PTN網(wǎng)絡技術現(xiàn)狀及發(fā)展分析

張亮

摘 要：近年來，PTN網(wǎng)絡技術正越來越多的得到廣泛應用。文內(nèi)介紹了PTN網(wǎng)絡技術的發(fā)展背景和由來，并對PTN的技

術體制、主要關鍵技術進行了分析，對其技術發(fā)展趨勢進行了探討。

關鍵詞：PTN網(wǎng)絡 網(wǎng)絡融合 分組光網(wǎng)絡

PTN網(wǎng)絡技術現(xiàn)狀

1、技術體制

PTN的最初設想是用一個有連接的、支持類似SDH端到端性能管理的網(wǎng)絡，來滿足網(wǎng)絡從當前向下一代平滑演進的能力，滿足IP類業(yè)務的高帶寬需求，出于這個目的，業(yè)界分別從IEEE 802.1系列的二層以太網(wǎng)技術和ITU-T 6.8110系列的三層IP交換技術分別進行改良，形成了PBB-TE（PBT）和MPLS-TP兩大主流技術體制。

2、標準情況

PTN的技術標準分別由三大組織共同制訂：①IEEE主導以太網(wǎng)技術，重點關注增強以太網(wǎng)如PBB、PBB-TE；②IETF主導開發(fā)IP/MPLS協(xié)議，重點關注MPLS-TP、PWE3、L2VPN（VPLS）；③ITU-T曾主導開發(fā)T-MPLS， 目前重點關注MPLS-TP G.8110.1系列， EOT G.8010 系列，集中在框架和需求制訂。

MPLS-TP技術的前身是傳送—多協(xié)議標簽交換（T-MPLS），ITU-T自2005年開始開發(fā)T-MPLS技術標準，已開發(fā)出包括體系架構、設備、保護倒換和操作管理維護（OAM）的一整套標準，從2008年4月開始，ITU-T和IETF正式合作開發(fā)MPLS-TP標準，IETF主導協(xié)議開發(fā)，ITU-T負責傳送需求。

截至目前PTN的相關技術標準仍在不斷完善中，目前已批準公布的標準有：G.8110.1v1MPLS-TP 層網(wǎng)絡架構；G.7712DCN 網(wǎng)絡架構和規(guī)范；G.8101v1MPLS-TP 術語和定義；G.8113MPLS-TP 層網(wǎng)絡OAM 機制（分為傳送網(wǎng)、IP/MPLS 兩種應用場景）；G.8121MPLS-TP 設備功能特性；G.8112MPLS-TP 網(wǎng)絡接口；G.8151MPLS-TP 網(wǎng)元管理規(guī)范；G.8131MPLS-TP 線性保護；G.8132MPLS-TP 環(huán)網(wǎng)保護；G.8121am1 G.8121的增補1；G.8152MPLS-TP 網(wǎng)元信息管理模型。

近年來，我國在基于MPLS-TP的PTN標準研制和產(chǎn)業(yè)應用方面已處于國際前列。中國通信標準化協(xié)會（CCSA）TC6已積極組織會員開展了PTN的通信行業(yè)標準制定工作，截至2012年12月，CCSA（中國通信標準化協(xié)會）已發(fā)布的標準有：分組傳送網(wǎng)PTN總體技術要求；分組傳送網(wǎng)PTN設備技術要求；分組傳送網(wǎng)PTN測試方法；分組傳送網(wǎng)（PTN）互通技術要求。

總的來說，MPLS-TP 的數(shù)據(jù)平面、管理平面和OAM 方面的需求和框架標準相對成熟穩(wěn)定，控制平面的草案在研究開發(fā)之中，目前MPLS-TP 標準的主要分歧在OAM 和保護方面，已分化為以PTN 和IP/MPLS擴展為代表的兩種技術方案，實際上是傳送和數(shù)據(jù)兩個產(chǎn)業(yè)利益矛盾在國際標準上的突出體現(xiàn)，最終以OAM的兩種方案均列入標準，標準化工作才得以順利推動。

PTN主要關鍵技術原理及分析

1、網(wǎng)絡內(nèi)保護

網(wǎng)絡內(nèi)保護分為線性保護和環(huán)網(wǎng)保護兩類。

線性保護是指在工作路徑失效后，線性保護會自動切換至保護路徑實現(xiàn)業(yè)務端到端的保護過程，線性保護按照保護路徑的不同的又可分為1+1、1：1、1：N，幾種方式優(yōu)缺點見下表：

PTN技術標準定義了兩種環(huán)網(wǎng)保護機制：Wrapping 和Steering 。其中Wrapping保護類似于SDH的復用段保護，它只在受故障影響的相鄰兩個節(jié)點執(zhí)行保護動作，讓所有業(yè)務通過環(huán)網(wǎng)的保護帶寬繞開故障點，然后在故障點的另一端返回工作帶寬。Steering保護與此相反，所有網(wǎng)元都需要判斷它的業(yè)務連接是否受到故障點的影響，如果受損，則本地上環(huán)的業(yè)務就近橋接到保護帶寬，業(yè)務的目的端也就近倒換到保護帶寬上。

線性保護和環(huán)網(wǎng)保護是網(wǎng)絡內(nèi)保護的重要方式，根據(jù)組網(wǎng)環(huán)境的不同選擇不同的保護方式，可以有效保障業(yè)務通信的可靠性，兩者也可以互相補充，一般在環(huán)網(wǎng)架構下，首選環(huán)網(wǎng)保護，針對特別重要的業(yè)務也可以另行配置線性保護，雙重保護通過 Hold-off機制協(xié)同動作，可以為業(yè)務提供更可靠的服務。

2、同步技術

同步包含頻率同步和時間同步兩個概念。

2.1 同步以太網(wǎng)

PTN網(wǎng)絡中一般采用同步以太網(wǎng)技術實現(xiàn)頻率同步。

同步以太網(wǎng)技術是基于物理層的同步技術，主要是以太網(wǎng)鏈路碼流恢復時鐘的技術。以太網(wǎng)通過物理層芯片從串行數(shù)據(jù)流中恢復出發(fā)送端的時鐘，在發(fā)送側將高精度時鐘灌入以太網(wǎng)物理層（PHY）芯片，PHY芯片利用高精度的時鐘將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收側的PHY芯片將時鐘恢復出來，然后判斷各個接口上報的時鐘質量，從其中選擇一個精度最高的，將系統(tǒng)時鐘與其同步息的同時，也要將時鐘質量等級信息上報。同步以太網(wǎng)接口就通過以太網(wǎng)同步消息信道（ESMC）傳遞專有的攜帶時鐘信息的同步狀態(tài)信息（SSM）報文，來告知下游設備，從而實現(xiàn)全網(wǎng)同步。

2.2 IEEE 1588 V2技術

隨著PTN技術在移動回傳等網(wǎng)絡中的應用，應用環(huán)境提出了更為精確的時間同步要求，例如CDMA2000中要求時鐘頻率在0.05ppm，時間同步要求為3us，TD-SCDMA中時間同步要求為1.5us.

目前PTN網(wǎng)絡中廣泛采用IEEE 1588技術實現(xiàn)時間同步，IEEE 1588 V2標準的全稱是“網(wǎng)絡測量和控制系統(tǒng)的精確時鐘同步協(xié)議標準”簡稱為精確定時協(xié)議（PTP）。

PTP本質上是主從同步系統(tǒng)，通過采用主從時鐘方式，對時間進行信息編碼，這樣可以記錄同步時鐘信息的發(fā)出時間和接收時間，并且給每一條信息加上時間戳，接收方就可以通過時間記錄計算出傳輸時網(wǎng)絡中的延時和主從時鐘的偏移量，從而修正從設備時鐘，使之與主時鐘同步。

雖然PTP支持頻率和時間同步，但是由于IEEE 1588采用軟件層面的算法，在來回傳遞報文時，頻率同步收斂性不好，而且報文經(jīng)過復雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，抖動和非對稱性的不可控導致從IEEE 1588報文中恢復的頻率和時間精確度難以保證。 所以IEEE 1588主要面向時間的同步要求，同步以太網(wǎng)主要面向時鐘頻率的同步要求，一般將二者結合在一起，共同實現(xiàn)PTN全網(wǎng)同步。

2.3三層功能

PTN作為承載網(wǎng)絡，支持IP數(shù)據(jù)業(yè)務的接入及承載，需要支持三層功能以滿足IP業(yè)務的路由及轉發(fā)，目前普遍采用PTN核心層開啟三層功能。接入?yún)R聚層采用PTN 隧道技術來實現(xiàn)，如圖1所示。

PTN接入?yún)R聚層設備通過PTN隧道技術，將來自CE的IP數(shù)據(jù)接入到PTN核心層，PTN核心層節(jié)點內(nèi)部實現(xiàn)隧道的終結，識別IP報文，根據(jù)IP報文的目的地址及接口信息，完成L2到L3 VRF的橋接功能，查找VRF路由表或者IP路由表進行報文的路由轉發(fā)處理（直接轉發(fā)到實際物理端口或添加VRF標簽），PTN核心層支持多個虛擬路由轉發(fā)實例能力，即可以提供多個VRF，不同VRF之間的路由轉發(fā)表項邏輯隔離；PTN核心層節(jié)點間路由學習可通過靜態(tài)或動態(tài)方式；靜態(tài)方式是通過網(wǎng)管靜態(tài)配置路由轉發(fā)表，動態(tài)方式是通過MP-BGP路由協(xié)議來動態(tài)發(fā)布和學習路由（適用于VPN路由方式）。

網(wǎng)絡技術發(fā)展分析

業(yè)務需求永遠是技術發(fā)展的驅動力，PTN的一項重要使命是為了應對即將到來的TD-LTE網(wǎng)絡，作為一種新的網(wǎng)絡架構，LTE單站網(wǎng)絡流量對帶寬開銷很大，網(wǎng)絡層次趨于網(wǎng)狀。

1、更高的帶寬

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，數(shù)據(jù)業(yè)務在整個網(wǎng)絡流量中的比重越來越高逐漸占據(jù)主導，承載網(wǎng)絡需要具備帶寬可擴展以及網(wǎng)絡可持續(xù)性增長。

由于PTN內(nèi)核基于分組傳輸，因此選用以太網(wǎng)承載效率最高，但是以太網(wǎng)最高傳輸速率遠遠小于光纖的傳輸容量（80波×40G）3.2T，在有更高傳輸帶寬要求的場合下，PTN和光網(wǎng)絡技術融合將是最好的選擇即POTN（PTN+OTN），也是未來技術發(fā)展最重要的方向之一。

2、更加智能

PTN是基于面向連接的技術，采用以靜態(tài)配置為主的方式建立連接，網(wǎng)絡的連接數(shù)與網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)的平方成正比。規(guī)模越大，連接數(shù)量越多，開通和維護連接的工作量也越大，為此需要引入智能控制平面技術。通過引入智能控制平面技術可以極大地增強PTN網(wǎng)絡對承載業(yè)務的保護并同時增加對網(wǎng)絡帶寬的使用效率。能以一種極具性價比的方式為運營商提供一個強壯并高可靠的網(wǎng)格化PTN網(wǎng)絡。

3、網(wǎng)絡技術的融合

技術的發(fā)展是在不斷融合不斷更替，網(wǎng)絡技術的發(fā)展最終是受業(yè)務驅動影響，PTN技術也不例外，PTN發(fā)展歷程較為短暫，尚存在許多問題，必須吸收其他先進技術不斷完善以滿足業(yè)務需求，未來的PTN將逐步在逐步融合吸收OTN、IP/MPLS等技術特征同時，改造光傳送層向未來的分組光傳送網(wǎng)（P-OTN）發(fā)展，通過引入ASON智能控制平面，為用戶提供更智能化、全分組化的服務，以提供更高的帶寬和更加靈活的網(wǎng)絡應用。（作者單位：中國船舶重工集團公司第七二二研究所）