分组化城域传送网建设探讨

[摘要]文章针对城域网现状提出了未来ALL IP演变过程中城域传送网的建设方向，对PTN技术在城域网中的应用思路进行了探讨，指出了PTN组网存在的问题和发展趋势。

[关键词]PTN　城域网　T-MPLS　MPLS-TP　ALL IP

1　引言

随着3G网络时代的到来，移动通信网由原来以2G时代低速数据通信的语音业务为主转变为以宽带多媒体通信为主，数据网络通信已经融入传统通信的语音业务领域，形成以语音为核心，以视频、IM、呼叫中心等应用为增值点的IP通信市场，IP网络已经可以提供高速上网(HSI)、IP电话(VoIP)和视频(IPTV)的“三重播放”业务。而Internet的飞速发展与普及应用，为在融合的统一平台上提供多样化的信息提供了可能。这个统一平台就是IP，其核心技术IP协议体系在数据网络架构中的地位已经得到认同。

传统电路交换技术具有内在的高质量、严格管理的优势，但基本设计思想是以恒定对称的话路量为中心，采用复杂的分等级的时分复用方法，语音编码和交换速率为64kb/s，为每一种业务指定固定带宽。对以突发的非对称的输入为主的业务而言，传输和交换效率低，节点成本和传输成本均较高。

从网络角度看，电路交换网无论是从业务量设计、容量、组网方式.还是从交换方式上来讲都无法适应新形势的需要，开发下一代可持续发展的网络是电信业的需要。其基本思路是具有统一的IP通信协议和巨大的传输容量，低成本、灵活、可靠、持续支持已有和未来发展的业务。

分组化网络有传统电路交换网难以比拟的优势。如无复杂的时分复用结构，传送信息才占用资源因而利用率高，信令、计费和网管简单。建设维护运行成本低，连接效率高，可以同时建立大量连接，能够提供动态带宽分配和灵活指配不同带宽颗粒需要。特别是无连接IP网对连接是透明的，包转发只需维持很少状态信息，网络节点负荷降低.非常适合于非对称的突发数据业务的传输。随着3G、三重播放、电信级以太网与可管理的VPN、VoIP、高速因特网接入等应用的发展，数据业务成为通信主导。因此。由电路交换转向分组网络，建立以无连接IP技术为基础的电信网是必然趋势。

2　城域传送网面临的挑战

目前，城域网从业务流量的增长趋势看，业务趋于IP化和大颗粒化，导致城域网将由主要承载现有E1/STM-1等TDM业务逐渐转向承载FE/GE等lP业务。原有SDH/MSTP传送网无法满足大颗粒业务的调度，城域网技术需要由现有“以TDM电路交换为内核”向“以IP分组交换为内核”演进。

各运营商3G和全业务的竞争，导致城域网不仅承载2G/3G语音和数据业务，还需承载集团客户和家庭上网等业务。城域网需要扩大规模并考虑多业务统一承载，对于基站和高价值集团客户等高价佳业务、普通集团客户和家庭宽带等低价值业务，需要合理选择组网技术，增强对于大规模数据业务的控制和管理。

由于移动TD-SCDMA空口要求精确的频率和时间同步传输.现有TD-SCDMA基站主要通过增加GPS来获取时间同步。而由于GPS的安装对周边环境的要求较高，GPS设备的稳定性对基站的正常工作也产生了重要影响，同时新增GPS接收机也增加了建站成本。因此迫切需要城域网提供更高精度的同步信号传送能力。

带宽瓶颈是目前城域网面临的主要问题。除此之外还存在着SDH环网保护资源利用率低、网络保护机制单一、无法提供层次化服务、提供新业务的能力差、网络扩展能力差、升级能力有限、受接口速率限制、光缆多点失效时网络生存性不高等缺点。

随着通信网络进入ALL IP时代，业务种类不断丰富，业务流量不断增加，由此带来的带宽需求的迅猛增长为运营商带来了巨大的传送成本压力。以TDM为基础的传统传送网络传送效率较低而难以适应这一趋势，基于IP over WDM的网络组织架构无法构筑一个面向数据业务的、可靠的、具有端到端动态业务调度功能的传送网络，传统的IP网络也无法满足IP承载网的传送需求和提供电信级业务的要求。PTN技术正是为了解决以上问题而产生的，是下一代传输网的发展方向。

3　PTN技术介绍

PTN(Packet Transport Network)以分组作为传送单位，继承了MSTP的理念.融合了Ethernet和MPLS的优点，是下一代分组承载的技术。其主要技术标准有T-MPLS/MPLS-TP、PBT、RPR等。

T-MPLS是一种面向连接的通用分组交换传送技术，利用MPLS/PW伪线技术。去掉了MPLS数据面的PHP、ECMP、标签合并和精细的包丢弃处理.吸收了多业务承载、TDM业务仿真等技术，并增加了ITU-T的OAM和保护恢复的功能，将T-MPLS网络分为传送平面、管理平面、控制平面三个层面，吸收了三层IP、2层PWE3和1层TDM/0TN技术的优点。T-MPLS可以用一个简单公式表述：

T-MPLS=MPLS+OAM-IP　(1)

MPLS-TP利用MPLS标签交换路径，省去MPLS信令和OP复杂功能，支持多业务承载，且独立于客户层和控制面，并可运行于各种物理层技术，具有强大的传送能力(QoS、OAM和可靠性等)。MPLS-TP可以用以下公式表述：

MPLS-TP=MPLS-L3复杂性+OAM+保护　(2)

PBT是IEEE802.1 ah定义的一种MAC-in-MAC技术，一种基于MAC堆栈的技术。其核心是：通过网络管理和网络控制进行配置，使得网络以太网业务事实上具有连接性，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Provider MAC加上VLAN ID进行业务的转发，使用DA+ VLAN标识端到端的转发路径；去掉了以太网地址学习的特性。

4　分组化城域传送网

4.1　城域网网络演进

在移动网络向ALL IP转型过程中，对已经部署2G网络的运营商来说，原来预留的部分光传输资源不能浪费，而且原有的SDH传送网络也可能会逐步转移到新的承载网。对原有基于SDH的传送网的改造成为全网JP化需要解决的重要问题，其关键在于业务流量预期。初期可以在现有MSTP网络上扩容来满足增加的TDM和分组流量需求，如增加接入环、将原有STM-1/4接入环升级至STM-4/16、原有接入环加点或裂环等。但这只是应一时之需。如条件满足，应该引入能够平滑升级到PTN的MSTP设备建设新的传送承载网，采取核心分组化改造配合灵活的多种接入手段，逐步过渡到全网可向PTN演进的方式。如果TDM业务在长时期内继续占主要地位并仍然增长，可以利用将新一代设备配置为MSTP的方式满足业务需求。

对于移动IP化应用进程较快、移动宽带业务普及较迅速的区域，基于IP的3G移动业务量将会很快超过基于 TDM和ATM的2G与3G传统移动业务量。在这种情况下可以考虑新建PTN网络进行业务承载。原有SDH和ATM网络逐步停止建设，并随着设备寿命到期，逐步将业务和客户迁移到新建网络。对于大容量数据业务区可采用CWDM直接承载方案，降低建设低成本。对于边缘大客户、DSLAM等业务可采用PON技术进行业务的接入。

在干线和城域网核心层，由于业务颗粒较大，基本采用IP over WDM/OTN承载大颗粒的IP化业务。

4.2　PTN组网建设思路

针对现有的网络结构，对于PTN的建设思路主要有以下几点：

(1)网络结构：采用分层的网络结构.分别为接入层、汇聚层、核心汇聚层。核心/汇聚层采用双星或“口”字型组网，小规模地区可采用环型组网。并采取双节点方式复合分担；如果光缆等条件受限，建议采用环网方式。接入层以环网方式为主，也可采用链形结构。

(2)配置容量：接入层采用GE，汇聚层采用10GE，汇聚核心节点采用10GE。

(3)业务承载：PTN网络以承载分组业务为主，兼顾TDM业务。

(4)同步策略：传送网时间同步功能用于实现TD基站的GPS替代。

(5)QoS部署：采用区分服务。对业务带宽发展进行适当预留。

(6)网络保护：接入层采取无协议的1+1方式和基于协议的1：1/1：N方式，可以对端到端路径或者端到端路径上的每个区段(节点或链路)进行保护。核心/汇聚层选择SNCP和环网Wrapping保护(类似于SDH的复用段保护)，PTN与RNC之间采用链路聚合(LAG)保护。

4.3　PTN组网应用原则

首先，分组传送网是一种适应以IP化分组业务为主的多业务传送网络，分组化业务的比例越高，其传输效率越高、综合成本越低。因此.PTN应该立足于面向IP业务的应用.在TDM电路业务占主导的网络中不宜大规模采用PTN技术。

其次，分组传送网是一种具有带宽统计复用和QoS保证的L2(二层)传送网络，业务颗粒越小、越复杂，其传输效率越高、综合成本越低。因此，PTN应该立足于面向GE以下业务的应用，在GE及以上颗粒业务占主导的网络中不宜采用PTN技术而应考虑采用OTN技术。

第三，分组传送网是一种具有强大OAM和保护能力的电信级传送网络，业务所需服务质量越高(即运营商的单位比特收益率越高)，其相对成本越低。因此，PTN应该首先立足于高价值的移动和固定业务；在对低价值的互联网业务的承载方面，其优势在于可统一承载各种业务.在与其他低成本组网技术成本相差不大的情况下.也具备应用的可能。

在干线和城域网核心层，由于业务颗粒较大，基本采用IP over WDM/OTN承载大颗粒的IP化业务。

PTN分组传送网的定位主要在今后面向IP业务的城域网汇聚层和接入层，既可以满足2G/3G基站回传的需求、TD基站对时间同步的需求。也可以满足固定集团和家庭业务的承载需求。

5　结论

5.1　PTN组网存在的问题

(1)目前PTN技术存在T-MPLS/MPLS-TP、PBT/PBB等技术标准，国际标准尚未统一，导致产品成熟度不高。在保护方面部分厂家仍不支持环网保护。

(2)基站及RNC设备IP化改造的建设速度影响了分组化传送网的建设规模。

(3)中国移动PTN设备的实验室评估测试，得到的主要结论是：PTN设备的数据平面基本功能已具备，OAM、网管和保护功能还需完善。

(4)在应用方面，部分地区进行了中、小规模PTN网络建设，PTN城域传送网的建设仍在摸索中前进。

5.2　城域网发展趋势

PTN技术一方面支持带宽的统计复用，提供了更加适合于数据业务特性的“柔性”传输管道，能够实现对数据业务的高效传送；另一方面又能通过PWE3技术实现对TDM、ATM、以太网等业务的仿真和统一承载。因此，PTN技术能够很好地满足业务转型过程中业务承载的需求。由于域域业务从以TDM业务为主逐渐发展为以数据业务为主，城域领域将面临TDM业务和数据业务长期共存的局面。随着数据业务逐渐取代话音业务成为城域网络领域的主导业务类型，城域网广泛使用的MSTP技术也将逐步被PTN技术所替代；然而这种替代并不是一朝一夕的事情，在相当长的一段时间内，PTN和MSTP将会长期共存，互相竞争，共同发展。