PTN技术在煤炭通信中的应用探讨

李燕朋

摘 要：原有的煤炭通信基本都选择基于SDH技术的MSTP多业务传送平台，随着各类应用业务逐渐IP化发展，同时数据流量也逐年递增，将分组技术和同步数字体系（SDH）技术优势融合的分组传送网（PTN）技术，会更适合于今后的统一IP数据承载传送。文章分析了目前煤炭公司的通信现状，介绍了PTN技术的特点及适应场景，与现有的MSTP进行对比，为煤炭企业信息化建设技术选型上提供参考。

关键词：PTN技术；煤炭企业；信息化；分组交换

煤炭通信业务已从语音业务为主向以数据业务为主转变，未来将向全面IP化方向发展，这一变化趋势驱使煤炭通信光传送网由基于时分复用（TDM）的SDH/MSTP光传送网向基于包交换的分组传送网（PTN）演进。文章首先分析了煤炭专网通信中目前遇到的新挑战，并就PTN的技术特点进行介绍，与MSTP技术进行比较，并就PTN技术在企业专网中的组网方式进行探讨。

1 煤炭通信业务发展现状

煤炭通信专网指煤炭企业为了生产办公的需要，自主建设的光传输网络，以MSTP光传送网为主。现阶段的业务主要分为语音业务和数据业务两大类，语音业务主要指用于生产指挥的调度电话和行政电话业务；数据业务主要有办公和家庭电脑的上网业务、视频会议以及视频监控等视频业务和各类应用系统如办公、生产、监测、财务等综合信息业务。随着两化融合的深入发展，数据业务发展迅猛，其业务种类、用户数量和需求带宽成倍递增，数据业务的带宽需求逐渐超过90%，甚至达到95%以上，这其中，IP业务又占据主导地位。例如办公和住户上网、视频监测、各类信息系统等。因此，煤炭通信业务的发展趋势是向全IP化业务方向发展。

2 目前使用的MSTP传输存在的问题

煤炭专网的光传输环网从建设到现在基本都有十年历史，主要采用以SDH时分复用为核心的MSTP技术，设计之初主要是为了传送语音业务和少部分数据业务。采用的是固定带宽，即刚性带宽，对语音、控制等实时性要求高的业务保障性高，低时延、保护方式多样；而以IP业务为主的数据业务存在多样性及突发性等特点，业务颗粒变化不固定。所以用SDH传输IP等数据业务将表现为传输效率低、带宽利用率低或带宽资源紧张等问题，不能适应煤炭企业信息化高速发展的需要。主要包括以下几个方面。

（1）煤炭通信采用SDH组网方式，环网带宽多是622Mbit/s，或2.5Gbit/s环网，但由于刚性管道，每个业务都需要独立的带宽，这样就导致带宽浪费和干路带宽资源不足。随着信息化建设的迅猛发展，矿井与机关需要实现千兆互联，各个地面单位也需要百兆接入，每个小区接入带宽也提高到300m，以及各种应用系统如视频监控业务及视频会议等都需要较大容量的带宽需求，由于端口速率及通道带宽不足，MSTP传输技术已不能适应煤炭通信业务的发展要求。（2）SDH不能适应IP数据包的突发性和大小包不一等特性，因为其选择固定时隙帧长承载IP等数据业务，业务承载效率低，网络带宽利用率低；同时，SDH通过配置多条VC-12/VC-4时隙带宽来满足百兆和千兆以太网接入，配置复杂，调度不灵活，也不适应承载IP等大颗粒数据业务。（3）对以太网业务的QOS能力支持不足，导致以太网业务传输延迟增加。（4）对以太网的路由交换能力支持不足，仅具备简单的透传功能，不支持动态路由发现功能，网管只支持静态配置，不能满足数据业务的调度和扩展。（5）有限的组播业务支持能力，不满足视频会议等业务的需求。MSTP光传送网技术虽然在SDH基础上增加了以太网接入功能，但仅在用户接口实现IP化，即通过增加以太网接口的方式实现IP等数据业务的承载，其内核和传输侧仍采用TDM技术，所以不满足数据业务的高速传输要求。

基于以上分析，MSTP技术对于当今的煤炭通信业务支持能力有限，虽然现在已经由支持10G的传输能力，但带宽利用率低，而且传输以太网业务成本偏高，灵活性差，已经不是最合适的技术选型。

3 PTN技术介绍及与MSTP对比

PTN即分组传送网，它是MSTP和交换网结合的产物，是基于分组协议、面向连接的光传输技术，“分组”说明其交换核心为包交换，相对MSTP的电路交换，可统计复用交换带宽，针对未来高突发统计分布的数据业务，实现不同业务的带宽共享，提高带宽利用效率；“传送”说明其具有高可靠性（完善的保护）、可运营（用户可精确控制配置，可定制QOS）的传统SDH承载网络的特征；PTN采用MPLS或IP等作为Tunnel承载层，自然引入了动态机制，能简化端到端业务配置，路由自动发现、故障时FRR/重路由保护；PTN与MSTP相比最关键差异的是引入了包交换的核心，适用了所有IP的要求，同时在封装层引入PWE3，实现当前过渡时期，多种不同老技术，如：ATM、FR、PDH、MLPPP等在包交换网络中统一适配统一承载，实现多网归一，降低网络运营成本。

基于以上分析，PTN传输环网既可满足实时性不高的数据业务如办公上网、宽带上网、安全培训、综合业务系统等业务；也可满足实时性高的语音业务、视频会议业务；通过QOS优先级控制，也可以满足生产安全实时监控的瓦斯监测、生产控制系統，完全可以满足煤炭通信业务的各种需求。

4 PTN组网方案设计

煤炭企业选择PTN技术和设备组建光传输环网，承载综合信息业务等数据业务，可以起到提高传输带宽、降低组件成本的作用。出于成本考虑，煤炭生产调度网和信息化网络在建网时一般是同一个网络，存在安全隐患，为了保护已有投资，不造成浪费，可以用PTN组建一个新的传输环网作为信息网络传输通道，而原有的MSTP环网可以作为安全生产专用网络，这样第一可以增强生产专网的安全性和可靠性，第二可以将带宽需求大的数据业务分流到PTN环网上，保证IP业务的带宽需求。诸如企业办公、视频监控、家庭上网以及视频会议等业务均可以接入PTN环网。PTN环网建设可以分为中心站点和环网分站点以及接入站点，分别部署不同规格的PTN设备。一般的煤炭企业选择支持10GE带宽通道的设备比较合适。

4.1 中心站点设备选型

中心站点的PTN设备作为整个光传输网络的核心，是整网所有业务流量的最终汇集点，一般部署在企业的中心机房，它的主要功能是实现所有业务的集中汇聚和高速分组转发。鉴于接入业务较多，以及业务种类不同，中心站点的PTN设备一定要具备高性能、大交换容量、丰富的端口类型以及足够的板卡槽位。相对于原有的MSTP中心设备，由于PTN具备10GE级别业务端口，所以同类业务可以通过汇聚节省端口资源。在中心站点设备上通过配置多个10G业务端口与核心交换机或路由器互连，可以实现各矿井、各小区的千兆接入功能。同时在中心站点设备上配置多个千兆光口或电口、E1接口可以实现综合业务接入。为了保证高可靠性，所有的主要板卡如主控板、交换板、环网光接口板以及电源板必须采用1+1冗余配置。

4.2 环网分站点设备选型

各分站点设备部署在各矿井、重要地面单位和住户比较集中的小区。因为要组建10G高速传输环网，各分站点PTN设备也必须支持10GE的传输功能。设备选型一般采用10GE带宽、中等容量即可，设备高度一般不超过4U，槽位数不超过6个，业务口配置一块千兆/百兆自适应的光口板和电口板即可。主要实现各分站点及附近网络用户的业务汇聚与转发。与中心站点一样，主控板、交换板、环网光接口板以及电源板也必须采用1+1冗余配置。

4.3 接入站点

接入站点主要为一些光纤资源不足或位置比较分散的网点考虑。例如一个单独的小区或地面单位等。一般采用1GE带宽、小容量的PTN或Mini型PTN设备通过点对点接入到环网上的某个站点上，一般采用单主控的不超过2U的盒式设备。随着煤炭通信IP等数据业务的不断增长，可以将PTN接入层进一步向所有矿井和地面单位延伸，最终形成覆盖完善的PTN综合业务承载网。

5 PTN解决方案的优势

在煤炭通信中实施PTN解决方案具有以下优势。

（1）基于分组架构，采用MPLS-TP/MPLS隧道技術及PWE3仿真技术，支持Ethernet、TDM和ATM等业务及L2/L3VPN部署。（2）提供完善的时钟、时间同步方案，并支持CES业务时钟传递和IEEE1588v2ACR时钟透传能力，满足各种移动制式对同步的需求，顺应网络的长期演进。（3）QOS管理功能可以根据端口、vlan等将业务分类进行区分和标记，实现多业务的带宽控制功能，保证不同业务对带宽、时延、抖动的要求。（4）采用专用网管，实现从核心到接入的全网配置管理和故障、性能检测，通过复用段、主备板等安全保护手段实现环网的高可靠性，提供小于50ms的保护倒换能力。（5）大容量的带宽传输能力，高度集成的业务接口，可使网络现从GE到10GE的平滑升级以及可扩展性。

总之，PTN技术作为新一代的光传输技术，是今后光网络的发展方向。煤炭通信专网在今后的建设与升级中，必然会更多的倾向于PTN技术。