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PTN

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PTN  PTN是一种以面向连接的分组技术为内核,同时具备端到端的业务管理、层次化OAM及电信级保护等传送特性,以承载电信级以太网业务为主,兼容TDM、ATM等业务的综合传送技术。

  采用面向连接的分组交换(CO-PS)技术,基于分组交换内核,支持多业务承载。

  严格面向连接。该连接应能长期存在,可由网管手工配置。

  提供可靠的网络保护机制,并可应用于PTN的各个网络分层和各种网络拓扑。

  为多种业务提供差异化的服务质量保障。

  具有完善的OAM故障管理和性能管理功能。

  基于标签进行分组转发。OAM报文的封装、传送和处理不依赖于IP封装和IP处理。保护机制也不依赖于IP分组。

  支持双向点到点传送路径,并支持单向点到多点传送路径;支持点到点(P2P) 和点到多点(P2MP)传送路径的流量工程控制能力。

  分组传送网络包括3个PTN层网络,如图所示。它们分别是PTN虚通道(VC)层网络、PTN虚通路(VP)层网络和PTN虚段(VS)层网络。PTN的底层是物理媒介层网络,可采用IEEE 802.3以太网技术或SDH、光传送网(OTN) 等面向连接的电路交换(CO-CS)技术。对于MPLS-TP技术,PTN的VC层即伪线 (PW)层,VP层即标记交换路径(LSP)层。

  PTN网络支持的保护方式分为以下三大类:

  (1)PTN网络内的保护方式

  PTN网络内的线性保护包括单向/双向1+1路径保护、双向1︰1或1︰N (N >1)路径保护、单向/双向1+1 SNC/S保护和双向1︰1 SNC/S保护,应至少支持双向1︰1保护机制。

  PTN网络内的环网保护包括Wrapping和STeering两种保护机制,应至少支持一种环网保护机制。

  (2)分组传达网与其他网络的接入链路保护

  TDM/ATM接入链路的1+1或1︰N保护。

  以太网GE/10GE接入链路的保护,即链路聚合组(LAG)。

  (3)双归保护

  PTN网络内保护和接入链路保护相配合,实现在接入链路或PTN接入节点失效情况下的端到端业务保护。具体实现机制待研究。

  PTN的网络内保护方式应满足以下通用功能要求:

  (1)PTN的保护倒换应支持链路、节点故障和网管外部命令的触发,并应支持各种倒换请求的优先级处理。故障类型触发支持物理链路、VP/VC信号失效(SF)和中间节点失效,支持信号劣化(SD)。外部命令触发支持锁定到工作、强制倒换、人工倒换和清除命令等网管命令。

  (2)保护倒换方式包括支持单端倒换和双端倒换类型,支持配置为返回或不返回操作模式,支持等待恢复(WTR)功能的启动和等待恢复时间的设置。

  (3)保护倒换时间。在拖延时间设置为0的情况下,保护倒换引起的业务受损时间应不大于50 ms(对SD触发的保护倒换除外)。

  (4)拖延时间设置。在PTN的底层网络(如WDM和OTN) 配置了保护方式情况下,PTN网络保护方式应支持拖延时间的设置,可设置为50 ms或100 ms。1.4 PTN网络的OAM架构和功能要求

  PTN网络的OAM功能包括PTN网络内的OAM机制、PTN网络业务层OAM机制以及接入链路层的OAM机制等。

  PTN网络内的OAM分为告警相关的OAM、性能相关的OAM和其他OAM三大类,VC、VP和VS 3层的OAM功能要求如表所示。其中,主动OAM是指周期性连续实施的OAM操作。主动上报故障和误码性能的检测结果。按需OAM指人工发起的有限次数的OAM操作,通常用于故障的诊断和定位。

  作为电信运营网络的基础支撑网络,传送网络始终是为了满足所承载的业务需求并且优先于业务而发展的。以电路交叉为核心的SDH设备在近10年的黄金发展期里,覆盖了几乎整个电信网的骨干核心层、汇聚层、接入层等设备层次。后期,在IP业务的驱动下,MSTP设备得到了长足发展,但MSTP设备仍然是以电路交叉为核心的SDH设备,只是增加了一些数据业务的接口,可以实现数据业务的透明传输以及一些简单的业务汇聚。近几年,业务的IP化已经从电信网络的边缘逐渐向核心蔓延,这些业务不但有固网数据,还包括近几年发展起来的3G业务。在这种趋势下,必然要求传输网络IP化,即要求传送网络由电路交叉核心向分组交换核心的转换,利用分组交换核心实现分组业务的高效传送。

  将分组交换核心引入到传送网络已经成为从运营商到设备厂商的共识。各设备厂商和标准组织纷纷推出了以不同技术为基础的分组传送设备。依照技术基础的不同,可以将这些标准设备分为三种主要类型。

  T-MPLS技术体制

  T-MPLS是核心网技术的向下延伸。使用基于IP核心网的MPLS技术,简化复杂的控制协议,简化数据平面,增加强大的OAM能力、保护倒换和恢复功能;提供可靠的QoS、带宽统计复用功能。T-MPLS构建于MPLS之上,它的相关标准为部署分组交换传输网络提供了电信级的完整方案。需要强调的是,为了维持点对点OAM的完整性,T-MPLS去掉了那些与传输无关的IP功能。

  T-MPLS的基本技术特点:充分利用了面向连接MPLS技术在QoS、带宽共享、区分服务等方面的技术优势;简化了复杂的MPLS控制协议簇以及数据平面,去掉了不必要的转发处理,更加适合分组传送的需求;增加了层网络的概念,T-MPLS层网络独立于客户信号和控制网络信号;增加了传送*性的OAM和保护倒换。

  T-MPLS技术与MPLS技术之间的关系:T-MPLS继承了MPLS体系架构的部分概念定义、转发原理等,同时对MPLS系统架构进行简化和扩充。T-MPLS借用了MPLS的内容和概念,包括标签转发原理、标签交换路径(LSP)、区分业务(Diff-Serv)、标签空间和标记分配、TTL处理,并在MPLS基础上进行了简化和扩充。简化MPLS的复杂协议簇,简化控制层面;不支持PHP,简化数据转发平面;不支持标签的合并(Merging);扩充标记栈深度,不限制标记栈的深度;支持双向LSP;增加了OAM功能;增加了线性子网保护和环网保护,支持APS协议;引入了层网络概念。

  PBT技术体制

  PBT-TE是提供商网桥的改进,允许配置流量工程和保护。PBT几乎是在标准的提供商骨干网桥上添加路由配置而完成的。PBT技术的主要优点体现在关闭传统以太网的地址学习、地址广播以及STP功能,以太网的转发表完全由管理平面进行配置;具有面向连接的特性,使得以太网业务具有连接性,以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等传送网络的功能;PBT技术承诺与传统以太网桥的硬件兼容,数据包不需要修改,转发效率高。

  PBT的基本技术特点:使用运营商MAC加上B-TAG进行业务的转发,从而使电信级以太网得到运营商的控制而隔离用户网络;新增I-TAG标记来标示一个业务实例;PBT在运营商网络层面关闭了复杂的MAC地址学习、广播、生成树协议等传统以太网功能,避免广播包的泛滥;使用ProviderMAC+VLANID进行业务的转发,具有面向连接的特征,实现电信级网络所需要的一些特征,包括保护倒换、QoS等电信级传送网络的功能;可以基于现有以太网交换机的硬件实现。

  PBT与PBB之间的关系:PBT可以做到硬件与商用网桥PBB完全兼容。可以将PBT看做在PBB基础上通过简化和扩充完成的。在PBB的基础上,PBT去掉了以太网的无连接特性,增加以太网OAM和连接保护功能,数据转发比较简单。

  EOMPLS技术体制

  EOMPLS技术是在MPLS技术的基础上简化完成的,主要是使用MPLS协议建立的链路层承载Ethernet业务,通过PWE3技术完成多种业务的传送。去掉了IP的无连接协议,保留了原有的链路控制协议,增强了OAM和保护功能。EOMPLS技术可以直接借用MPLS的控制平面完成连接的建立。

  三种分组传送技术来源于不同的技术基础,孰优孰劣在目前还难以判定。哪一种技术能够成为主流,还要取决于各大技术阵营间的博弈,以及能够支持该技术的下游产业链的成熟程度。比较三种技术的共同点,也正是PTN产品所必须具备的设备要素:必须具备分组交换的核心,以提高IP化业务的传送效率;能够提供面向连接的特性,从而保证具备可管理、可配置的电信级要求;可以提供OAM特性和连接保护特性。三种技术的共同特征,决定了三种设备在硬件形态上趋同,所不同的是设备内部运行的软件核心。这可能也将最终导致三种技术走向融合。

  在PTN行业标准起草过程中,存在一些有争议的关键问题,涉及标准的技术选择、PTN的网络应用和后续发展等方面。我们牵头组织了相关讨论,部分有了初步结论,部分还有待后续研究,在此与大家分享:

  (1)MPLS-TP的OAM实现机制和封装格式问题

  目前有T-MPLS G.8114、G-ACh[5]+Y.1731 OAM PDU[6]、 IETF BFD扩展[7]+新OAM工具3种选项。从保护中国运营商和设备商的现有利益,并且便于今后软件升级角度出发,中国所有单位一致同意采用G-ACh+Y.1731 OAM PDU格式,并希望形成合力来推进MPLS-TP国际标准采纳。但由于IETF MPLS工作组被Cisco、Juniper等数据领域专家主导,该技术选择成为MPLS-TP标准选项的难度相当大。

  (2)PTN环网保护的实现机制

  目前IETF初步认可了环网保护需求,但具体实现机制有MPLS-TE FRR应用在环网拓扑[8]、IEEE多段保护[9]、ITU-T Wrapping和Steering环网保护[10]3类选项。我们一方面需要从技术角度深入分析3类机制在业务配置、带宽共享、OAM、跨环保护等方面的差异;另一方面要考虑运营商网络运维习惯的影响。目前,根据中国设备商产品情况和运营商应用需求,行标中选择了基于ITU-T的Wrapping和 Steering两种环网保护机制,后续还要完善点到多点业务保护和跨环保护等具体机制。

  (3)PTN与MSTP混合组网需求和互通功能要求问题

  由于PTN的使命是逐步替代基于SDH的MSTP,因此在运营商的网络部署过程中,必然面临PTN与MSTP 混合组网和互通问题。如存在PTN汇聚环直接带MSTP接入环的混合组网场景,在标准中如何具体规范,也成为颇有争论的一个问题,需要后续组织协调讨论。

  (4)PTN支持IP/MPLS三层功能需求问题

  在全业务运营和LTE移动回传承载的发展趋势下,PTN是否需要支持IP/MPLS的部分三层功能?如何与现有路由器网络分工协调?这些都需要运营商明确具体应用需求后再组织针对性的研究。这将成为本版本PTN行标的一个开放性待研究问题。

  PTN技术在与IP/MPLS竞争融合的环境中逐步发展,目前已应用在IP化的3G移动回传网络中。从标准化和产业应用来看,今后两年是PTN技术发展的关键期,希望PTN技术的产业链不断发展壮大。

  1 引言

  众所周知,随着全业务网IP化的发展,承载传送网IP化已是大方向。PTN技术自提出后便获得了快速发展,并已成为本地、城域传送网IP化演进的主流技术之一,在现网中获得了大量的应用。

  全球许多运营商都非常青睐PTN技术,他们纷纷组织测试、验证PTN技术与产品,其中领先的运营商已开始建设PTN商用网络,用于移动回传以及组建企业专网等。其中,包括VodafONe等运营商在2008年成功部署了PTN网络,并且取得了良好的效果;2008—2009年,FT/Orange,Telefonica/O2,T-Mobile等在全球排名位列TOP10的跨国运营商,也纷纷引入PTN用于移动承载网的建设。

  在国内,中国移动2009年投资30亿元建设PTN,业内人士预计中国移动2010年在PTN的投资规模将超过50亿元,并已在2010年5月开始集采及测试工作。中国电信和中国联通也对PTN技术进行了积极的研究与测试,并在积极推进试商用进程。

  2 国内PTN测试情况

  (1)中国移动测试情况

  中国移动在2008—2009年先后组织了3轮PTN技术测试,测试内容包括全业务支持、管理维护、时钟、压力测试、设备与网络安全等,测试厂家包括烽火、华为、中兴、阿朗、泰乐和UT等。

  第一轮 :2008年8~9月,由工业和信息化部电信传输研究所主持对PTN技术与产品的摸底测试,包括全业务支持,OAM,QoS,保护倒换,同步等详细内容;2008年10月,PTN与MSTP和路由器互通测试;2008年11月,PTN与2G/3G基站互通测试。

  第二轮 :2009年3月中旬~4月底,为现网测试。又可分为两个阶段,第一阶段是验证各种分组城域网技术在单厂家组网方式下的可行性和差异性,重点验证现网复杂环境下,网络承载实际基站业务和全业务的能力,以及网络的运营和管理维护能力,并为下一步网络演进和部署提供组网思路和方案,为今后中国移动城域传送网的建设提供依据;第二阶段主要验证多厂家互联互通以及多技术混合组网的可行性。

  第三轮 :2009年5~6月,各厂家PTN互联互通测试。2009年9月,中国移动进行PTN集采前选型测试,增加满配置LSP数量下压力测试、双归保护等部分项目及功耗测试;2009年10月,中国移动进行PTN与基站时间同步互通测试;2009年12月,中国移动进行时间同步互通测试。

  2010年5月,中国移动组织了2010年PTN设备集采测试。

  (2)中国电信测试情况

  2009年7~8月,中国电信组织了PTN测试,测试内容包括全业务支持,OAM,QoS,保护倒换,同步等详细内容,参测厂家为烽火、华为、中兴、阿朗和UT等;2009年10月~2010年1月,进行现网试点。

  (3)中国联通测试情况

  2009年11~12月,中国联通第一阶段测试;2010年1月,第二阶段测试;2010年4月,重启互联互通测试。参测厂家为烽火、华为、中兴、阿朗和UT等。

  中国联通测试包括功能与性能测试、互通与业务场景测试等两大部分。其中,前者包括业务承载,业务性能,标签处理能力,网络保护,QoS功能,OAM功能,设备能力,分组时钟功能,网管,控制平面功能测试共10 个部分的内容;后者包括PTN 设备互通测试,PTN 与MSTP 设备互通测试,PTN 与IP 数据设备互通组网测试,PTN与WCDMA网络互通组网测试方案,PTN 综合业务承载测试方案共5 个部分。

  (4)烽火通信PTN系列产品参测情况

  烽火通信CiTRANS全系列PTN产品参加了以上各运营商组织的全部测试,功能和性能均满足要求,并在各测试中表现优异,获得各运营商广泛认可。

  3 PTN国内现网应用情况

  (1)中国移动

  大型本地或城域承载网典型组网如图1所示:3G基站业务通过FE光/电口接入PTN接入环,通常PTN接入环以GE速率组网。在有条件的网络中,GE接入环通常以双节点与汇聚环跨接,汇聚环以GE/10GE接口通过核心/骨干层的OTN透传到核心层PTN设备。核心层设备以GE光接口与RNC对接,实现基站到RNC的回传承载。

  图1 大型本地或城域承载网组网示意图

  这种组网方式可使用全程LSP 1+1/1:1端到端保护,类似MSTP的全程通道保护方式,实现承载网全网的网络保护。核心/骨干层PTN设备和RNC间也可通过双归保护实现PTN与RNC对接的保护。3G和专线业务通过PTN接入设备上的FE光/电接口直接接入PTN网络;2M或STN-1等业务则通过PTN接入设备上的仿真盘接入PTN网络。

  在小型的本地或城域承载网中,也可以没有核心/骨干层的OTN设备,PTN汇聚环直接和核心层PTN对接。

  (2)中国电信和中国联通

  中国电信、中国联通在积极组织测试的同时,也已在各地积极推进试商用,都是以PTN承载3G和专线业务等。

  图2所示为PTN设备用于中国电信或中国联通同时承载基站回传和固定接入业务时的组网示意图,由图可见,PTN设备可同时接入基站E1电路,基站FE电路,AG业务,OLT语音业务,网吧基础数据业务和客户专线业务等,可以很好地满足中国电信、中国联通现网和后续网络发展的需要。

  图2 基站回传、固定接入并重的全业务承载网示意图

  4 PTN应用中的热点问题

  (1)时间同步

  PTN网络中,目前均采用IEEE 1588v2实现时间同步。IEEE 1588v2定义了3种时钟模式:普通时钟OC(Ordinary Clock)、边界时钟BC(Boundary Clock)和透明时钟TC(Transparent Clock)。OC通常是网络始端或终端设备,该设备只有一个1588端口,该端口只能作为SLAVE(从端口)或MASTER(主端口);BC是网络中间节点时钟设备,该设备有多个1588端口,其中一个端口可作为SLAVE,设备系统时钟的频率和时间同步于上一级设备,其他端口作为MASTER,可以实现逐级的时间传递;TC是网络中间节点时钟设备,可分为E2E TC(End to End TC)和P2P TC(Peer to Peer TC)两种。

  在PTN网络中,IEEE 1588v2实现时间同步主要有两种模式,即BC模式和TC模式。但根据测试情况和技术实现复杂度来看,目前更倾向于采用BC(Boundary Clock)模式,烽火公司PTN系列产品默认支持BC模式,在各运营商组织的各次测试中性能优异,获得肯定,完全满足3G对时间同步的需求。

  (2)L3VPN( Virtual Private Network,虚拟专用网)

  为了满足未来LTE的S1多归属和相邻X2接口通信的承载需求,PTN设备需要具备L3VPN的演进能力。

  我们知道,LTE引入了两个新的接口S1和X2,S1-Flex机制可以让一个eNB连接到多个SGW/MME(区域池),它是从eNB到EPC的动态接口,主要用于提高网络冗余性以及实现负载均衡,目的是实现灵活的业务调度和保护;X2是相邻eNB间的分布式接口,它承载信令和少量切换数据,主要用于移动性管理相关信息的传递,用以改善用户跨基站的移动切换时刻的体验。

  目前,业界倾向于要求核心层PTN设备支持L3VPN以解决LTE无线业务的回传。

  (3)网络保护

  PTN网络支持的保护方式具体如下:

  ●PTN网络内的保护方式

  PTN网络内的线性保护包括单向/双向1+1路径保护、双向1︰1或1︰N (N >1)路径保护、单向/双向1+1 SNC/S保护和双向1︰1 SNC/S保护。

  PTN网络内的环网保护包括Wrapping和Steering两种保护机制,目前基本采用Wrapping保护机制。

  ●分组传送网与其他网络的双归保护

  PTN网络内保护和接入链路保护相配合,实现在接入链路或PTN接入节点失效情况下的端到端业务保护。

  图3所示为节点A到RNC之间的业务用双归保护方式实现业务的保护。业务主用路径为节点A-B-C-D-RNC,备用路径为节点A-G-F-E-RNC。

  图3 双归保护

  故障情况下(见图4),当PTN网络部分主用路径发生故障,且节点D和RNC之间也发生故障时,业务的路径变为节点A-G-F-E-RNC。

  图4 故障情况

  5 PTN技术蓬勃发展的现状

  PTN技术的发展历程是T-MPLS到MPLS-TP的历程。早在2005年,国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)SG15就开始了T-MPLS的标准化工作。T-MPLS是在MPLS技术的基础上,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术内容和复杂的协议族,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制订。

  2007年,IETF出于MPLS利益之争以及兼容性问题,开始阻挠ITU-T通过T-MPLS相关标准;2008年2月,ITU-T同意和IETF成立联合工作组(JWT)来共同讨论T-MPLS和MPLS标准的融合问题。联合工作组(JWT)由ITU-T的T-MPLS Ad Hoc组和IETF的MPLS互操作性设计组(MEAD)组成,专门做T-MPLS的*估工作;2008年4月,JWT经过一系列的会议讨论,决定ITU-T与IETF合作开发相关标准,ITU-T将传送的需求提供给IETF,并通过IETF的标准程序扩展MPLS的运行维护管理、网络管理和控制平面协议等,使之满足传送的需求,技术名称更改为MPLS-TP,由IETF定义MPLS-TP,MEAD负责。

  截止到目前,IETF已通过多个RFC(见图5),并在转发机制,OAM,生存性,网管和控制平面等5部分继续发展完善中,还有大量的草案有望在即将到来的IETF会议上获得通过。

  图5 PTN技术发展历程



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dolphin    


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