PTN网络保护方案探讨

李上学

【摘要】随着传输网络的不断发展，传输技术不断的更新演进，目前移动主要使用PTN传输设备，网络性能为运营商关注的焦点，PTN网络保护性能根据现有业务及要求有多种保护方式。

在中国移动通信全面进入4G时代时，三大电信运营商直接面临着4G基站回传和宽带接入对城域网的全方位挑战。多重播放等新兴宽带数据业务、企事业单位的以太网专线和L2 VPN业务、普通宽带用户的接入量和速率提升是推动城域传送网转型的三个主要驱动力。 而传统的同步数字体系（SDH）技术、IP互联网和以太网技术都不能适应3G承载和全业务运营对传送和承载的全方位需求，PTN技术应运而生，传输网络保护尤为重要。

【关键词】PTN；组网；可靠性；保护

PTN network protection scheme

Li Shang-xue

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】With the continuous development of transmission network， the evolution of transmission technology constantly updated， the main use of PTN mobile transmission equipment， network performance as the focus of attention of operators PTN network protection performance according to the existing business and requirements have a variety of ways。

In the era of 4G mobile communication in China， the three telecom operators directly face the challenge of 4G base station echo and broadband access to the metropolitan area network. Multiple broadcast emerging broadband data services， enterprises and institutions such as Ethernet and L2 VPN business， ordinary broadband users access amount and rate of ascension is to promote the transformation of metropolitan area transport network of the three main driving force. And traditional synchronous digital system （SDH） technology， IP and Ethernet technology can not adapt to Internet 3 g load and all operations to transfer and load the omni-directional demand， PTN technology arises at the historic moment， transmission network protection is particularly important.

【Key words】PTN；Networking；Reliability；Protection

1. PTN产生的背景

1.1全IP背景下的传送需求。

新型城域的目标网络将覆盖光层（L0），电路层（L1）和分组数据层（L2），路由层（L3）和应用层（L3+），对负责三层以下传送功能的传送层的总体要求为：

（1）大容量高效传送；

（2）网络的可靠性及可用性；

（3）网络的扩展性；

（4）多业务的支持能力；

（5）可管理性

1.2目前城域网情况。

目前城域网（含城域数据网和传送网络两个网络并存）SDH ＼ MSTP ＼ RPR＼以太网、PON在处理大量数据业务存在不足，都不能很好的满足IPTV等新兴运营级以太网业务的需求， 传统的以太网承载IP业务，传统的以太网只是为窄带数据业务市场（上网浏览、电子邮件等业务）设计不能满足VOIP、IPTV等新业务，面临的挑战：

（1）不具备运营级的可靠性和可扩展性。没有冗余和弹性，采用了中低端交换机作为汇聚设备，没有保护级联。

（2）不能支持多业务部署。QOS机制不完善、难以进行用户和业务的区分、不支持端到端的业务实施、组播能力较差。

（3）网络结构不清晰。很多小BRAS、性能有限、扩展困难、成为网络瓶颈；一些汇聚交换机被当作3层设备使用

（4）不能满足新的业务，需要更高的带宽。

基于二层交换的城域网也存在二层网络规模过大，网络结构不清晰，设备级联数偏多等问题。一旦STP（生成树协议）计算出现偏差，会导致较大范围内网络的不稳定；另外。常见的光纤直连方式组网导致光纤浪费严重，业务端口压力大。

1.3原有SDH/MSTP網络承载IP业务。

（1）SDH/MSTP的分组处理或IP化程度不够彻底，其IP化主要体现在用户接口（即表层分组化），内核仍然是电路交换（即内核电路化）。这使得SDH/MSTP在承载IP分组业务时效率较低，并且无法适应以大量数据业务为主的3G和全业务时代的需要。

（2）SDH/MSTP采用第一层技术来实现带宽管理和服务保护，以太网交换机则依赖以太网桥接或IP路由路由选择来实现带宽管理和服务保护。

1.4PTN网络的产生（见图1）。

2. PTN网络的安全性

2.1电源/交叉/主控盘的保护。

电源板/交叉板/时钟板支持1+1保护，在单盘故障时，业务可正常工作。不需要对单板进行主备配置，即插即用。

2.2TPS 保护。

（1）TPS：Tributary Protect Switch 支路保护倒换。

（2）对低速业务处理板进行保护，主要针对2M，和SDH的TPS保护一样，支持1：1～1：N保护。

（3）TPS屬于设备级的保护，不像MSP属于网络级的保护，不需要走安全的协议。TPS协议走设备内部的总线就可以达到保护。

（4）TPS性能指标：物理链路恢复时间小于50ms，如果在E1上配置了IMA或ML-PPP的话，那么业务恢复时间可能到500ms（见图2）。

2.3LMSP 保护。

LMSP： Linear Multiplex Section Protection 线性复用段保护

保护业务：主要对SDH STM-1/4的光口进行保护。

LMSP性能指标：倒换时业务中断小于50ms

LMSP通过SDH帧中复用段的开销K1/K2字节来完成倒换协议的交互；

LMSP通过SDH层面的告警来触发倒换；

SDH中字节开销K1，K2字节的合称，K1，K2这两个字节用作自动保护倒换（APS）信令，K1字节前4个bit表示倒换请求，后4个bit表示请求通道号，K2字节前4bit表示当前桥接通道号，第5bit表示类型码，第6-8bit表示状态码（LMSP保护原理见图3）。

2.3.1保护类型-1+1单向倒换。

1+1模式是指发送侧在主备通道上双发业务，在接收侧选收业务；

单向倒换是指当某个方向的通道故障时，只会造成这个方向的业务发生倒换（如图所示，故障时只在B设备的接收侧发生倒换，A设备的接收侧不倒换）；

2.3.2保护类型- 1+1双向倒换。

1+1模式是指发送侧在主备通道上双发业务，在接收侧选收业务；

双向倒换是指当某个方向的通道故障时，则两个方向的业务都要发生倒换，（如图所示，故障时A、B设备的接收侧都发生了倒换）；

2.3.3保护类型- 1：1双向倒换。

1：1模式是指发送侧在主备通道中选择一个通道发送业务，在接收侧选择接收业务；

双向倒换是指当某个方向的通道故障时，则两个方向的业务都要发生倒换，（如图所示，故障时A、B设备的接收侧都发生了倒换）；

（1）LMSP-倒换过程。

以1+1双端模式为例：

A在主用通道上收到信号失效，在备用通道上向B发送倒换请求。

B在备用通道上收到A的倒换请求，在备用通道上向A发送倒换响应。

A收到B的响应后执行倒换和桥接，并在备用通道上向B发送倒换确认。

B收到A的倒换确认后执行倒换和桥接，信令达到稳态，倒换完成。

（2）LMSP-恢复过程。

以1+1双端模式为例：

支持1：N是双端恢复式；1+1有单端恢复、单端不恢复、双端恢复、双端不恢复四种。

如果是线性复用段双端式保护，两端的保护倒换需要走协议来进行协调，利用的是段开销的K1、K2字节，以便发送请求、回馈请求确认、执行倒换动作。协议K字节在备用通道传送。

2.4LAG保护。

（1）LAG：Link Aggregation 链路聚合，将多个以太口聚合起来组成一个逻辑上的端口；

（2）LACP：Link Aggregation Control Protocol 链路聚合控制协议，该协议用于动态控制物理端口是否加入到聚合组中；

主要保护的端口为以太网的GE/FE。

（3）LAG性能指标：可以达到秒级的保护；

LAG保护-应用场景（负载分担）

（4）负载分担：业务均匀分布在LAG组内的所有成员上传送；每个LAG组最多支持16个成员；这个模式无法对Qos提供很好的保证，因此在PTN产品中，该模式只能应用在用户侧，不能应用在网络侧；

（5）LAG保护-应用场景（非负载分担）

非负载分担：正常情况下，业务只在工作端口上传送，保护端口上不传业务；每个LAG组只能配两个成员，形成1：1保护方式；该模式可以应用在用户侧和网络侧；该模式可以保证用户的Qos特性；

2.5MC-LAG。

（1）MC-LAG（Multi-chassis Link Aggregation Group）是对设备内 LAG的补充，提供跨设备的链路聚合。在 3G承载网络中，配合 PW APS实现当双归节点、双归节点 AC侧链路或网络侧业务故障时，对以太网专线或专网业务的双归保护。

（2）MC-LAG是对设备内 LAG的扩展，可以将多个设备上的数据链路聚合在一起形成链路聚合组，提高可用带宽，并且当某条链路或某个设备失效时，自动将数据业务切换到 MC-LAG的其他可用链路上，从而增强链路可靠性（见图4）。

图4

（3）NE1与 NE2通过跨设备同步通信通道进行跨设备同步通信，周期性地互相通告双归节点NE1和 NE2上设备内 LAG的状态，同时针对故障情况协商 LAG1和 LAG2的主备状态。

2.6MPLS APS。

（1）APS：Automatic Protection Switching自动保护倒换

主要对业务通道（MPLS Tunnel）；

原理：

通过OAM报文来检测业务通道的好坏；两个站点间通过APS报文进行交互，完成倒换；

MPLS性能指标：倒换时业务中断小于50ms；

根据PTN网络的分层模型，网络保护方式分为TMC层保护（PW保护）、TMP层保护（线性1：1和1+1的LSP保护）、TMS层保护（Wrapping和Steering环网保护）。

通过配置两条源宿站点相同，但路径不同的Tunnel来实现APS保护。

3. 结束语

PTN技术日益成为传送网络主流应用，相关的技术相对成熟，需最大程度降低网络CAPEX和OPEX，充分保护现网投资，改善带宽瓶颈，同时需要降低网络的运维难度，也要使PTN网络带宽更加有效的利用，建设一条智能的传输管道，为承载多种业务做好基础支撑网络。

参考文献

[1]郭雄飞、张优训.PTN组网的保护技术.移动通信.2010.10（24）.

[2] 龚倩，徐荣，李允博，等. 分组传送网[M]. 北京： 人民邮电出版社，2009.

[3]杨心州.北京联通3G城域网中PTN技术应用的研究[D].北京邮电大学，2010.