PTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載業(yè)務(wù)的影響分析

錢科能 童克波 梅儀國(guó) 肖曉

摘要文章首先介紹了PTN網(wǎng)絡(luò)的QoS指標(biāo)，然后針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)——TDM基站業(yè)務(wù)、IP化3G基站業(yè)務(wù)和以太專線業(yè)務(wù)，對(duì)采用PTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載造成的影響進(jìn)行了深入分析。

關(guān)鍵詞PTNQoS傳送網(wǎng)TDM基站業(yè)務(wù)IP化3G基站業(yè)務(wù)以太專線業(yè)務(wù)

1引言

隨著全業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的不斷深入。未來網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)的支撐點(diǎn)已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)：一是寬帶業(yè)務(wù)。不僅包括傳統(tǒng)的固定互聯(lián)網(wǎng)，還包括代表今后發(fā)展趨勢(shì)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；二是IP技術(shù)，今后通信網(wǎng)絡(luò)都將以IP技術(shù)為基礎(chǔ)；第三就是網(wǎng)絡(luò)融合。為了適應(yīng)各種新興業(yè)務(wù)的需求，為各類業(yè)務(wù)提供一個(gè)融合的、統(tǒng)一的傳送平臺(tái)，PTN技術(shù)被引入傳送網(wǎng)絡(luò)。

PTN技術(shù)，融合了具有數(shù)據(jù)特性的高效分組交換、具有傳送特性的有保障的面向連接技術(shù)、電信級(jí)保護(hù)及OAM功能，因此成為了下一代IP化傳送網(wǎng)首選技術(shù)。它首次在傳送網(wǎng)中引入了分組交換和帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用的功能，本文將深入分析PTN對(duì)傳送網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)造成的影響。

2PTN網(wǎng)絡(luò)QoS指標(biāo)

眾所周知，在MSTP網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于QoS指標(biāo)并不關(guān)注，因?yàn)镸STP網(wǎng)絡(luò)提供的是面向連接的傳送服務(wù)，即無論業(yè)務(wù)的實(shí)際帶寬是多少，MSTP網(wǎng)絡(luò)始終為其預(yù)留了固定的帶寬進(jìn)行傳送。因此。MSTP網(wǎng)絡(luò)的剛性通道不會(huì)出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象，網(wǎng)絡(luò)性能也就有了保障。MSTP網(wǎng)絡(luò)的這種特點(diǎn)也決定了其傳送分組業(yè)務(wù)時(shí)，帶寬利用率低。對(duì)此，PTN網(wǎng)絡(luò)引入了帶寬統(tǒng)計(jì)復(fù)用的功能，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際流量進(jìn)行調(diào)整，在有限的帶寬內(nèi)傳送更多的業(yè)務(wù)。這也使得傳送網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，需要更多地關(guān)注網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，保障PTN網(wǎng)絡(luò)通暢。

PTN網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)業(yè)務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素主要有3項(xiàng)：時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率，這也是PTN網(wǎng)絡(luò)的主要指標(biāo)。

2.1時(shí)延

時(shí)延是指一個(gè)報(bào)文或分組從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。它包括了發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延，即：時(shí)延=發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延。一般情況下，發(fā)送時(shí)延與傳播時(shí)延是需要主要考慮的。在報(bào)文長(zhǎng)度較大的情況下，發(fā)送時(shí)延是主要矛盾；而報(bào)文長(zhǎng)度較小的情況下，傳播時(shí)延是主要矛盾。

2.2抖動(dòng)

變化的時(shí)延稱為抖動(dòng)(Jitter)。抖動(dòng)大多起源于網(wǎng)絡(luò)中的隊(duì)列或緩沖，尤其是在低速鏈路時(shí)。由于隊(duì)列、緩沖的不確定性，因此抖動(dòng)的產(chǎn)生也是隨機(jī)的。如果一個(gè)大數(shù)據(jù)包正在傳輸過程中，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)分組包到達(dá)時(shí)，它還是要等待該數(shù)據(jù)包發(fā)送完成。因此，當(dāng)帶寬資源有限而又需要在其中混傳不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)時(shí)，抖動(dòng)是不可避免的。

2.3丟包率

在傳統(tǒng)分組傳送網(wǎng)中，數(shù)據(jù)是被分成一個(gè)個(gè)分組包傳輸?shù)?，每個(gè)分組包中有表示數(shù)據(jù)信息和提供數(shù)據(jù)路由的幀。分組包在一般介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)有一小部分由于物理鏈路上各種各樣的原因造成丟失，而大部分分組包會(huì)到達(dá)目的終端。丟包率就是數(shù)據(jù)包丟失部分與所傳數(shù)據(jù)包總數(shù)的比值。

在MSTP傳送網(wǎng)中，鏈路是面向連接、資源預(yù)留的，因此正常情況下的丟包率應(yīng)該為0。但在PTN網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)于一些低優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)，通常不會(huì)預(yù)留足額的帶寬，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，也必然會(huì)造成此類業(yè)務(wù)的丟包情況發(fā)生。

3PTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載業(yè)務(wù)的影響

目前，傳送網(wǎng)承載的主要業(yè)務(wù)包括2G基站業(yè)務(wù)、3G基站(TDM、IPRAN)業(yè)務(wù)和以太專線業(yè)務(wù)等。各類業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的要求也各不相同，所以PTN網(wǎng)絡(luò)需要啟用QoS功能，對(duì)不同的業(yè)務(wù)進(jìn)行有針對(duì)性的配置，以保證其傳送質(zhì)量。

3.1TDM基站業(yè)務(wù)

TDM基站包括傳統(tǒng)的2G基站，和尚未進(jìn)行IP化改造的TD基站。這類業(yè)務(wù)中，所有內(nèi)容無論是話音還是數(shù)據(jù)均統(tǒng)一打包在一E1結(jié)構(gòu)內(nèi)，無法對(duì)其進(jìn)行分類識(shí)別。所以PTN設(shè)備對(duì)其不做處理，直接進(jìn)行透?jìng)?。語音業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的要求如表1所示：

PTN網(wǎng)絡(luò)中，TDM基站業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延主要包括封包時(shí)延、處理和傳輸時(shí)延等：

(1)封包時(shí)延

E1信號(hào)的傳輸速率為8000幀／s，每一幀持續(xù)的時(shí)間為125μs。PTN對(duì)TDM業(yè)務(wù)進(jìn)行仿真時(shí)，考慮到傳送效率的問題，通常將8個(gè)E1幀進(jìn)行合并傳送。所以，PTN設(shè)備對(duì)于TDM業(yè)務(wù)的理論封裝時(shí)間為125μs*8=1ms。

(2)處理和傳輸時(shí)延

業(yè)務(wù)處理及傳輸時(shí)延是設(shè)備進(jìn)行報(bào)文合法性檢查、報(bào)文過濾、校驗(yàn)和計(jì)算、報(bào)文收發(fā)的時(shí)間，這部分時(shí)延與PTN設(shè)備的業(yè)務(wù)處理能力有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)沒有擁塞時(shí)，這部分時(shí)延基本固定在1ms左右(200km，10跳為例)。

語音業(yè)務(wù)最大的特點(diǎn)就是實(shí)時(shí)性，也就是說，語音業(yè)務(wù)最關(guān)鍵的QoS指標(biāo)是傳輸時(shí)延。同時(shí)，時(shí)延抖動(dòng)也是影響會(huì)話類業(yè)務(wù)的重要指標(biāo)，嚴(yán)重的時(shí)延抖動(dòng)會(huì)導(dǎo)致會(huì)話無法正常進(jìn)行下去。對(duì)于丟包率，人耳則沒有那么敏感，可以允許一些短暫的話音停頓。為了保證語音業(yè)務(wù)的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)指標(biāo)，通常將該類業(yè)務(wù)設(shè)為最高優(yōu)先級(jí)，并為其預(yù)留帶寬。

3.2IP化3G基站業(yè)務(wù)

PTN網(wǎng)絡(luò)承載IP化TD基站業(yè)務(wù)的方式為：在基站側(cè)通過PWE3方式封裝，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過Tunnel進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，在RNC側(cè)通過GE口和RNC對(duì)接，如圖1所示。

IP化的TD基站相較于TDM基站，最明顯的區(qū)別就在于其采用了FE／GE接口，其業(yè)務(wù)流對(duì)PTN設(shè)備具有開放性和可見性。因此，PTN設(shè)備能夠通過VLAN對(duì)每一條業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類、監(jiān)管和控制，為各種業(yè)務(wù)提供差異化的服務(wù)。這類業(yè)務(wù)主要的類型見表2：

其中，PTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)于實(shí)時(shí)語音業(yè)務(wù)的處理與TDM基站業(yè)務(wù)相同，不再贅述。

流類業(yè)務(wù)由于是單向傳輸，沒有實(shí)時(shí)交互需求，并且本地通常設(shè)有緩存來保持一定時(shí)間的業(yè)務(wù)連續(xù)，所以對(duì)時(shí)延參數(shù)并沒有語音業(yè)務(wù)敏感。此外，和語音業(yè)務(wù)一樣，抖動(dòng)也是影響流類業(yè)務(wù)QoS的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而且它也能夠允許一定的丟包率。但是需要注意的是，流類業(yè)務(wù)的抖動(dòng)可容忍度還和用戶的接收設(shè)備有關(guān)，如果用戶的接收設(shè)備支持排隊(duì)和緩存，用戶就能夠接受更大的抖動(dòng)指標(biāo)。針對(duì)流類業(yè)務(wù)的這些特性，其優(yōu)先級(jí)可以適當(dāng)降低，同時(shí)采用資源預(yù)留的方法來保證業(yè)務(wù)的QoS需求。

交互類業(yè)務(wù)指的是終端用戶(人或機(jī)器)和遠(yuǎn)程設(shè)備(比如遠(yuǎn)程服務(wù)器)進(jìn)行在線數(shù)據(jù)交互的業(yè)務(wù)，其特點(diǎn)是請(qǐng)求響應(yīng)模式。最典型的交互類業(yè)務(wù)就是Web瀏覽、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、網(wǎng)絡(luò)游戲等，機(jī)器之間的交互還有測(cè)量數(shù)據(jù)輪流上報(bào)等。交互類業(yè)務(wù)的時(shí)延需求取決于人們對(duì)等待時(shí)間的容忍度，比會(huì)話類業(yè)務(wù)要長(zhǎng)，但是可能比流類業(yè)務(wù)要短。這種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延抖動(dòng)沒有要求，但是對(duì)丟包率的要求很高，一般都需要零丟包率(可以通過上層應(yīng)用保證)。所以，對(duì)于交互類業(yè)務(wù)的處理，可以采用共享帶寬的模式來適應(yīng)交互類業(yè)務(wù)的突發(fā)性，不進(jìn)行資源預(yù)留，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。用戶激活交互類業(yè)務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)首先對(duì)該用戶

進(jìn)行接入控制，判斷網(wǎng)絡(luò)是否有剩余容量，如果有容量則允許該用戶接入，但是并不給該業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬，采用加權(quán)公平隊(duì)列來保證交互類業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)系統(tǒng)擁塞時(shí)，允許對(duì)該用戶進(jìn)行丟棄操作。

背景類業(yè)務(wù)包括一些自動(dòng)的后臺(tái)E-mail接收、SMS或者一些文件接收和數(shù)據(jù)庫(kù)下載。這類業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是用戶對(duì)時(shí)延和抖動(dòng)要求較低，但是對(duì)丟包率的要求很高，一般都需要零丟包率(可以通過上層應(yīng)用保證)。所以，可以采用盡力而為模式，不進(jìn)行資源預(yù)留。當(dāng)用戶激活背景類業(yè)務(wù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)首先對(duì)該用戶進(jìn)行接入控制，判斷網(wǎng)絡(luò)是否有剩余容量，如果有容量則允許該用戶接入，但是并不給該業(yè)務(wù)預(yù)留帶寬。當(dāng)系統(tǒng)擁塞時(shí)，允許對(duì)該類型用戶進(jìn)行丟棄操作。

所以，PTN網(wǎng)絡(luò)承載IP化基站業(yè)務(wù)時(shí)需要對(duì)具體的業(yè)務(wù)流區(qū)別對(duì)待，具體傳送方式和QoS配置如表3所示：

3.3以太專線業(yè)務(wù)

目前。城域網(wǎng)中承載的以太專線可以分為兩類，一類是出租專線，通道兩端均為客戶側(cè)設(shè)備；另一類則是CMNET專線接入業(yè)務(wù)，從客戶側(cè)通過PTN網(wǎng)絡(luò)接入CMNET匯聚層路由器。

(1)出租專線業(yè)務(wù)

對(duì)于出租專線業(yè)務(wù)，由于其應(yīng)用場(chǎng)景通常為固定帶寬，且兩端均為客戶側(cè)設(shè)備，因此運(yùn)營(yíng)商并不關(guān)心通道上的具體業(yè)務(wù)內(nèi)容，只要確保通道兩端QoS配置相同，就能保證端到端的傳送質(zhì)量，對(duì)業(yè)務(wù)流的控制由用戶設(shè)備自行完成。

(2)CMNET專線接入業(yè)務(wù)

對(duì)于CMNET專線接入業(yè)務(wù)，原有的MSTP接入方式是由傳送網(wǎng)提供一條滿足客戶峰值帶寬的通道，具體的業(yè)務(wù)分類、流量監(jiān)管等功能由CMNET匯聚層路由器完成；因此會(huì)對(duì)傳送網(wǎng)的資源造成極大的消耗，降低帶寬利用率。

而在PTN網(wǎng)絡(luò)中，從業(yè)務(wù)分類來說，CMNET專線接入與IP化的TD基站業(yè)務(wù)基本相同，因此不再贅述。

從傳送網(wǎng)功能來說，PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成后，用PTN設(shè)備接入客戶側(cè)，就可以在接入端口上直接完成分類功能，根據(jù)VLAN對(duì)用戶業(yè)務(wù)進(jìn)行流分類，降低CMNET匯聚層路由器的工作負(fù)擔(dān)；并且針對(duì)每一條業(yè)務(wù)流制定轉(zhuǎn)發(fā)策略，根據(jù)業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)提供差異化的傳送服務(wù)；在傳送網(wǎng)入口處完成第一次的流量監(jiān)管，節(jié)省傳送網(wǎng)絡(luò)資源。

4結(jié)束語

PTN網(wǎng)絡(luò)首次在傳送網(wǎng)中引入了分組交換的特性，雖然可能會(huì)由此造成傳送網(wǎng)絡(luò)擁塞，但是，通過對(duì)PTN網(wǎng)絡(luò)QoS的合理規(guī)劃，針對(duì)每一條業(yè)務(wù)流制定有效的轉(zhuǎn)發(fā)策略，能夠?qū)⒋丝赡苄越档阶畹?，并且根?jù)業(yè)務(wù)的特性提供差異化的傳送服務(wù)，保證用戶體驗(yàn)。

我們有理由相信，PTN技術(shù)在未來的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，能夠更好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)IP化和網(wǎng)絡(luò)融合的大趨勢(shì)，更好地完成多業(yè)務(wù)接入和傳送功能，為用戶提供一個(gè)可靠、高效、靈活的傳送平臺(tái)。