PTN网络带宽分析及应用

2015-04-15陈炜中国移动通信集团上海有限公司高级工程师

信息通信技术与政策 2015年2期

关键词：字节报文工程师

陈炜中国移动通信集团上海有限公司高级工程师

俞鑫中国移动通信集团上海有限公司工程师

梅仪国华信咨询设计研究院有限公司高级工程师

许勤侃华信咨询设计研究院有限公司高级工程师

PTN网络带宽分析及应用

陈炜中国移动通信集团上海有限公司高级工程师

俞鑫中国移动通信集团上海有限公司工程师

梅仪国华信咨询设计研究院有限公司高级工程师

许勤侃华信咨询设计研究院有限公司高级工程师

随着PTN网络承载的业务量不断增加，PTN网络的带宽复用需求逐渐凸显，尤其是LTE业务开始发放友好用户以后，业务流量会出现较快增长。但是PTN实际可用带宽到底是多少，其统计复用功能到底如何发挥作用，这些问题长期以来没有准确的定量分析，本文主要对PTN网络涉及的带宽方面的问题进行梳理，并定量分析PTN网络实际可用带宽和统计复用功能方面的应用。

PTN bandw idth forwardingefficiency loadingefficiency

1 引言

随着无线互联网快速发展，个人用户和企业用户都呈现快速增长的势头。有关资料显示，截止2013年5月，移动互联网用户渗透率接近70%。用户总数达到8.13亿户。无论是企业用户还是个人用户，对带宽的需求都在与日俱增，运营商从2G到TD再到LTE，每一次技术升级都在带宽上实现了飞跃，可以说带宽是影响用户体验的重要因素之一。用户对承诺带宽与实测带宽之间的差异也越来越敏感。然而影响带宽的因素是多方面的，其中传输网络是决定带宽的重要环节之一。伴随着SDH网络逐步退网，以PTN为代表的弹性分组网络逐渐形成规模，其中带宽的分配机制和测算方法也有了本质差异。因此，有必要对PTN带宽分配机制和测算方法做一个量化分析，以便于在实际运营中采取针对性措施。

2 PTN网络带宽分析

PTN网络以IP化报文为内核，通过标签转发，有业务才有流量，没有业务，网络就处于空闲状态。PTN网络的带宽是指网络容量，可以为用户提供的承诺带宽的能力。PTN网络承载的内容包括业务流、OAM流、其他时钟时间流等。下面对这些流进行分析，便于理解PTN网络实际可以承载的业务总量。

2.1 PTN网络业务带宽测算

PTN网络通过3层结构实现业务的分类承载，包括伪线层、隧道层、段层，每层都有对应的OAM报文，负责监控每层传输质量。业务进入PTN网络后通过UNI侧伪线层封装，然后通过绑定NNI侧隧道层和段层进行传输。PTN网络架构图如图1所示。

通常提到的带宽参数是指NNI侧的带宽能力。因此，PTN网络提供的业务带宽通常是指NNI侧带宽，包括伪线封装和隧道封装以及段层封装的开销，实际业务带宽需要乘以一个转发效率。以太业务封装格式如图2所示。

根据这个封装格式，可以计算出以太类型业务（包括TD/LTE/以太专线）开销字节数是38个，单个报文转发效率和报文大小密切相关。转发效率Q=业务净荷字节数/总字节数，对于64字节和1522字节的报文转发效率计算公式分别为：

●Q64=64/（38+64）=62.74%。

●Q1522=1522/（1522+64）=97.56%。

E1业务采用非结构化仿真模式（参见RFC4553），还会增加12字节开销（见图3）。

其中，TDM Data字节数为256Byte。可以算出E1转发效率QE1=256/（256+38+12）=83.66%。

假定某汇聚环下挂100个站点，平均每个站点开通2G业务3×E1，TD业务净荷带宽10M，LTE业务CIR净荷带宽50M，以太专线业务带宽平均为10M。除E1业务外，其他业务带宽需求均为含开销的实际带宽。E1业务总带宽（含开销）消耗为300×2M/83.66%= 717M，则总业务带宽消耗为717M+10M×100+50M× 100=6717M。如果按照平均转发效率80%计算，实际业务净荷带宽为600M+6000M×80%=5400M。

图1 PTN设备架构图

图2 PTNcf以太网业务报文封装格式

2.2 PTN网络OAM带宽

PTN网络OAM标准经过激烈争论，虽然还没有定论，但是中国目前主要采用G.8113.1作为实际标准。其中，对OAM报文进行了纵向分层，分为业务侧OAM、伪线OAM、隧道OAM和段层OAM。业务侧OAM因封装在PTN网络的净荷中，因此不在关注范围之内，本文主要关注伪线层（TMC层）、隧道层（TMP）层和段层（TMS）层OAM。这3层OAM既相互独立，同时也存在嵌套情况，具体参见图4。

MEP（MEGEnd PointMEG的端点）负责生成和终结本层OAM报文，M IP（MEG IntermediatePointMEG的中间节点）只负责转发OAM报文，不终结也不生成OAM报文。

OAM报文根据主动和被动发送方式分为主动发送报文和按需发送报文。根据报文提供的功能主要包括链路管理、故障管理、性能管理、保护倒换等功能。而对带宽占用比较显著的主要有主动发送式OAM报文，对于被动发送式报文，一般仅在需要时按需发送，对带宽和流量的占用较小，因此在考量PTN带宽时可以暂时忽略。

常见的主动发送报文主要有链路管理报文CC/CV报文。该报文通过主动发送连续性的报文，来检测PTN网元之间链路是否发生信号丢失，信号劣化等链路故障。

当在网管上配置了发送CC/CV报文使能后，设备就会周期性发送CC/CV报文，常见周期为3.33、10、100ms，以及1s。以3.33ms较为常用（传输速率为300数据包/S），也是对系统带宽资源占用最大的一种形式，因此以3.33ms周期发送CC/CV报文来测算该报文占用的带宽。各层OAM报文具有不同的帧结构。根据IETFRFC5586的MPLS-TP通用关联信道（G-Ach）编码格式，参照ITU-TY.1731以太网业务的OAM PDU编码定义，段层OAM编码格式如图5所示。

隧道层（LSP）OAM报文编码格式如图6所示。

PW层OAM没有GAL标签，GAL标签由PW标签替代，编码格式如图7所示。

其中，与计算报文长度有关的字段为TLVOffet。不同的OAM报文，PDU负荷长度不同，对于关注的CCM报文来说，TLVOffet=70，也就是说PDU负荷长度为70字节。这样可以很容易计算出各层CCM报文的转发长度分别为：

●段层CCM报文单包长度为70（净荷）+13（开销）+22（MAC报头）=105字节。

图3 PTN对以太网业务报文封装格式

图4 PTN网络OAM分层模型图

●LSP层CCM报文单包长度为70（净荷）+17（开销）+22（MAC报头）=109字节。

●PW层CCM报文单包长度为70（净荷）+17（开销）+22（MAC报头）=109字节。

按最小3.33ms转发周期，每秒有300个各层报文转发，各层OAM报文占用带宽为：

●单根PWOAM带宽=300×105×8=252kbit/s。

●单根LSPOAM带宽=300×109×8=261.6kbit/s。

●单个段层OAM带宽=300×109×8=261.6kbit/s。

PW和LSP层OAM带宽和业务数量有关，1根PW需要配置1条PWOAM，1条LSP也需要配置一条LSPOAM，每个光缆段均需要配置1条段OAM。OAM带宽消耗和业务量呈现正相关。

图5 段层OAM编码格式

图6 LSP层OAM编码格式

图7 PW层OAM编码格式

同样以上面的例子为例，来测算一下，100个站点，上述业务量需要分配多少OAM带宽，具体参见表1。

表1 OAM带宽测算表

上述测算只考虑汇聚层单边，且不考虑段层OAM。100个站点开通全业务后的总的OAM带宽约为308M。

结合业务带宽，100个PTN站点开通全业务后，总带宽消耗为6717M+308M= 7205M。其中，按照平均80%转发效率，业务净荷带宽为5400M，业务承载效率为5400/7205=75%。

3 PTN网络带宽应用

PTN网络主要面向移动回传业务和高等级政企专线业务。业务在提出带宽需求时，通常是指一定条件下的承诺带宽。简单来说就是在确保相应指标情况下的体验带宽。这里包括两个方面：一是相应指标要求；二是体验带宽。指标要求即提供的带宽是在满足一定时延和丢包指标下和要求下达到的带宽。体验带宽是指客户直接感受到或者仪表测试得到的业务侧带宽。因为有开销，所以在带宽分配和带宽预留时需要考虑相关因素。

3.1 CIR和PIR设置对用户体验的影响

PTN网络中QoS设置也会对带宽体验造成一定影响。与传统网络有所不同，分组网络承载的业务等级有一定差异，同时分组网络存在CIR和PIR的区别，允许网络在轻载时为客户提供额外价值。当业务中载时，PIR部分会受到影响，但CIR部分不会受影响；而重载时，部分低等级业务CIR传送质量会受一定影响，作为电信级运营商，通常在带宽预留时不会允许第3种情况发生，因此在带宽预留时需要考虑一定的开销空间。

3.2 带宽分配及QoS设置用例

针对LTE业务，目前不对其中的业务流进行分类限速，而是通过无线侧完成业务等级分类，专线业务需要按照需求提供一定程度的放大，为确保测试指标合格，通常会按照客户等级来进行一定程度带宽放大，确保用户体验带宽满足需求，常用的QoS等级设置如表2所示。