电信级分组传送网技术介绍与分析

郝田　张亮

【摘 要】近年来，PTN技术作为电信级分组传送网络的核心技术，正越来越多的得到广泛应用。本文介绍了PTN技术的发展背景和由来，并对PTN的技术体制、关键技术进行了分析，对其技术发展趋势进行了探讨。

【关键词】 PTN网络；网络保护；网络同步；分组光网络

1. PTN技术起源

通信业务日益向IP化的方向发展，各种新型业务如视频点播、IPTV、VPN等不断涌现，由于传统的SDH/MSTP网络在传送突发性强的IP业务时，无法高效的承载满足这些业务的需求，PTN技术因此应运而生。

2. PTN网络技术

2.1. 技术体制

PTN的最初设想是用一个有连接的、支持类似SDH端到端性能管理的网络，来满足运营商网络向下一代分组网络平滑演进的需求。业界对IEEE 802.1系列的二层以太网技术和ITU-T G.8110系列的MPLS技术分别进行改良，形成了PBB-TE（PBT）和MPLS-TP两大主流技术体制。

PBB-TE（PBT）技术：是一种面向连接的具有电信网络特征的以太网技术，在MAC-in-MAC技术的基础上，关闭MAC自学习功能、广播、生成树协议等传统以太网功能，使用运营商MAC（Provider MAC）加上VLAN ID进行业务的转发，具有面向连接的特征，实现电信级网络所需的保护倒换、QoS等功能。

MPLS-TP技术：在MPLS技术的基础上，简化了MPLS技术的数据平面，去掉不必要的转发处理，是网络具备面向连接的特征，增加了类似SDH的网络保护功能，提供低于50ms的恢复时间，提供分级、分段的电路级OAM等功能。

目前由ITU-T和IETF主导的MPLS-TP技术在标准制定方面走在前面，使MPLS-TP技术成为PTN的主流技术

2.2. PTN主要关键技术原理

2.2.1. 网络内保护

网络内保护分为线性保护和环网保护两类。

线性保护是指在工作路径失效后，线性保护会自动切换至保护路径实现业务端到端的保护过程，线性保护按照保护路径的不同的又可分为1+1、1：1、1：N。

环网保护分为Wrapping保护 和Steering保护两种。其中Wrapping保护类似于SDH的复用段保护，它只在受故障影响的相邻两个节点执行保护动作，让所有业务通过环网的保护带宽绕开故障点，然后在故障点的另一端返回工作带宽。Steering保护与此相反，所有网元都需要判断它的业务连接是否受到故障点的影响，如果受损，则本地上环的业务就近桥接到保护带宽，业务的目的端也就近倒换到保护带宽上。

线性保护和环网保护是网络内保护的重要方式，根据组网环境的不同选择不同的保护方式，可以有效保障业务通信的可靠性，两者也可以互相补充，一般在环网架构下，首选环网保护，针对特别重要的业务也可以另行配置线性保护，双重保护通过 Hold-off机制协同动作，可以为业务提供更可靠的服务。

2.2.2. 同步技术

PTN网络中常采用的同步技术有同步以太网技术和IEEE 1588技术。

同步以太网技术是基于物理层的以太网链路码流恢复时钟的技术，其原理是在发送侧将高精度时钟注入以太网接口的物理层（PHY）芯片，PHY芯片利用高精度的时钟将数据发送出去，接收侧的PHY芯片将时钟恢复出来，然后判断各个接口上报的时钟质量，从其中选择一个精度最高的，将系统时钟与其同步，为了正确选源，在传递时钟信息的同时，通过构造专用的SSM报文的方式通告下游设备时钟质量信息，从而实现全网的频率同步。

IEEE 1588技术本质上是主从同步系统，通过采用主从时钟方式，对时间进行信息编码，这样可以记录同步时钟信息的发出时间和接收时间，并且给每一条信息加上时间戳，接收方就可以通过时间记录计算出传输时网络中的延时和主从时钟的偏移量，从而修正从设备时钟，使之与主时钟同步。

在标准中规定IEEE 1588能够支持频率和时间同步，但在实际实现时由于采用软件层面的算法，在来回传递报文时，频率同步收敛性不好，而且报文经过复杂的数据网络，抖动和非对称性的不可控导致从IEEE 1588报文中恢复的频率和时间精确度难以保证。所以IEEE 1588主要面向时间的同步要求，同步以太网主要面向时钟频率的同步要求，一般将二者结合在一起，共同实现PTN全网同步

2.2.3. 三层功能

PTN作为承载网络，支持IP数据业务的接入及承载，需要支持三层功能以满足IP业务的路由及转发，目前普遍采用PTN核心层开启三层功能，接入汇聚层采用PTN 隧道技术来实现，如下图所示。

PTN接入汇聚层设备通过PTN隧道技术，将来自CE的IP数据接入到PTN核心层，PTN核心层节点内部实现隧道的终结，识别IP报文，根据IP报文的目的地址及接口信息，完成L2到L3 VRF的桥接功能，查找VRF路由表或者IP路由表进行报文的路由转发处理（直接转发到实际物理端口或添加VRF标签），PTN核心层支持多个虚拟路由转发实例能力，即可以提供多个VRF，不同VRF之间的路由转发表项逻辑隔离；PTN核心层节点间路由学习可通过静态或动态方式；静态方式是通过网管静态配置路由转发表，动态方式是通过MP-BGP路由协议来动态发布和学习路由（适用于VPN路由方式）。

3. 网络技术发展分析

业务需求永远是技术发展的驱动力，PTN的一项重要使命是为了应对即将到来的TD-LTE网络，作为一种新的网络架构，LTE单站网络流量对带宽开销很大，网络层次趋于网状，这将推动着PTN技术朝着更高带宽、更加智能、技术融合的方向发展。

3.1. 更高带宽

随着移动互联网时代的到来，数据业务在整个网络流量中的比重越来越高逐渐占据主导，承载网络需要具备带宽可扩展以及网络可持续性增长。

由于PTN内核基于分组传输，因此选用以太网承载效率最高，但是以太网最高传输速率远远小于光纤的传输容量（80波×40G）3.2T，在有更高传输带宽要求的场合下，PTN和光网络技术融合将是最好的选择即POTN（PTN+OTN），也是未来技术发展最重要的方向之一。

3.2. 更加智能

PTN是基于面向连接的技术，采用以静态配置为主的方式建立连接，网络的连接数与网络节点数的平方成正比。通过引入智能控制平面技术可以极大地增强PTN网络对承载业务的保护并同时增加对网络带宽的使用效率。能以一种极具性价比的方式为运营商提供一个高可靠的PTN网络。

3.3. 技术融合

网络技术的发展最终是受业务驱动影响，PTN技术也不例外，PTN发展历程较为短暂，尚存在许多问题，必须吸收其他先进技术不断完善以满足业务需求，未来的PTN将逐步在逐步融合吸收OTN、IP/MPLS等技术特征同时，改造光传送层向未来的分组光传送网（P-OTN）发展，通过引入ASON智能控制平面，为用户提供更智能化、全分组化的服务，以提供更高的带宽和更加灵活的网络应用。

4. 结束语

技术的发展，业务需求是推动力，市场是牵引力。PTN网络技术必须不断融合先进的网络技术，才能保持足够的竞争力和先进性，不管如何发展分组光传送网（P-OTN）必将是后续技术演进的趋势。