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PTN技术及应用探讨张红彬（烽火通信科技股份有限公司 武汉 430074）摘要 TN作为以传送分组业务为主的传送网，能够满足分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求，是为了适应市场需要而推出的一种能够有效传递分组业务，并提供电信级OAM和保护的分组传送技术。本文首先介绍了PTN的典型技术PBT和T-MPLS，且对两者进行了比较，并将PTN与作为分组传送演进的另一个方向电信级以太网（CE）进行对比，分析了各自优缺点，最后对PTN的应用进行了探讨。关键词分组传送网；PBB-TE；T-MPLS；电信级以太网目前业务网正处在发展转型时期，在电信业务IP化趋势推动下，传送网承载的业务从以TDM为主向以IP为主转变，最具代表性的业务有3G、软交换以及各种数据业务等，已经明显地体现出未来业务网络的IP化、宽带化和移动化三大特点。而传统的面向TDM业务设计的SDH传输网技术已难以满足数据IP业务的传送需求，基于SDH的多业务传送平台（MSTP）技术虽然在一定程度上提供电信级分组业务的传送功能，体现了光传送网向支持分组传送演进的趋势，但MSTP仍然是以TDM为内核，难以满足以分组业务为主的应用需求。未来的市场需要一种能够有效传递分组业务，并提供电信级OAM和保护的分组传送技术。在这样的需求驱动下，业界开始提出分组传送网（packet transport network，PTN）的概念，希望打造一个以传送分组业务为主的传送网。未来的光传输网络将主要负责IP/以太网流量的传送，针对分组的流量特征进行优化，向着智能的、融合的、宽带的、综合的方向发展。PTN是在以IP为内核、以太网为外部表现形式的业务层和光传输媒质之间设置的一个层面，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有较低的总使用成本，同时秉承光传输的传统优势，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、可扩展性、较高的安全性等。在现有的技术条件和业务环境下，新建PTN需要解决网络定位、业务承载、网络架构、设备形态、QoS和时钟等一系列关键技术问题。 PTN的概念比较宽泛，在目前的网络和技术条件下有许多实现方案，许多厂家和标准化组织纷纷推出了不同程度满足PTN功能需求的产品和技术，总体来说可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类，前者以PBB-TE（PBT）为代表，后者以T-MPLS（transport MPLS）为代表。从目前发展来看，相比其他技术，这两项技术更好地满足了PTN目标网络的要求，可能成为未来PTN的主流技术方案。还有PVT、RPR/MSR等技术，也不同程度地进入标准组织并在电信网络部署，但T-MPLS技术已在标准化进程中抢占了先机。1PBT技术面向连接的具有电信网络特征的以太网技术PBT最初在2005年10月提出，主要具有以下技术特征。 基于MAC-in-MAC但并不等同于MAC-in-MAC，其核心是：通过网络管理和网络控制进行配置，使得电信级以太网中的以太网业务具有事实上的连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信传送网络的功能。 使用运营商MAC加上VLAN ID进行业务的转发，从而使得电信级以太网受到运营商的控制，与用户网络隔离开来。 基于VLAN关掉MAC自学习功能，避免广播包的泛滥，重用转发表而丢弃一切在PBT转发表中查不到的数据包。由于采用了两层MAC技术，业务通过DA（目的地址）+ VLAN ID的方式进行识别，VLAN ID不再是全局有效，不同的DA可重用相同的VLAN ID，VLAN ID的相同不会造成以太网交换机在数据帧转发中的冲突。PBT技术可以与传统以太网桥的硬件兼容，DAVLAN ID经过网络中间节点时不需要变化，数据包不需要修改，转发效率高，可支持面向连接的网络中具有的带宽管理功能和连接允许控制（connection admission control，CAC）功能以提供对网络资源的管理，通过网管配置或网络控制器（network controller，NC）建立连接，可以很方便地实现灵活的路由和流量工程。但此技术标准还不成熟，由于增加了MAC地址开销，势必增加硬件成本。PBT希望基于现有城域以太网体系架构达到电信级运营要求，在电信级保护、可管理性、扩展性方面均有发展，也能提供低于50 ms的恢复时间、以太网连接由网管系统进行配置等功能；同时运营商MAC对用户不可见，骨干网不需处理用户MAC，业务更安全；此外I-SID（I-TAG）突破VLAN ID的限制，可支持224个业务实例（ID长度为24 bit）。但由于多了一层MAC封装，硬件代价必然升高，且对POS支持的效率低，在初期应该是一个值得考虑的问题。在标准方面不成熟，产业支持少也是一个影响其应用的关键因素。从行业情况来看，个别厂家的路由器/交换机已支持PBT，在国外网络中已有应用。这种技术适合于已有大规模城域以太网，以以太网为业务主体的运营环境。2T-MPLS技术ITU-T SG15工作组于2003年开始了传送网承载以太网（EOT）系列标准建议的制订，陆续完成了分层结构、UNI/NNI接口、设备形态和组网模式、OAM、网管和业务框架等方面的工作。由于EOT体系着眼于以太网网络结构，采用比较严谨的建模方法对以太网传送架构进行整体研究，在描述技术细节时遇到了一些问题，因此，从2005年开始，ITU-T把工作重心转向了运用MPLS技术定义分组传送层服务功能结构，即T-MPLS技术上来。到2007年第3季度，ITU-T发布了系统架构、接口与设备规范、OAM、保护倒换机制以及业务信号适配等几个建议文档，且已与IETF达成一致，目前正在定义详细分层功能、增加更多的适配客户信号、业务互通和同步等方面进行进一步的标准化工作。同时，IETF也正在编写T-MPLS RFC，为T-MPLS业务定义新的标签。从以上的标准进展情况来看，T-MPLS技术架构清晰，关键技术实现较为完善，对MPLS/PW技术进行了简化和改造，引入了传送网分层、OAM和线性保护等概念，符合传送网的需求。T-MPLS技术由数据平面、管理平面和控制平面3个相关平面组成，建立了端到端面向连接的分组传送管道。该管道可以通过网络管理系统或智能的控制面建立，具有良好的操作维护性和保护恢复。从标准化程度来看，现在的标准仅规范了T-MPLS的数据平面部分功能，还需要进一步研究T-MPLS管理平面和控制平面，预计T-MPLS的系列标准将在2008年后基本完成。T-MPLS是一种面向连接的分组传送技术，在传送网络中，将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增加了传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。总体上说，T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF为MPLS定义的复杂的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理。 不使用PHP（penultimate hop popping，倒数第二跳弹出）选项：PHP的目的是简化对出口节点的处理要求，但是它要求出口节点支持IP路由功能；使到出口节点的数据没有了MPLS标签，对端到端的OAM造成困难。 不使用LSP聚合选项：LSP聚合是指所有经过相同路由到同一目的节点的数据包可以使用相同的MPLS标签。虽然这样可以提高网络的扩展性，但是由于丢失了数据源的信息，从而使得OAM和性能监测变得很困难。 不使用ECMP（equal cost multi-path，相同代价多路径）选项：ECMP允许同一LSP的数据流经过网络中的多条不同路径，不仅增加了节点设备对IP/MPLS包头的处理要求，而且由于性能监测数据流可能经过不同的路径，从而使得OAM变得很困难。T-MPLS从面向连接的分组传送角度扩展出发，通过上述一些机制使其达到电信级运营要求，包括在电信级保护、可管理性、扩展性方面的完善，如提供低于50 ms的恢复时间；分级、分段的电路级管理，类似SDH的OAM；基于MPLS的帧及转发机制，对包括POS等接口的支持较好。但总体看来此技术的相应产业支持还不够成熟，预计2009年左右芯片才能完善。在应用场景上适合以TDM业务为主向IP化演进的运营环境。3PTN典型技术比较PTN可以看作二层数据技术集合的简化版与OAM增强版的结合体。在实现的技术上，两大主流技术PBT和T-MPLS都将是SDH的替代品而非IP/MPLS的竞争者，其网络原理相似，都是基于端到端、双向点对点的连接，并提供中心管理，在50 ms内实现保护倒换的能力；两者都可以用来实现SONET/SDH向分组交换的转变，在保护已有的传输资源方面，都可以类似SDH网络功能，在已有网络上实现向分组交换网络转变，而不改变原有的工作习惯和组织方法。但目前均不支持多点传输，不过多点传输的代表业务IPTV还未规模商用，其应用的影响还未凸现。两种技术还为路由器的部署提供了选择机会，实际上，只有当PBT或T-MPLS路径要在路由器间建立安全传输时，路由器的部署才是必要的。总体来看，T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性，在电信级承载方面具备较大的优势；PBT着眼于解决以太网的缺点，在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面，T-MPLS走在前列，PBT即将开展标准化工作。芯片支持程度上，目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用来支持T-MPLS，成熟度和可商用度更高。在现实中的应用以及其对成本和收入的影响将会是判断它们是否成功的最终条件，现在判断谁会胜出还为时尚早。4CE和PTN的比较作为分组传送演进的另一个方向电信级以太网（carrier ethernet，CE）也在逐步地推进中。MEF在2005年2月17日举办了第一次CEWC（carrier ethernet world congress），2005年9月13日公布业界第一次CE认证。CE目标是做互联网，有5个属性：业务标准化、可扩展性（服务质量和服务种类、总体的带宽需求和带宽增长的可展性）、业务可管理、可靠性、硬性的QoS。CE与PTN作为分组传送技术并没有本质区别，不同之处如下。 CE产品主要由数据设备厂家提供，是从数据层面来发展的，虽然可以较低的成本实现多业务的承载，但还存在着一些不足，如对于全网端到端的安全可靠性方面还没有很好的解决办法，且由于电信级以太网在传送层面是单波系统，如要大力发展必须考虑光纤资源问题。 PTN产品主要由传输设备厂家提供，是从光传输层面发展而来，在组网和端到端控制上有天生的优势，全无上述问题。标准化及产品情况方面，目前CE和PTN技术标准正在不断发展之中，ITU-T、IETF、IEEE、MEF分别在近几年研究并发布了大量的分组传送标准，并且新的技术还在不断立项和研究中。业界有相应的一些产品出现，但是否可以直正应用于光传送网络，在保证电信级要求的前提下来有效承载城域网中的各类业务，还需要进一步的验证；其次市场对产业初期价格的承受能力还有待检验。5PTN解决方案PTN产品为分组传送而设计，其主要特征体现在以下方面。 灵活的组网调度能力：支持链形、星型、环型、Mesh组网模式和无阻交叉能力。 多业务传送能力：支持E1、STM-N的TDM业务和FE、GE、10GE等分组业务。 全面的电信级安全性：包括网络保护倒换、关键部件冗余保护、对不同优先级业务设置不同保护方式的能力。 电信级的OAM能力：具有基于通路（channel）、通道（path）、段（section）的子层监视（TCM）功能，区别于SNMP的4大管理功能：配置、故障、性能、安全。 具备业务感知和端到端业务开通管理能力。 传送单位比特成本低。为了实现这些目标，同时结合应用中可能出现的需求，需要重点关注TDM业务的支持能力、分组时钟同步、互联互通问题。（1）TDM业务的支持方式在对TDM业务的支持上，目前一般采用PWE3（pseudo wire emulation edge-to-edge，端到端伪线仿真）的方式，这是一种在分组交换网络上模拟各种点到点业务的机制，被模拟的业务可以是TDM专线、ATM、FR或以太网等。PW的功能主要包括：将业务封装成分组包，将这些分组包通过路径或隧道传送到网络对端，管理分组包的次序和同步等。隧道的实现可以采用其他一些常用的隧道技术，例如MPLS。从用户的角度来看，可以认为PWE3模拟的虚拟线是一种专用的链路或电路。目前TDM PWE3支持非结构化和结构化两种模式，封装格式支持MPLS格式。非结构化的封装符合RFC 4553（即SAToP（structure-agnostic time division multiplexing over packet，基于分组的非结构化时分承载），结构化的封装符合RFC CESoPSN（circuit emulation service over PSN，基于分组交换网的电路仿真业务）协议。（2）分组时钟同步分组时钟同步需求是3G等分组业务对于组网的客观需求，时钟同步包括时间同步、频率同步两类。不同的3G制式对同步的要求不同，TD-SCDMA、cdma2000需要时间和频率同步，WCDMA仅需要频率同步。就时间同步而言，3G要求非常高，误差在3 s内（1.51.5 s）。目前通过基站内置GPS来同步，通过线路携带时钟信号进行同步无论是PDH、SDH还是PTN都解决不了，暂且无需考虑。在频率同步方面，尽管目前3G基站都内置了GPS而且价格便宜，可以解决频率同步，但从安全角度考虑，线路同步方式依然需要，因此，PTN产品需支持外时钟输出，也即需要支持外时钟输入。同时要求PTN产品必须支持从线路接口如STM-16/64、GE/10GE提取同步信号。在实现方式上，目前主要有如下3种。 同步以太网：通过彻底改造现有的异步分组网络，使分组网络的每一个节点都实现同步，也就是以太网物理层同步。在这种方式下，时钟采用以专用数据包传送SSM（同步状态信息）的以太网物理层传送，采用类似SDH 同步机制，支持时钟质量分类，每个网元都必须支持G.8261或者同步以太网。 TOP（timing over packet）方式：时钟通过报文传送，只需要源和宿端支持同步IEEE 1588即可。 IEEE 1588v2：不仅可解决时钟频率的问题还可以解决时钟的时间传递问题，需要所有的网络设备都支持该协议。（3）互联互通问题PTN是从传送角度提出的分组承载解决方案。技术可以革命，网络只能演进。运营商现网是庞大的MSTP网络，MSTP节点已延伸到本地城域网的各个角落，PTN必须要考虑与现网MSTP的互通。互通包括业务互通、网管公务互通两个方面。 业务互通业务互通包括分组业务互通、TDM业务互通两类。分组业务互通：作为面向分组传送的PTN，与MSTP网络业务互通的最大需求是分组业务，即以太网业务。PTN还可以支持TDM、分组的多业务传送。随着业务网的IP化，PTN需要承载的TDM业务仅是少量，这些少量的TDM业务可能在未来随时有需要的时候互通。 网管公务互通PTN作为MSTP的演进，网管、公务保持互通兼容是需要考虑的。目前在商用化方面来看，鉴于标准、产业成熟度、关键问题的解决进度等问题，各个厂商在标准、产品等方面虽然都投入了不少精力，但总地来说，推出解决方案和成熟产品的企业并不是太多，实际商用的也不多。6PTN在网络中的应用定位PTN在网络应用层次、应用场景方面基本和现网MSTP类似，就未来的应用场景来看，主要有无线运营和固网运营环境。在无线运营环境的应用场景中，PTN产品主要定位于接入、汇聚层。一般而言核心网的分组化演进较容易，而RAN网络由于基站侧2G/3G共址长期存在，其传输网络分组化演进比较缓慢。在移动传送的不同时期，E1/IMA E1/FE/GE的需求都会存在，但是比例发生了变化，从E1为主逐渐向以FE/GE为主转变。在这种情景下，PTN将主要用于IP化基站的传输（RAN传送网）。另一应用则为企业级专线接入，在这种方式下借助电、光接口将大客户接入，通过城域PTN提供高等级、高QoS水平的企业级专线业务。在固网运营应用场景，PTN产品主要用于完成DSLAM、FTTx OLT数据网的汇聚传送以及AG到SS的接入传送、企业级专线接入。7PTN应用及引入策略分组化是光传送网发展的必然方向，未来本地网依然在相当长的时间内面临多种业务共存、承载的业务颗粒多样化、骨干层光纤资源相对丰富等问题，在引入PTN的过程中，需要注意引入策略和网络承接性的问题，在现有的网络中引入分组传送技术和设备应该非常慎重，逐步实施。 首先PTN的切入应该是在FE成为主流的业务接口后再逐步实施。因为分组传送设备产业链的成熟目前还在稳步推进，在2010年后才会相对成熟，同时技术标准的选择和芯片厂家、设备商的支持度等因素均会影响到演进的节奏。 核心层采用的OTN/WDM技术目前正在逐步成熟，可以逐步商用，但由于目前OTN技术的不同模块发展极不平衡，所以对于商用的步骤应有所考虑。建议现阶段可以考虑引入G.709接口，2008年后可考虑引入目前基本成熟的ROADM设备，2009年后再考虑引入OTN的电交叉设备。 在分组定时（packet timing）标准和产业链成熟后，可以正式切入全业务运营的