IP化移動回傳網(wǎng)的挑戰(zhàn)與PTN技術(shù)的特點應(yīng)用介紹

隨著移動通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，3G/LTE已從紙面標(biāo)準(zhǔn)走向現(xiàn)實。移動通信技術(shù)的發(fā)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(shù)的發(fā)展也對移動回傳網(wǎng)提出了一些新的挑戰(zhàn)。

當(dāng)今電信業(yè)務(wù)全面IP化的趨勢同樣體現(xiàn)在移動通信領(lǐng)域，移動通信業(yè)務(wù)正由以時分復(fù)用（TDM）為內(nèi)核的語音業(yè)務(wù)向IP化業(yè)務(wù)為內(nèi)核的語音、數(shù)據(jù)等多樣業(yè)務(wù)類型轉(zhuǎn)變。隨著3G網(wǎng)絡(luò)IP化的不斷推進、移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的深入開展，用戶對3G移動回傳網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)感知、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、統(tǒng)計復(fù)用效率的要求越來越高。另一方面，隨著3G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)接口由E1接口向FE接口變化，業(yè)務(wù)接口帶寬也出現(xiàn)迅猛增長，在未來長期演進（LTE）基站甚至?xí)霈F(xiàn)1 000 Mbit/s的GE接口。

圖1所示為移動通信技術(shù)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(wǎng)帶寬的激增。帶寬激增的壓力導(dǎo)致移動回傳網(wǎng)必須提高傳輸效率從而降低網(wǎng)絡(luò)成本。

2G時代移動回傳網(wǎng)的主導(dǎo)技術(shù)同步數(shù)字體系/多業(yè)務(wù)傳送平臺（SDH/MSTP）主要是為匯聚和高效傳送時分復(fù)用（TDM）電路業(yè)務(wù)而設(shè)計。MSTP最初就是為了解決IP業(yè)務(wù)在傳送網(wǎng)的承載問題。遺憾的是這種改進并不徹底，其IP化主要體現(xiàn)在用戶接口，內(nèi)核卻仍然是TDM電路交換，采用剛性管道承載分組業(yè)務(wù)。這就使得MSTP在承載傳送包長可變、流量突發(fā)的IP、以太網(wǎng)等分組化業(yè)務(wù)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(shù)，在移動通信發(fā)展到3G/LTE階段后已逐漸不再適應(yīng)，并將制約今后移動業(yè)務(wù)的發(fā)展。在這種背景下，融合了分組技術(shù)及SDH技術(shù)的分組傳送網(wǎng)（PTN）應(yīng)運而生。

1 PTN技術(shù)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(wǎng)既要具備高效統(tǒng)計復(fù)用、靈活感知業(yè)務(wù)特性及差異化服務(wù)質(zhì)量（QoS）等分組技術(shù)的傳統(tǒng)能力；同時作為電信級業(yè)務(wù)的承載體，端到端業(yè)務(wù)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(wǎng)希望能繼承的"優(yōu)秀革命傳統(tǒng)".那么有沒有一種技術(shù)能兼具兩方面的優(yōu)勢呢？答案就是PTN.

PTN是一種以面向連接的分組技術(shù)為內(nèi)核，同時具備端到端的業(yè)務(wù)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(wǎng)業(yè)務(wù)為主，兼容TDM、ATM等業(yè)務(wù)的綜合傳送技術(shù)。

PTN分組內(nèi)核提供了統(tǒng)計復(fù)用能力強大的彈性管道，帶寬利用率高，更適應(yīng)分組業(yè)務(wù)突發(fā)性強的特點。PTN同時繼承了類似SDH的傳輸網(wǎng)絡(luò)特性、強大的OAM及電信級保護能力、圖形化界面網(wǎng)管能力，可以帶給用戶與移動回傳網(wǎng)一脈相承的體驗[1].

目前PTN有兩大類技術(shù)選擇：多協(xié)議標(biāo)簽交換傳送應(yīng)用（MPLS-TP）[2]及運營商骨干橋接-流量工程（PBB-TE）。前者是核心網(wǎng)技術(shù)的向下延伸，使用基于IP核心網(wǎng)多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）技術(shù)，簡化了復(fù)雜的控制協(xié)議，簡化了傳送平面；在MPLS基礎(chǔ)上去除了倒數(shù)第二跳（PHP）、標(biāo)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(tǒng)計復(fù)用功能。后者則是局域網(wǎng)技術(shù)的向上擴展，基于IEEE 802.1ah的MAC-in-MAC[3]技術(shù)，關(guān)閉了運營商媒體訪問控制（MAC）地址自學(xué)習(xí)功能，增加了網(wǎng)管管理和網(wǎng)絡(luò)控制的配置，形成面向連接的分組傳送技術(shù)。目前MPLS-TP已成為事實上的主流選擇。

目前MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)主要由兩大國際標(biāo)準(zhǔn)組織ITU-T及IETF主導(dǎo)。兩大標(biāo)準(zhǔn)組織自2008年2月份成立聯(lián)合工作組（JWT）至今，MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)已取得長足的發(fā)展，截止2009年2月底已有5篇RFC、2篇建議標(biāo)準(zhǔn)文檔以及13篇工作組草案文檔，預(yù)計在2011年將完成各關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。

2 PTN應(yīng)用于移動回傳網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

PTN作為具有分組和傳送雙重屬性的綜合傳送網(wǎng)技術(shù)，目前已成為3G/LTE時代IP化移動回傳網(wǎng)的主流解決方案。這在很大程度上得力于以下各項關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

2.1 端到端偽線仿真技術(shù)

盡管3G發(fā)展勢頭非常迅猛，但在很長一段時間內(nèi)傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)仍將是電信運營商豐厚利潤的，所以PTN必須具備多業(yè)務(wù)承載能力。端到端偽線仿真（PWE3）技術(shù)即是為滿足這一需求而出現(xiàn)的。MPLS-TP采用PWE3的電路仿真技術(shù)來適配所有類型的客戶業(yè)務(wù)，包括以太網(wǎng)、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(yè)務(wù)仿真機制，其技術(shù)實質(zhì)是將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)屬性，以達到業(yè)務(wù)仿真的目的[4].

PTN網(wǎng)絡(luò)中端到端的業(yè)務(wù)如圖2所示。PWE3要求在包交換網(wǎng)絡(luò)（PSN）的隧道中建立與維護偽線（PW），在運營商邊緣設(shè)備（PE）使用PW封裝傳送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并盡可能真實地保持業(yè)務(wù)本身具有的屬性和特征。對于客戶設(shè)備而言，PW表現(xiàn)為特定業(yè)務(wù)獨占的一條鏈路或電路，稱之為虛電路?？蛻粼O(shè)備（CE）感覺不到核心網(wǎng)絡(luò)的存在，認為處理的業(yè)務(wù)都是本地業(yè)務(wù)。

2.2 QoS技術(shù)

在以SDH技術(shù)為主的移動回傳網(wǎng)中，為業(yè)務(wù)提供的是獨占的剛性傳輸管道，雖然保證了傳輸?shù)母呖煽啃裕诹硪粋€角度來說對不同特質(zhì)的業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)和普通上網(wǎng)業(yè)務(wù)而言，兩者對網(wǎng)絡(luò)的傳輸要求就截然不同。PTN則可以感知業(yè)務(wù)特性并提供恰到好處的服務(wù)，做到按需分配，各得其所。給不同要求的業(yè)務(wù)流提供恰到好處的服務(wù)才是對電信運營商而言最為經(jīng)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(shù)

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(wǎng)絡(luò)的故障進行快速定位，而且還可以檢測出網(wǎng)絡(luò)的性能，包括丟包率、時延等等。

ITU-T為T-MPLS規(guī)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(biāo)簽報文。為了區(qū)分OAM信令報文和用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)報文，定義了一個特殊的標(biāo)簽：14,通過這個標(biāo)簽來標(biāo)志OAM信令報文。通過定義一系列的OAM協(xié)議報文，G.8114實現(xiàn)了豐富多樣的OAM功能。

PTN網(wǎng)絡(luò)的全程電信級保護功能如圖4所示。PTN網(wǎng)絡(luò)支持全面的接入鏈路保護、網(wǎng)絡(luò)級保護及設(shè)備級保護功能。各種保護各有優(yōu)缺點，各自適用于不同的場景。環(huán)網(wǎng)保護[7]針對特定的拓撲形式（環(huán)狀拓撲）有較高的保護效率；線性保護則對于拓撲形式?jīng)]有要求，在固定的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用中，則經(jīng)常需要結(jié)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(xiàn)對業(yè)務(wù)的電信級保護。

OAM與保護在應(yīng)用上密不可分，通過OAM機制實現(xiàn)的快速、及時的故障檢測是實現(xiàn)電信級保護的前提。與PTN保護機制相關(guān)的OAM分為3種類型：告警相關(guān)OAM、性能相關(guān)OAM和通信信道OAM.

2.4 同步技術(shù)

移動通信技術(shù)的發(fā)展對移動回傳網(wǎng)提出了時間同步的要求。ITU-T、IEEE等國際標(biāo)準(zhǔn)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(shù)采用主從時鐘方案，對時間進行編碼傳送，利用網(wǎng)絡(luò)鏈路的對稱性和延時測量技術(shù)，實現(xiàn)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(yè)界首創(chuàng)了以同步以太網(wǎng)[9]為基礎(chǔ)的IEEE1588V2時間傳遞技術(shù)，其核心思想是建立時鐘時間分離且高度可控的網(wǎng)絡(luò)，排除了不可預(yù)知的風(fēng)險。

通過物理層的同步以太網(wǎng)實現(xiàn)節(jié)點間的頻率同步，可以在在保證頻率準(zhǔn)確度的條件下，將相位控制到一定的范圍之內(nèi)，而1588協(xié)議本身只用于相位的微調(diào)和時間傳遞。在這種條件下組成的時鐘專線網(wǎng)，是面向連接嚴(yán)格可控的點對點網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)負載機流量無關(guān)。

3 PTN與其他承載網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

3.1 PTN與MSTP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

在2G時代，SDH/MSTP為移動業(yè)務(wù)提供了穩(wěn)定、可靠的傳輸，并已形成龐大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。在3G/LTE發(fā)展起來之后，引入PTN建網(wǎng)時，如何處理與現(xiàn)有MSTP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系是必須要考慮的問題。綜合考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜度、建設(shè)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(wǎng)絡(luò)投資較大，但優(yōu)點也很明顯。一方面原有2G業(yè)務(wù)繼續(xù)通過MSTP承載，在3G建設(shè)階段避免業(yè)務(wù)調(diào)整對2G業(yè)務(wù)的影響；另一方面也可以很好地保障3G基站的業(yè)務(wù)發(fā)展以及后續(xù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬需求，并能很好地支持將來移動網(wǎng)絡(luò)向LTE的演進。這樣不僅移動回傳網(wǎng)結(jié)構(gòu)清晰，也為長期規(guī)劃、管理和維護提供了方便。

當(dāng)然，作為補充解決方案，在局部區(qū)域也可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)MSTP資源的富余情況，考慮PTN與MSTP混合組網(wǎng)。根據(jù)原有MSTP網(wǎng)絡(luò)接入或匯聚層的帶寬壓力選擇在某一層次率先引入PTN設(shè)備，一方面可滿足跨域調(diào)度需求，同時運營商還能以較小的成本投入為PTN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃及運維管理積累經(jīng)驗。

總之，2G網(wǎng)絡(luò)在相當(dāng)一段時間內(nèi)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(nèi)長期共存，共同維護。長期來看，當(dāng)移動通信網(wǎng)絡(luò)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(qū)域。

3.2 PTN與WDM/OTN的關(guān)系

IP over WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)基于波長或ODUk交換內(nèi)核實現(xiàn)大顆粒業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度與保護。在城域網(wǎng)建設(shè)中，IP over WDM/OTN適合應(yīng)用在核心層，為核心網(wǎng)元提供大顆粒業(yè)務(wù)的組網(wǎng)、調(diào)度及保護。在移動回傳業(yè)務(wù)承載中，在大型城域網(wǎng)中?？刹捎肞TN+WDM/OTN的組網(wǎng)模式。接入/匯聚層采用PTN組網(wǎng)，向上通過IP over WDM/OTN將業(yè)務(wù)調(diào)度至所屬無線網(wǎng)絡(luò)控制器（RNC）機房的PTN核心落地層。與PTN配合組網(wǎng)極大地簡化了核心層節(jié)點與匯聚層骨干節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)組建。一方面在業(yè)務(wù)歸屬調(diào)整時可方便的實現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活調(diào)度，另一方面核心層節(jié)點只與所屬RNC機房相連，避免了純PTN組網(wǎng)中，因某節(jié)點業(yè)務(wù)容量升級而引起的環(huán)路上所有節(jié)點設(shè)備必須同時升級的情況，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)投資。WDM/OTN為PTN業(yè)務(wù)提供靈活調(diào)度組網(wǎng)圖如圖5所示。

3.3 PTN與城域以太網(wǎng)的關(guān)系

在城域網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中，根據(jù)所承載業(yè)務(wù)性質(zhì)的不同，一般采用相對獨立的建網(wǎng)思路，即分別建設(shè)移動回傳網(wǎng)高價值平面和寬帶用戶接入網(wǎng)低價值平面兩個平面。PTN以承載移動回傳業(yè)務(wù)及集團大客戶等高價值業(yè)務(wù)為主；而公眾寬帶上網(wǎng)及普通大客戶等低價值業(yè)務(wù)則可通過無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）接入，繼而通過城域以太網(wǎng)與業(yè)務(wù)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(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和移動回傳等重要業(yè)務(wù)可規(guī)劃性不同，可靠性要求也不同，共平面承載將大大增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性；而互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)所需帶寬一般遠大于移動回傳業(yè)務(wù)，如果融合將導(dǎo)致城域網(wǎng)接入設(shè)備需要采用大容量、高可靠性技術(shù)，也增加了不必要的成本。

寬帶業(yè)務(wù)調(diào)整較為頻繁，與移動回程業(yè)務(wù)共平面?zhèn)鬏斢锌赡軙绊懸苿訕I(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。如果顧及移動業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性又不利于快速響應(yīng)寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，兩者存在矛盾。

共平面承載開放的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及移動回傳等重要業(yè)務(wù)，不可避免地存在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險。

4 PTN工程應(yīng)用案例

中興通訊PTN產(chǎn)品依托公司強大的研發(fā)實力及資金投入，各方面功能性能優(yōu)異，能提供業(yè)界最全的產(chǎn)品系列，且在各種測試中表現(xiàn)出色，取得了2009年中國移動集采綜合排名第一的優(yōu)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(xiàn)網(wǎng)測試及TD Iub口IP化測試。在深圳移動現(xiàn)網(wǎng)對PTN的多業(yè)務(wù)承載能力、QoS、OAM、時間同步及網(wǎng)絡(luò)生存性均進行了嚴(yán)格、全面的測試，結(jié)果表明中興通訊的PTN產(chǎn)品在承載TD-SCDMA IP化Iub口時各業(yè)務(wù)指標(biāo)、傳輸質(zhì)量均符合要求。在后續(xù)對比測試中某些指標(biāo)還優(yōu)于MSTP產(chǎn)品，完全滿足中國移動TD無線業(yè)務(wù)要求。

隨著中國移動傳送網(wǎng)IP化實際工程的推進，目前中興通訊已經(jīng)服務(wù)于20余省的PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

5 結(jié)束語

業(yè)務(wù)的需求是推動PTN技術(shù)發(fā)展的主要動力。移動業(yè)務(wù)從2G向3G、HSPA+及LTE的演進，除了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)IP化的需求，還對同步、網(wǎng)絡(luò)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(yīng)運而生。我們相信，隨著PTN產(chǎn)業(yè)鏈的進一步發(fā)展成熟，其技術(shù)與成本優(yōu)勢將更加明顯，必將成為移動回傳等高價值業(yè)務(wù)的主流承載平臺。同時，PTN的引入及發(fā)展壯大也必將反作用于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，將進一步促進IP化業(yè)務(wù)的高速增長。