摘要:融合了分組技術及同步數字體系(SDH)技術優勢的分組傳送網(PTN)技術以分組交換為核心，先天具備高效統計復用能力，更適應分組業務的高效傳輸。同時其類似SDH的強大運行維護管理(OAM)及電信級保護能力保障了移動回傳業務的高效管理及傳輸質量。基于多協議標簽交換傳送應用(MPLS-TP)技術的分組傳送網在多協議標記交換(MPLS)體系基礎上去除了倒數第二跳(PHP)、標簽合并及等價多路徑(ECMP)等無連接特性，并在OAM、保護及同步技術方面做了相應增強，更適合承載IP化后的移動回傳業務及大客戶業務。PTN與原有多業務傳送平臺(MSTP)、城域以太網及IP over WDM/OTN網絡有機配合，合理分工，將共同服務于全IP時代的電信業務。
關鍵字: 分組傳送網；統計復用；端到端偽線仿真；服務質量；時間同步
英文摘要:MPLS Transport Profile-based (MPLS-TP) packet transport network eliminates its connectionless features (such as Penultimate Hop Popping (PHP), label merge, and Equal-cost multi-path (ECMP)), and is enhanced in terms of OAM, protection, and synchronization. This is ideally suitable for carrying IP-based mobile backhaul services and key account services. PTN, and the original Multi-Service Transport Platform (MSTP), Metro Ethernet, and the IP over WDM/OTN network of organic complexes, contribute to an “all IP” era of telecommunications services.
英文關鍵字:packet transport network; statistic multiplexing; pseudo wire emulation edge-to-edge; service quality; time synchronization
隨著移動通信技術的迅猛發展，3G/LTE已從紙面標準走向現實。移動通信技術的發展給未來更為便利的通信生活描繪了一副美好的前景。與此同時，移動通信技術的發展也對移動回傳網提出了一些新的挑戰。
當今電信業務全面IP化的趨勢同樣體現在移動通信領域，移動通信業務正由以時分復用(TDM)為內核的語音業務向IP化業務為內核的語音、數據等多樣業務類型轉變。隨著3G網絡IP化的不斷推進、移動數據業務的深入開展，用戶對3G移動回傳網絡的業務感知、服務質量(QoS)、統計復用效率的要求越來越高。另一方面，隨著3G網絡的業務接口由E1接口向FE接口變化，業務接口帶寬也出現迅猛增長，在未來長期演進(LTE)基站甚至會出現1 000 Mbit/s的GE接口。
圖1所示為移動通信技術演進示意圖。圖1清晰地說明了在從2G向3G/LTE演進的過程中，上下行帶寬速率的大幅提高。接口速率的提高將同步帶來傳送網帶寬的激增。帶寬激增的壓力導致移動回傳網必須提高傳輸效率從而降低網絡成本。
2G時代移動回傳網的主導技術同步數字體系/多業務傳送平臺(SDH/MSTP)主要是為匯聚和高效傳送時分復用(TDM)電路業務而設計。MSTP最初就是為了解決IP業務在傳送網的承載問題。遺憾的是這種改進并不徹底，其IP化主要體現在用戶接口，內核卻仍然是TDM電路交換，采用剛性管道承載分組業務。這就使得MSTP在承載傳送包長可變、流量突發的IP、以太網等分組化業務時，存在傳輸效率較低、成本較高、可擴展性較差等缺點。
SDH/MSTP作為2G時代的功勛技術，在移動通信發展到3G/LTE階段后已逐漸不再適應，并將制約今后移動業務的發展。在這種背景下，融合了分組技術及SDH技術的分組傳送網(PTN)應運而生。
1 PTN技術特點
基于上述移動通信在3G/LTE階段的IP化、寬帶化需求，移動回傳網既要具備高效統計復用、靈活感知業務特性及差異化服務質量(QoS)等分組技術的傳統能力；同時作為電信級業務的承載體，端到端業務管理、層次化運行維護管理(OAM)及電信級保護等傳送特性又是移動回傳網希望能繼承的“優秀革命傳統”。那么有沒有一種技術能兼具兩方面的優勢呢？答案就是PTN。
PTN是一種以面向連接的分組技術為內核，同時具備端到端的業務管理、層次化OAM及電信級保護等傳送特性，以承載電信級以太網業務為主，兼容TDM、ATM等業務的綜合傳送技術。
PTN分組內核提供了統計復用能力強大的彈性管道，帶寬利用率高，更適應分組業務突發性強的特點。PTN同時繼承了類似SDH的傳輸網絡特性、強大的OAM及電信級保護能力、圖形化界面網管能力，可以帶給用戶與移動回傳網一脈相承的體驗[1]。
目前PTN有兩大類技術選擇：多協議標簽交換傳送應用(MPLS-TP)[2]及運營商骨干橋接-流量工程(PBB-TE)。前者是核心網技術的向下延伸，使用基于IP核心網多協議標記交換(MPLS)技術，簡化了復雜的控制協議，簡化了傳送平面；在MPLS基礎上去除了倒數第二跳(PHP)、標簽合并及等價多路徑(ECMP)等無連接特性，增強了OAM及保護倒換功能，提供可靠的QoS、帶寬統計復用功能。后者則是局域網技術的向上擴展，基于IEEE 802.1ah的MAC-in-MAC[3]技術，關閉了運營商媒體訪問控制(MAC)地址自學習功能，增加了網管管理和網絡控制的配置，形成面向連接的分組傳送技術。目前MPLS-TP已成為事實上的主流選擇。
目前MPLS-TP標準主要由兩大國際標準組織ITU-T及IETF主導。兩大標準組織自2008年2月份成立聯合工作組(JWT)至今，MPLS-TP標準已取得長足的發展，截止2009年2月底已有5篇RFC、2篇建議標準文檔以及13篇工作組草案文檔，預計在2011年將完成各關鍵標準的發布。
2 PTN應用于移動回傳網的關鍵技術
PTN作為具有分組和傳送雙重屬性的綜合傳送網技術，目前已成為3G/LTE時代IP化移動回傳網的主流解決方案。這在很大程度上得力于以下各項關鍵技術的支撐。
2.1 端到端偽線仿真技術
盡管3G發展勢頭非常迅猛，但在很長一段時間內傳統的TDM業務仍將是電信運營商豐厚利潤的來源，所以PTN必須具備多業務承載能力。端到端偽線仿真(PWE3)技術即是為滿足這一需求而出現的。MPLS-TP采用PWE3的電路仿真技術來適配所有類型的客戶業務，包括以太網、TDM和ATM等，并為之提供端到端的、專線級別的傳輸管道。
PWE3作為一種業務仿真機制，其技術實質是將業務數據用特殊的電路仿真報文頭進行封裝，在特殊報文頭中攜帶該業務數據的幀格式信息、告警信息、信令信息以及同步定時信息等基本業務屬性，以達到業務仿真的目的[4]。
PTN網絡中端到端的業務如圖2所示。PWE3要求在包交換網絡(PSN)的隧道中建立與維護偽線(PW)，在運營商邊緣設備(PE)使用PW封裝傳送業務數據，并盡可能真實地保持業務本身具有的屬性和特征。對于客戶設備而言，PW表現為特定業務獨占的一條鏈路或電路，稱之為虛電路。客戶設備(CE)感覺不到核心網絡的存在，認為處理的業務都是本地業務。
在以SDH技術為主的移動回傳網中，為業務提供的是獨占的剛性傳輸管道，雖然保證了傳輸的高可靠性，但在另一個角度來說對不同特質的業務一視同仁的傳輸也是一種浪費。比如對實時性要求高的語音業務和普通上網業務而言，兩者對網絡的傳輸要求就截然不同。PTN則可以感知業務特性并提供恰到好處的服務，做到按需分配，各得其所。給不同要求的業務流提供恰到好處的服務才是對電信運營商而言最為經濟的方式，尤其在帶寬需求大幅增長的情況下更是如此。
2.3 層次化OAM及電信級保護技術
PTN的OAM機制基本繼承了SDH的OAM思想，通過為段層、隧道層、偽線層提供層次化的告警、性能管理，通過支持層次化OAM，可以對PTN網絡的故障進行快速定位，而且還可以檢測出網絡的性能，包括丟包率、時延等等[5]。
ITU-T為T-MPLS規定的OAM報文封裝格式[6]如圖3所示。對于各個層次的OAM信令報文，也采用MPLS封裝的標簽報文。為了區分OAM信令報文和用戶的業務數據報文，定義了一個特殊的標簽：14，通過這個標簽來標志OAM信令報文。通過定義一系列的OAM協議報文，G.8114實現了豐富多樣的OAM功能。
PTN網絡的全程電信級保護功能如圖4所示。PTN網絡支持全面的接入鏈路保護、網絡級保護及設備級保護功能。各種保護各有優缺點，各自適用于不同的場景。環網保護[7]針對特定的拓撲形式(環狀拓撲)有較高的保護效率；線性保護則對于拓撲形式沒有要求，在固定的網絡中只要能夠分別找到不同路徑的兩條連接即可。而在實際應用中，則經常需要結合工程實施的情況將不同保護方式綜合使用，配合起來以實現對業務的電信級保護。
OAM與保護在應用上密不可分，通過OAM機制實現的快速、及時的故障檢測是實現電信級保護的前提。與PTN保護機制相關的OAM分為3種類型：告警相關OAM、性能相關OAM和通信信道OAM。
2.4 同步技術
移動通信技術的發展對移動回傳網提出了時間同步的要求。ITU-T、IEEE等國際標準組織對解決時間同步提出了多種方案，目前最具有吸引力的是IEEE 1588V2的時鐘時間解決方案[8]。
1588V2技術采用主從時鐘方案，對時間進行編碼傳送，利用網絡鏈路的對稱性和延時測量技術，實現主從時鐘的頻率、相位和絕對時間的互相同步。
中興通訊在業界首創了以同步以太網[9]為基礎的IEEE1588V2時間傳遞技術，其核心思想是建立時鐘時間分離且高度可控的網絡，排除了不可預知的風險。
通過物理層的同步以太網實現節點間的頻率同步，可以在在保證頻率準確度的條件下，將相位控制到一定的范圍之內，而1588協議本身只用于相位的微調和時間傳遞。在這種條件下組成的時鐘專線網，是面向連接嚴格可控的點對點網絡，能在部署的過程中避免1588非對稱性帶來的干擾，并且時間同步性能與網絡負載機流量無關。
3 PTN與其他承載網絡的關系
3.1 PTN與MSTP網絡的關系
在2G時代，SDH/MSTP為移動業務提供了穩定、可靠的傳輸，并已形成龐大的網絡規模。在3G/LTE發展起來之后，引入PTN建網時，如何處理與現有MSTP網絡的關系是必須要考慮的問題。綜合考慮網絡規劃復雜度、建設成本及運維成本等多方面因素，我們推薦采用PTN新建平面的模式，與原有MSTP平面相互獨立。
這種方案雖然在初期新建PTN網絡投資較大，但優點也很明顯。一方面原有2G業務繼續通過MSTP承載，在3G建設階段避免業務調整對2G業務的影響；另一方面也可以很好地保障3G基站的業務發展以及后續數據業務的帶寬需求，并能很好地支持將來移動網絡向LTE的演進。這樣不僅移動回傳網結構清晰，也為長期規劃、管理和維護提供了方便。
當然，作為補充解決方案，在局部區域也可根據現網MSTP資源的富余情況，考慮PTN與MSTP混合組網。根據原有MSTP網絡接入或匯聚層的帶寬壓力選擇在某一層次率先引入PTN設備，一方面可滿足跨域調度需求，同時運營商還能以較小的成本投入為PTN網絡的規劃及運維管理積累經驗。
總之，2G網絡在相當一段時間內仍將為運營商帶來可觀的利潤，這就決定了MSTP將與PTN在一定時間內長期共存，共同維護。長期來看，當移動通信網絡全面IP化之后，MSTP終將為PTN所替代[10]。之后可作為PTN的有效補充，為帶寬需求不高，但是安全性和私密性要求較高的客戶提供專線接入，同時兼顧覆蓋PTN暫時無法到達的區域。
IP over WDM/OTN網絡基于波長或ODUk交換內核實現大顆粒業務的靈活調度與保護。在城域網建設中，IP over WDM/OTN適合應用在核心層，為核心網元提供大顆粒業務的組網、調度及保護。在移動回傳業務承載中，在大型城域網中。可采用PTN+WDM/OTN的組網模式。接入/匯聚層采用PTN組網，向上通過IP over WDM/OTN將業務調度至所屬無線網絡控制器(RNC)機房的PTN核心落地層。與PTN配合組網極大地簡化了核心層節點與匯聚層骨干節點間的網絡組建。一方面在業務歸屬調整時可方便的實現業務靈活調度，另一方面核心層節點只與所屬RNC機房相連，避免了純PTN組網中，因某節點業務容量升級而引起的環路上所有節點設備必須同時升級的情況，節省了網絡投資。WDM/OTN為PTN業務提供靈活調度組網圖如圖5所示。
3.3 PTN與城域以太網的關系
在城域網規劃建設中，根據所承載業務性質的不同，一般采用相對獨立的建網思路，即分別建設移動回傳網高價值平面和寬帶用戶接入網低價值平面兩個平面。PTN以承載移動回傳業務及集團大客戶等高價值業務為主；而公眾寬帶上網及普通大客戶等低價值業務則可通過無源光網絡(PON)接入，繼而通過城域以太網與業務控制層(BRAS或SR)對接。兩個平面不考慮融合，完全獨立，互不干涉。采取這樣的策略主要基于以下考慮：
互聯網業務和移動回傳等重要業務可規劃性不同，可靠性要求也不同，共平面承載將大大增加網絡復雜性；而互聯網業務所需帶寬一般遠大于移動回傳業務，如果融合將導致城域網接入設備需要采用大容量、高可靠性技術，也增加了不必要的成本。
寬帶業務調整較為頻繁，與移動回程業務共平面傳輸有可能會影響移動業務的穩定性。如果顧及移動業務的穩定性又不利于快速響應寬帶業務的發展需求，兩者存在矛盾。
共平面承載開放的互聯網業務及移動回傳等重要業務，不可避免地存在網絡安全風險。
4 PTN工程應用案例
中興通訊PTN產品依托公司強大的研發實力及資金投入，各方面功能性能優異，能提供業界最全的產品系列，且在各種測試中表現出色，取得了2009年中國移動集采綜合排名第一的優異成績。截至目前已成功運用于Telefonica、Telenor、TIM等歐美跨國運營商。
2009年2季度中國移動組織多廠家PTN現網測試及TD Iub口IP化測試。在深圳移動現網對PTN的多業務承載能力、QoS、OAM、時間同步及網絡生存性均進行了嚴格、全面的測試，結果表明中興通訊的PTN產品在承載TD-SCDMA IP化Iub口時各業務指標、傳輸質量均符合要求。在后續對比測試中某些指標還優于MSTP產品，完全滿足中國移動TD無線業務要求。
隨著中國移動傳送網IP化實際工程的推進，目前中興通訊已經服務于20余省的PTN網絡建設。
5 結束語
業務的需求是推動PTN技術發展的主要動力。移動業務從2G向3G、HSPA+及LTE的演進，除了傳統業務IP化的需求，還對同步、網絡延時、可靠性及安全性提出了較高的要求。PTN正是在這一背景下應運而生。我們相信，隨著PTN產業鏈的進一步發展成熟，其技術與成本優勢將更加明顯，必將成為移動回傳等高價值業務的主流承載平臺。同時，PTN的引入及發展壯大也必將反作用于業務網絡，將進一步促進IP化業務的高速增長。
6 參考文獻
[1] 武向軍. 承載技術的革命—PTN[J]. 通信世界, 2009,40 (5):11-15.
[2] IETF RFC 5317. JWT report on MPLS-TP architectural considerations[S].
2009.
[3] IEEE 802.1Qay. IEEE standards for local and metropolitan area
networks: Virtual bridged local area networks, Amendment 7: Provider backbone
bridge traffic engineering[S]. 2009.
[4] IETF RFC3985. Pseudo Wire Emulation Edge-to-Edge (PWE3)
architecture[S]. 2005.
[5] 何庭宗. 分組傳送網操作、管理和維護技.[J]. 中興通訊技術, 2009,15(6):21-25.
[6] ITU-T Recommendation G.8114. Operation & maintenance mechanism for
T-MPLS layer networks[S]. 2007.
[7] ITU-T Recommendation G.8132. T-MPLS shared protection ring [S]. 2007.
[8] IEEE Std. 1588-2002. IEEE standard for a precision clock
synchronization protocol for networked measurement and control systems [S].
2002.
[9] ITU-T Recommendation G.8261. Timing and synchronization in packet
networks[S]. 2006.
[10] 龍文富. 聚焦TCO構建PTN新型分組承載[J]. 通信世界, 2009,40 (5):16-19.
作者介紹：
叢凱，北京航空航天大學碩士畢業，中興通訊股份有限公司承載網產品線規劃經理，長期從事光通信技術研究，目前主要工作領域為PTN產品規劃及相關技術。
趙福川，中國科學院上海微系統和信息研究所博士畢業，中興通訊股份有限公司承載網產品線PTN產品總工，長期從事光通信術研究，牽頭研發的ZXMP多業務傳送平臺產品曾獲2004年廣東省科技進步一等獎，目前主要從事PTN產品技術研究和規劃工作。