PTN開啟IP業(yè)務(wù)傳送的未來

移動互聯(lián)網(wǎng)將成為下一代互聯(lián)網(wǎng)的主體，而下一代移動寬帶網(wǎng)必須要能同時滿足傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載需求。業(yè)務(wù)的IP化和傳送的分組化將成為未來網(wǎng)絡(luò)的演進主線。在接入方面，下一代移動接入網(wǎng)絡(luò)將向LTE演進，而PON將成為固定寬帶接入的主流技術(shù)；在干線網(wǎng)方面，IPoverWDM/OTN組網(wǎng)已經(jīng)成為主流并在相當長的時間內(nèi)能夠滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求；在城域網(wǎng)方面，SDH/MSTP、以太網(wǎng)和IP/MPLS技術(shù)都在爭奪市場，但在寬帶匯聚和backhaul承載應(yīng)用中又表現(xiàn)出不同的局限性，一種結(jié)合傳送和數(shù)據(jù)能力的PTN技術(shù)將開啟IP業(yè)務(wù)傳送的未來。設(shè)計理念：高效實現(xiàn)IP化和電信級IP化和電信級是推進城域網(wǎng)演進的兩大需求。IP化具備兩層含義，業(yè)務(wù)的IP化是指不管是語音、數(shù)據(jù)還是多媒體業(yè)務(wù)，都將以IP作為封裝和地址標識；網(wǎng)絡(luò)的IP化是指不管是移動網(wǎng)絡(luò)還是固定網(wǎng)絡(luò)都將以滿足承載IP業(yè)務(wù)為主。IP業(yè)務(wù)的多樣性和IP業(yè)務(wù)的突發(fā)特性必然要求承載網(wǎng)絡(luò)具備QoS和統(tǒng)計復用能力，以SDH為代表的純一層的“剛性管道”技術(shù)逐漸不能適應(yīng)未來IP業(yè)務(wù)的承載。此外，傳統(tǒng)城域網(wǎng)業(yè)務(wù)是典型的匯聚型業(yè)務(wù)，交換和路由功能一般是在核心層或匯聚層以上完成的，而P2P業(yè)務(wù)和LTEX2接口則有fullmesh組網(wǎng)的需求，因此對靈活性的要求也越來越高。

另一方面，業(yè)務(wù)的IP化并不意味著所有的業(yè)務(wù)都成為盡力而為的業(yè)務(wù)，可擴展性、可靠性、可管理性和服務(wù)質(zhì)量依然是城域網(wǎng)的基本需求。例如，LTE要求S1接口單向時延不超過5ms，TD-SCDMA系統(tǒng)要求時間同步信號精度高于±1.5us，50ms保護倒換能力仍然是衡量網(wǎng)絡(luò)可靠性的一個重要指標。以面向非連接技術(shù)為基礎(chǔ)的以太網(wǎng)和IP技術(shù)在QoS、保護和可管理性方面面臨挑戰(zhàn)。近幾年，電信級以太網(wǎng)（CE）和分組傳送網(wǎng)（PTN）成為熱點，CE側(cè)重于描述電信級業(yè)務(wù)的五大特征，而PTN側(cè)重于描述傳送網(wǎng)的分組化。PTN的主流技術(shù)包括MPLS-TP和PBB-TE，其核心理念是分別采用MPLS和以太網(wǎng)的封裝和轉(zhuǎn)發(fā)機制，保留原有的分組交換和QoS機制，去除一些復雜的三層或二層協(xié)議，取消MAC地址學習、生成樹和泛洪等以太網(wǎng)無連接特性，增強OAM能力，實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的層次化管理，并且增強了網(wǎng)絡(luò)的保護能力。此外，為了增強網(wǎng)絡(luò)的靈活性，PTN引入了控制平面來實現(xiàn)資源發(fā)現(xiàn)和連接的自動建立，并且通過強大的管理平面來實現(xiàn)可控可管的動態(tài)特性。

可以看出，PTN融合了傳送和數(shù)據(jù)能力，在以面向連接的方式實現(xiàn)IP化和電信級的同時，盡量去除一些復雜的協(xié)議和處理，降低網(wǎng)絡(luò)復雜度和成本。PTN的這種設(shè)計理念首先會在城域網(wǎng)中體現(xiàn)優(yōu)勢。第一，目前城域網(wǎng)的匯聚層和接入層仍然以匯聚型業(yè)務(wù)為主，不需要強大的路由功能，而PTN的統(tǒng)計復用和QoS能力能夠滿足業(yè)務(wù)IP化發(fā)展。第二，城域網(wǎng)覆蓋范圍大，節(jié)點多，通過網(wǎng)管建立連接和保護能夠更好地滿足時延、抖動和保護倒換時間要求。第三，PTN類似于SDH的層次化OAM機制有利于進行故障定位，提高網(wǎng)絡(luò)的運維能力。第四，PTN采用雙向LSP技術(shù)構(gòu)建對稱性網(wǎng)絡(luò)，有利于采用1588v2協(xié)議提供時間同步。第五，PTN可引入控制平面提高網(wǎng)絡(luò)靈活性，滿足未來業(yè)務(wù)的承載需求。

目前，MPLS-TP相關(guān)標準在IETF和ITU-T聯(lián)合進行開發(fā)，并且得到了大量運營商和廠商的支持，逐漸成為PTN的主流技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)：

成就PTN的領(lǐng)先優(yōu)勢*分層多業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)絡(luò)模型MPLS-TP采用了分層網(wǎng)絡(luò)模型，包括偽線層（PW）、LSP隧道層（LSPTunnel）和段層（MPLSSection），實現(xiàn)業(yè)務(wù)路徑、傳送通道和物理鏈路等不同邏輯功能的層次化。傳送網(wǎng)內(nèi)部通過把不同的邏輯功能分層，網(wǎng)絡(luò)拓撲和業(yè)務(wù)拓撲更加清晰，使得網(wǎng)絡(luò)的運維管理更加簡便高效，易于實現(xiàn)故障隔離和告警抑制功能，有效降低傳送網(wǎng)需要維護的連接數(shù)量。

偽線層負責完成業(yè)務(wù)的統(tǒng)一封裝，在業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中提供端到端透明傳送路徑，實現(xiàn)多業(yè)務(wù)傳送。IP/MPLS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展出一套完整的業(yè)務(wù)封裝方式，PTN采用IETF定義的PWE3協(xié)議實現(xiàn)以太、TDM、IP等多種業(yè)務(wù)的分組化封裝，可以保持傳送網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)的相對獨立，使二者之間的維護界面更清晰，解決了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中IP和MAC報文頭部兼作傳送網(wǎng)標簽，不能保持傳送網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)的有效隔離問題。

LSP隧道層嵌套多個同路由的PW業(yè)務(wù)路徑，在傳送組網(wǎng)過程中屏蔽物理鏈路層的限制，實現(xiàn)帶寬分配、靈活調(diào)度、端到端的故障隔離功能。MPLS-TP采用在MPLSVPN網(wǎng)絡(luò)中成熟應(yīng)用的MPLStunnel技術(shù)，在傳送過程中確定流向和流量，構(gòu)成端到端傳送通道。

段層對應(yīng)一段獨立的光纖線路或波長等底層物理鏈路，監(jiān)視鏈路的狀態(tài)、性能，為上層網(wǎng)絡(luò)無差錯傳送提供服務(wù)。

*無阻塞分組交換系統(tǒng)架構(gòu)為了保證專線、語音等業(yè)務(wù)的高QoS要求，新一代的PTN設(shè)備采用無阻塞的分組交換系統(tǒng)架構(gòu)。分組網(wǎng)絡(luò)的QoS首先由設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)保證，分組設(shè)備的交換架構(gòu)可以分成兩類，即無阻塞Crossbar信元交換架構(gòu)和低成本共享總線/共享內(nèi)存架構(gòu)。

無阻塞Crossbar架構(gòu)的主要代表，是高端路由器和ATM交換機。其轉(zhuǎn)發(fā)模塊對轉(zhuǎn)發(fā)的每一個分組報文進行定長信元切片，這些定長信元在交換模塊進行無阻塞的信元交換后，重新恢復成完整的分組報文，等長信元交換消除了不等長的報文處理時延不一致的影響，因而能夠保證任意端口的線速轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行嚴格的業(yè)務(wù)優(yōu)先級策略，保障業(yè)務(wù)的時延、抖動、帶寬、丟包率等QoS特性不受設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)性能的影響。交換機和低端路由器普遍采用共享內(nèi)存或共享總線架構(gòu)，其集中存儲轉(zhuǎn)發(fā)機制存在性能瓶頸，總線沖突或內(nèi)存讀取時間的限制決定了其時延、抖動較大（一般在毫秒量級），存在丟包現(xiàn)象，不能保證嚴格的QoS優(yōu)先級。

*面向連接組網(wǎng)保障完善的QoS機制

端到端的QoS需要采用面向連接的組網(wǎng)技術(shù)。在承載高QoS業(yè)務(wù)的專用IP承載網(wǎng)絡(luò)中，為了避免動態(tài)路由造成的流量、流向無序變化對QoS的影響，IP路由器采用面向連接的MPLS-TE技術(shù)，通過集中路徑規(guī)劃、帶寬預留，確保IP業(yè)務(wù)的QoS。MPLS-TP完全繼承了MPLS-TE的面向連接的特性，通過集中網(wǎng)管或控制平面建立MPLSTunnel。另外，MPLS-TP建立的是靜態(tài)傳送管道，不需要動態(tài)路由刷新，僅受鏈路狀態(tài)變化和業(yè)務(wù)配置影響，消除了動態(tài)路由刷新造成的故障擴散和路由震蕩的影響。

通過雙向LSP支持雙向業(yè)務(wù)，雙向業(yè)務(wù)能夠保證雙向業(yè)務(wù)時延、傳送路徑的一致性，連接數(shù)量降低一倍。

*硬件實現(xiàn)的端到端高性能OAM機制

PTN最突出的優(yōu)勢是其高性能的層次化的OAM機制，實現(xiàn)在復雜網(wǎng)絡(luò)拓撲下實時、精確的故障定位功能�？朔�了IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)在故障檢測、故障定位、告警抑制等方面的缺陷。

MPLS-TP分別針對偽線層、LSP隧道層和MPLS段層定義層次化的OAM報文處理機制，通過對分層網(wǎng)絡(luò)的支持，上層OAM信息能夠自動順序下插到下層鏈路，使狀態(tài)傳遞和告警抑制具有協(xié)議基礎(chǔ)。MPLS-TP定義了完備的OAM報文，比如用于連通性檢測的CC&CV，用于抑制下游告警和次生告警的AIS報文，用于反向回插遠端告警指示維護雙向鏈路狀態(tài)的RDI報文，作為網(wǎng)絡(luò)維護手段的LB報文等。

PTN的OAM報文處理采用硬件實現(xiàn)，顯著提高了處理性能。傳統(tǒng)路由器通過軟件實現(xiàn)，性能受CPU處理能力的限制，高端路由器支持的LSP保護組的數(shù)量一般不超過2000條，而城域傳送網(wǎng)的需求是數(shù)萬條業(yè)務(wù)保護組。

由于定義了完善的OAM故障檢測和傳遞機制，PTN能夠在10ms內(nèi)完成故障檢測、50ms故障倒換的性能要求。MPLS-TP/T-MPLS定義了明確的線形保護、環(huán)形保護功能，能夠支持1+1、1:1、環(huán)保護等多種網(wǎng)絡(luò)保護技術(shù)，適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)拓撲的需要。

*端到端的可視化集中網(wǎng)絡(luò)管理

PTN集中網(wǎng)管系統(tǒng)提供端到端的業(yè)務(wù)配置、故障定位、性能監(jiān)視、日常維護等功能，網(wǎng)管系統(tǒng)的可用性是評價PTN設(shè)備是否成熟商用的重要標志。

端到端集中網(wǎng)管是建立在面向連接的組網(wǎng)模型和端到端的OAM基礎(chǔ)之上的，面向連接的組網(wǎng)模型才能維持業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)端到端清晰的拓撲，業(yè)務(wù)流量流向可以規(guī)劃、可部署，高性能的OAM支持才能實時監(jiān)視鏈路上任意節(jié)點的狀態(tài)，層次化的OAM可以有效抑制次生告警，把注意力集中在根源告警上。PTN的業(yè)務(wù)建立除了集中網(wǎng)管靜態(tài)配置以外，還可以采用控制平面自動建立方式，從而利用成熟的IP路由協(xié)議的靈活性。PTN發(fā)展展望隨著3G和全業(yè)務(wù)的發(fā)展，運營商對于城域網(wǎng)的IP化傳送解決方案需求迫在眉睫。PTN融合傳送和數(shù)據(jù)能力的設(shè)計理念得到了大量運營商和設(shè)備制造商的認可，有望成為城域網(wǎng)的主流技術(shù)。從目前測試和試點情況來看，大部分PTN設(shè)備具備多業(yè)務(wù)承載能力，時延、抖動、誤碼和丟包等性能指標能夠滿足要求，1:1保護滿足50ms倒換，部分廠家設(shè)備能夠很好地支持1588v2協(xié)議，地面?zhèn)鬏敃r間同步信號的精度高于±1滋s。另一方面，PTN設(shè)備目前還不能向SDH一樣對性能劣化進行檢測并促發(fā)倒換，也不支持環(huán)網(wǎng)保護，并且由于MPLS-TP的OAM相關(guān)標準還不完善，主要采用了T-MPLS的OAM機制。在網(wǎng)絡(luò)維護和管理方面，端到端業(yè)務(wù)配置和管理能力還需要增強，運營商也還需要積累經(jīng)驗制定QoS參數(shù)配置原則。相信隨著PTN的標準化和產(chǎn)業(yè)化的快速推進和技術(shù)的進一步成熟，PTN將在城域網(wǎng)率先得到應(yīng)用。

作者：黃曉慶 李晗 來源：中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)