PTN原理及关键技术

1PTN技术发展一．PTN技术产生的背景1.1PTN技术背景分析适应业务和网络IP化的趋势，业务IP化和承载网IP化的趋势推动运营商的业务转型和网络的转型，传统的SDH/MSTP和WDM技术存在局限性，传送网需要向分组化方向发展，要求传送网具有灵活、高效和低成本的分组传送能力。满足全业务运营的需求，2008年，我国电信运营商重组和3G牌照的发放，使2009年成为中国电信业全业务运营的元年，三大运营商都在积极尝试。全业务运营要求运营商逐步完成业务融合、网络融合和终端融合，其中网络融合要求实现多业务统一承载。符合传送网络演进的方向，分组传送网（PTN）技术是城域网传送发展的方向，目前存在多种技术选择，迫切需要研究PTN技术的特点、发展趋势和网络应用类型。业务的IP化是网络发展的一个必然趋势，EverythingoverIP就是所有的业务信号都采用IP的格式。但是EverythingoverIP不等于承载网是一张端到端的IP网络，IP信号承载并不等于全程用IP技术来传送。IP承载网并不是IP传送网，传送网的功能包括调度、汇聚和保护等。IP承载的业务信号还是必须经过传送网的传送PTN是一种能够很好处理IP和以太网等分组信号的新型传送网，继承了SDH系统的许多优点，例如强大的OAM、保护和网管功能，另外也吸取了数据网络的优点，重要的一点就是差异化的处理和统计复用功能。对于用户种类繁多的业务，必须具备差异化的处理能力。在数据领域中所使用的VLAN、CoS、MPLSEXP和DiffServ等机制，都是在资源受限的情况下给予不同的业务不同的处理。PTN设备应具有多业务处理能力，能够容纳不同业务，并且映射到具有QoS处理的处理单元。1.2现有SDH/MSTP的局限性分析2SDH主要缺点在于是为传输TDM信息而设计的。该技术缺少处理基于TDM技术的传统语音信息以外的其他信息所需的功能，不适合于传送TDM以外的ATM和以太网业务。每个MSTP设备的以太网处理板卡需要对每个业务进行MAC地址查询，随着环路上的节点增加，查询MAC地址表速度下降，处理性能明显下降。对数据业务的传输采用PPP或ML-PPP映射的方式，映射效率低，造成较大的带宽浪费，在传输视频业务时这种带宽的浪费尤其严重。不能对基于以太网的用户提供多等级具有质量保障的服务，服务类型属于面向非连接，不能提供端到端的质量保障。二．PTN技术基本概念和特点2.1PTN技术基本概念PTN（分组传送网，PacketTransportNetwork）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。PTN作为传送网满足下一代网络分组传送需求的解决方案，目前主要关注的是TMPLS和PBT技术，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。PBT技术则是关闭传统以太网的地址学习、地址广播以及STP功能，以太网的转发表完全由管理平面(将来控制平面)进行控制。具有面向连接的特性，使得以太网业务具有连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等传送网络的功能。PBT技术的缺点是标准化工作刚刚开始，标准化的程度较低。未来分组传送网的技术拟在城域的汇聚和接入层开始应用，同时还取决于产品化、实用化的程度和如何适应网络的应用。2.2PTN技术的特点与形态基于分组的交换核心是PTN技术最本质的特点。PTN适合多业务的承载和交换，满足灵活的组网调度和多业务传送。可以提供网络保护倒换功能，3并且可对不同优先级业务设置不同保护方式。现在分组传送网技术有两种产品值得关注，分别是PBT与T-MPLS(传送MPLS)。PBT是从二层交换机演化过来的，目前的问题是只支持点到点连接。T-MPLS目前面临的问题更复杂，特别是标准化方面，ITU主导的T-MPLS与现在IETF主导MPLS-TP出现了一些差异。（1）T-MPLS技术，T-MPLS是一种新型的MPLS技术，基于已经广泛应用的IP/MPLS技术和标准，提供了一种简化的面向连接的实现方式。T-MPLS去掉了MPLS中与面向连接应用无关的IP相关功能，同时增加了对于传送网来说非常重要的一些功能，主要的改进有双向LSP、端到端LSP保护和强大的OAM机制等，以实现对传送网资源的有效控制和使用。T-MPLS的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及IP路由方面的功能，其实现比IP/MPLS简单。T-MPLS与MPLS的主要区别如下：IP/MPLS路由器用于IP网络，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据，而T-MPLS只工作在二层，因此不需要IP层的转发功能；在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流，而在T-MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些；T-MPLS使用双向LSP，MPLS和LSP都是单向的，传送网通常使用的都是双向连接，因此T-MPLS将两条路由相同但方向相反的单向LSP组合成了一条双向LSP；T-MPLS支持端到端的OAM机制；T-MPLS支持端到端的保护倒换机制，MPLS支持本地保护技术FRR。T-MPLS标准化。ITU-TSG15从2005年起就开始对T-MPLS进行标准化，采用了G.805和G..809定义的分层网络体系结构，使运营商可以延用其现有的网络建设、运营和管理方式，最大限度地降低向分组传送网演进的成本。现在批准的建议包括：T-MPLS架构(G.8110.1)、T-MPLS网络接口(G.811.2)MPLS设备(G.812.1)、T-MPLS线性保护倒换(G.8l3.1)、T-MPLS环网保护(G.813.2)和T-MPLSOAM。T-MPLS是ITU从传送网的需求入手，结合MPLS技术开发的一系列标准。由于MPLS技术本身是IETF开发的，所以，IETF认为任何对MPLS技术的改动都应该在IETF范嗣内进行。2008年2月ITU-T同意和IETF4建立T-MPLS联合工作组，讨论T-MPLS技术的发展。经过工作组近期的讨论已经达成共识，由双方共同促进T-MPLS和MPLS技术的融合。IETF吸收T-MPLS中的传送技术，将现有MPLS技术改进为MPLS-TP(MPLStransportprofile)，以增强其对传送需求的支持。这意味着ITU-T失去了一些T-MPLS的标准主导权。虽然在OAM等方面MPLS-TP依然将沿用T-MPLS的做法，但是在MPLS-TP的标准化中，一些确认的T-MPLS的观点受到了挑战，具体如下保护：是采用IETF的FRR保护还是原来T-MPLS保护机制；控制平面：T-MPLS原来定义了类似于ASON的独立控制平面来建立和拆除电路，而IETF倾向于采用与MPLS同样的机制来配置和建立电路。IETF更多地是沿用过去行之有效的MPLS的概念。虽然在OAM上承认ITU方面的合理性，但在许多方面都还采用IP/MPLS方面的成果，更多地强调继承性，从某种意义上，更容易与IP/MPLS网络互通，但缺点是在传送功能上着力不够。T-MPLS设备形态，T—MPLS的设备形态目前还没有形成一致的意见。T-MPLS设备交换矩阵的实现方式有几种，包括通用交换矩阵、Cell交换和SwitchFabric等。基于通用交换矩阵的典型产品是阿尔卡特公司推出的1850传送业务交换机(通用交换板可以同时支持TDM和分组交换，支持SD-HVC、分组交叉、ODU交叉，其分组交换部分采用T-MPLS技术实现，并可根据业务需求调整TDM业务与分组业务的比例T-MPLS与MPLS如何实现互联互通目前还没有明确的结论。ITU-T提出了两种互通的方式：一种是MPLS设备在与T-MPLS设备互通的链路上只使用T-MPLS所支持的功能选项，即该链路是一条T-MPLS链路；另外一种是由于T-MPLS可以作为一种通用的分组传送网，采用客户层／服务层的概念，所以由T-MPLS作为服务层网络来承载MPLS客户层。（2）PTB技术，新型以太网PBT(providerbackbonetransport)技术目前正在IEEE进行标准化(IEEE称其为PBB–TE)。为了将以太网技术用于运营商网络，对以太网技术进行了改进和完善，从而产生了PBT技术。PBT采用可管理和具有保护能力的点到点连接以满足运营商对传送网5的需求。采用网管系统而不是STP控制协议进行连接配置，使得网络变得简单而易于管理。PBT建立在已有的以太网标准之上，具有较好的兼容性，可以基于现有以太网交换机实现，这使得PBT具有以太网所具有的广泛应用和低成本特性。PBT基于MACinMAC封装方式，根据“B-VID+B-MAC”进行数据转发，V1D用来识别两点之间的特定通道，不具有全局惟一性，可以有效地扩展用户和运营商的地址空间。PBT主要特征是关闭了MAC地址学习、广播、生成树协议等传统以太网功能，从而避免广播包的泛滥。PBT具有面向连接的特征，通过网络管理系统或控制协议进行连接配置，并可以实现快速保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信级传送网络功能。PBT的路径保护，PBT使用了全局惟一的地址空间，使得连接和转发动作变得简单，而且不易出错。路径的保护可通过分配两个不同的VID实现，一个代表工作路径，一个代表保护路径。通过使用多个VID，可以实现最短路径路由或者区分不同的出错情况并实现保护功能。路径保护的实现是通过源节点改变VID值，同时将数据流切换到预先配置好的保护路径上实现的，节点保护则由离故障节点最近的分叉点转换VID值。由于保护路径和VID值都已经预先配置好，保护转换可以在很短的时间内完成。另外，使用VID鉴别各种不同路径，可以实现对不同路径的实时监控。OAM包的传送路径和数据平面的包传送路径是一致的，在源和目的之间的工作路径上传送。转发信息依靠网管/控制平面直接提供，提供预先指定的通道，很容易实现带宽预留和小于50his的保护倒换时间，同时可以避免出现转发环路，实现网络的可控、可管。PBT设备实现，从结构上看，IP/MPLS需要在每个设备上终结3层网络（链路层、IP层和MPLS层），而PBT只需终结l层网络（以太网），因此，PBT网络的建设和运营成本要低于IP/MPLS网络。从理论上讲，对现有的以太网交换机进行升级改造就可以实现PBT。三．PTN关键技术1．PWE3（端到端的伪线仿真），一种业务仿真机制，希望以尽量少的功能，6按照给定业务的要求仿真线路。如图1所示。图1伪线表示端到端的连接，通过Tunnel隧道承载；PTN内部网络不可见伪线；本地数据报表现为伪线端业务(PWES)，经封装为PWPDU之后传送；边缘设备PE执行端业务的封装/解封装；客户设备CE感觉不到核心网络的存在,认为处理的业务都是本地业务。2．多业务统一承载，TDMtoPWE3：支持透传模式和净荷提取模式。在透传模式下，不感知TDM业务结构，将TDM业务视作速率恒定的比特流，以字节为单位进行TDM业务的透传；对于净荷提取模式感知TDM业务的帧结构/定帧方式/时隙信息等，将TDM净荷取出后再顺序装入分组报文净荷传送。ATMtoPWE3：支持单/多信元封装，多信元封装会增加网络时延，需要结合网络环境和业务要求综合考虑。EthernettoPWE3：支持无控制字的方式和有控制字的传送方式。3．端到端层次化OAM，如图2所示。图2PWE3模块PE1PE2CE1CE2伪线仿真业务Tunnel伪线（PW）PTN网络PWE3模块IEEE802.3ahAccessLinkOAMIEEE802.1agserviceLayerOAMITUG.8114/Y.1373LSPPWSectionBSC/RNCNodeBBTSSR/BRASMSC/