PTN網(wǎng)絡(luò)帶寬分析及應(yīng)用

陳煒 中國移動通信集團(tuán)上海有限公司高級工程師

俞鑫 中國移動通信集團(tuán)上海有限公司工程師

梅儀 國華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司高級工程師

許勤侃 華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司高級工程師

PTN網(wǎng)絡(luò)帶寬分析及應(yīng)用

陳煒 中國移動通信集團(tuán)上海有限公司高級工程師

俞鑫 中國移動通信集團(tuán)上海有限公司工程師

梅儀 國華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司高級工程師

許勤侃 華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司高級工程師

隨著PTN網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)量不斷增加，PTN網(wǎng)絡(luò)的帶寬復(fù)用需求逐漸凸顯，尤其是LTE業(yè)務(wù)開始發(fā)放友好用戶以后，業(yè)務(wù)流量會出現(xiàn)較快增長。但是PTN實(shí)際可用帶寬到底是多少，其統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能到底如何發(fā)揮作用，這些問題長期以來沒有準(zhǔn)確的定量分析，本文主要對PTN網(wǎng)絡(luò)涉及的帶寬方面的問題進(jìn)行梳理，并定量分析PTN網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可用帶寬和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能方面的應(yīng)用。

PTN bandw idth forwardingefficiency loadingefficiency

1 引言

隨著無線互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，個(gè)人用戶和企業(yè)用戶都呈現(xiàn)快速增長的勢頭。有關(guān)資料顯示，截止2013年5月，移動互聯(lián)網(wǎng)用戶滲透率接近70%。用戶總數(shù)達(dá)到8.13億戶。無論是企業(yè)用戶還是個(gè)人用戶，對帶寬的需求都在與日俱增，運(yùn)營商從2G到TD再到LTE，每一次技術(shù)升級都在帶寬上實(shí)現(xiàn)了飛躍，可以說帶寬是影響用戶體驗(yàn)的重要因素之一。用戶對承諾帶寬與實(shí)測帶寬之間的差異也越來越敏感。然而影響帶寬的因素是多方面的，其中傳輸網(wǎng)絡(luò)是決定帶寬的重要環(huán)節(jié)之一。伴隨著SDH網(wǎng)絡(luò)逐步退網(wǎng)，以PTN為代表的彈性分組網(wǎng)絡(luò)逐漸形成規(guī)模，其中帶寬的分配機(jī)制和測算方法也有了本質(zhì)差異。因此，有必要對PTN帶寬分配機(jī)制和測算方法做一個(gè)量化分析，以便于在實(shí)際運(yùn)營中采取針對性措施。

2 PTN網(wǎng)絡(luò)帶寬分析

PTN網(wǎng)絡(luò)以IP化報(bào)文為內(nèi)核，通過標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)，有業(yè)務(wù)才有流量，沒有業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)就處于空閑狀態(tài)。PTN網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)容量，可以為用戶提供的承諾帶寬的能力。PTN網(wǎng)絡(luò)承載的內(nèi)容包括業(yè)務(wù)流、OAM流、其他時(shí)鐘時(shí)間流等。下面對這些流進(jìn)行分析，便于理解PTN網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可以承載的業(yè)務(wù)總量。

2.1 PTN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)帶寬測算

PTN網(wǎng)絡(luò)通過3層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的分類承載，包括偽線層、隧道層、段層，每層都有對應(yīng)的OAM報(bào)文，負(fù)責(zé)監(jiān)控每層傳輸質(zhì)量。業(yè)務(wù)進(jìn)入PTN網(wǎng)絡(luò)后通過UNI側(cè)偽線層封裝，然后通過綁定NNI側(cè)隧道層和段層進(jìn)行傳輸。PTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示。

通常提到的帶寬參數(shù)是指NNI側(cè)的帶寬能力。因此，PTN網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)帶寬通常是指NNI側(cè)帶寬，包括偽線封裝和隧道封裝以及段層封裝的開銷，實(shí)際業(yè)務(wù)帶寬需要乘以一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)效率。以太業(yè)務(wù)封裝格式如圖2所示。

根據(jù)這個(gè)封裝格式，可以計(jì)算出以太類型業(yè)務(wù)（包括TD/LTE/以太專線）開銷字節(jié)數(shù)是38個(gè)，單個(gè)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)效率和報(bào)文大小密切相關(guān)。轉(zhuǎn)發(fā)效率Q=業(yè)務(wù)凈荷字節(jié)數(shù)/總字節(jié)數(shù)，對于64字節(jié)和1522字節(jié)的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)效率計(jì)算公式分別為：

●Q64=64/（38+64）=62.74%。

●Q1522=1522/（1522+64）=97.56%。

E1業(yè)務(wù)采用非結(jié)構(gòu)化仿真模式（參見RFC4553），還會增加12字節(jié)開銷（見圖3）。

其中，TDM Data字節(jié)數(shù)為256Byte?？梢运愠鯡1轉(zhuǎn)發(fā)效率QE1=256/（256+38+12）=83.66%。

假定某匯聚環(huán)下掛100個(gè)站點(diǎn)，平均每個(gè)站點(diǎn)開通2G業(yè)務(wù)3×E1，TD業(yè)務(wù)凈荷帶寬10M，LTE業(yè)務(wù)CIR凈荷帶寬50M，以太專線業(yè)務(wù)帶寬平均為10M。除E1業(yè)務(wù)外，其他業(yè)務(wù)帶寬需求均為含開銷的實(shí)際帶寬。E1業(yè)務(wù)總帶寬（含開銷）消耗為300×2M/83.66%= 717M，則總業(yè)務(wù)帶寬消耗為717M+10M×100+50M× 100=6717M。如果按照平均轉(zhuǎn)發(fā)效率80%計(jì)算，實(shí)際業(yè)務(wù)凈荷帶寬為600M+6000M×80%=5400M。

圖1 PTN設(shè)備架構(gòu)圖

圖2 PTNcf以太網(wǎng)業(yè)務(wù)報(bào)文封裝格式

2.2 PTN網(wǎng)絡(luò)OAM帶寬

PTN網(wǎng)絡(luò)OAM標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過激烈爭論，雖然還沒有定論，但是中國目前主要采用G.8113.1作為實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。其中，對OAM報(bào)文進(jìn)行了縱向分層，分為業(yè)務(wù)側(cè)OAM、偽線OAM、隧道OAM和段層OAM。業(yè)務(wù)側(cè)OAM因封裝在PTN網(wǎng)絡(luò)的凈荷中，因此不在關(guān)注范圍之內(nèi)，本文主要關(guān)注偽線層（TMC層）、隧道層（TMP）層和段層（TMS）層OAM。這3層OAM既相互獨(dú)立，同時(shí)也存在嵌套情況，具體參見圖4。

MEP（MEGEnd PointMEG的端點(diǎn)）負(fù)責(zé)生成和終結(jié)本層OAM報(bào)文，M IP（MEG IntermediatePointMEG的中間節(jié)點(diǎn)）只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)OAM報(bào)文，不終結(jié)也不生成OAM報(bào)文。

OAM報(bào)文根據(jù)主動和被動發(fā)送方式分為主動發(fā)送報(bào)文和按需發(fā)送報(bào)文。根據(jù)報(bào)文提供的功能主要包括鏈路管理、故障管理、性能管理、保護(hù)倒換等功能。而對帶寬占用比較顯著的主要有主動發(fā)送式OAM報(bào)文，對于被動發(fā)送式報(bào)文，一般僅在需要時(shí)按需發(fā)送，對帶寬和流量的占用較小，因此在考量PTN帶寬時(shí)可以暫時(shí)忽略。

常見的主動發(fā)送報(bào)文主要有鏈路管理報(bào)文CC/CV報(bào)文。該報(bào)文通過主動發(fā)送連續(xù)性的報(bào)文，來檢測PTN網(wǎng)元之間鏈路是否發(fā)生信號丟失，信號劣化等鏈路故障。

當(dāng)在網(wǎng)管上配置了發(fā)送CC/CV報(bào)文使能后，設(shè)備就會周期性發(fā)送CC/CV報(bào)文，常見周期為3.33、10、100ms，以及1s。以3.33ms較為常用（傳輸速率為300數(shù)據(jù)包/S），也是對系統(tǒng)帶寬資源占用最大的一種形式，因此以3.33ms周期發(fā)送CC/CV報(bào)文來測算該報(bào)文占用的帶寬。各層OAM報(bào)文具有不同的幀結(jié)構(gòu)。根據(jù)IETFRFC5586的MPLS-TP通用關(guān)聯(lián)信道（G-Ach）編碼格式，參照ITU-TY.1731以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的OAM PDU編碼定義，段層OAM編碼格式如圖5所示。

隧道層（LSP）OAM報(bào)文編碼格式如圖6所示。

PW層OAM沒有GAL標(biāo)簽，GAL標(biāo)簽由PW標(biāo)簽替代，編碼格式如圖7所示。

其中，與計(jì)算報(bào)文長度有關(guān)的字段為TLVOffet。不同的OAM報(bào)文，PDU負(fù)荷長度不同，對于關(guān)注的CCM報(bào)文來說，TLVOffet=70，也就是說PDU負(fù)荷長度為70字節(jié)。這樣可以很容易計(jì)算出各層CCM報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)長度分別為：

●段層CCM報(bào)文單包長度為70（凈荷）+13（開銷）+22（MAC報(bào)頭）=105字節(jié)。

圖3 PTN對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)報(bào)文封裝格式

圖4 PTN網(wǎng)絡(luò)OAM分層模型圖

●LSP層CCM報(bào)文單包長度為70（凈荷）+17（開銷）+22（MAC報(bào)頭）=109字節(jié)。

●PW層CCM報(bào)文單包長度為70（凈荷）+17（開銷）+22（MAC報(bào)頭）=109字節(jié)。

按最小3.33ms轉(zhuǎn)發(fā)周期，每秒有300個(gè)各層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，各層OAM報(bào)文占用帶寬為：

●單根PWOAM帶寬=300×105×8=252kbit/s。

●單根LSPOAM帶寬=300×109×8=261.6kbit/s。

●單個(gè)段層OAM帶寬=300×109×8=261.6kbit/s。

PW和LSP層OAM帶寬和業(yè)務(wù)數(shù)量有關(guān)，1根PW需要配置1條PWOAM，1條LSP也需要配置一條LSPOAM，每個(gè)光纜段均需要配置1條段OAM。OAM帶寬消耗和業(yè)務(wù)量呈現(xiàn)正相關(guān)。

圖5 段層OAM編碼格式

圖6 LSP層OAM編碼格式

圖7 PW層OAM編碼格式

同樣以上面的例子為例，來測算一下，100個(gè)站點(diǎn)，上述業(yè)務(wù)量需要分配多少OAM帶寬，具體參見表1。

表1 OAM帶寬測算表

上述測算只考慮匯聚層單邊，且不考慮段層OAM。100個(gè)站點(diǎn)開通全業(yè)務(wù)后的總的OAM帶寬約為308M。

結(jié)合業(yè)務(wù)帶寬，100個(gè)PTN站點(diǎn)開通全業(yè)務(wù)后，總帶寬消耗為6717M+308M= 7205M。其中，按照平均80%轉(zhuǎn)發(fā)效率，業(yè)務(wù)凈荷帶寬為5400M，業(yè)務(wù)承載效率為5400/7205=75%。

3 PTN網(wǎng)絡(luò)帶寬應(yīng)用

PTN網(wǎng)絡(luò)主要面向移動回傳業(yè)務(wù)和高等級政企專線業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)在提出帶寬需求時(shí)，通常是指一定條件下的承諾帶寬。簡單來說就是在確保相應(yīng)指標(biāo)情況下的體驗(yàn)帶寬。這里包括兩個(gè)方面：一是相應(yīng)指標(biāo)要求；二是體驗(yàn)帶寬。指標(biāo)要求即提供的帶寬是在滿足一定時(shí)延和丟包指標(biāo)下和要求下達(dá)到的帶寬。體驗(yàn)帶寬是指客戶直接感受到或者儀表測試得到的業(yè)務(wù)側(cè)帶寬。因?yàn)橛虚_銷，所以在帶寬分配和帶寬預(yù)留時(shí)需要考慮相關(guān)因素。

3.1 CIR和PIR設(shè)置對用戶體驗(yàn)的影響

PTN網(wǎng)絡(luò)中QoS設(shè)置也會對帶寬體驗(yàn)造成一定影響。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有所不同，分組網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)等級有一定差異，同時(shí)分組網(wǎng)絡(luò)存在CIR和PIR的區(qū)別，允許網(wǎng)絡(luò)在輕載時(shí)為客戶提供額外價(jià)值。當(dāng)業(yè)務(wù)中載時(shí)，PIR部分會受到影響，但CIR部分不會受影響；而重載時(shí)，部分低等級業(yè)務(wù)CIR傳送質(zhì)量會受一定影響，作為電信級運(yùn)營商，通常在帶寬預(yù)留時(shí)不會允許第3種情況發(fā)生，因此在帶寬預(yù)留時(shí)需要考慮一定的開銷空間。

3.2 帶寬分配及QoS設(shè)置用例

針對LTE業(yè)務(wù)，目前不對其中的業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類限速，而是通過無線側(cè)完成業(yè)務(wù)等級分類，專線業(yè)務(wù)需要按照需求提供一定程度的放大，為確保測試指標(biāo)合格，通常會按照客戶等級來進(jìn)行一定程度帶寬放大，確保用戶體驗(yàn)帶寬滿足需求，常用的QoS等級設(shè)置如表2所示。

表2 業(yè)務(wù)等級設(shè)置表

4 結(jié)束語

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，分組網(wǎng)絡(luò)逐漸由業(yè)務(wù)網(wǎng)向電信基礎(chǔ)網(wǎng)滲透，傳輸網(wǎng)作為承載網(wǎng)的主要角色，也同樣面臨IP化的趨勢。傳統(tǒng)的剛性帶寬逐漸由彈性帶寬取代，流量經(jīng)營成為運(yùn)營商面臨的主要課題，了解自身的能力和理解用戶的需求同樣重要，掌握帶寬分配機(jī)制無疑將成為流量經(jīng)營時(shí)代的利器。

1 王令侃,林曉軒,陳煒.TD-LTE技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用.移動通信.2011,6

2 陳明華,梅儀國,陳煒.PTN網(wǎng)絡(luò)QoS部署策略及演進(jìn)方式.電信技術(shù).2011,7

3 王曉義,李大為.PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及其應(yīng)用.人民郵電出版社. 2009

4 黃曉慶,唐劍峰,徐榮.PTN-IP化分組傳送.北京郵電大學(xué)出版社.2010

5 中國移動分組傳送網(wǎng)(PTN)設(shè)備測試規(guī)范(修訂版)

6 ITU-T_Y.1731-200802

2014-11-10）