PTN网络技术的原理及分析

　　近年来，PTN网络技术正越来越多的得到广泛应用。下面小编为大家搜索整理了关于PTN网络技术的原理及分析，欢迎参考阅读，希望对大家有所帮助!

　　PTN网络技术的原理及分析1

　　一、PTN网络技术现状

　　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，来满足网络从当前向下一代平滑演进的能力，满足IP类业务的高带宽需求，出于这个目的，业界分别从IEEE 802.1系列的二层以太网技术和ITU-T 6.8110系列的三层IP交换技术分别进行改良，形成了PBB-TE(PBT)和MPLS-TP两大主流技术体制。

　　2、标准情况

　　PTN的技术标准分别由三大组织共同制订：

　　①IEEE主导以太网技术，重点关注增强以太网如PBB、PBB-TE;

　　②IETF主导开发IP/MPLS协议，重点关注MPLS-TP、PWE3;

　　③ITU-T曾主导开发T-MPLS， 目前重点关注MPLS-TP G.8110.1系列， EOT G.8010 系列，集中在框架和需求制订。

　　MPLS-TP技术的前身是传送—多协议标签交换(T-MPLS)，ITU-T自2005年开始开发T-MPLS技术标准，已开发出包括体系架构、设备、保护倒换和操作管理维护(OAM)的一整套标准，从2008年4月开始，ITU-T和IETF正式合作开发MPLS-TP标准，IETF主导协议开发，ITU-T负责传送需求。

　　截至目前PTN的相关技术标准仍在不断完善中，目前已批准公布的标准有：G.8110.1v1MPLS-TP 层网络架构;G.7712DCN 网络架构和规范;G.8101v1MPLS-TP 术语和定义;G.8113MPLS-TP 层网络OAM 机制(分为传送网、IP/MPLS 两种应用场景);G.8121MPLS-TP 设备功能特性;G.8112MPLS-TP 网络接口;G.8151MPLS-TP 网元管理规范;G.8131MPLS-TP 线性保护;G.8132MPLS-TP 环网保护;G.8121am1 G.8121的增补1;G.8152MPLS-TP 网元信息管理模型。

　　近年来，我国在基于MPLS-TP的PTN标准研制和产业应用方面已处于国际前列。中国通信标准化协会(CCSA)TC6已积极组织会员开展了PTN的通信行业标准制定工作，截至2023年12月，CCSA(中国通信标准化协会)已发布的标准有：分组传送网PTN总体技术要求;分组传送网PTN设备技术要求;分组传送网PTN测试方法;分组传送网(PTN)互通技术要求。

　　总的来说，MPLS-TP 的数据平面、管理平面和OAM 方面的需求和框架标准相对成熟稳定，控制平面的草案在研究开发之中，目前MPLS-TP 标准的主要分歧在OAM 和保护方面，已分化为以PTN 和IP/MPLS扩展为代表的两种技术方案，实际上是传送和数据两个产业利益矛盾在国际标准上的突出体现，最终以OAM的两种方案均列入标准，标准化工作才得以顺利推动。

　　二、PTN主要关键技术原理及分析

　　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，几种方式优缺点见下表：

　　PTN技术标准定义了两种环网保护机制：Wrapping 和Steering 。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、同步技术

　　同步包含频率同步和时间同步两个概念。

　　2.1 同步以太网

　　PTN网络中一般采用同步以太网技术实现频率同步。

　　同步以太网技术是基于物理层的同步技术，主要是以太网链路码流恢复时钟的技术。以太网通过物理层芯片从串行数据流中恢复出发送端的时钟，在发送侧将高精度时钟灌入以太网物理层(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息的同时，也要将时钟质量等级信息上报。同步以太网接口就通过以太网同步消息信道(ESMC)传递专有的携带时钟信息的同步状态信息(SSM)报文，来告知下游设备，从而实现全网同步。

　　2.2 IEEE 1588 V2技术

　　随着PTN技术在移动回传等网络中的应用，应用环境提出了更为精确的时间同步要求，例如CDMA2000中要求时钟频率在0.05ppm，时间同步要求为3us，TD-SCDMA中时间同步要求为1.5us.

　　目前PTN网络中广泛采用IEEE 1588技术实现时间同步，IEEE 1588 V2标准的全称是“网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准”简称为精确定时协议(PTP)。

　　PTP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。 　　虽然PTP支持频率和时间同步，但是由于IEEE 1588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。

　　2.3三层功能

　　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，如图1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。

　　三、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。

　　1、更高的带宽

　　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。

　　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。规模越大，连接数量越多，开通和维护连接的工作量也越大，为此需要引入智能控制平面技术。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强壮并高可靠的网格化PTN网络。

　　3、网络技术的融合

　　技术的发展是在不断融合不断更替，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。

　　PTN网络技术的原理及分析2

　　一、什么是PTN

　　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技术主要是为IP分组业务而设计，也就是以太网业务，同时也能支持其他的传统业务，比如我们当前的ATM、TDM等业务。PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；具备丰富的保护方式，遇到网络故障时能够实现基于50ms的电信级业务保护倒换，实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、管理和维护机制（OAM），具有点对点连接的完美OAM体系，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。

　　另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN）。总之，它具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。

　　二、PTN标准发展历程

　　承载网技术的发展是受外部需求的发展而不断演进的，从最初采用的PDH/SDH到MSTP（基于SDH的多业务传送平台），再到的PTN。同时随着需求的进一步深化，PTN的标准也在不断的发展。

　　PTN提出了一种承载网的传输方式，但是具体可以通过不同的技术加以实现，在PTN技术标准的制动中，国际三个组织曾经各自推出了自己的标准。

　　IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）：电气和电子工程师协会，致力于电气、电子、计算机工程和与科学有关的领域的开发和研究

　　IETF（InternetEngineeringTaskForce）：互联网工程任务组，成立于1985年底，是全球互联网最具权威的技术标准化组织，主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定，当前绝大多数国际互联网技术标准出自IETF。

　　ITU（InternationalTelecommunicationUnion）：国际电信联盟，保持和发展国际合作，促进各种电信业务的研发和合理使用；促使电信设施的更新和最有效的利用，提高电信服务的效率，增加利用率和尽可能达到大众化、普遍化；协调各国工作，达到共同目的，这些工作可分为电信标准化、无线电通信规范和电信发展3个部分。

　　IEEE提出了PBB/PBB-TE（运营商骨干桥接），但是由于当前支持的厂商和运营商越来越少，国内已基本上将PTN和ITU-T、IETF共同推出的MPLS-TP画上了等号。

　　在PTN标准制定过程中，IETF倾向是竟可能重用现有MPLS机制，而ITU则希望继承现有的SDH等传送网技术的特点，通过网管进行业务指配，不依赖于IP转发等。ITU-T提出T-MPLS的初衷是扩展IETFMPLS的功能子集用于满足传送网络的面向连接的需求（如OAM、保护等）。随后IETF发现这些扩展与现有MPLS。

　　标准不兼容，最终ITU-T和IETF决定成立联合工作组（JWT）重新评估T-MPLS的需求，在综合考虑各方面因素后得出MPLS-TP标准。

　　通过对比我们可以看出，MPLS-TP结合了T-MPLS在传统传输上注重OAM和保护的特点，同时也注重同IP/MPLS网络的互通设计，更好的支持与运营商的IP/MPLS核心网互通。

　　MPLS-TP是一种面向连接的分组交换网络技术

　　--利用MPLS标签交换路径，省去MPLS信令和IP复杂功能

　　--支持多业务承载，独立于客户层和控制面，并可运行于各种物理层技术

　　--具有强大的传送能力（QoS、OAM和可靠性等）

　　MPLS-TP可以看做是MPLS的一个子集，去掉了无连接基于IP的转发，增加端到端的OAM功能。可以用一个简单公式表述：MPLS-TP=MPLS+OAM–IP

　　OAM和保护是传送网的核心特征，PTN技术涉及传送和数据技术，体现了传送领域和数据领域竞争融合的发展趋势。

　　三、PTN技术的特点

　　1、提供QoS保证：PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道。

　　2、可靠性：点对点连接通道的保护切换可以在50毫秒内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复。

　　3、电信级的维护管理：继承了SDH技术的操作、管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA（Service-LevelAgreement服务等级协议）等优点。

　　4、可扩展性：完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN）。

　　5、安全性：具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性；在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的生存性。

　　6、标准化：统一的机构领导制定标准，便于不同厂商设备的互联互通。

　　四、PTN的主要关键技术

　　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，按照给定业务的要求仿真线路，客户设备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

　　基于硬件处理的OAM功能；实现分层的网络故障自动检测，保护倒换，性能监控，故障定位，信号的完整性等功能；业务的端到端管理，和级联监控支持连续和按需的OAM。

　　4．智能感知业务

　　业务感知有助于根据不同的业务优先级采用合适的调度方式。

　　对于ATM业务，业务感知基于信元VPI/VCI标识映射到不同伪线处理，优先级（含丢弃优先级）可以映射到伪线的EXP字段；对于以太网业务，业务感知可基于外层VLANID或IPDSCP；对时延敏感性较高的TDME1实时业务按固定速率的快速转发处理。

　　5．端到端QoS设计

　　网络入口：在用户侧通过H-QOS提供精细的差异化服务质量，识别用户业务，进行接入控制；在网络侧将业务的.优先级映射到隧道的优先级；转发节点：根据隧道优先级进行调度，采用PQ、PQ+WFQ等方式进行；网络出口：弹出隧道层标签，还原业务自身携带的QOS信息。

　　6．全程电信级保护机制

　　五、PTN应用展望解析

　　1、国内PTN测试情况

　　（1）中国移动测试情况

　　中国移动在2008—2009年先后组织了3轮PTN技术测试，测试内容包括全业务支持、管理维护、时钟、压力测试、设备与网络安全等，测试厂家包括烽火、华为、中兴、阿朗、泰乐和UT等。

　　第一轮：2008年8～9月，由工业和信息化部电信传输研究所主持对PTN技术与产品的摸底测试，包括全业务支持，OAM，QoS，保护倒换，同步等详细内容;2008年10月，PTN与MSTP和路由器互通测试;2008年11月，PTN与2G/3G基站互通测试。

　　第二轮：2009年3月中旬～4月底，为现网测试。又可分为两个阶段，第一阶段是验证各种分组城域网技术在单厂家组网方式下的可行性和差异性，重点验证现网复杂环境下，网络承载实际基站业务和全业务的能力，以及网络的运营和管理维护能力，并为下一步网络演进和部署提供组网思路和方案，为今后中国移动城域传送网的建设提供依据;第二阶段主要验证多厂家互联互通以及多技术混合组网的可行性。

　　第三轮：2009年5～6月，各厂家PTN互联互通测试。2009年9月，中国移动进行PTN集采前选型测试，增加满配置LSP数量下压力测试、双归保护等部分项目及功耗测试;2009年10月，中国移动进行PTN与基站时间同步互通测试;2009年12月，中国移动进行时间同步互通测试。

　　2023年5月，中国移动组织了2023年PTN设备集采测试。

　　（2）中国电信测试情况

　　2009年7～8月，中国电信组织了PTN测试，测试内容包括全业务支持，OAM，QoS，保护倒换，同步等详细内容，参测厂家为烽火、华为、中兴、阿朗和UT等;2009年10月～2023年1月，进行现网试点。

　　（3）中国联通测试情况

　　2009年11～12月，中国联通第一阶段测试;2023年1月，第二阶段测试;2023年4月，重启互联互通测试。参测厂家为烽火、华为、中兴、阿朗和UT等。

　　中国联通测试包括功能与性能测试、互通与业务场景测试等两大部分。其中，前者包括业务承载，业务性能，标签处理能力，网络保护，QoS功能，OAM功能，设备能力，分组时钟功能，网管，控制平面功能测试共10个部分的内容;后者包括PTN设备互通测试，PTN与MSTP设备互通测试，PTN与IP数据设备互通组网测试，PTN与WCDMA网络互通组网测试方案，PTN综合业务承载测试方案共5个部分。

　　（4）烽火通信PTN系列产品参测情况

　　烽火通信CiTRANS全系列PTN产品参加了以上各运营商组织的全部测试，功能和性能均满足要求，并在各测试中表现优异，获得各运营商广泛认可。

　　2、PTN国内现网应用情况

　　（1）中国移动

　　大型本地或城域承载网典型组网所示：3G基站业务通过FE光/电口接入PTN接入环，通常PTN接入环以GE速率组网。在有条件的网络中，GE接入环通常以双节点与汇聚环跨接，汇聚环以GE/10GE接口通过核心/骨干层的OTN透传到核心层PTN设备。核心层设备以GE光接口与RNC对接，实现基站到RNC的回传承载。

　　大型本地或城域承载网组网示意图

　　这种组网方式可使用全程LSP1+1/1:1端到端保护，类似MSTP的全程通道保护方式，实现承载网全网的网络保护。核心/骨干层PTN设备和RNC间也可通过双归保护实现PTN与RNC对接的保护。3G和专线业务通过PTN接入设备上的FE光/电接口直接接入PTN网络;2M或STN-1等业务则通过PTN接入设备上的仿真盘接入PTN网络。

　　在小型的本地或城域承载网中，也可以没有核心/骨干层的OTN设备，PTN汇聚环直接和核心层PTN对接。

　　（2）中国电信和中国联通

　　中国电信、中国联通在积极组织测试的同时，也已在各地积极推进试商用，都是以PTN承载3G和专线业务等。

　　图2所示为PTN设备用于中国电信或中国联通同时承载基站回传和固定接入业务时的组网示意图，由图可见，PTN设备可同时接入基站E1电路，基站FE电路，AG业务，OLT语音业务，网吧基础数据业务和客户专线业务等，可以很好地满足中国电信、中国联通现网和后续网络发展的需要。

　　基站回传、固定接入并重的全业务承载网示意图

　　3、PTN应用中的热点问题

　　（1）时间同步

　　PTN网络中，目前均采用IEEE1588v2实现时间同步。IEEE1588v2定义了3种时钟模式：普通时钟OC（OrdinaryClock）、边界时钟BC（BoundaryClock）和透明时钟TC（TransparentClock）。OC通常是网络始端或终端设备，该设备只有一个1588端口，该端口只能作为SLAVE（从端口）或MASTER（主端口）;BC是网络中间节点时钟设备，该设备有多个1588端口，其中一个端口可作为SLAVE，设备系统时钟的频率和时间同步于上一级设备，其他端口作为MASTER，可以实现逐级的时间传递;TC是网络中间节点时钟设备，可分为E2ETC（EndtoEndTC）和P2PTC（PeertoPeerTC）两种。

　　在PTN网络中，IEEE1588v2实现时间同步主要有两种模式，即BC模式和TC模式。但根据测试情况和技术实现复杂度来看，目前更倾向于采用BC（BoundaryClock）模式，烽火公司PTN系列产品默认支持BC模式，在各运营商组织的各次测试中性能优异，获得肯定，完全满足3G对时间同步的需求。

　　（2）网络保护

　　PTN网络支持的保护方式具体如下：

　　●PTN网络内的保护方式

　　PTN网络内的线性保护包括单向/双向1+1路径保护、双向1︰1或1︰N（N》1）路径保护、单向/双向1+1SNC/S保护和双向1︰1SNC/S保护。

　　PTN网络内的环网保护包括Wrapping和Steering两种保护机制，目前基本采用Wrapping保护机制。

　　●分组传送网与其他网络的双归保护

　　PTN网络内保护和接入链路保护相配合，实现在接入链路或PTN接入节点失效情况下的端到端业务保护。

　　图3所示为节点A到RNC之间的业务用双归保护方式实现业务的保护。业务主用路径为节点A-B-C-D-RNC，备用路径为节点A-G-F-E-RNC。

　　双归保护

　　故障情况下，当PTN网络部分主用路径发生故障，且节点D和RNC之间也发生故障时，业务的路径变为节点A-G-F-E-RNC。

　　故障情况

　　4、PTN技术蓬勃发展的现状

　　PTN技术的发展历程是T-MPLS到MPLS-TP的历程。早在2005年，国际电信联盟电信标准部门（ITU-T）SG15就开始了T-MPLS的标准化工作。T-MPLS是在MPLS技术的基础上，基于传送网的网络架构对MPLS进行了简化，去掉了与面向连接无关的技术内容和复杂的协议族，增加了传统传送网风格的OAM和保护方面的内容。2006年，ITU首次通过了关于T-MPLS的架构、接口、设备功能特性等3个标准建议，随后OAM，保护，网络管理等方面的标准建议相继制订。

　　2007年，IETF出于MPLS利益之争以及兼容性问题，开始阻挠ITU-T通过T-MPLS相关标准;2008年2月，ITU-T同意和IETF成立联合工作组（JWT）来共同讨论T-MPLS和MPLS标准的融合问题。联合工作组（JWT）由ITU-T的T-MPLSAdHoc组和IETF的MPLS互操作性设计组（MEAD）组成，专门做T-MPLS的评估工作;2008年4月，JWT经过一系列的会议讨论，决定ITU-T与IETF合作开发相关标准，ITU-T将传送的需求提供给IETF，并通过IETF的标准程序扩展MPLS的运行维护管理、网络管理和控制平面协议等，使之满足传送的需求，技术名称更改为MPLS-TP，由IETF定义MPLS-TP，MEAD负责。

　　截止到目前，IETF已通过多个RFC，并在转发机制，OAM，生存性，网管和控制平面等5部分继续发展完善中，还有大量的草案有望在即将到来的IETF会议上获得通过。