PTN 从试验走向规模商用需考虑的问题
From Test to Scale Commercial Application:Issues for Consideration on PTN
摘要：详细论述了PTN 技术较SDH/MSTP 所带来的有关益处及尽快规范和完善业务配置模型的必要性；较详细论述了PTN 与SDH/MSTP 互联、局端PTN 设备上联与提供三层功能及同步问题；并对40GE、ROATM 技术和改进PTN 设备尺寸及耗电量等提出了期待。
——————————
收稿日期：2012-01-18
刘仲明（广州杰赛通信规划设计院，广东广州510310）
Liu Zhongming （Guangzhou GCI Communication Institute of Design &Plan ，Guangzhou 510310，China ）
PTN 从试验走向规模商用
需考虑的问题
关键词：
PTN；Diffserv；统计复用；1588V2中图分类号：TN929.11文献标识码：A
文章编号：1007-3043（2012）04-0066-05
Abstract ：
It discusses some benefits of PTN compared to SDH/MSTP,the necessity of standardizing and perfecting service configuration model.It discusses the interconnection of PTN and SDH/MSTP,the scheme of the PTN connecting to the core network,layer 3and synchronization of PTN.It looks forward to the technology of 40GE,ROADM and the improvement on the size and pow-er-consuming of the PTN facilities.
Keywords ：
PTN;Diffserv;Statistic multiplexing;1588v2
0前言
继近2年中国移动采购约80亿元PTN 设备、建成全球最大规模的PTN 网络之后，PTN 商用可望再下一城。最近有消息称，中国联通2011年在部分城市推广PTN 的小规模试商用。这说明，PTN 经过前期的研讨
和试验已逐渐走向成熟，越来越被认可。但从目前情况来看，前期的这些工作只是解决了PTN “可以用”的问题，还未真正解决好“如何用”的问题。
PTN 是面向多业务的。面对有限的网络资源，如
何有效有序地在各种业务间进行合理分配，既能保证带宽被充分地高效利用，又能保证各种业务的服务需
求，是目前摆在业界面前的重大课题之一。1PTN 技术较SDH/MSTP 能带来的益处
业务的宽带化发展趋势和单位带宽效益的迅速下
降，迫使我们必须提供低成本带宽。在成本受控的前提下，提高线路总带宽（如WDM 、40G 、100G ）和提高带宽利用率（如网络分组化）技术则是努力的方向和希望。
PTN 是作为SDH/MSTP 的换代技术而研发和推广
的。从理论上讲，PTN 的优势是将TDM 传送变为分组传送。相较SDH/MSTP ，我们希望看到PTN 技术至少能带来以下3方面的益处。
a ）满足业务突发性要求的同时提高带宽利用率。
b ）设备成本明显下降。
c ）能更易、更快地向40G 及100G 技术迈进。
目前PTN 的设备价格还包含着许多不确定因素。
表1PTN 承载3G 业务流量模型
大部分厂家报价都低于同等级的SDH/MSTP ，也有少部分厂家报价高于同等级SDH/MSTP 的，同时尚未形成成熟市场。从长远看，PTN 设备价格应低于SDH/MSTP 。随着市场的成熟，这一趋势将会越来越明显。
TDM 技术因受到频率资源和调制技术的限制，在
迈向40G 的道路上走得已十分艰难，因此并不看好其向100G 速率继续迈进。
分组化技术因能提高网络带宽利用率、降低每带宽成本而带来收益。这一点会经常被提到，有时甚至会被夸大。人们常会萌发幻想，希望能部署比网络资源大得多的业务，以大幅提升带宽效益。
分组化技术之所以能提高网络的带宽利用率，主要是由数据业务的突发性和网络的统计复用功能这样2个特点决定的。
突发性数据业务对带宽的需求是不断变化的。从统计角度来看，可给它峰值带宽和平均带宽2个指标来进行定义。若按峰值带宽指标分配给它1个刚性带宽，该带宽会经常不被占满而造成资源浪费；若按平均带宽指标分配给它1个刚性带宽，则会使超出这个带宽的部分业务得不到应有的服务。采用统计复用机制后，若业务的突发性越显著、互补性越强、规模越大，则统计复用带来的带宽收益就越可观。
目前，在考虑PTN 开销和网管等流量后，厂家给出的网络资源利用率普遍为70％～80％，即1个GE 的PTN 链路的可用带宽为700～800M ，与SDH/MSTP 基本相当。不过经验告诉我们，数据网络有轻载需求。
轻载的目的一是为满足分组业务的突发需求，二是为应对下面现象的发生：数据网中有各种各样的信息在传递，除传递用户业务信息外，还要传递各网元需要通告、转发和更新各种网络状态的信息、网管和控制信息、相互协商握手信息，甚至还要传递包括无人认领的无用信息等，而这些信息的传递都是要消耗网络资源的。一旦有突发事件发生，某些信息就会被迅速增加并扩散，从而导致网络的可用资源迅速降低。虽然可采取措施降低这一现象的发生几率，但并不可能完全予以消除。因此，传统数据网都会预留一部分资源，采用轻载来应对（有的数据网按40%～50%来考虑），以提高网络的可用性。由于PTN 采用了层次化的QoS 工程，流量是可控可管的，所以我们有理由期待网络资源能得到充分的利用，但需等将来业务起来后，在网络中得以验证。不过从情况来看，PTN 虽解决了业务的突发需求，但在带宽利用率上尚暂未显示出比MSTP 有更大的优越性。
表１是某设备厂商前期提供的PTN 承载3G 业务流量模型。
根据无线侧规划，密集城区、普通城区及郊区基站的峰值带宽分别为14、10及6Mbit/s ，单个Node B 带宽需求为20Mbit/s （考虑了预留需求），1个GE 和10GE 接入环最多可分别接入20个和200个基站。由表1可知，相较而言，该模型没有体现出比
SDH/MSTP 有多少优势。
在实际工作中，传送网常会碰到以下几个问题。
a ）用户往往会提出不切合实际的过高要求（如数
据用户要求提供1个155Mbit/s ）。这需要对用户的实际需求进行分析判断，以建立合理的业务模型。
b ）在建设3G 网络时，据移动基站提出的带宽需
求并采用透传模式配置传送网带宽时，结果会发现其实移动业务在很长时间内根本就达不到这个需求。典型的例子是，我们在某个大型本地网给3G 数据业务部署了十几个GE 带宽，但1年多后的实际测试表明，网络的总流量还不到1个GE 。
c ）对于高速接入技术，应考虑到用户的体验。
对于b ）和c ）这2个问题，建议应在接入阶段满足
业务快速接入的带宽需求，但对于传送网核心/汇聚层的带宽则要根据相关阶段的业务总体分布和总体需求来配置。核心/汇聚层是业务汇聚收敛的地方，也是利用统计复用等技术产生带宽收益之处。因此，对于分组业务按透传模式配置带宽是不合适的，不然会造成较大的资源浪费。
2规范和完善业务配置模型是当务之急
我国三大电信运营商目前都是全业务运营者，而
PTN 正是面向多业务承载的。从目前情况来看，这些业务包括：TDM 业务（如G 网的E1和STM-1业务）、3G 网的ATM 和FE 业务、动力环境监控业务、营业厅
BOSS 和OA 业务、通过数据网与公网相连的业务（如WLAN 、集团客户上网专线、营业厅宽带等），也许还有
集团客户的组网业务等。如何合理地组合这些业务和
恰当地分配网络资源应是目前的当务之急，同时还需要各网络和各专业（如无线、数据等）间进行无缝协作（如业务的分类等级设置、VLAN规划等）。
PTN网络中业务的QoS主要是采用MPLS-TE和DiffServ模型来实现的。其中：流量工程主要是根据各种业务的CIR、PTR参数进行统计计算，创建合理路径并预留相应资源；通过对业务进行分类和标记，与PHB进行映射，使网络对各种业务和网络资源进行相应的管理和使用，从而保证各种业务的QoS。
在通常情况下，高等级业务只是在它需求带宽时“蛮横”地抢占低等级业务的带宽配置，似乎还没有机制能让高等级业务在它不需要如此高的带宽时主动地“贡献”出“多分配”给它的带宽资源。可见，这需要我们对高等级业务需求有一个精准的预测和合适的带宽配置。比如，给一个原本只有10M带宽需求的EF业务配置20M带宽，可能会造成10M带宽资源的浪费。
PTN网络中有多个节点位置可对CIR、PIR参数进行管理和设置（如V-UNI、PW、TUNNEL等），这都需要网络管理者充分了解各种业务的模型和网络的运作，以提高网络的效能。
目前有的厂商剑走偏锋，提出所有业务都不推荐配置V-UNI、PW和TUNNEL带宽，仅用业务转发优先级进行抢占调度的策略。该方案的优点是：无需精确业务模型、不必随着业务需求的调整（如基站容量变化）而调整、更有利于提高资源的利用率，不过它只适用于新建、业务量不大、业务模型不成熟的网络初期阶段；该方案的缺点是：由于不限制业务速率，业务量增长时会加重网络的负担；当业务量增长到一定程度时，业务间会发生相互影响，有些用户的权利会因此而受到损伤；可能会引发网络的提前扩容。
由此可见，要想用好PTN网络，规范和完善业务配置模型是非常重要的（规划网络时更是如此）。当然，在网络实际运营中，需要对各种业务流量进行监测，并及时调整网络的各种参数配置，以求在节省投资的同时保障网络发挥出最佳的性能。不过这要有一支高效的运维力量来支撑，而系统设计者的责任就是如何降低这种要求。
要规划和完善业务配置模型，不能靠主观臆想来解决，而是需要有足够的网络运行数据来支持，并根据业务发展情况，定期地进行调整和修正，以此来指导网络的规划建设。从目前现实情况来看，可以说PTN来得有点“匆促”，而我们还没有做好相应的准备，确需各
方人员在实际的网络运营中不断地探索和积累经验。这可能会需要一段时间，但完全相信，通过同人们的不懈努力一定会越做越好。
3PTN与SDH/MSTP的互联问题
由于现网中已存在规模很大的SDH/MSTP网络，因此在引入PTN过程中，在相当长的时间内将不可避免地产生PTN与SDH/MSTP网络的互联需求。在前期工程建设中，网络的互联主要采用落地对接和POS （Packet over SDH）口对接2种模式。
a）落地对接模式。用UNI口对接完成业务互通。其实现简单、易于部署，但存在单节点失效等问题，无法提供端到端的OAM和保护，不利于故障的快速定位和修复，从而会影响服务质量并增加维护成本。
b）POS对接模式。需额外配置POS或EOS（Ether?net over SDH）单板，成本较高，仅能提供透传通道，不能实现OAM转化，无法实现SDH/MSTP和PTN端到端的管理维护，并导致SDH/MSTP网络带宽利用率偏低。
目前，有厂家宣称支持PTN网关方式，并已通过测试。所谓的PTN网关互联模式，是指在PTN网络边界设备上部署网关，能实现SDH/MSTP网络的网管、业务和OAM信息、端到端保护及时钟同步功能信息等的转换，较好地保持了网络的端到端特性，适合于网络的平滑演进，是值得予以推广的。
4网络保护问题
PTN网络有多种保护方式（还在不断发展），除下面所提到的保护方式外，可能还会用到虚拟路由器冗余协议（VRRP）及接入链路双归属等保护方式。a）MPLS APS。保护对象：TUNNEL，性能：倒换时间少于50ms（OAM开启FFD检测，周期3.3ms），支持单向、双向1+1及1∶1等方式。
b）MPLS FRR。局部保护，保护对象：链路或节点。
c）环网保护。环网保护有Wrapping和Steering2种保护机制，应至少支持1种。PTN环网保护需用到多跳PW机制，以降低设备管理LSP压力和提高保护倒换效率。Wrapping和Steering环网保护也是SDH所支持的保护方式，对此我们并不陌生。SDH主要采用Wrapping方式，Steering则多用于长途干线尤其是国际
跨海网络。Wrapping和Steering环网保护的主要区别是它们故障时的倒换位置有所不同：前者的倒换位置是靠近故障点的两边节点，而后者的倒换位置则是源宿节点。环网保护方式（wrapping与steering）见图1。
d）LMSP。保护对象：STM-1/4光口、某些单板。e）Ethernet LAG。保护对象：FE/GE口，性能：倒换时间为秒级。业务分担方式时每组最多支持16个成员，非分担方式时只能支持2个成员（即1∶1）。f）E1链路保护。IMA保护及ML-PPP保护。
从目前厂家推荐和网络部署的情况来看，都只是线性保护（主要是1∶1LSP保护）。这样带来的问题是，由于SDH组网主要采用的是相切环（即“8”字形）结构，而PTN则需要双节点分担（即“日”字形）结构，因此需对原线路进行改造调整。若想规避线路的改造调整，则需深入探索在接入环上也大规模采用环网保护的可行性。保护方式对线路的影响见图2。
5局端PTN设备上联与提供三层功能问题在前期的3G传输MSTP组网中，我们发现存在着以下问题。
a）RNC支持VLAN的数量较少。
b）RNC提供下联的GE接口少。
c）MSTP的以太网组网能力较弱。
为解决上述问题，我们在MSTP与RNC间采用了新增三层设备和共用核心网1对CE的2种方式插入三层设备（见图3）。
在PTN组网时也存在同类问题。我们可以要求PTN能提供三层功能，以降低RNC组网压力。若PTN 能进一步提供L3VPN功能的话，就可节省RNC向上连接的1对CE设备。若PTN具备L3VPN功能，可支持LTE组网需求。LTE网络结构示意见图4。
6同步问题
目前，PTN的同步解决方案是建议采用在频率同步的基础上实现时间同步的。其中：频率同步采用以太网物理层同步，时间同步采用1588V2。这样做的好处一是可提升时间同步的收敛速度，二是可降低1588的发包速率，降低网络负荷较高时对同步的影响。1588V2是基于双向延时对等模型的。而在现实网络中并不常常总是这样，因此需进行双向时延补偿。这在网络的部署初期和后续运维中，会耗费很大的人力和物力。最好的解决办法是网络能自动地测试
图1环网保护方式（wrapping与steering）图2保护方式对线路的影响
A B
C D E
F
（a）正常情况（b）链路故障后
保护自愈
（wrapping）
（c）链路故障后
保护自愈
（steering）
A B
C D E
F A B
C D E
F
图33G传输组网方案（从MSTP上联组网到PTN上联组网）
图4LTE网络结构示意
和计算出这种差异，并能实现自动补偿。
对1588V2大规模应用的研究和探索还在继续进
行着。使用1588V2的目的之一就是取消基站安装
GPS。随着网络规模的不断扩大，我们是否可以将
1588V2和GPS结合起来使用（而不是取消所有站点的
GPS），每经一段网络后可据GPS时标进行修订，这或
许能使时间同步更加稳定可靠。
73种期待
7.1期待40GE技术
目前PTN的线路带宽还停留在GE和10GE水平
上，不仅不能满足越来越高的业务带宽需求（如：LTE
基站下行带宽需求为100Mbit/s，上行带宽需求为50
Mbit/s，HDTV每路带宽需求大于10Mbit/s），同时与
SDH/MSTP相比也没多少优势，因此我们期待能尽快
看到在PTN网络中能有商用的40GE技术出现。
7.2期待ROADM技术
为解决线路带宽瓶颈问题，目前的解决方案普遍
是下移和扩大OTN覆盖。不过随着OTN网络规模不
断扩大和日趋复杂，该方案会给波道规划带来越来越
大的压力，因此可配置光分插复用器（ROADM）技术是
我们所期待的解决方案。但目前ROADM的成熟度和
昂贵价格制约了它的快速发展，希望能尽快有所突破。
7.3期待改进设备尺寸及耗电量
目前PTN设备不仅外部尺寸较大（占用空间较大），
耗电量也较高，往往需配置几路大功率电源才能保证
其电源需求。这些不仅对机房尤其是大量现网机房造
成很大压力，也不符合节能减排要求。在大规模部署
前，运营商对解决和改进这些问题都有很高的呼声。