn)發(fā)需求。PTN支持L3VPN方案如圖6所示。

對于S1流量：經(jīng)接入層PTN統(tǒng)一送到核心層PTN，由核心層PTN根據(jù)目的IP地址（MME/SGW）查找L3 VPN的路由表，封裝LSP和L3 VPN的標(biāo)簽，經(jīng)由核心層設(shè)備間的轉(zhuǎn)發(fā)到達歸屬的MME/SGW。

對于X2流量：經(jīng)接入層PTN統(tǒng)一送到核心層PTN，由核心層PTN根據(jù)目的IP地址 （相鄰的基站）查找L3VPN的路由表，以決定流量是經(jīng)由核心層環(huán)送往非本地歸屬的基站；或向下轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)由本地的L2VPN封裝送外相鄰的基站。

目前來看，PTN+CE路由器方案是相對成熟且可直接應(yīng)用的建網(wǎng)選擇，PTN支持簡化L3VPN方案則需PTN設(shè)備的支持，在設(shè)備支持的前提下，這一方案對簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和靈活調(diào)度有相對的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

PTN已經(jīng)成為適應(yīng)IP業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展的新型承載技術(shù)，中國移動目前正在城域網(wǎng)全面部署推動網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，應(yīng)緊密結(jié)合網(wǎng)絡(luò)部署，研究PTN與現(xiàn)有SDH網(wǎng)及OTN的關(guān)系，關(guān)注PTN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，面向LTE和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，搭建合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)新型的PTN網(wǎng)絡(luò)對各類業(yè)務(wù)的最佳承載。

1 湯進凱，張奇，王健.下一代光傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用探討.電信科學(xué)，2009(10A):192～195

2 李健，顧畹儀，張杰等.T-MPLS分組傳送技術(shù).電信科學(xué)，2007， 23（1）：85～88