PTN技术及在铁路通信中的应用探讨

张高

（上海铁路局上海通信段，上海 200070）

1 PTN技术

1.1 PBT技术

面向连接的具有电信网络特征的以太网技术PBT最初在2005年10月提出，主要具有以下技术特征：基于MAC-in-MAC但并不等同于MAC-in-MAC、使用运营商 MAC（Provider－MAC）加上VLANID进行业务的转发、基于VLAN关掉MAC自学习功能，避免广播包的泛滥，重用转发表而丢弃一切在PBT转发表中查不到的数据包。

PBT希望基于现有城域以太网体系构架达到电信级运营要求，在电信级保护、可管理性、扩展性方面均有发展，也能提供低于50ms的恢复时间、以太网连接由网管系统进行配置等功能，同时运营商MAC对用户不可见，骨干网不需处理用户MAC，业务更安全；此外，I-SID（ITAG）突破VLANID的限制，可支持 16M（24bit）的业务实例。但由于多了一层MAC封装的硬件代价必然升高，且对POS支持的效率低，在初期会是一个值得考虑的问题。在标准方面不成熟，产业支持少也是一个影响其应用的关键因素。从行业情况来看，个别厂家的路由器/交换机已支持PBT，在国外网络中已有应用。这种技术适合于已有大规模城域以太网，以以太网为业务主体的运营环境。

1.2 T-MPLS技术

T-MPLS（TransportMPLS）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（InternetEngineeringTask 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从面向连接的分组传送角度扩展出发，通过上述一些机制使其达到电信级运营要求，包括在电信级保护、可管理性、扩展性方面考虑完善，如提供低于50ms的恢复时间；分级、分段的电路级管理，类似SDH的OAM；基于MPLS的帧及转发机制，对包括POS等接口的支持较好。但总体看来此技术的相应产业支持还不够成熟，预计2009年左右芯片才能完善。在应用场景上适合基于TDM业务为主向IP化演进的运营环境。

1.3 PTN典型技术比较

PTN可以看作二层数据技术的机制简化版与OAM增强版的结合体。在实现的技术上，两大主流技术PBT和T-MPLS都将是SDH的替代品而非IP/MPLS的竞争者，其网络原理相似，都是基于端到端、双向点对点的连接，并提供中心管理、在50ms内实现保护倒换的能力；两者都可以用来实现SONET/SDH向分组交换的转变，在保护已有的传输资源方面，都可以类似SDH网络功能在已有网络上实现向分组交换网络转变。

2 PTN技术在铁路通信中应用

铁路通信传送网引入PTN（Packet Transport Network）为最佳选择。

PTN是一种基于分组的多业务传送网络，代表了传送网的发展方向。PTN不但能实现基于IP的多业务的传送、灵活的QoS策略、丰富的广播/组播业务，而且能够实现端到端的隧道管理、端到端的运行、管理与维护（OAM）、提供基于IEEE 1588v2的高质量同步与定时，以及快速的业务保护与恢复。这些特点使得PTN能够很好地契合新时代铁路系统对传送网的需求。

2.1 隧道化的承载理念，实现多业务可靠传送

在PTN的理念中，所有业务的承载都由分组化的隧道来完成。PTN以“隧道+仿真”的思路满足网络演进中的多业务传送需求，能基于隧道进行业务的配置与网络的运维。业界大量的应用证明，隧道化承载的理念对于建设一张高质量的多业务承载网络至关重要。

2.2 以“隧道+仿真”的多业务承载有效保护投资

在铁路通信网络的演进过程中，TDM、IP等各种业务将长期共存。为有效保护投资，并满足铁路系统长期演进的需要，传送网采用分组隧道进行多业务承载是最佳选择。不论何种业务类型，PTN都能用分组隧道来统一承载，并进行统一的配置、管理和维护，每条业务与其下层LSP隧道之间由伪线（PW）仿真来完成适配。

2.3 面向连接的隧道技术保证业务传送质量

由于铁路通信系统服务于铁路运输指挥、调度管理、客票预售、客货运管理、车辆追踪等重要信息系统，因此对业务的传送质量要求很高。PTN在隧道化承载中，业务的建立、拆除依赖于隧道的建立和拆除。隧道的建立和拆除由集中式的管理和控制平面完成，完全面向连接。节点转发依照事先规划好的规定动作完成，不再需要每一跳的查表、寻址等动作，减少了发生意外错误、丢包的可能，同时减小了整个传送路径上的时延，也避免了数据包错序而引入的抖动，从而最终保证了业务传送的质量。

2.4 隧道化简化了运维管理，提升可靠性

铁路通信传送网由原来的TDM业务传送，演进为以IP业务为主的多业务传送，对维护人员的技能提出了新的要求。但是，PTN隧道化的承载思想，将对各种复杂业务的配置、管理和维护，转变为对各种简单隧道的配置、管理和维护。隧道的一致性较强，各种操作也较为简单，从而可以简化运维管理，降低运维成本。

2.5 分级的QoS保证，提高资源利用率

传统的TDM铁路通信传送网采用VC刚性隧道，带宽独立分配给每一条业务并由其独占，无法共享，网络资源利用率低下。PTN采用由标签交换生成弹性分组隧道进行业务承载，通过统计复用降低对带宽资源的占用；在业务空闲的时候，带宽资源可灵活释放并实现共享，从而网络资源利用率得到极大提升。

同时，依靠管道化的QoS保证和调度机制，可保证高优先级的业务带宽需求优先得到满足，从而既节省了带宽，又保证了业务的高质量传送。例如，控制、调度信息一般采用2M颗粒承载，带宽不大，但对QoS要求高，要求低时延、低抖动、低丢包率，因此可以对此部分业务带宽进行预留，标记为高优先级，以保证高质量的传送；对于基于IP的视频监控系统、会议电视系统等业务，可根据业务QoS分配不同的优先级，以实现对资源的优化利用。

2.6 类SDH的网络管理，降低维护成本

网络维护的难易直接关系到网络运维成本的高低。铁路通信网的特点是覆盖面积广、站点数量多，这对于网络运维是一个极大的挑战。经过多年的实践和积累，SDH传送网络集中式的管理与维护模式已经非常成熟，尤其对大规模网络的监控和运维，被证明是成熟、高效和可靠的。

PTN可继承现有SDH网络的成熟运维经验，以集中式网络管理/控制为主，动态协议控制为辅。同时，PTN还具有丰富的网络运维工具与手段，从而降低网络的运维难度。这实际上就是PTN的运维理念。

2.7 硬件化的OAM和保护倒换机制，提升网络可靠性

传送网的高可靠性和快速的保护/恢复能力，是支撑高质量的铁路通信业务的关键。PTN的核心思路是通过硬件化的OAM和保护倒换的状态机制，实现快速的网络故障定位、准确的业务性能统计，同时提升分组网络的保护能力。PTN通过1+1、1:1的线性路径保护，以及未来的环形网络保护方案，达到在大规模组网和大业务量情况下的50ms的网络保护与恢复，从而保障铁路通信传送网的业务高可靠性、安全性。丰富的应用与实践经验

[1]徐跃刚.城域光网关键技术研究[D].北京邮电大学,2007.

[2]丁小军.PTN和OTN的技术发展与应用[J].邮电设计技术,2009,(05).