1 PTN分组传送网 1 绪论 随着全业务网IP化的发展，承载传送网IP化已是大方向。PTN技能自提出后便得到了快速的发展，并已成为本地、城域传送网IP化演进主技能之一，在当代通信网中得到了大量的运用。本文将首先先容PTN技能产生背景，然后先容其基本观点和特点，接着剖析PTN的关键技能，再磋商其网络生存性，末了论述PTN的发展现状并在此根本上展望它的发展趋势。 2技能产生背景 跨入信息时期的21 世纪，人们对信息获取的哀求越来越高、种类越来越多、办法越来越便捷，从以往纯挚的措辞做事需求到现在的措辞和数据并重乃至侧重数据业务的需求，个中数据业务需求包括高速上网、视频、IP电话（VoIP）等业务，这些都是IP 数据业务，其余3G 和全业务运营的来临，使基于IP 的数据业务成为城域网传送的主体，从运营商统计的数据来看现在措辞业务占干线带宽的5%，而数据业务则占了95%，显然业务的IP 化即分组化是不可争辩的事实。在这种情形下，SDH逐步消退至络边缘，分组网开始成为核心网。All IP转型对传送网提出了如下需求：业务宽带化，流量突发性即能进行动态带宽调度，网络智能化 ，网络安全性和利润最大化[1]。 为了承载IP业务，首先进行了SDH的改进，即在SDH的根本上增加以太网接口来承载以太网业务，虽然这在一定程度上办理了IP业务的承载问题，但是遗憾的是这种改进不彻底，采取刚性管道承载分组业务，汇聚比受限，统计复用率不高。传统以太网难以供应多业务接口，难以供应时钟同步，缺少有效的掩护手段和保护方案，网络监控困难，而且无连接的业务路径，延时，抖动。丢包率无法担保。因此，面向IP化的分组传送技能——PTN应运而生。 3 基本观点和特点 PTN( Package Transport Network )分组传送网是一种以分组为传送单位，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM、ATM和FC等业务的综合传送技能。PTN是在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的哀求而设计，以分组业务为核心并支持多业务供应，具有更低的总体利用本钱（TCO），同时秉承光传输的传统上风，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。PTN的涌现是光传送网技能发展在通信业务供应2 商现实网络和业务环境下的一定结果。最初设想的空想光传送网IP over WDM方案是IP分组通过大略的封装适配直接架构在智能的光层之上，适配层功能只管即便简化，从而限定在接口旗子暗记格式的范围内，然后由统一的掌握平面在所有层面上（分组、电路、波长、波带、光纤等）实现最高效率的光纤带宽资源调度[2]。 PTN支持多种基于分组交流业务的双向点对点连接通道，具有适宜各种粗细颗粒业务、端到真个组网能力，供应了更 加适宜于IP业务特性的“柔性”传输管道；点对点连接通道的保护切换可以在50毫秒内完成，可以实现传输级别的业务保护和规复；继续了SDH技能的操作、 管理和掩护机制，具有点对点连接的完全OAM，担保网络具备保护切换、缺点检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种办法的互连互通，无缝承载核心 IP业务；网管系统可以掌握连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和担保，灵巧供应SLA等优点。 PTN技能是IP/MPLS、以太网和传送网3种技能相结合的产物，它保留了这3 类产品中的上风技能[3]： （1）PTN 顺应了网络的IP 化、智能化、宽带化、扁平化的发展趋势：以分组业务为核心、增加独立的掌握面、以提高传送效率的办法拓展有效带宽、支持统一的多业务供应。 （2）PTN保持了适应数据业务的特性：分组交流、统计复用、采取面向连接的标签交流、分组QoS机制、灵巧动态的掌握面等。 （3）PTN 继续了SDH 传送网的传统上风：丰富的操作管理和掩护（OAM）、良好的同步性能、完善的保护倒换和规复、强大的网络管理等。 分组传送网结合了以上技能特点，它的详细技能特色和实现方法归纳为： （1）面向连接、统计复用。 分组传送网的数据转发是基于传送标签进行的，其由标签标识端到真个路径，通过分组交流支持分组业务的统计复用。在分组传送网中，在传送分组数据之前，在网络设备之间先要建立端到端可靠的连接，然后再连接的支持下进行分组传送，操作完成后必须开释连接。面向连接的操作为两个节点供应的是可靠的信息传输做事。在分组传送网中，由于采取面向连接，各分组数据不须要携带目的地址，分组数据传输的收发数据顺序不变。 （2）可扩展性。 分组传送网通过分层和分域来供应的可扩展性，通过分层供应不同层次旗子暗记的灵巧交流和传送，同时其可以架构中不同的传送技能上，比如SDH\OTN 或者以太网上。分层模型不仅使分组传送网成为独立于业务和运用的、灵巧可靠的、低本钱的传送平台，可以适应各式各样的业务和运用需求，而且有利于传送网本身逐渐演进为赢利的业务网。 网络是繁芜的，有些在地理上覆盖很大的范围，也有些同时包含几个运营商的网络，以是在分层的基上，可以将分组传送网划分为多少个分离的部分即分域。一个大的分组传送网可以由划分成多个小的分组传送网的子网构成，这些子网可能是因地理位置划分，也能是因所属运营商来划分的。 （3）电信级的QoS。 3 分组传送网必须对分组业务供应QoS 机制，PTN 的信道层供应端到真个业务的QoS 机制，PTN通道层供应PTN网络中信道汇聚业务的QoS 机制。QOS是T—MPLS技能中的一个综合指标，用于衡量用户对利用做事的满意程度，也是网络的一种安全机制，用来办理网络延迟和拥塞等问题的一种技能，紧张参数有传输时延，延迟抖动，带宽和丢包率等。T—MPLS技能中端到真个QOS的管理掌握策略部分是基于流的，而ATM技能中关于此部分是基于信元的。 （4）OAM。 PTN 网络的PTC、PTP 和PTS 层每层都供应旗子暗记的操作掩护功能，在相应的层加上OAM 帧进行操作掩护。PTN 定义分外的OAM帧来完成OAM 功能，这些功能包括：故障干系的OAM 功能、性能干系的OAM 功能和其他OAM 功能（如保护倒换、同步信息通报、管理数据通报等）。 （5）可生存性。 分组传送网的可生存技能包括保护倒换和规复机制。保护倒换，保护倒换是一种完备分配的生存性机制，完备分配的意思是对付选定的事情实体预留了保护实体的路由和带宽，它供应一种快速而且大略的生存性机制。分组传送网可以利用传送平面的OAM 机制，不须要掌握面对参与供应小于50ms 的保护，紧张包括支持单向/ 双向/返回/非返回等等线性保护倒换和支持Steering 和Wrapping 机制的环网保护。规复的生存性机制是指在掌握面对参与下，利用网络的空闲容量重新选择新选路来替代涌现故障的连接的机制，它有两种实现办法：动态重路由和预置重路由。 （6）支持TDM业务和ATM业务。 分组传送网利用CES 技能支持TDM业务仿真，CES 的基本思想是在分组交流网络上搭建一个“通道”，在个中实现TDM 电路（如E1 或T1），从而使网络任一真个TDM 设备不必关心其所连接的网络是否是一个TDM网络。分组交流网络被用来仿真TDM电路的行为，以是称为“电路仿真”。电路仿真哀求在分组交流网络的两端都要有交互连接功能。在分组交流网络入口处，将TDM 数据转换成一系列分组，而在分组网络出口处则利用这一系列分组再重新天生TDM电路。 （7）支持分组的时钟同步和韶光同步。 在过去通信网中，基于TDM 交流的语音业务对同步的哀求是必需的，在未来的3G/4G 的网络中，新的业务和新的运用会对网络的同步性能提出更高的哀求，因此PTN 网络须要能够供应网络的同步功能。 （8）动态掌握面。 分组传送网的掌握平面由供应路由和信令等特定功能的一组掌握元件组成，并由一个信令网络支撑。掌握平面的紧张功能包括：通过信令支持建立、拆除和规复功能；自动创造毗邻关系和链路信息，发布链路状态（例如可用容量以及故障等）信息以支持连接建立、拆除和规复。 4 4 关键技能 PTN紧张通过以下技能实现其高性能的业务承载能力： （1）T—MPLS T-MPLS 数据转发面是MPLS 的一个子集，其数据是基于T-MPLS 标签进行转发的。T-MPLS 是面向连接的技能，是MPLS 在传送网中的运用，它对MPLS 数据转发面的某些繁芜功能进行了简化，并增加了传送风格的面向连接的OAM 和保护规复的功能，并将ASON/ GMPLS作为其基本掌握平面，其核心是通过网管系统或掌握平面建立端到真个标记交流路径（LSP），分组业务在该LSP上根据标签进行转发，并同时支持分组业务的带宽统计复用和TDM业务的确定性传送 T-MPLS 是国际电信同盟（ITU-T）标准化的一种分组传送网（PTN）技能，其办理传统SDH 在以分组交流为主的网络环境中暴露出效率低下的缺陷，是得到业界认可的主流的分组传送技能。 T-MPLS 可以用一个大略公式表述: T-MPLS = MPLS + OAM – IP + PS。T-MPLS 的数据转发面是MPLS 的一个子集，其去掉了基于IP 的无连接转发特性，增加端到真个OAM 和保护功能。 T-MPLS 网络分为层次清楚的三个层面：传送平面、管理平面、掌握平面。传送平面进行基于T-MPLS 标签的分组交流，其引入了面向连接的OAM 和保护规复功能。掌握面为GMPLS/ASON，进行标签的分发，建立标签转发通道，其和全光交流、TDM 交流的掌握面领悟，表示了分组和传送的完备领悟。三个平面间的关系如图所示。 图1 T-MPLS 的三个平面功能示意图 数据转发面供应从一个端点到另一个端点的双向或单向信息传送，监测连接状态(如故障和旗子暗记质量)，并供应给掌握平面。传送平面还可以供应掌握信息和网络管理信息的传送。T-MPLS 数据面紧张功能是根据T-MPLS 标签进行分组的转发，还包括操作掩护管理 （OAM）和保护。 数据面的详细哀求为：不支持PHP；不支持聚合；不支持联合的包丢弃算法，只支持5 drop 优先级；在数据面两个单向的LSP 组成双向的LSP；根据RFC3443 中的定义的管道模型和短管道模型处理TTL；支持RFC3270 中的E-LSP 和L-LSP；支持管道模型和短管道模型中的EXP 处理；支持全局和端口本地意义的标签范围；支持G.8113 和G.8114 定义的OAM；支持G.8131 和G.8132 定义的保护倒换。 管理平面实行传送平面、掌握平面以及全体系统的管理功能，它同时供应这些平面之间的协同操作。管理平面实行的功能包括：性能管理、故障管理、配置管理、计费管理、安全管理。 T-MPLS 的掌握平面由供应路由和信令等特定功能的一组掌握元件组成，并由一个信令网络支撑。掌握平面元件之间的互操作性以及元件之间通信须要的信息流可通过接口得到。掌握平面的紧张功能包括：通过信令支持建立、拆除和掩护端到端连接的能力，通过选路为连接选择得当的路由；网络发生故障时，实行保护和规复功能；自动创造毗邻关系和链路信息，发布链路状态（例如可用容量以及故障等）信息以支持连接建立、拆除和规复。掌握平面构造不应限定连接掌握的实现办法，如集中的或全分布的，T-MPLS 掌握平面采取ASON/GMPLS。 （2）OAM技能 PTN OAM 仿照电信级能力更强的SDH设计，OAM引擎有硬件实现，可实现固定3.3mS OAM协议报文监控。OAM按功能分类可分为：告警干系的OAM了；性能干系的OAM；其它OAM。 OAM信息包含在特定的OAM帧，并以帧的形式进行传送。OAM帧：由OAM PDU 和外层的转发标记栈条款组成。OAM 分组由OAMPDU 和外层的转发标记栈条款组成。转发标记栈条款内容同其它数据分组一样，用来担保OAM 分组在T-MPLS 路径上的精确转发。每个MEP 或MIP 仅识别和处理本层次的OAM 分组。 （3）PWE3封装技能 PW 是一种通过PSN把一个仿真业务的关键要素从一个PE 运载到另一个或多个其他PE 的机制。通过PSN 网络上的一个隧道（IP/L2TP/MPLS）对多种业务（ATM、FR、HDLC、PPP、TDM、Ethernet）进行仿真，PSN可以传输多种业务的数据净荷。我们把这种方案里利用的隧道定义为伪线（Pseudo Wires）。PW所承载的内部数据业务对核心网络是不可见的，也 可以说核心网络对CE 数据流是透明的。 PW方案供应了一个技能框架。在这个框架下，各种业务都可以利用伪线仿真的办法在PSN网络上进行透明传输。TDM伪线仿真也便是利用PW 伪线在PSN 网络上对TDM业务数据进行仿真的技能。 分组传送网利用PW3 技能支持ATM 业务仿真。ATMoP 通过在分组传送网PE 节点上供应ATM接口接入ATM 业务流量，然后将ATM 业务进行PWE3 封装，然后映射到隧道中进行传输。节点利用外层隧道标签进行转发到目的节点，从而实现ATM业务流量的透明传输。 （4）同步技能 分组传送网的时钟和同步紧张实现技能有： ● 同步以太网。同步以太网是采取类似SDH/PDH/SONET办法的时钟同步方案，通过以太网的物理层来通报时钟，由于与上层协议无关，不受网络负载的影响，因而可以供应更6 高的韶光精度。同步以太网参考ITU-T G.8261、G.8264 等标准。 ●IEEE 1588 技能。IEEE 1588（网络测控系统精确时钟同步协议），简称PTP 协议。通过主从设备间IEEE 1588 通报，打算韶光和频率偏移，达到主从频率和韶光同步。在系统的运行过程中，主时钟每隔一段韶光将本地韶光发布到网络上，从时钟则根据自己的域和优先级进行韶光的吸收，同时禁绝时的对线路延时进行打算，以担保根据网络情形进行同步。IEEE 1588 有IEEE 1588v1 和IEEE 1588v2 两个协议，v2 草案是对v1 进行了改进和提高，IEEE 1588v2 供应的时钟精度可达到0.1~1μs量级。 （5）QOS技能 常日QoS供应以下三种做事模型： ① Best-Effort service（尽力而为做事模型），紧张实现技能是前辈先出行列步队（FIFO） ② service（综合做事模型，简称Int-Serv）业务通过信令向网络申请特定的QOS做事，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺知足该哀求。 ③ Differentiated service（区分做事模型，简称Diff-Serv）当网络涌现拥塞时，根据业务的不同做事等级约定，有差别的进行流量掌握和转发来办理拥塞问题。 QoS技能包括流分类、流量监管、流量整形、接口限速、拥塞管理、拥塞避免等。下面对常用的技能大略进行一下先容： ● 流量分类（Classification）。入口流量分类功能对流量进行分类，分类的依据可以是：端口、802.1P、802.1Q、IP TOS、IP源和目的地址等，及他们的组合。 ● 流量策略（Policing）。策略一样平常位于流分类功能块后，卖力对分类后的入口业务流进行测试（Metering）和等级标注（Marking）,个中入口业务流测试是指对入口业务的带宽和突发进行测试。 目前数据设备常用的入口策略算法有两类：单速率令牌桶算法和双速率令牌漏桶算法。 ● 整形。对分组的流量进行限定，并对超出流量约定的分组进行缓冲，并在得当的时候将缓冲的分组发送出去，从而起到流量整形的目的，支持令牌桶和行列步队缓存。 ● 拥塞管理（Congestion Management）。一样平常利用行列步队调度技能来进行拥塞管理，行列步队调度技能一样平常采取FIFO、PQ、WFQ等。 ● 拥塞避免。常日采取丢包技能来实现拥塞避免，丢包策略包括尾丢弃、RED、WRED等。在实际运用中，分组传送网设备可以实现多种拥塞掌握机制，并且可由用户根据业务选择配置。 ● 各层QoS 的映射和复用。通路层的QoS 分类可以和信道层的QoS 分类一对一或一对多的对应，也可以根据运营商的需求重新分类。 5 网络生存性 分组传送网的可生存技能包括保护倒换和规复。保护倒换分为线性保护倒换，有G.8131 定义的路径保护：1+1 和1:1 两种类型和环网保护倒换，有G.8132 定义的环网保7 护：Wrapping（环回）和Steering（转向）两种类型。 1+1环网保护属于单向倒换，单向1+1SNC/S保护倒换构造如图2所示[4]。在单向保护倒换模式下，基于本地信息保护倒换由被保护域宿端（节点AI）选择器来实行。业务旗子暗记在被保护域源端（节点A）永久桥接到事情连接和保护连接上。做事器/子层路径终端器和适配功能块用于监视和确定事情与保护连接的状态。单向1+1SNC/S保护的操作类型可以是返回的或是非返回的。 图2 单向1+1 SNC/S保护倒换构造 1：1环网保护属于单向倒换，双向1:1SNC/S保护倒换构造如图2所示[4]，在双向保护倒换操作模式下，基于本地或近端信息和来自另一端或远真个APS协议信息，保护倒换由被保护域源端选择器桥接和宿端选择器共同来完成。做事器/子层路径终端器和适配功能块用于监视和确定事情与保护连接的状态。双向1:1SNC/S保护的操作类型该当是可返回的。 图2 单向1+1 SNC/S保护倒换构造 Wrapping保护倒换类似SDH的G.841保护倒换在故障处的相邻节点倒换。其倒换示意图如图3所示[4]： 8 图3 Wrapping保护倒换示意图 如果线路正常的话，业务就从A—B—C—D这条线路走，但当BC之间断掉之后，就切换到ABFED这条线路，在故障相邻两节点进行倒换，担保电信级50 ms 内完成， 不仅符合现网当中大规模环网运用的情形，而且对巨型环网的支持能力（Wrapping支持上限255 节点的巨型环网）也是一大亮点，同时相对付TMP 层面LSP 条款数的节省能力也相称出色（节约率靠近50%）。由此可以预见，环网Wrapping 保护必将在后续的PTN 建网当中有大规模的利用[5]。 Steering保护倒换：检测到故障的节点向所有节点发送倒换要求，每条业务在源节点被倒换到保护方向。其事情事理图如图4所示： 图4 Steering保护倒换事理图 Steering属于段层保护，经由故障点的业务在格自原节点处转向，受影响网元较多倒换协议繁芜，倒换韶光不能担保50 ms；但在节省LSP条款数和配置事情量，提高传送宽带方面的上风同Wrapping。 6 技能发展现状及发展趋势 PTN 技能的发展进程是T-MPLS 到MPLS-TP的进程，早在2005 年，国际电信同盟电信标准部门（ITU-T）SG15 就开始了T-MPLS 的标准。T-MPLS 是在MPLS 技能的根本上，9 基于传送网的网络架构对MPLS 进行了简化，去掉了与面向连接无关的技能内容和繁芜的协议族，增加了传统传送网风格的OAM 和保护方面的内容。2006 年，ITU 首次通过了关于T-MPLS 的架构、接口、设备功能特性等3 个标准建议，随后OAM、保护、网络管理等方面的标准建议相继订定。到目前IETF 已通过多个RFC，并在转发机制、OAM、生存性、网管和掌握平面等五部分连续发展完善中。 目前，IP 层与传送层的领悟焦点在网络的承载性和业务的可靠性、可管理性以及可扩展性，不才一代经济有效的传输技能涌现之前，PTN 技能该当是领悟传输技能和IP技能、兼容传统业务和IP 业务。 在节点业务IP 化和全业务启动的初期，接入层涌现零散的IP业务接入需求，PTN 设备的引入紧张集中在接入层，通过在IP 业务需求量大的点增加或更换成PTN设备，与既有的SDH 设备稠浊组建SDH 环，供应E1、FE 等业务的接入，考虑到接入IP业务需求量不大，这时汇聚层还是采取MSTP 组网办法就可以知足需求；着节点业务IP化的深入和全业务的持续推进，在业务发达的局部地区将在接入层形成由PTN单独构建的GE 环，此时下挂GE 接入环的汇聚层节点可通过MSTP直接更换成PTN 或者MSTP 逐渐升级为PTN设备的办法，使此类节点具备GE 环的接入能力，但全体汇聚层仍旧以MSTP设备为主；在IP 业务的爆发期，接入层的PTN 设备和GE 环数量剧增，对汇聚层的分组传输能力提出了更高哀求，此时可以把下挂GE 环和PTN设备占多数的接入环的汇聚层节点更换或升级成PTN 设备，如投资许可，建议把这类汇聚环建成纯PTN网络，使其充分发挥分组传送能力；在网络发展远期，全网实现全IP 化后，城域汇聚层和接入层建玉成PTN 设备的分组传送网，网络的投入产出比将大大提高，管理掩护进一步简化，分组传送网的技能上风也得以最大的表示[3]。 伴随ALLIP进程的不断加快和全业务运营时期的到来，PTN作为新一代分组传送技能的发展前景无疑是广阔的。作为设备制造商，不管是传统流派还是数据流派，在进行PTN设备研发和设计时，既要考虑不同运营商的网络现状和固有资产的保护利用，也要考虑面向未来LTE时期高速率、大带宽承载需求，将数据技能的高效灵巧、尽力而为特性与传统传输技能的安全可靠性有机结合起来，做到上风互补、善用所长，共同为运营商组建更加高效、安全的下一代传送网[6]。 7 结束语 PTN领悟了传送网和数据网的许多优点，是一种面向连接的电信级网络承载技能，可运用于传统业务和数据业务。然而，PTN 的引入及运用受PTN技能、标准、设备成熟度和城域网业务需求情形、网络技能现状以及资金投入状况等成分的影响，以是在支配PTN的时候，该当遵照平滑演进的原则，逐步推进PTN技能的引入和运用，终极组建完备的、更高。 10 参考文献 [1] 唐剑锋 徐荣 《PTN--IP化分组传送》 北京：北京邮电大学出版社 2010. [2] 百度百科. [3] 李慧明 许新勇 PTN技能与运用 中国电子科技集团公司第三十四研究所. [4] PTN技能事理先容 烽火通信科技株式会社. [5] 黄一文 PTN 承载网保护方案初探 中国电信湖北分公司. [6] PTN未来发展走向 中国信息家当网. [7] 杨波 《大话通信》 北京：公民邮电出版社 2009. [8] 王晓义 李大为等 《PTN网络培植及其运用》 北京：公民邮电出版社 2010.
