PTN（一种光传送网络架构和具体技术）

简介

业务驱动永远是技术和网络发展的原动力，PTN技术的诞生也是如此。PTN主要面向3G/LTE以及后续综合的分组化业务承载需求，解决移动运营商面临的数据业务对带宽需求的增长和ARPU下降之间的矛盾。

PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；具备丰富的保护方式，遇到网络故障时能够实现基于50ms的电信级业务保护倒换，实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、管理和维护机制（OAM），具有点对点连接的完美OAM体系，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。

另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN）。总之，它具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。

典型技术

就实现方案而言，在目 前的网络和技术条件下，总体来看，PTN可分为以太网增强技术和传输技术结合MPLS两大类，前者以PBB-TE为代表，后者以T-MPLS为代表。当然，作为分组传送演进的另一个方向——电信级以太网（CE，CarrierEthernet）也在逐步的推进中，这是一种从数据层面以较低的成本实现多业务承载的改良方法，相比PTN，在全网端到端的安全可靠性方面及组网方面还有待进一步改进。

PTN组网方案

PBT技术的显著特点是扩展性好。关掉MAC地址学习功能后，转发表通过管理或者控制平面产生，从而消除了导致MAC地址泛洪和限制网络规模的广播功能；同时，PBT技术采用网管/控制平面替代传统以太网的“泛洪和学习”方式来配置无环路MAC地址，提供转发表，这样每个VID仅具有本地意义，不再具有全局唯一性，从而消除了12bit(4096)的VID数限制引起的全局业务扩展性限制，使网络具有几乎无限的隧道数目(260)。此外，PBT技术还具有如下特点：转发信息由网管/控制平面直 接提供，可以为网络提供预先确知的通道，容易实现带宽预留和50ms的保护倒换时间；作为二层隧道技术，PBT具备多业务支持能力；屏蔽了用户的真实MAC，去掉了泛洪功能，安全性较好；用大量交换机替代路由器，消除了复杂的IGP和信令协议，城域组网和运营成本都大幅度下降；将大量IEEE和ITU定义的电信级网管功能从物理层或重叠的网络层移植到数据链路层，使其能基本达到类似SDH的电信级网管功能。

然而，PBT存在部分问题：首先，它需要大量连接，管理难度加大；其次，PBT只能环型组网，灵活性受限；再次，PBT不具备公平性算法，不太适合宽带上网等流量大、突发较强的业务，容易存在设备间带宽不公平占用问题；最后，PBT比PBB多了一层封装，在硬件成本上必然要付出相应的代价。

T-MPLS（Transport MPLS）是一种面向连接的分组传送技术，在传送网络中，将客户信号映射进MPLS帧并利用MPLS机制（例如标签交换、标签堆栈）进行转发，同时它增 加传送层的基本功能，例如连接和性能监测、生存性（保护恢复）、管理和控制面（ASON/GMPLS）。总体上说，T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征，抛弃了IETF（Internet Engineering Task Force）为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理。T-MPLS继承了现有SDH传送网的特点和优势，同时又可以满足未来分组化业务传送的需求。T-MPLS采用与SDH类似的运营方式，这一点对于大型运营商尤为重要，因为他们可以继续使用现有的网络运营和管理系统，减少对员工的培训成本。由于T-MPLS的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及IP路由方面的功能，因此T-MPLS的实现要比IP/MPLS简单，包括设备实现和网络运营方面。T-MPLS最初主要是定位于支持以太网业务，但事实上它可以支持各种分组业务和电路业务，如IP/MPLS、SDH和OTH等。T-MPLS是一种面向连接的网络技术，使用MPLS的一个功能子集。

T-MPLS的主要功能特征包括：

（1）T-MPLS的转发方式采用MPLS的一个子集：T-MPLS的数据平面保留了MPLS的必要特征，以便实现与MPLS的互联互通。

（2）传送网的生存性：T-MPLS支持传送网所具有的保护恢复机制，包括1+1、1:1、环网保护和共享网状网恢复等。MPLS的FRR机制由于要使用LSP聚合功能而没有被采纳。

（3）传送网的OAM机制：T-MPLS参考Y.1711定义的MPLS OAM机制，延用在其他传送网中广泛使用的OAM概念和机制，如连通性校验、告警抑制和远端缺陷指示等。

（4）T-MPLS控制平面：初期T-MPLS将使用管理平面进行配置，与现有的SDH网络配置方式相同。目前ITU-T已经计划采用ASON/GMPLS作为T-MPLS的控制平面，下一步将开始具体的标准化工作。

（5）不使用保留标签：任何特定标签的分配都由IETF负责，遵循MPLS相关标准，从而确保与MPLS的互通性。

由于T-MPLS是利用MPLS的一个功能子集提供面向连接的分组传送，并且要使用传送网的OAM机制，因此T-MPLS取消了MPLS中一些与IP和无连接业务相关的功能特性。T-MPLS与MPLS的主要区别如下：

（1）IP/MPLS路由器是用于IP网络的，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据。而传送MPLS只工作在L2，因此不需要IP层的转发功能。

（2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流。而在传送MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些。

而在具体的功能实现方面，两者的主要区别包括：

（1）使用双向LSP：MPLS LSP都是单向的，而传送网通常使用的都是双向连接。因此T-MPLS将两条路由相同但方向相反的单向LSP组合成一条双向LSP。

（2）不使用倒数第二跳弹出（PHP）选项：PHP的目的是简化对出口节点的处理要求，但是它要求出口节点支持IP路由功能。另外由于到出口节点的数据已经没有MPLS标签，将对端到端的OAM造成困难。

（3）不使用LSP聚合选项：LSP聚合是指所有经过相同路由到同一目的节点的数据包可以使用相同的MPLS标签。虽然这样可以提高网络的扩展性，但是由于丢失了数据源的信息，从而使得OAM和性能监测变得很困难。

（4）不使用相同代价多路径（ECMP）选项：ECMP允许同一LSP的数据流经过网络中的多条不同路径。它不仅增加了节点设备对IP/MPLS包头的处理要求，同时由于性能监测数据流可能经过不同的路径，从而使得OAM变得很困难。

（5）T-MPLS支持端到端的OAM机制。

（6）T-MPLS支持端到端的保护倒换机制，MPLS支持本地保护技术FRR。

（7）根据RFC3443中定义的管道模型和短管道模型处理TTL。

（8）支持RFC3270中的E-LSP和L-LSP。

（9）支持管道模型和短管道模型中的EXP处理方式。

（10）支持全局唯一和接口唯一两种标签空间。

PBT和T-MPLS技术主要协议的简单比较

总体来看，T-MPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性，在电信级承载方面具备较大的优势；PBT着眼于解决以太网的缺点，在设备数据业务承载上成本相对较低。标准方面，T-MPLS走在前列；PBT即将开展标准化工作。芯片支持程度上，目前支持Martini格式MPLS的芯片可以用来支持T-MPLS，成熟度和可商用度更高，而PBT技术需要多层封装，对芯片等硬件配置要求较高，所以逐渐已经被运营商和厂商所抛弃。目前T-MPLS除了在沃达丰和中国移动等世界顶级运营商得到大规模应用之外，在T-MPLS的基础上更推出了更具备协议优势和成本优势的MPLS-TP（MPLS Transport Profile)标准，MPLS-TP标准可以在T-MPLS标准上上平滑升级，可能成为PTN的最佳技术体系。

技术理念

PTN技术本质上是一种基于分组的路由架构，能够提供多业务技术支持。它是一种更加适合IP业务传送的技术，同时继承了光传输的传统优势，包括良好的网络扩展性，丰富的操作维护（OAM），快速的保护倒换和时钟传送能力，高可靠性和安全性，整网管理理念，端到端业务配置与精准的告警管理。PTN的这些优势是传统路由器和增强以太网技术无法比拟的，这也正是其区别于两者的重要属性。我们可以从以下4个方面理解PTN的技术理念。

（1）管道化的承载理念，基于管道进行业务配置、网络管理与运维，实现承载层与业务层的分离；以“管道+仿真”的思路满足移动演进中的多业务需求。

首先，管道化保证了承载层面向连接的特质，业务质量能得以保证。在管道化承载中，业务的建立、拆除依赖于管道的建立和拆除，完全面向连接，节点转发依照事先规划好的规定动作完成，无需查表、寻址等动作，在减少意外错误的同时，也能保证整个传送路径具有最小的时延和抖动，从而保证业务质量。管道化承载也简化了业务配置、网络管理与运维工作，增强业务的可靠性。

以“管道+仿真”的思路满足移动网络演进中的多业务需求，从而有效保护投资。众所周知，TDM、ATM、IP等各种通信技术将在演进中长期共存，PTN采用统一的分组管道实现多业务适配、管理与运维，从而满足移动业务长期演进和共存的要求。在PTN的管道化理念中，业务层始终位于承载层之上，两者之间具有清晰的结构和界限，无数的业界经验也证明，管道化承载对于建成一张高质量的承载网络是至关重要的。

（2）变刚性管道为弹性管道，提升网络承载效率，降低Capex。

2G时代的TDM移动承载网，采用VC刚性管道，带宽独立分配给每一条业务并由其独占，造成了实际网络运行中大量的空闲可用资源释放不出来，效率低的状况。PTN采用由标签交换生成的弹性分组管道LSP，当满业务的时候，通过精细的QoS划分和调度，保证高质量的业务带宽需求优先得到满足；在业务空闲的时候，带宽可灵活地释放和实现共享，网络效率得到极大提升，从而有效降低了承载网的建设投资Capex。

（3）以集中式的网络控制/管理替代传统IP网络的动态协议控制，同时提高IP可视化运维能力，降低Opex。

移动承载网的特点是网络规模大、覆盖面积广、站点数量多，这对于网络运维是极大的挑战，而网络维护的难易属性直接影响着Opex的高低。

传统IP网络的动态协议控制平面适合部署规模较小、站点数量有限，同时具有更加灵活调度要求的核心网，而在承载网面前显得力不从心，而且越靠近网络下层，其问题就越突出。

首先，动态协议给传统IP网络带来了“云团”特征，当网络一旦出现故障，由于不知道“云团”内的实际路由而给故障定位带来很大困难，这对于规模巨大、对Opex敏感，同时可能会经常调整和扩容的承载网来说无疑是一场灾难。

其次，动态协议在技术上的复杂性，不但对维护人员的技能提出很高的要求，而且对维护团队的人员数量的需求将是过去的几倍，这将颠覆基层维护团队的组织结构和人力构成，与此同时维护人员数量的增加带来的Opex增加不可避免。

因此，以可管理、可运维为前提的IP化创新对大规模的网络部署是非常重要的。不可管理的传统IP看起来很美，但实际上存在太多的陷阱。移动承载网的IP化必须继承TDM承载网的运维经验，以网管可视化丰富IP网络的运维手段，降低运维难度，同时实现维护团队的维护经验、维护体验可继承，这就是PTN移动IP承载网的管理运维理念。

（4）植入新技术，补齐移动承载IP化过程中在电信级能力上的短板。

时钟同步是移动承载的必备能力，而传统的IP网络都是异步的，移动承载网在IP化转型中必须要解决这个短板。所有的移动制式都对频率同步有50×10-9的要求，同时某些移动制式如TD-SCDMA和cdma2000，包括未来的LTE还有对相位同步的要求，目前业界能够通过网络解决相位同步要求的只有IEEE1588V2技术，植入该技术已成为移动承载IP化的必选项。

事实上，PTN的思想理念已在大量实际的网络建设实践中被广泛验证，是基于对移动承载IP化诉求的深刻理解，给移动承载网的IP化指出了一条可行的道路。

解决方案

PTN解决方案示例

TDM业务的支持方式

在对TDM业务的支持上，目前一般采用PWE3（PseudoWireEmulationEdge-to-Edge，端到端伪线仿真）的方式，目前TDMPWE3支持非结构化和结构化两种模式，封装格式支持MPLS格式。

分组时钟同步

分组时钟同步需求是3G等分组业务对于组网的客观需求，时钟同步包括时间同步、频率同步两类。在实现方式上，目前主要有如下三种：同步以太网、TOP（TimingOverPacket）方式、IEEE1588V2。

互联互通问题

PTN是从传送角度提出的分组承载解决方案。技术可以革命，网络只能演进。运营商现网是庞大的MSTP网络，MSTP节点已延伸至本地城域的各个角落。PTN网络必须要考虑与现网MSTP的互通。互通包括业务互通、网管公务互通两个方面。

目前在商用化方面来看，鉴于标准、产业成熟度、关键问题的解决进度等问题，各个厂商在标准、产品等方面虽然都投入了不少精力，但总的来说，推出解决方案和成熟产品的企业并不是太多，实际商用的并不多。烽火通信作为国内优秀的通信产品及解决方案提供商，在光通信和数据通信领域的深厚技术积累为技术和产品转型赢得了先机。作为国内最早开始研发MSTP设备的制造商之一，从2000年开始研发到2003年后大规模的商用的过程中，积累了丰富的数据和传输经验，并在此过程中不断完善MSTP产品，通过了各大运营商的大型测试。作为光谷的龙头企业，多年来承担了众多的相关“863”项目，如完成在MPLS技术上的“具有虚拟专用网功能的多业务传送平台实现技术”，并成功通过验收和商用，积累了丰富的MPLS技术和应用经验；完成了“863”项目“自动交换光网络节点设备研制与系统试验”，在控制平面上积累了丰富的研发和商用工程经验；完成了“863”项目“基于千兆以太网的宽带无源光网络系统”，以多项领先的技术和成熟稳定的产品领航FTTx市场，其中包括TDM over IP技术。这些技术的积累和成熟产品的应用，都为基于分组技术的光传送网的研究和产品开发打下了深厚的基础。

策略

分组化是光传送网发展的必然方向，未来本地网依然在相当长的时间内面临多种业务共存、承载的业务颗粒多样化、骨干层光纤资源相对丰富等问题，在考虑PTN产品网络引入的过程中，需要注意引入策略和网络承接性的问题，在现有的网络中引入分组传送技术和设备还是应该非常慎重，逐步分步实施：

首先PTN（Packet Transport Network）的切入应该是在FE成为主流的业务接口后再逐步实施。由于分组传送设备产业链的成熟将稳步推进，在2010年后才会相对成熟，同时技术标准的选择和芯片厂家、设备商的支持度等因素均会影响到演进的节奏。

而核心层采用的OTN/WDM技术目前正在逐步成熟，可以逐步商用，但由于目前OTN技术的不同模块发展极不平衡，所以对于商用的步骤应有所考虑，建议现阶段可以考虑引入G.709接口，2008年后可考虑引入目前基本成熟的ROADM设备，2009年后再考虑引入OTN的电交叉设备。在PacketTiming标准和产业链成熟后，可以正式切入全业务运营的分组传送网。最终可实现PTN+OTN+WDM的城域传送网全面分组化演进。

在建设方式上，可以考虑采用业务分担式的二平面方式，通过本地核心汇聚层到接入层的自上而下的引入策略，最终实现网络向扁平化方向发展。

IP化是网络发展的必然趋势，面临技术和网络转型期的通信业正在积极跟进相关技术和产业的发展动向。目前作为分组传送网的代表技术PBT、T-MPLS还面临着标准、芯片成熟度、产品成熟度和应用模式等多方面的完善问题，同时任何一种技术的网络规模应用都是一个逐步演进的过程，客观的去看待技术的更新和网络的演进是变革时期整个产业链都需要思考的问题。

功能组成

PTN是基于分组交换、面向连接的多业务统一传送技术，不仅能较好地承载以太网业务，而且兼顾了传统的TDM和ATM业务，满足高可靠、可灵活扩展、严格QoS和完善的OAM等基本属性。从网元的功能结构来看，PTN网元由传送平面、管理平面和控制平面共同构成。

①传送平面。传送平面实现对UNI接口的业务适配、业务报文的标签转发和交换、业务的服务质量（QoS）处理、操作管理维护(OAM)报文的转发和处理、网络保护、同步信息的处理和传送以及接口的线路适配等功能。

②管理平面。管理平面实现网元级和子网级的拓扑管理、配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能，并提供必要的管理和辅助接口，支持北向接口。

③控制平面功能（可选）。目前PTN的控制平面的相关标准还没有完成，一般认为它可以是ASON向PTN领域的扩展，用IETF的GMPLS协议实现，支持信令、路由和资源管理等功能，并提供必要的控制接口。

分层结构

PTN将网络分为信道层、通路层、传输媒质层，其通过GFP架构在OTN、SDH和PDH等物理媒质上。分组传送网分为三个子层：

①分组传送信道层( Packet Transport Channel，PTC)，其封装客户信号进虚信道(VC)，并传送虚信道(VC)，提供客户信号端到端的传送，即端到端OAM，端到端性能监控和端到端的保护。

②传送通路层( Packet Transport Path，PTP)，其封装和复用虚电路进虚通道，并传送和交换虚通路(VP)，提供多个虚电路业务的汇聚和可扩展性(分域、保护、恢复、OAM)。

③传送网络传输媒质层，包括分组传送段层和物理媒质。段层提供了虚拟段信号的OAM功能。

技术体制

分组传送网( Packet Transport Network，PTN)是以分组交换为核心，面向分组数据业务的传送网。PTN也是一种基于分组转发的、面向连接的多业务传送技术。PTN支持电信级以太网、时分复用和IP业务承载。PTN作为IP/多协议标记交换( Multi- ProtocolLabel switch，MPLS)或以太网承载技术和传送网结合的产物，在IP业务和底层光传输媒质之间设置一个层面，针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求，采用分组的、面向连接的多业务统一传送技术，其不仅能够承载电信级以太网业务，而且兼顾传统的TDM业务;不仅继承了传统传送网面向连接的特性，而且具备高效带宽管理功能PTN实现的两大技术体制是:多协议标记交换-传送子集( Multi-Protocol labelSwitch- Transport Profile， MPLS-TP)和运营商骨干网桥流量工程( Provider backboneBridgesTraffic Engineering， PBB-TE)。 MPLS-TP来源于IP/MPLS技术，PBB-TE来源于以太网技术。

基于 MPLS-TP技术的PTN网络，用伪线( Pseudo wire，PW)和标记交换路径( LableSwitched path，LSP)来分别标识端到端的分组传送业务和分组传送路径，实现面向连接的分组转发和传送功能。

关键技术

PTN是基于分组转发的面向连接的多业务传送技术。PTN支持电信级以太网、TDM和IP业务承载，具有高可靠性、高安全性、高扩展性、高业务质量和可控可管等电信级网络特点。基于 MPLS-TP的PTN包括如下一些关键技术。

(1)分组转发机制

PTN数据转发基于标签进行，即由标签构成端到端的面向连接的路径， MPLS-TE基于20比特的 MPLS-TP标签转发，是局部标签，在中间节点进行LSP标签交换。

(2)多业务承载

MPLS-TP采用伪线电路仿真技术来适配不同类型的客户业务，包括以太网、TDM和ATM等客户业务。支持以太网点到点线型业务、以太网多点到多点专网线业务和以太网点到多点树形业务。

(3)运行维护管理机制

PTN的 MPLS-TP运行维护管理机制分为虚线层、标签交换路径层和段层三层。每层都支持运行维护管理功能机制，包括连续性检验、连接确认、性能分类、告警抑制、远端完整性能等。

(4)网络保护方式

MPLS-TP支持的标签交换路径的保护方式，主要有环路保护、线路倒换和网状网恢复等。保护倒换时间≤50ms，保护范围包括光纤、节点、环的段层等;线路倒换时间≤50ms网状网的恢复，主要依靠重新选择路由机制完成。

(5)服务质量机制

PTN支持的服务质量机制，包括流量管理、优先级映射、流量整形、队列调度和拥塞控制等。

优势

PTN的优点有很多，例如它有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，它能够提供“柔性”传输管道，更加适合于IP业务特性；同时它可以支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道；它可以在50ms内完成点对点连接通道的保护切换，可实现传输级别的业务保护和恢复；它继承了SDH技术的操作、管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM功能，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力;网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证等。