基于PTN的城域传输网建设策略探讨

robertf

基于PTN的城域传输网建设策略探讨
随着业务需求驱动网络向AllIP化发展，分组化传输技术成为下一代传输网的主流IP承载技术是大势所趋。在城域网这个业务需求最复杂、技术碰撞最激烈、新技术不断涌现的区域，任何先进技术的引入不是一蹴而就的，尤其是面对庞大而成熟的SDH/MSTP网络、不断延伸覆盖的IP城域网以及正在兴起的全业务接入网，PTN在网络中的定位以及和其他网络的关系均需要重新思考。同时，随着PTN步入商用化阶段，基于PTN设备的具体组网策略已成为各移动运营商关注的焦点。
1PTN在城域网中的定位
（1）技术对比
基于电路交换的SDH/MSTP网络是通过刚性的分配机制和单板级别的IP化来保障以TDM业务为主、以太网数据业务为辅的高质量、安全的传输，因此其带宽利用率较低。内核IP化的PTN技术，具备强大的带宽统计复用能力，在面对突发性强、流量不确定的业务冲击时更具生命力，但是相比MSTP网络，PTN的劣势在于TDM业务的接入，PTN也可以通过仿真支撑TDM业务，但接入能力有限，只能作为TDM业务承载的补充手段，所以用于承载高QoS需求的IP化业务才能真正体现和发挥PTN的优势。
与传统的以太网相比，PTN良好地继承了传统SDH/MSTP网络的端到端的OAM管理能力，并可根据不同的QoS机制提供差异化的服务，这正是尽力而为的传统以太网所欠缺的，PTN的主要劣势在成本方面，PTN短期内和传统以太网的经济性仍有很大的差距。
与IPoverWDM/OTN技术相比，IPover WDM/OTN技术注重于解决IP业务的超长距离、超大带宽传输问题，可以为大量的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s甚至40 Gbit/s等大颗粒业务提供点到点的传输通道，这是PTN难以达到的，但是IP over WDM/OTN的带宽分配也是刚性的，带宽利用率不高。同时，OTN设备并不具备二层汇聚收敛功能，因此，PTN的优势体现在小颗粒IP业务的灵活接入、业务的汇聚收敛上，而并不擅长对大量的点到点大颗粒业务的传送。
（2）网络层面
面对城域网汇聚接入层大量的IP化业务需求，采用SDH/MSTP或者传统以太网都无法同时兼顾传输效率和传输质量的问题，PTN设备IP化的内核可以有效完成大量小颗粒业务的收敛和传输，非常适用于城域网汇聚接入层IP化业务量大、突发性强的特点。同时PTN继承了传输设备的强大保护能力和丰富的OAM，为业务提供了电信级的保护和监控管理。
在城域网的核心骨干层以及干线，以各专业网元间互联的大颗粒数据业务点到点的传送为主，由于此类业务不再需要进一步的收敛，因此PTN技术不适合在骨干层以上应用，因此，PTN技术的引入，将主要借助于它在业务接入的灵活性、二层收敛、统计复用的优势，聚焦于解决城域传输网汇聚接入层面上，IPRAN以及全业务的接入、传送问题。
2PTN与其他网络的关系
PTN能够承载的业务类型既包含高QoS要求的基站业务和专线业务又包含高带宽、突发性强的数据业务，这与中国移动城域网内目前已部署或已经开始建设的SDH/MSTP网、IP城域网以及全业务接入网有着密切的联系和区别。
（1）PTN与城域MSTP网
经过多年的发展，在2G业务的承载方面，SDH/MSTP网络的结构成熟、稳定，网络规模也比较庞大，考虑到SDH/MSTP也具备相当的IP业务承载能力，而且短期内2G业务仍然会持续发展。在PTN大规模部署前，传统的小颗粒2G业务以及零星的、小规模的专线业务仍然可以由SDH/MSTP网络进行承载，以充分利用前期已配置的网络资源。
在基站IP化进程完成后，大量由TDM方式承载的基站改为由IP方式承载，此时，城域MSTP网络将出现大量的空闲资源，考虑到MSTP网络优秀的业务保护能力和OAM能力以及经过多年建设形成的广泛的覆盖能力，可以将MSTP网络作为PTN的有效补充，为带宽需求不高，但是安全性和私密性要求较高的客户提供专线接入，同时可覆盖PTN暂时无法到达的区域。
（2）PTN与IP城域网及全业务接入网
PTN、IP城域网以及以PON技术为代表的全业务接入网，三张网络在二层以下是统一的、融合的网络，只是面向的业务对象不同。
首先，PTN采用了二层面向连接技术，而且集成了二层设备的统计复用、组播等功能，可以基于LSP实现端到端的电信级以太网业务保护、带宽规划等，因此在高等级的业务传送、网络故障定位等方面，与传统的二层数据网相比，优势明显，特别适用于高等级的基站类业务、大客户专线类业务的承载。
由于用户业务的QoS保障、网络安全性等方面的不足，IP城域网主要通过低成本、扩展性好的优势，采用二层交换设备接入互联网等实时性、可靠性要求不高的低等级IP业务。
全业务接入网则侧重于密集型普通用户接入，根据用户群体的不同需求，常见的解决方案有PON+LAN、PON+PBX、PON+交换机等，全业务接入网主要完成OLT以下语音和数据的接入、汇聚。在初期业务量不大的情况下，OLT上行接口可通过PTN或者交换机最终进入IP城域网，在全业务发展的爆发期，IPoverWDM/OTN必将进一步下沉，承载OLT的上行业务。
3PTN的建设策略
在现网结构的基础上，城域传输网PTN设备的引入总体上可分为PTN与SDH/MSTP独立组网，PTN与SDH/MSTP混合组网以及PTN与IPoverWDM/OTN联合组网3种模式。在混合组网模式中，根据IP分组业务需求和发展，PTN设备的引入又可以分为4个演进阶段，下面分别先容并分析。
（1）混合组网模式
依托原有的MSTP网络，从有业务需求的接入点发起，由SDH和PTN混合组环逐步向全PTN组环演进的模式称之为混合组网模式。混合组网模式可分为4个不同的阶段。

图1 混合组网模式

阶段一：在基站IP化和全业务启动的初期，接入层出现零星的IP业务接入需求，PTN设备的引入主要集中在接入层，与既有的SDH设备混合组建SDH环，提供E1、FE等业务的接入，考虑到接入IP业务需求量不大，该阶段汇聚层以上采用MSTP组网方式仍然可以满足需求。
阶段二：随着基站IP化的深入和全业务的持续推进，在业务发达的局部地区将形成由PTN单独构建的GE环。考虑到部分汇聚点下挂GE接入环的需求，汇聚层的相关节点（如节点E、F）可通过MSTP直接替换成PTN或者MSTP逐渐升级为PTN设备的方式，使此类节点具备GE环的接入能力，但整个汇聚层仍然为MSTP组网，接入层GE环的FE业务需要在汇聚节点E、F处通过业务终接板转化成E1模式后，再通过汇聚层传输。
阶段三：在IP业务的爆发期，接入层GE环数量剧增，对汇聚层的分组传输能力提出了更高要求。该阶段汇聚层部分节点，如B、E、F节点之间在MSTP环路的基础上，再叠加组建GE/10GE环，满足接入层TDM业务、IP业务的同时接入和分离承载。
阶段四：在网络发展远期，全网实现AllIP化后，城域汇聚层和接入层形成全PTN设备构建的分组传送网，网络投入产出比提高，管理维护进一步简化。
前3个阶段，业务的配置类似于SDH/MSTP网络端到端的1+1PP方式，只是演进到第四阶段纯PTN组网，业务的配置转变为端到端的1∶1LSP方式。总体上，混合组网有利于SDH/MSTP网络向全PTN的平滑演进，允许不同阶段、不同设备、不同类型环路的共存，投资分步进行，风险较小，但在网络演进初期，混合组网模式中由于PTN设备必须兼顾SDH功能，导致网络面向IP业务的传送能力被限制并弱化了，无法发挥PTN内核IP化的优势。在网络发展后期，又涉及到大量的业务割接，网络维护的压力非常大。鉴于此，除了现网资源缺乏（如局房机位紧张、电源容量受限、光缆路由不具备条件）确实无法满足单独组建PTN条件的，或者因为投资所限必须分步实施PTN建设的，均不推荐混合组网模式进行PTN的建设。
（2）独立组网模式
从接入层至核心层全部采用PTN设备，新建分组传送平面，和现网（MSTP）长期共存、单独规划、共同维护的模式称之为独立组网模式。该模式下，传统的2G业务继续利旧原有MSTP平面，新增的IP化业务（包含IP化语音、IP化数据业务）则开放在PTN中。PTN独立组网模式的网络结构和目前的2GMSTP网络相似，接入层GE速率组环，汇聚环以上均为10吉比特以太网速率组环，网络各层面间以相交环的形式进行组网，如图2所示。

图2 独立组网模式

独立组网模式的网络结构非常清晰，易于管理和维护，但新建独立的PTN一次性投资较大，需占用节点机房宝贵的机位资源和光缆纤芯，电源容量不足的局房还需进行电源的改造。此外，SDH/MSTP设备具备155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s、10 Gbit/s的多级线路侧组网速率，可从下至上组建多级网络结构，相比之下，PTN组网速率目前只有GE和10吉比特以太网两级，如果采用PTN建设二级以上的多层网络结构，势必会引发其中一层环路带宽资源消耗过快或者大量闲置的问题，导致上下层网络速率的不匹配。

同时，在独立组网模式中，骨干层节点与核心层节点采用10吉比特以太网环路互联，在大型城域网中，核心层RNC节点较多，一方面骨干层节点与所有RNC节点相连，环路节点过多，利用率下降，另一方面，环路上任一节点业务量增加需要扩容时，必然导致环路整体扩容，网络扩容成本较高，因此，独立组网模式一是比较适应于在核心节点数量较少的小型城域网内组建二级PTN，二是作为在IPoverWDM/OTN没有建设且短期内无法覆盖到位的过渡组网方案。

（3）联合组网模式

汇聚层以下采用PTN组网，核心骨干层则充分利用IPoverWDM/OTN将上联业务调度至PTN所属业务落地机房的模式称之为联合组网。该模式下，业务在汇聚接入层完成收敛后，上联至核心机房设置两端大容量的交叉落地设备，并通过GE光口1+1的Trunk保护方式与RNC相联，其中，骨干节点PTN设备，通过GE光口仅与所属RNC节点的PTN交叉机连接，而不与其他RNC节点的PTN交叉机以及汇聚环的骨干PTN设备发生关系，具体如图3所示。

图3 联合组网模式

尽管独立组网模式中核心骨干层组建的PTN10吉比特以太网环路业务也可以通过波分平台承载，但波分平台只作为链路的承载手段，而联合组网模式中，IPoverWDM/OTN不仅仅是一种承载手段，而且通过IP over WDM/OTN对骨干节点上联的GE业务与所属交叉落地设备之间进行调度，其上联GE通道的数量可以根据该PTN中实际接入的业务总数按需配置，节省了网络投资。同时，由于骨干层PTN设备仅与所属RNC机房相联，因此，联合组网模式非常适于有多个RNC机房的大型城域网，极大地简化了骨干节点与核心节点之间的网络组建，从而避免了在PTN独立组网模式中，因某节点业务容量升级而引起的环路上所有节点设备必须升级的情况，节省了网络投资。

当然，联合组网分层的网络结构，前期的投资会因为IPoverWDM/OTN建设而比较高。联合组网模式适用于网络规模较大的大型城域网，考虑到联合组网模式的诸多优势，除了在没有IPover WDM/OTN或者短期内IP over WDM/OTN无法覆盖至骨干汇聚点的地区，均建议采用联合组网的方式进行城域PTN的建设。

4结束语

在城域传输网向AllIP化演进的过程中，任何先进技术的引入和网络架构的变革都必须满足当前和未来的业务需求基础，同时具备良好的性价比。经过分析对比，PTN+IPoverWDM/OTN的联合组网模式凭借其强大的IP业务接入、汇聚及灵活调度能力，有利于推动城域传输网向着统一的、融合的扁平化网络演进，是各移动运营商组建下一代传输网的最佳选择。