PTN对传输网发展的重要意义

杨 锡

（中国铁通集团有限公司云南公司大理分公司 云南 671000）

1 简介

PTN是分组传送网（packet transport network）的简称，是新型的城域宽带传输网络，是适合于传送电信（有线/无线）业务、电视和数据业务的统一传输平台，是符合NGN要求的传输基础。

在网络向全IP化演进的大背景下，在终端，如手机、PC已经是以IP为基础实现各种各样的业务接入，企业用户已经全面使用路由器、交换机、网关、服务器、防火墙，各种网络的业务控制也逐渐转向IP化的条件下，传输网为了实现对上层业务的高效承载，从MSTP演进到PTN是大势所趋。

PTN技术主要有两个，即T-MPLS和PBT，其中T-MPLS经由阿尔卡特朗讯、爱立信、富士通、华为和泰乐等众多支持者提议，于2006年2月由ITU-T实现了技术的标准化，是PTN的首次尝试。它基于ITU-T G.805传输网络结构，由 ITU 完成标准化（G.8110.1、G.8112、G.8121），其主要改进包括通过消除IP控制层简化MPLS以及增加传输网络需要的OAM和管理功能。

T-MPLS是一种基于MPLS、面向连接的分组传送技术。与MPLS不同，T-MPLS不支持无连接模式，实现上要比MPLS更简单，更易于运行和管理。T-MPLS取消了MPLS中与L3和IP路由相关的功能特性，其设备实现将满足运营商对低成本和大容量的下一代分组网络的需求。T-MPLS延续了现有基于电路交换传送网的思想，采用与其相同的体系架构、管理和运行模式。

2 PTN为何会成为传输网的主流

2.1 技术层面

传统意义上，在物理媒介层，如光纤等，和来自客户的业务层之间存在的传送设备的功能结构是以固定的时隙交换、波长交换或者空分交换为基础的，如现有的设备形态、PDH、SDH/SONET、OTN、ROADM 均是如此，采用固定式交换的基本前提是业务基于PSTN时代的64 kbit/s基本单元，在分组化盛行的时代，显然不能很好地适应，由此导致技术上倾向于采用分组交换的交换/转发内核，同时依然符合ITU-T G.805传送网设备功能结构的一般要求，即PTN设备。

PTN设备针对分组业务流的突发性，能够采用统计复用的方法进行传送，在保证各优先级业务CIR（committed information rate）的前提下，对空闲带宽按照优先级和EIR（excess information rate）进行合理的分配，既能满足高优先级业务的性能要求，又能尽可能地充分共享未用带宽，解决了TDM交换时代带宽无法共享的问题，无法有效支持突发业务的根本缺陷。PTN设备的分组转发平面并没有特立于数据网络的数据转发平面，而是充分利用了成熟的数据二三层技术，实现设备无阻塞的数据报文转发能力，但同时PTN设备保持了传送网络的一般特征，如5个9的高可用性，强大的分层OAM能力和可维护性，优异的同步性能，关键部件的1＋1备份带来的高可靠性，低于50 ms的保护，端到端的QoS保证，多业务支持，强大的拓扑、业务、带宽、节点、告警、性能的管理能力和业务安全性。

PTN设备接口速率除了传统的2 Mbit/s、155 Mbit/s，主要是吉比特以太和万兆以太，因此可以明显降低每Mbit的传送成本，并且由于技术的进步，端口密度、设备容量体积比大大增加，而耗电量明显降低。

2.2 网络运营

现在运营商运维的网络主要以技术类型划分，如数据网、电信传输网、ATM网等，从广义上讲，每种类型都能承担一些特定类型业务的传送任务，但是因为每一种网络类型都是完全不同的技术和运维办法，分割了运营商有限的人力和资金。若开通某些业务需要跨过不同的网络，因为网络层次很多，维护甚至业务开通都会成为麻烦的问题，因此不可能把每种网络都建好管好，但如果彼此只建一种网络就会失去提供某些应用的可能，落后于竞争对手。

现在PTN网络提供了一个性能最好，兼容以太网、ATM、SDH、PDH、PPP/HDLC，帧中继各种技术的统一传送平台，消除了网络建设类型的多样性，代之以接口类型的多样性，原有的网络设备，如ATM交换机、以太交换机、PDH光端机，可以通过PTN网络互联在一起，也可以被PTN的ATM接口、以太网接口、PDH接口直接替换。

PTN技术的妙处在于完美地结合了数据技术与传输技术，来自数据方面的大容量分组交换/标签交换技术、QoS技术，来自传送的OAM管理、50 ms保护和同步，可以使运营商的基础网络设施获得最大的技术优势，增强未来快速部署新应用的灵活性和降低成本，同时可以最大程度地利用现有网络，保护运营商的已有资产。

如果将PTN的LSP/PW与SDH基于VC的高阶通道和低阶通道联系起来类比，PW就类似低阶通道，它的作用就是对客户业务的封装，并且作为低阶的业务指示，方便在高阶的层面复用，而LSP非常类似高阶通道，可以承载多条PW到达同一个目的站点。对于熟悉传送网的运维人员来讲，LSP和PW可以看作是更灵活的高低阶通道，该通道的带宽是可大可小的，但是端到端的故障管理和告警，如 AIS、RDI、CSF以及性能上报都是和SDH一样的，并且增加了丢包/时延性能检测、测试、锁定、环回等增强的OAM功能，方便操作者发现和定位故障。

相比数据网络，PTN同步特性可以提供高精度的频率和时间输出，满足无线网络严格的时钟要求，对VoIP、实时视频等业务有优异的性能保证。PTN强调手工指配，不依赖于路由、信令等灵活同时也难以排错的动态网络协议，在全网范围内可以很方便地开通端到端不同业务类型的点对点、点对多点和多点对多点连接，可以通过轻点鼠标查找业务路径、带宽、保护、告警、性能和该业务相关的上下层信息。

3 PTN的主要应用场景

PTN设备在未来的网络应用中主要是在城域网中，主要是移动回传、优质客户接入与大客户虚拟网。

移动网络也在经历从窄带向宽带、从电路向分组化演进的过程，继续维护2G，重点发展3G网络在世界上已经是普遍的趋势。PTN支持2G的BTS到BSC的ATM接口、TDM接口、以太接口，也支持3G的Node B到RNC的以太接口、传统 TDM接口、ATM接口，对未来向LTE的演进，考虑了合适的容量、物理接口速率、时延丢包性能和S1/X2逻辑接口的支持方案，可以做到同一种设备对不同代的移动网络的同时支持。移动网络本身对高精度时钟的要求，要求频率同步做到低于50 PPB，时间同步绝对值小于1 μs，甚至500 ns，PTN设备已经普遍支持1588v2和同步以太，对同步的支持是规范和跨厂商的。PTN设备的容量高于MSTP同档次产品，满足无线宽带发展的要求。

对PTN设备组建的精品网络，移动回传在一定时期内也只会消耗约数百兆容量，大量的带宽还可以为对网络QoS要求比较高，可靠性高的优质的行业客户提供接入和组建虚拟网。由于行业客户的专有网络也在向IP化转型，引入PTN组建虚拟网，可以高效承载，而且带宽配置可以很灵活，安全性和TDM组网一样高，管理便捷，维护手段更丰富。

PTN的应用场景包括对已有网络和设备的利用。PTN对传统接口的支持可以保持对原有业务提供不间断的服务，利用旧网络扩大新网络的覆盖区域，旧网络也可以利用PTN的特性进一步提高网络性能和成本收益。以2 Mbit/s业务为例，PTN的2 Mbit/s依然可以提供可靠的带宽保证，但是不用时即可以让给其他业务共享，因此实际的每Mbit/s的带宽成本可以降低很多。

PTN应用场景可以逐步扩大到普遍服务。对小企业来讲，以合适的价格享受专线/专网服务，享受高带宽和高可靠性，不一定只用拨号服务。对一般个人用户，除非大容量的要求，运营商一般不会直接提供PTN服务，更多的可能是PTN和接入技术的结合，由PON、xDSL等提供家庭多业务接入，然后传到PTN。

4 PTN的发展趋势

PTN技术无疑是目前传送技术发展的一个高峰，它是目前看来最有可能实现网络统一的技术。网络统一，近期的应用目标是三网融合，从技术深处来看，是通过网络自身的技术进化，使得业务传送本身作为一种服务，更便于人与人、人与机器、机器与机器通信的使用，而不是不得不把重心放在传送本身上，在未来则要实现网络的自组织、自管理。

PTN技术在5年内必将会大规模部署，成为传送网的主流设备，PTN的设备形态也许会更加多样化，比如与接入技术的融合，与OTN、ROADM技术的融合，但是PTN提供的传送作为通信网络的基础业务之一，如何应用方便、高效、安全可靠仍然是可以不断追求的目标。

当前PTN提供的多业务服务主要是同质类型网络的传送和互联，从原理上讲，可以实现异质网络的互通。

当前PTN主要考虑的还是大规模部署的可能性和可靠性，业务数据层面的互通性已经有充分的证明，对控制层面的UNI、ENNI接口的互通还需要进一步研究。

5 PTN在城域网中的定位

5.1 技术对比

基于电路交换的SDH/MSTP网络是通过刚性的分配机制和单板级别的IP化来保障以TDM业务为主、以太网数据业务为辅的高质量、安全的传输，因此其带宽利用率较低。内核IP化的PTN技术，具备强大的带宽统计复用能力，在面对突发性强、流量不确定的业务冲击时更具生命力，但是相比MSTP网络，PTN的劣势在于TDM业务的接入，PTN也可以通过仿真支持TDM业务，但接入能力有限，只能作为TDM业务承载的补充手段，所以用于承载高QoS需求的IP化业务才能真正体现和发挥PTN的优势。

与传统的以太网相比，PTN良好地继承了传统SDH/MSTP网络的端到端的OAM管理能力，并可根据不同的QoS机制提供差异化的服务，这正是尽力而为的传统以太网所欠缺的，PTN的主要劣势在成本方面，PTN短期内和传统以太网的经济性仍有很大的差距。

与IP over WDM/OTN技术相比，IP over WDM/OTN技术注重于解决IP业务的超长距离、超大带宽传输问题，可以为大量的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s甚至40 Gbit/s等大颗粒业务提供点到点的传输通道，这是PTN难以达到的，但是IP over WDM/OTN的带宽分配也是刚性的，带宽利用率不高。同时，OTN设备并不具备二层汇聚收敛功能，因此，PTN的优势体现在小颗粒IP业务的灵活接入、业务的汇聚收敛上，而并不擅长对大量的点到点大颗粒业务的传送。

5.2 网络层面

面对城域网汇聚接入层大量的IP化业务需求，采用SDH/MSTP或者传统以太网都无法同时兼顾传输效率和传输质量的问题，PTN设备IP化的内核可以有效完成大量小颗粒业务的收敛和传输，非常适用于城域网汇聚接入层IP化业务量大、突发性强的特点。同时PTN继承了传输设备的强大保护能力和丰富的OAM，为业务提供了电信级的保护和监控管理。

在城域网的核心骨干层以及干线，以各专业网元间互联的大颗粒数据业务点到点的传送为主，由于此类业务不再需要进一步的收敛，因此PTN技术不适合在骨干层以上应用，因此，PTN技术的引入，将主要借助于它在业务接入的灵活性、二层收敛、统计复用的优势，聚焦于解决城域传输网汇聚接入层面上IPRAN以及全业务的接入、传送问题。

6 PTN与其他网络的关系

PTN能够承载的业务类型既包含高QoS要求的基站业务和专线业务，又包含高带宽、突发性强的数据业务，这与中国移动城域网内目前已部署或已经开始建设的SDH/MSTP网、IP城域网以及全业务接入网有着密切的联系和区别。

6.1 PTN与城域MSTP网

经过多年的发展，在2G业务的承载方面，SDH/MSTP网络的结构成熟、稳定，网络规模也比较庞大，考虑到SDH/MSTP也具备相当的IP业务承载能力，而且短期内2G业务仍然会持续发展。在PTN大规模部署前，传统的小颗粒2G业务以及零星的、小规模的专线业务仍然可以由SDH/MSTP网络进行承载，以充分利用前期已配置的网络资源。

在基站IP化进程完成后，大量由TDM方式承载的基站改为由IP方式承载，此时，城域MSTP网络将出现大量的空闲资源，考虑到MSTP网络优秀的业务保护能力和OAM能力以及经过多年建设形成的广泛覆盖能力，可以将MSTP网络作为PTN的有效补充，为带宽需求不高，但是安全性和私密性要求较高的客户提供专线接入，同时可覆盖PTN暂时无法到达的区域。

6.2 PTN与IP城域网及全业务接入网

PTN、IP城域网以及以PON技术为代表的全业务接入网，3张网络在二层以下是统一的、融合的网络，只是面向的业务对象不同。

首先，PTN采用了二层面向连接技术，而且集成了二层设备的统计复用、组播等功能，可以基于LSP实现端到端的电信级以太网业务保护、带宽规划等，因此在高等级的业务传送、网络故障定位等方面，与传统的二层数据网相比，优势明显，特别适用于高等级的基站类业务、大客户专线类业务的承载。

由于用户业务的QoS保障、网络安全性等方面的不足，IP城域网主要通过低成本、扩展性好的优势，采用二层交换设备接入互联网等实时性、可靠性要求不高的低等级IP业务。

全业务接入网则侧重于密集型普通用户接入，根据用户群体的不同需求，常见的解决方案有PON+LAN、PON+PBX、PON+交换机等，全业务接入网主要完成OLT以下语音和数据的接入、汇聚。在初期业务量不大的情况下，OLT上行接口可通过PTN或者交换机最终进入IP城域网，在全业务发展的爆发期，IP over WDM/OTN必将进一步下沉，承载OLT的上行业务。

7 PTN的建设策略

在现网结构的基础上，城域传输网PTN设备的引入总体上可分为PTN与SDH/MSTP独立组网，PTN与SDH/MSTP混合组网以及PTN与IP over WDM/OTN联合组网3种模式。在混合组网模式中，根据IP分组业务需求和发展，PTN设备的引入又可以分为4个演进阶段，下面分别介绍并分析。

7.1 混合组网模式

依托原有的MSTP网络，从有业务需求的接入点发起，由SDH和PTN混合组环逐步向全PTN组环演进的模式称之为混合组网模式。混合组网模式可分为4个不同阶段。

阶段1：在基站IP化和全业务启动的初期，接入层出现零星的IP业务接入需求，PTN设备的引入主要集中在接入层，与既有的SDH设备混合组建 SDH环，提供E1、FE等业务的接入，考虑到接入IP业务需求量不大，该阶段汇聚层以上采用MSTP组网方式仍然可以满足需求。

阶段2：随着基站IP化的深入和全业务的持续推进，在业务发达的局部地区将形成由PTN单独构建的GE环。考虑到部分汇聚点下挂GE接入环的需求，汇聚层的相关节点 （如节点E、F）可通过MSTP直接替换成PTN或者MSTP逐渐升级为PTN设备的方式，使此类节点具备GE环的接入能力，但整个汇聚层仍然为MSTP组网，接入层GE环的FE业务需要在汇聚节点E、F处通过业务终接板转化成E1模式后，再通过汇聚层传输。

阶段3：在IP业务的爆发期，接入层GE环数量剧增，对汇聚层的分组传输能力提出了更高要求。该阶段汇聚层部分节点，如B、E、F节点之间在 MSTP环路的基础上，再叠加组建GE/10GE环，满足接入层TDM业务、IP业务的同时接入和分离承载。

阶段4：在网络发展远期，全网实现All IP化后，城域汇聚层和接入层形成全PTN设备构建的分组传送网，网络投入产出比大大提高，管理维护进一步简化。

前3个阶段，业务的配置类似于SDH/MSTP网络端到端的1+1 PP方式，只是演进到第4阶段纯PTN组网，业务的配置转变为端到端的 1∶1 LSP方式。总体上，混合组网有利于SDH/MSTP网络向全PTN的平滑演进，允许不同阶段、不同设备、不同类型环路的共存，投资分步进行，风险较小，但在网络演进初期，混合组网模式中由于PTN设备必须兼顾SDH功能，导致网络面向IP业务的传送能力被限制并弱化了，无法发挥PTN内核IP化的优势。在网络发展后期，又涉及大量的业务割接，网络维护的压力非常大。鉴于此，除了现网资源缺乏（如局房机位紧张、电源容量受限、光缆路由不具备条件）确实无法满足单独组建PTN条件的，或者因为投资所限必须分步实施PTN建设的，均不推荐混合组网模式进行PTN的建设。

7.2 独立组网模式

从接入层至核心层全部采用PTN设备，新建分组传送平面和现网（MSTP）长期共存、单独规划、共同维护的模式称之为独立组网模式。该模式下，传统的2G业务继续利旧原有MSTP平面，新增的IP化业务（包含IP化语音、IP化数据业务）则开放在PTN中。PTN独立组网模式的网络结构和目前的2G MSTP网络相似，接入层GE速率组环，汇聚环以上均为10 Gbit/s以太网速率组环，网络各层面间以相交环的形式进行组网。

独立组网模式的网络结构非常清晰，易于管理和维护，但新建独立的PTN一次性投资较大，需占用节点机房宝贵的机位资源和光缆纤芯，电源容量不足的局房还需进行电源的改造。此外，SDH/MSTP设备具备155 Mbit/s、622 Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s的多级线路侧组网速率，可从下至上组建多级网络结构，相比之下，PTN组网速率目前只有GE和10 Gbit/s以太网两级，如果采用PTN建设二级以上的多层网络结构，势必会引发其中一层环路带宽资源消耗过快或者大量闲置的问题，导致上下层网络速率的不匹配。

同时，在独立组网模式中，骨干层节点与核心层节点采用10 Gbit/s以太网环路互联，在大型城域网中，核心层RNC节点较多，一方面骨干层节点与所有RNC节点相连，环路节点过多，利用率下降；另一方面，环路上任一节点业务量增加需要扩容时，必然导致环路整体扩容，网络扩容成本较高，因此，独立组网模式一是比较适应于在核心节点数量较少的小型城域网内组建二级PTN，二是作为在IP over WDM/OTN没有建设且短期内无法覆盖到位的过渡组网方案。

7.3 联合组网模式

汇聚层以下采用PTN组网，核心骨干层则充分利用IP over WDM/OTN将上联业务调度至PTN所属业务落地机房的模式称之为联合组网。该模式下，业务在汇聚接入层完成收敛后，上联至核心机房设置两端大容量的交叉落地设备，并通过GE光口1+1的Trunk保护方式与RNC相联，其中，骨干节点PTN设备，通过GE光口仅与所属RNC节点的PTN交叉机连接，而不与其他RNC节点的PTN交叉机以及汇聚环的骨干PTN设备发生关系，具体如图 3所示。

尽管独立组网模式中核心骨干层组建的PTN 10 Gbit/s以太网环路业务也可以通过波分平台承载，但波分平台只作为链路的承载手段，而联合组网模式中，IP over WDM/OTN不仅是一种承载手段，而且通过IP over WDM/OTN对骨干节点上联的GE业务与所属交叉落地设备之间进行调度，其上联GE通道的数量可以根据该PTN中实际接入的业务总数按需配置，节省了网络投资。同时，由于骨干层PTN设备仅与所属RNC机房相联，因此，联合组网模式非常适于有多个RNC机房的大型城域网，极大地简化了骨干节点与核心节点之间的网络组建，从而避免了在PTN独立组网模式中，因某节点业务容量升级而引起的环路上所有节点设备必须升级的情况，节省了网络投资。

当然，联合组网分层的网络结构，前期的投资会因为IP over WDM/OTN建设而比较高。联合组网模式适用于网络规模较大的大型城域网，考虑到联合组网模式的诸多优势，除了在没有IP over WDM/OTN或者短期内IP over WDM/OTN无法覆盖至骨干汇聚点的地区，均建议采用联合组网的方式进行城域PTN的建设。

8 结束语

基于PTN的城域传输网建设策略探讨，随着业务需求驱动网络向All IP化发展，分组化传输技术成为下一代传输网的主流IP承载技术是大势所趋。在城域网这个业务需求最复杂、技术碰撞最激烈、新技术不断涌现的区域，任何先进技术的引入不是一蹴而就的，尤其是面对庞大而成熟的SDH/MSTP网络、不断延伸覆盖的IP城域网以及正在兴起的全业务接入网，PTN在网络中的定位以及和其他网络的关系均需要重新思考。同时，随着PTN步入商用化阶段，基于PTN设备的具体组网策略已成为各移动运营商关注的焦点。

在城域传输网向All IP化演进的过程中，任何先进技术的引入和网络架构的变革都必须满足当前和未来的业务需求基础，同时具备良好的性价比。经过分析对比，PTN+IP over WDM/OTN的联合组网模式凭借其强大的IP业务接入、汇聚及灵活调度能力，有利于推动城域传输网向着统一的、融合的扁平化网络演进，是各移动运营商组建下一代传输网的最佳选择。

1 赵光磊.中国加速PTN应用部署引领PTN产业国际化发展.通信世界周刊,2011,6(22)

2 梁桦锋.PTN网络建设及其应用.北京：人民邮电出版社,2010

3 唐剑锋.PTN——IP化分组传送.北京：北京邮电大学出版社,2009