PTN技术发展与网络架构探讨

汤进凯，王 健

（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司 上海200060）

1 引言

无论是固定网络还是移动网络，传统的电路交换都已向全IP的架构发展，IP业务在网络中的比重已经越来越大。中国移动的网络，已逐步完成端局的IP化改造，实现信令及话务over IP，TD网络中的基站也在逐步IP化；同时，集团客户专线的QoS日益丰富。光传送网承载TDM的场景越来越少，对IP业务的承载越来越多，以PTN（packet transport network,分组传送网络）面向多业务的承载正在成为目前研究的重点。

2 PTN技术的介绍

2.1 PTN技术发展

PTN的设计构想是用一个有连接的、支持类似SDH端到端性能管理的网络，满足网络从当前向下一代网络平滑演进的能力。

最初，由ITU-T定义了T-MPLS，后来由IETF/ITU-T JWT工作组负责标准制订，命名为MPLS-Transport Profile（MPLS-TP）。T-MPLS/MPLS-TP是面向连接的技术，是MPLS在传送网中的应用，它对MPLS数据转发的某些复杂功能进行了简化，并增加了传送风格的面向连接的OAM和保护恢复的功能，并将ASON/GMPLS作为其控制平面。T-MPLS/MPLS-TP可以简单地表述为：MPLS-TP=MPLS+OAM–IP。其主要特征为：引入传送风格的OAM机制；结合2层和3层协议的一种面向连接的分组交换传送技术；避免对3层IP不必要的处理；提供线型保护倒换和环网保护；具有兼容分组交换、TDM/波长技术的通用分布控制面——ASON/GMPLS。

2.2 PTN实现特点

PTN技术基于分组的架构，继承了SDH的理念，融合了Internet和MPLS的优点，承载电信级以太网业务为主，兼容TDM、ATM等综合传送技术。PTN的实现特点如图1所示。

PTN继承SDH的优势主要体现在以下几方面：

·面向连接，刚柔并济的带宽保证；

·业务时效性，电信级电路倒换；

·精确的时钟传送能力；

·完善的OAM机制、网管机制。

PTN融合分组技术主要体现在以下几方面：

·带宽统计复用，针对数据业务的突发性；

·支持多级QoS；

·良好的组播分发能力（手机电视等业务）。

PTN一方面继承了面向MSTP网络在多业务、高可靠、可管理和时钟等方面的优势，另一方面又具备以太网的低成本和统计复用的特点，是下一代网络的核心部件。当前对移动网络而言，采用MSTP到PTN的演进是一种低成本和稳妥的方式。PTN实现方式有MPLS-TP和PBT，技术选择主要由产业链情况决定。中国移动目前选择了基于MPLS-TP的实现方式。

2.3 PTN的业务定位

分组化城域传送网主要承载高价值的以太网类分组化电路业务，如2G、3G基站和LTE业务以及重要的集团客户业务。

城域传送网主要为各类移动通信网络（2G/3G/LET）提供无线业务的回传与调度，在核心、汇聚层可以承载于WDM网络之上，作为WDM传送网的客户层。另外，PTN一方面为重要集团客户提供VPL/VPLS业务的传送与调度，也可与SR配合，为重要集团客户提供VPN、固定宽带等业务的传送与接入；另一方面还可以为普通集团客户与家庭客户提供各类业务的汇聚与传送，具体包含以下4个方面：

·3G/HSPA移动通信系统基站回传；

·GSM/GPRS移动通信系统基站回传；

·重要集团客户接入（近期含普通集团客户和家庭客户的OLT上联）；

·LTE移动通信系统基站回传。

3 PTN网络架构探讨

3.1 PTN与SDH的建网差异

PTN技术目前主要用于城域传送网，从技术实现角度看，PTN与SDH技术的主要区别介绍如下。

·PTN技术的实现机制主要针对分组业务开发，采用弹性管道，其核心是基于分组交换。SDH技术的实现机制主要针对TDM业务开发，采用固定管道。

·PTN目前主要基于端到端的LSP保护，段层保护尚未完全成熟。SDH提供MSP、PP、SNCP等多种成熟的保护方式，分别运用于各层网络。

·PTN设备没有群路和支路的区分，10GE/GE的端口资源丰富，交换容量较大。SDH设备区分群路支路，单套设备接入能力受限于槽位/端口资源以及交叉能力等因素。

·PTN涉及VLAN、IP地址等配置，单节点结构调整带来配置工作较大。SDH配置主要以通道、VC12等为主，相对PTN而言较简单。

因此，PTN网络在建网时主要的差异体现在以下3方面：

·PTN汇聚/接入层不一定要采用环型结构，可以采用总线型结构；

·PTN单个骨干汇聚点可带更多汇聚环；

·PTN汇聚点选取对稳定性要求更严格，且由于接入能力的提高，全网单个汇聚环对应的汇聚点数较SDH略低。

3.2 PTN与SDH/MSTP网络间架构的关系

随着城域传送网接入层所承载业务逐步向All IP转型，PTN成为面向全网接入和SDH/MSTP网络相对应的新平面。在新平面建设的过渡阶段，一般有以下策略。

策略1：MSTP和PTN共存，形成两个平面，MSTP主要承载TDM业务，保持存量，PTN主要承载分组业务，满足新增需求；在网络演进期间，业务流向可能会存在跨不同网络的情况。核心/汇聚层：新建PTN第二平面，全部新建或随着业务延伸情况逐步新建。接入层：IP化业务主要采用PTN设备承载。对于个别节点的TDM E1需求，可通过MSTP插盘扩容或利旧设备解决。

策略2：建设PTN并替换 MSTP，形成一个平面，PTN同时作为逐步增加的IP业务和逐步减少的TDM业务的承载。核心/汇聚层：新建全网的PTN网络。接入层：将有新增需求的站点替换为PTN设备。有扩容需求的MSTP站点逐步替换为PTN设备。

策略3：升级MSTP并支持PTN功能，形成一个平面，全网的MSTP设备通过升级形成SDH/MSTP和PTN的双处理内核和接口，分别处理TDM和IP类的业务。

从节约投资角度考虑，升级MSTP并支持PTN功能是一个比较不错的选择，但运营商往往更注重今后的长远发展和PTN交换容量的更易扩展性，从而选择新建PTN网络，在充分利用已有投资的前提下，最优选择变为策略1，即MSTP和PTN共存，形成两个平面。

3.3 PTN与OTN组网架构探讨

随着OTN的逐步成熟以及对大颗粒业务调度的天然优势，PTN建网与OTN是否结合以及如何结合成为PTN架构搭建的重要问题，结合城域网业务发展尤其是高带宽业务的发展，可以考虑下述的3种组网架构。

（1）架构 1：PTN 独立组网

该组网架构应用最多，类似SDH的组网，即从核心层到接入层全部采用PTN设备组网，核心层采用10GE环网或组Mesh结构，汇聚层一般采用10GE速率组网，接入层一般采用GE速率组网。PTN独立组网的拓结构如图2所示。

PTN核心层解决局间业务和汇聚转接业务的调度，提供大通道，起到业务收敛作用。一般核心层对设备的交换容量和端口要求较高，目前交换容量可以配置到800 GB。PTN汇聚层与接入层负责将基站或数据点的业务接入并实现带宽的统计复用。

这种网络架构的优点是有利于业务开通配置和端到端调度，有利于时间同步信号在全网传送，对于一般的基站回传业务有着天然的优势；缺点主要是在核心层面的可扩性不强。

（2）架构2：OTN核心+PTN汇聚接入联合组网

核心层通过OTN调度，提供大颗粒业务的大颗粒波分疏导，一般在RNC等设置局房的业务落地侧配置PTN设备完成业务的终结。汇聚层采用10GE速率组环，接入层采用GE速率组环。OTN核心+PTN汇聚接入联合组网的拓扑架构如图3所示。

该架构的优点是核心层充分利用了波分系统良好的扩展性，缺点是增加了PTN配置的复杂性和管理的难度，且要求OTN能支持1588v2协议。

图2 PTN独立组网

图3 OTN核心+PTN汇聚接入联合组网

（3）架构3：OTN核心汇聚+PTN接入联合组网

OTN下沉到汇聚层，在汇聚层OTN设置点同时设置PTN汇聚设备，接入节点组成若干个GE PTN接入环，双挂接汇聚节点PTN设备，汇聚节点PTN设备做好业务流向整合，汇聚若干条GE链路，通过OTN汇聚环及核心层调度到落地PTN设备。OTN核心汇聚+PTN接入联合组网的拓扑架构如图4所示。

这一架构的优点是扩展性好，同时由于PTN接入环先通过各汇聚节点PTN设备汇聚若干个GE链路，再上联汇聚层OTN网络，可节约OTN汇聚环的波道资源。缺点是网络投入相对较大，初期链路汇聚效率不高。

3.4 4G场景PTN组网架构探讨

随着LTE的发展，单站带宽一般在100 Mbit/s以上，要求网络支持带宽扩展，接口和流向发生了变化，出现了S1接口和X2接口，S1为eNB与SGW/MME之间的接口，X2为eNB基站之间的连接，这对PTN提出了更高的要求，PTN组网一般有两种方案。

（1）PTN+CE 路由器方案

接入、汇聚、核心层采用PTN组网，路由器成对部署在aWG/MME节点，完成IP业务的转发。通过路由器的L3VPN功能，为S1提供灵活的调度能力以及X2接口的转发能力。PTN+CE路由器的拓扑架构如图5所示。

（2）PTN支持简化L3VPN方案

采用PTN端到端组网，核心层的PTN支持简化L3VPN，提供IP转发能力，满足LTE承载对S1的灵活调度以及X2接口的IP转发需求。PTN支持L3VPN方案如图6所示。

对于S1流量：经接入层PTN统一送到核心层PTN，由核心层PTN根据目的IP地址（MME/SGW）查找L3 VPN的路由表，封装LSP和L3 VPN的标签，经由核心层设备间的转发到达归属的MME/SGW。

对于X2流量：经接入层PTN统一送到核心层PTN，由核心层PTN根据目的IP地址 （相邻的基站）查找L3VPN的路由表，以决定流量是经由核心层环送往非本地归属的基站；或向下转发，经由本地的L2VPN封装送外相邻的基站。

目前来看，PTN+CE路由器方案是相对成熟且可直接应用的建网选择，PTN支持简化L3VPN方案则需PTN设备的支持，在设备支持的前提下，这一方案对简化网络结构和灵活调度有相对的优势。

4 结束语

PTN已经成为适应IP业务迅猛发展的新型承载技术，中国移动目前正在城域网全面部署推动网络转型，应紧密结合网络部署，研究PTN与现有SDH网及OTN的关系，关注PTN的网络架构，面向LTE和高速数据业务的发展，搭建合理的网络结构，从而实现新型的PTN网络对各类业务的最佳承载。

1 汤进凯，张奇，王健.下一代光传送网技术发展与应用探讨.电信科学，2009(10A):192～195

2 李健，顾畹仪，张杰等.T-MPLS分组传送技术.电信科学，2007， 23（1）：85～88