移动回传网络承载技术分析*

赵铭浩，马少武，唐雄燕，王晓湘

（1.北京邮电大学 北京 100876；2.中国联通研究院 北京 100048）

1 引言

2011年，中国联合网络通信有限公司（以下简称中国联通）在分组传送试验网方面动作不断，先在北京、广州、大连等8个城市启动PTN、IP/MPLS试验网外场测试。在部分PTN外场测试完成之后，又选择了长春、宁波、武汉等7个重点城市进行PTN承载HSPA+业务的试商用，预计在2012年5月17日电信日来临之前，相关站点可以通过PTN承载HSPA+业务。表1为中国联通8地市试验网外场测试整体计划。

在指定的9个外场试验中，有5个采用全网PTN方案，3个采用混合方案，1个采用IP/MPLS方案。该次测试的现网业务部分主要包括各种业务的提供方案、网络保护方案、业务性能监测、保护倒换对业务的影响等内容；模拟业务测试主要包括LTE业务测试和同步测试等；网管及运行维护主要包括网管功能以及运行维护场景测试等内容。

随着iPhone4等3G终端的迅速推广，中国联通在3G网络方面的压力逐步显现出来，HSPA+网络的大规模部署正是中国联通的应对之策之一。虽然目前MSTP网络尚能够满足当前的承载需求，然而随着中国联通宣布2012年5月17日之前将在国内56个城市完成HSPA+的升级工作，现有的MSTP网络将不能满足其激增的带宽和无线部署需求。HSPA+网络部署之后，IP带宽的需求将迅速增长，原有的MSTP网络承载能力将捉襟见肘，迫切需要引入新型的承载方式。

本文从不同角度对PTN技术与IP/MPLS技术进行对比分析，对不同网络规模下的PTN组网模式进行探讨，特别对PTN与MSTP混合组网进行简单分析，以期为中国联通的移动回传网建设提供技术参考。

2 PTN与IP/MPLS

PTN是指以面向连接的MPLS-TP分组交换技术为核心，具备类似SDH传送特性的OAM和保护功能的多业务传送网技术。PTN不仅能承载电信级以太网业务，而且还可支持TDM、ATM和IP业务，满足网络高可靠性、完善的OAM、网络扩展性、严格QoS等传送网属性。PTN主要面向城域传送网的应用，承载移动回传、企事业专线/专网等高QoS要求的业务，实现城域传送网从TDM向分组化的逐步演进[1]。PTN针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，如高可用性和可靠性、高效的业务调度机制和流量工程、便捷的OAM和网管、易扩展、业务隔离与高安全性。

表1 中国联通8地市试验网外场测试整体计划

作为未来LTE的主要承载方式之一的IP/MPLS技术，是针对基站回传应用场景优化定制的路由器/交换机整体解决方案，具备电路仿真、同步等能力，提高了OAM和保护能力，基于IP/MPLS架构，以面向无连接、可动态路由为主要特征，其核心是路由器设备。

从正在进行的PTN及IP/MPLS测试看，中国联通对两种技术的选择仍然举棋不定，选择何种技术用于移动回传承载，仍然需要在实验网测试结束后才能有结果。从承载技术的角度来说，PTN能够担当起HSPA+的承载任务，然而随着未来网络向LTE的演进，整个网络将转向IP化、扁平化，IP/MPLS技术也会得到进一步的发展，PTN与IP/MPLS之间将会形成竞争格局，并且将会逐步走向统一。PTN技术与传输网更吻合，基于原有的MSTP网络向PTN过渡更为顺利；而IP/MPLS则纯粹是由路由和以太网交换机设备构成，是由一系列数据产品构成的完整数据网络，如需打造一套全新的城域以太网体系，采用IP/MPLS技术会更佳。选择哪种承载方式，应取决于不同地域的网络情况，还要考虑到投资问题[2]。综上所述，对于两种技术的选择要视网络现状和业务发展的情况而定。

单就PTN技术来说，从2009年刚刚推出时标准方面的缺失、对承载LTE的欠缺，甚至与原有网络之间缺乏有效兼容等种种不足，逐步在规模应用中完善，现在的PTN技术在承载3G、LTE方面已经拥有了更强的实力。PTN技术的迅速发展得益于运营商对该项技术的大规模推广，技术标准和技术应用往往是相互促进、相互推动的。结合近两年PTN技术的发展，PTN在标准、OAM、L3功能以及设备互通性方面已经取得了迅速的发展，尤其在组网规模、保护、OAM、时间同步方面具有较大优势，非常适合3G和未来LTE的承载。

当前，全业务运营作为运营商主流建网思路，使得运营商的网络建设面临重要的挑战：一方面是业务的多样化，带宽急剧增加承载网带宽的弹性调度，对不同业务提供不同服务质量的需求；另一方面是业务IP化趋势明显，业务承载力求高效率和低成本。由于中国联通在基础网络方面有较为丰富的差异化网络资源，需要充分考虑利用已有的投资、经验，因此在技术引入过程中，对PTN的技术需求相比中国移动多了两个方面，一个是综合业务的承载效果，另一个是跟MSTP网络无缝互通的能力。现阶段，中国联通主要使用PTN作为移动回传和大客户接入的一种承载方式，与MSTP互为补充，在某些应用下两种技术混合组网，协同工作；而中国移动则是将PTN作为移动回传和大客户接入的惟一承载方式，因此，其PTN与原来的MSTP网络是两张独立的网络，截至2010年底，中国移动已部署了20万端PTN设备。

运营商在选择移动回传承载方式方面，更为关注的主要有电信级差异化的服务提供、健壮的网络恢复能力、良好的可扩展性和兼容性、大规模组网的能力、便捷高效的网络运维、精准的时间同步和具备相关3层功能等方面。能否进行统一的管理，是运营商尤为关注的问题。PTN采用和MSTP一脉相承的组网和管理方式，最大程度地继承了MSTP的建设和维护经验，对运维人员的冲击很小，并且延续了原有的组织架构和运维分工界面；同时，PTN可以组织任意规模本地网，不用分割网络，而且在网络前期规划和扩容方面具备极大的优势；其环型组网的方式继承了MSTP的组网形态，也较好地利用了现网光缆资源，能组织安全、高效的本地网。而IP/MPLS技术与路由器、交换设备之间的衔接较为密切，在传输方面性能较弱，可管理性也较为欠缺，这给后期的运维管理带来很多难题；虽然可以提供完善的3层功能，但是无法进行大规模组网，暂时没有完善精准的时间同步方案，网络健壮性方面也有缺陷。

从标准层面来说，PTN技术已经逐步标准化，在应用、管理方面日益完善，ITU-T、IETF等国际标准机构以及国内的CCSA已经让PTN的标准充实起来。国际标准方面，MPLS-TP的核心标准（包括需求、框架、网管等）在2010年就已经完成；OAM方面，中国移动、工业和信息化部电信研究院根据IETF的G-ACh编码格式，参照ITU-T Y.1731以太网业务的OAM PDU格式定义，结合原G.8113标准架构，提出G-ACh+Y.1731标准，统一了OAM标准方面存在的分歧和争议。目前，该标准已被CCSA《分组传送网（PTN）总体技术要求（报批稿）》采纳，并作为惟一必选方案，正在等待IETF和ITU-T标准化组织的审批。事实上，中国PTN的标准化进展已经走在了国际标准组织的前面。反观IP/MPLS技术，其标准化就是一大难题，对于IP/MPLS技术，业界有不同的认识，而且各个厂商的理解也有所不同，缺乏统一标准，标准性较弱。

随着中国联通3G业务的快速发展，在HSPA+的部署方面，中国联通目前已经有了明确的日程表。随着HSPA+的进一步部署，在业务量需求较大的省市，必须考虑引入新型的承载技术，中国联通会逐步引入一些PTN设备用于承载移动回传。HSPA+的引入是一个渐进的过程，在未来一段时间内，MSTP承载仍将占据主导，而移动回传仍属于传输的范畴，对于业务需求量不大的地方，仍将沿用MSTP网络进行承载。从中国联通各地对PTN技术的测试情况看，PTN技术在承载能力方面已经得到认可，虽然中国联通目前考虑的承载方案包括PTN和IP/MPLS两种技术，然而从演进思路看，中国联通大量的MSTP现网决定了其主要演进方向仍然是PTN，这一演进路线更适合传输网的平滑过渡。

3 PTN组网

3.1 PTN组网思路

PTN组网可以与原有城域传送网混合组网，也可以独立组网。

混合组网是指将新老平面的网络混合在同一张网上，可以首先在汇聚层采用PTN代替MSTP，然后逐步在接入层采用PTN替代MSTP，也可以将PTN设备从有IP业务接入需求的接入层引入，组建GE环，随着IP业务的深入，在汇聚层引入GE/10GE环。混合组网方式可以保护原有的设备投资，并实现网络的平滑演进；其缺点在于PTN与SDH两种技术存在互通性的瓶颈，PTN设备必须兼顾SDH功能，无法发挥其内核IP化的优势，在网络发展后期，又涉及大量业务割接，网络维护的压力较大。

独立组网是指从接入层至核心层均采用PTN设备，和现网SDH/MSTP设备形成两个独立的平面。此时，IP化基站回传采用PTN承载，TDM基站回传和有高安全性要求的以太网专线业务仍由MSTP承载。MSTP向PTN演进时，可以首先在汇聚层转入PTN，其次在接入层转入PTN承载。独立组网方式网络结构清晰，易于管理和维护，新老两个平面可采取不同的网络拓扑结构，适应不同的业务流向；但目前PTN组网速率只有GE和10GE两级，若采用多层网络结构，将导致上下层网络速率的不匹配。因此，独立组网模式比较适合核心节点数量较少的小型城域网组建二级PTN[3]。

当网络规模较大时，在核心层采用OTN、汇聚层和接入层采用PTN组网是比较合理的组网方式。该方式可通过OXC对业务进行调度，简化核心节点与汇聚节点之间的网络结构，避免在PTN独立组网模式中因某节点业务容量升级而引起环路上所有节点设备必须升级的情况，从而节省网络投资。

3.2 PTN组网模式

由于不同城市的业务量存在差异，因此应根据当地业务量和移动网络的实际情况进行组网规划，而不能简单地以地级市、省级市规划网络[4]，同时还要考虑未来3～5年的业务发展需求。

对于网络规模较小的城市，城域网的核心汇聚层和接入层应尽量采用环型结构组网，核心汇聚层可采用10GE环，每个汇聚环应尽量经过两个核心节点，接入层采用GE环，环上节点数在2～6个即可，否则很可能超出所在环的承载极限，引起线路堵塞，从而影响网络质量，接入环上节点数过多还会扩大出现故障点时的受影响范围。中小规模城域网PTN组网应用如图1所示。

对于网络规模较大的城市，城域网的核心层应尽量采用双星型网络，汇聚层和接入层应尽量采用环型网络，后续可以根据路由规划逐步引入Mesh结构。核心层和汇聚层均采用10GE环，每个汇聚环应尽量经过两个核心节点，接入层可根据业务量实际情况组建10GE环或GE环，PTN核心节点之间的10GE链路通过WDM/OTN网络承载或光纤直连。较大规模城域网PTN组网应用如图2所示。

图1 中小规模城域网PTN组网应用示意

图2 较大规模城域网PTN组网应用示意

3.3 PTN与MSTP混合组网

在城域传送网的建设和演进过程中，由于不同类型接口和设备长期共存，因此需要和其他多个网络进行互通。目前，由于中国联通现网存在大量的MSTP，因此当业务逐步向PTN迁移时，为了保护投资，需要将MSTP所承载的部分业务接入PTN。此时，可以由MSTP将业务终结落地后通过FE/GE/cSTM-1（专指E1业务复用为STM-1）接口和PTN对接（UNI），或者直接通过线路STM-n接口和PTN对接（MSTP/PTN网关）。前一种方式下，MSTP设备将其承载的以太网业务或者TDM业务终结落地后，从PTN的客户侧接口接入PTN进行承载，此时，PTN和MSTP网络各自独立，在需要互通的节点之间通过UNI接口易于实现业务互通，对两类设备的功能要求简单，不需要进行MSTP或PTN设备的升级改造，两个网络相对独立地进行建设扩容和管理运维，主要适用于两个网络之间有少量业务互通需求的场景。对于MSTP和PTN需要大量业务互通的场景，在PTN和MSTP网络的边界点，可由PTN设备提供MSTP/PTN网关功能，即通过STM-n接口和MSTP网络对接，此时，PTN将STM-n接口中以太网或TDM业务终结后再通过PTN传送[1]。PTN与MSTP混合组网对接如图3所示。

特别地，对于3G、集团客户需求发展较快的大中型城市，可以在原有的MSTP环网结构上新增PTN设备，这样可以满足网络快速发展需求，避免网络频繁扩容和调整[5]。如果机房、电源、光纤等接入站点的配套资源较为充足，则可以考虑叠加组网的方式，其优点是对已有业务影响较小，缺点是配套资源要求较高，初期投资较多；如果接入站点配套资源有限，则可以采用替换方式，将已有的MSTP局站替换为PTN设备，优点是不受配套资源条件的限制，现有资源改造少，缺点是需要割接电路和调整网络，工程复杂。新增PTN设备组网拓扑如图4所示。

长远来看，2G网络在相当长一段时间内仍将为运营商带来可观的利润，这就决定了MSTP将与PTN在一定时间内长期共存、共同维护。之后，MSTP还可作为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，同时兼顾覆盖PTN暂时无法到达的区域。

4 结束语

图3 PTN与MSTP混合组网对接示意

图4 新增PTN设备组网拓扑

对于选择何种技术用于移动回传承载，争议还在继续，但是作为电信网络的基础，如果没有承载网的支持，无线网络带来的高带宽优势将得不到任何体现，尤其是中国联通已宣布2012年5月17日之前将在国内56个城市完成HSPA+升级工作。PTN和IP/MPLS两种方案本身在不断完善，中国联通国家工程实验室副总工程师唐雄燕也表示，未来不排除根据不同的业务应用场景和网络部署现状，在不同的区域选择不同的技术解决方案的可能。如今，这两种方案也在向更加融合的方向发展，特别是近期MPLS-TP的OAM和保护标准即将发布，PTN支持L3的必要性将逐渐消失，而路由器支持MPLS-TP接口也将逐渐成为业界的一种共识，路由器和PTN之间将采用MPLS-TP作为标准网络接口。

1 CCSA传送网工作组.分组传送网（PTN）总体技术要求（报批稿）,2011

2 赵光磊.与IP RAN交锋PTN暂胜一筹.通信世界周刊,2011(4)

3 张胜,严炎.PTN技术在城域传输网中的应用分析.数据通信,2010(2):33～35

4 王磊,叶雯,李晗等.中国移动PTN网络规划和部署策略.移动通信,2010,34(17):45～50

5 张俊华,夏楠菲.3G背景下城域传送网PTN布署方案.通信管理与技术,2010(1):31～35