省干PTN网络部署关键技术探讨

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【摘 要】从通信行业未来以LTE、集团客户为主的业务网发展趋势出发，梳理省干建设ptn网络的必要性及要点，并分析讨论省干PTN系统建设的关键技术、网络建设模型及组网要点，拓展了不同场景下省干PTN系统部署长期演进组网架构的研究视角，为大数据时代省干PTN传输网部署提供了参考，有助于推动省干PTN网络建设。

【关键词】LTE PTN CEP L2/L3

中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-03-

1 前言

2013年8月，国务院连续下发了“国家宽带战略”（国发〔2013〕31号）及“促进信息消费”（国发〔2013〕32号）两个文件，明确了加快宽带网络建设的技术路线、发展时间表、五项重点任务和七个方面的扶持措施，发展宽带成为国家战略。随着“国家宽带战略”正式，各大通信运营商的全业务竞争日趋激烈，急需寻找下一个实现经济增长方式转变的业务增长点、突破点。因此，LTE、集团客户业务的发展具有重要战略意义。

现阶段，中国通信运营商省干传输网的整体能力仍然不足，无法全面、快速地满足LTE、集团客户等业务发展需求，以中国移动为代表的通信运营商逐步偏向采用“精细化、简洁化、宽带化、集约化、可持续”策略，积极推动省干传输网IP化进程，组建省内干线PTN（Packet Transport Network，分组传送网）传输网（下称“省干PTN”）。

2 业务网发展趋势

随着大数据时代到来，尤其在LTE业务、集团客户业务大力发展的大背景下，传输技术在带宽承载能力上出现较大的突破（如100G波分、40G/100G PTN、10G PON），省干传输网从原来需求配套专业逐步转变为基础网络专业，重要性不断提升，形成为各业务需求专业“枝叶”输送养分的树形“主干脉络”。

现阶段，中国通信运营商传输网面向全业务发展的网络架构已具雏形。但是与网络、业务发展的需求和速度相比，省干PTN的整体资源、带宽能力仍然不足，无法全面、快速地满足LTE基站接入、集团客户发展等需求。

一方面，随着大客户业务IP化和宽带化趋势，接口则从TDM转向FE/GE以太网接口，省干SDH已经无法满足业务发展需求；另一方面，随着LTE的网络部署，核心网元S-GW和MME将主要部署在省内中心城市，提出了LTE基站回传跨地市流量需求，而现网以波分、SDH为主的省干传输网络暂无法满足省干L3业务需求。因此，为应对大数据时代省干传输网“大容量、带宽化、高质量、灵活调度、L3及QoS”的网络能力要求，满足LTE、集团客户两大业务省干电路需求，迫切需要组建省干PTN网络。

下面将就省干PTN系统建设的关键技术、应用场景进行探讨，并提出可行的省干PTN组网方案。

3 省干PTN关键技术

2009年起，国内通信运营商大力推动并引入PTN技术组建传输网络，现已在国内部署了一张全球最大的本地城域PTN分组传送网络，主要承载2G/3G基站回传和集团客户专线业务。而省干部署PTN主要受限于省干PTN部署的关键技术产品进展、成熟度及商用程度，如CEP接口技术、L3功能、流量监控等关键技术。

3.1 CEP接口

当前集团客户业务存在大量TDM业务，接口类型包括E1和STM-N。E1可以通过PTN设备的STM-1接口传送；而STM-N内部业务存在多种颗粒，包括VC12/VC3/VC4，现网PTN设备的STM-1接口就无法满足此类型业务的传输需求。因此，要实现PTN全面替代SDH，必须在PTN设备上具备CEP接口的能力。集团客户业务通过客户侧设备接入，到达局端设备是STM-1/4的接口，并且最小封装颗粒为VC4，通过CEP接口与局端设备对接，业务通过CEP仿真进行传送。

CEP技术提供VC4级别的电路仿真，可以为集团客户业务干线传送提供大颗粒承载接口，解决了STM-1不能满足大客户业务传送的问题，成为PTN干线上替代SDH进行大客户传送的关键技术。

非通道化CEP STM-1接口技术在省干PTN系统的部署，有效解决了PTN干线传送TDM业务时延、155M TDM专线业务传输能力两大问题，可以实现VC-4级别在PTN网络的调度和交叉，使省干PTN具备了替代SDH的TDM业务传送能力。CEP技术在省干网络应用场景如图1所示：

3.2 L3功能

相比现有2G、3G移动通信系统，LTE对回传网络在高带宽、低时延、横向转发等方面提出了更高的要求，要求省干传输网络提供L3电路进行业务流量的疏导。

PTN系统L3功能的核心思路是遵循PTN设备的技术特征，把IP作为一种业务，承载在MPLS-TP隧道之上。PE节点之间的隧道采用PTN隧道技术，延续整网PTN保护机制。省干PTN系统节点之间开启L3 VPN，通过VRF实现不同L3转发实例之间的隔离，VPN路由通过网管智能计算并下发给设备形成静态路由表项。省干网络应用场景下，PTN设备L3层数据封装及路由转发方案如下：

（1）数据封装方案（见图2）

在L2/L3节点设备上采用L3 VPN封装，去掉原有L2封装的PW标签及LSP标签，通过VRF上的路由转发相应的业务：

转发到本地SGW/MME协议封装：Ethernet/IP；

通过L3 VPN转送到远端的协议封装：LSP标签/VRF标签/IP。

（2）路由转发方案（见图3）

在省干L3 PTN网络内，静态L3 VPN采用报文封装，通过虚拟路由转发实例（VRF）标签与隧道（LSP）标签的封装方式进行路由；

省干L3 PTN内部设备仍然采用PTN原有的隧道技术，根据LSP标签进行转发，仅在L2/L3桥接点，PTN设备进行PW和VRF之间的关联；

在本地城域网L2/L3桥接点，根据用户IP报文头目的地址信息，查找到VRF标签、LSP标签及下一跳信息，进行L3 VPN封装，通过UNI接口与省干PTN设备对接实现分组转发和L3 VPN路由功能。

同时，省干L3 PTN网络中多种保护方式可相结合使用，如VRRP可与双归、VPN FRR配合使用，VPN FRR也可与L2的线性、环网保护配合使用，保护机制多种多样，提高了省干L3 PTN网络的安全性。

3.3 L2/L3桥接

目前，业界PTN承载LTE的解决方案以采用L2 VPN+L3 VPN（静态）组网为主，即：在本地PTN网络与省干PTN网络对接前，仍然采用Line的组网技术，在本地网核心PTN节点终结接入汇聚的Line业务，内部完成L2到L3的桥接，进入到L3 VPN转发处理，再与省干PTN对接：

（1）对于S1流量，通过接入汇聚层的隧道送到核心PTN节点，完成L2/L3桥接后，再通过PTN核心节点的L3 VPN转发到相应的sGW或MME；

（2）对于X2接口，先通过接入汇聚层的隧道送到核心PTN节点，完成L2/L3桥接后，再通过L3 VPN（包括本地转发和远端VPN转发）转发到接入汇聚层的隧道，向下传送到目的基站。

由此可见，省干具备L3功能的LTE回传PTN系统建设应用，关键技术之一是要解决好L2/L3的桥接。目前业界对于L3/L3的桥接环回方式主要有三种：外部环回、内部实接口环回和内部虚接口环回，其中内部虚接口环回方案是最灵活、高效的。三种方式的优劣对比及推荐应用场景如表1所示：

3.4 流量监控

省干PTN网络的大量部署给网络运维管理带来了新的变化和挑战，尤其在省干部署PTN系统后，如何对省干/本地PTN系统网元性能、网络端到端链路质量、数据流量、带宽利用率开展统一监控管理，如何充分挖掘PTN网络大量数据价值，如何实现实时流量监控、流量预测/分析，成为制约省干PTN部署效果的关键，对全网资源协调提出更高要求，这就提出了省网统一部署PTN流量监控系统的需求。

PTN流量监控系统是网管系统的最主要内容之一，通过性能与流量监测获取各种主要的网络性能指标值，然后根据这些数据掌握网络的运行状态，变被动维护为主动维护，发现网络的行为规律并形成专业流量数据分析报表，为PTN网络规划、发现和排除故障、分析网络总体运行状态提供基本手段。

PTN流量监控系统在省干网络的部署中，可通过各地市部署的数据采集器从PTN网络提取网端口数据、网元性能及端到端流量等指标，并定期将各地市整理后的流量数据上报给省公司流量监控平台，由设置在省公司的PTN流量监控服务器统一进行流量分析、监控及生成报表，各地市通过DCN网络访问省公司服务器进行运维管理，后期流量监控系统可升级实现反向控制功能。

3.5 大容量设备、高速率接口

软银在2011移动世界大会（MWC2011）宣布：过去10年数据流量增加了1 000倍，并预测未来10年将再增加1 000倍。集客业务近两年来的增长是过去10年间的总和，端口需求由起初2M、FE及少量155M电路为主，到现在的普遍GE接入需求，后续将逐步发展至更大的接入带宽需求；同时，LTE对回传网络的带宽需求由2G/3G时期的几兆、几十兆发展到LTE时期的几百兆。

一方面是省干层面不断增长的带宽流量需求，要求省干PTN设备具备更大的容量及扩容能力；另一方面是现网PTN设备整体容量偏小（普遍在320G以下）、槽位与端口扩展余量不足、端口速率受限于10GE的局限性。两者之间突出的矛盾以及业务重要性，对PTN设备的能力提出了更高要求，这也正是推动行业对PTN设备优化升级的动力所在。

在设备容量上，省干PTN需要引入大容量设备，考虑到中后期集团客户业务发展需求以及LTE在省内跨地市调度，建议在业务需求相对集中的中心城市节点部署T级别、多槽位的PTN设备，其他地市考虑选用中容量PTN设备。目前，业界多个厂家宣称可提供具备商用条件的T级别、单端槽位大于60个的大容量PTN设备，省干层面已具备搭建大容量PTN系统平台的条件。

在组网速率上，省干PTN网络部署中期，多业务承载场景下的容量瓶颈明显，因此有必要在省干PTN网络中引入大容量40GE/100GE接口。但目前40km的40GE端口行业标准有待完善，100GE端口技术成熟度有待提升，且单端口成本仍较高，在省干层面大规模应用的前提条件尚不具备。具体考虑影响40G/100G应用的因素时，需要着眼于网络的全局，除了传输网络设备外，还有客户端设备、核心网设备等，同时要考虑对现有网络的兼容性。

综上所述，省干PTN部署初期，应重点关注PTN设备容量，搭建可满足后期平滑演进的系统平台；省干PTN部署中期，待40GE/100GE端口标准、产品成熟度和成本等均满足引入条件后，可根据业务发展按需、分区域逐步引入。

3.6 互通端口

为增强PTN网络开放性，进一步降低PTN建网成本，推进技术成熟，省干PTN网络将可能采用多厂家组网方案，这就要求不同厂家的PTN设备均满足省干PTN多厂家组网的互通要求，可提供技术标准统一的互通端口，满足承载业务的端到端管理需求。

目前，PTN互通端口主要有UNI和NNI两种。UNI互通模型是指两端PTN设备通过业务适配模块进行互连，即业务接口互通；NNI互通模型是指两端PTN设备通过线路适配模块进行互连，即网络/线路接口互通。由于来自UNI互通接口的是业务，其互通对接端设备可以看作是与基站、集团客户等一样的客户侧设备，即业务侧端口。采用NNI接口互通时，要求两个厂家设备在同一个域中（即共网管系统），以实现对PTN网络的有效管理，但受限于现阶段网管互通技术或综合网管系统成熟度，故在PTN互通中，NNI互通技术更为关键且较难实现，需要同时满足PTN网络业务、保护、OAM、QoS和同步等五个层面的互通要求。因此，现阶段互通端口技术以UNI为主。

省干PTN多厂家组网时，主要有分层互通、分域互通两种互通应用场景。如图4所示。

（1）分层互通用于本地与省干PTN网络、省干与国干PTN网络对接，各类业务从接入侧厂家A的PTN网络接入，经过各层传送和汇聚，最终送达核心侧厂家B的省干PTN网络后进入业务控制单元（如基站控制器SGW/MME），其互通节点一般位于各个地市省干中心节点；

（2）分域互通用于省干PTN系统间对接，类似于省干双平面，每个厂家的PTN网络都实现从基站和各类客户到其业务控制单元的端到端连接，只是在核心层进行互连互通，其互通节点一般位于省干中心节点（如省会）。

综上所述，省干分层互通、分域互通推荐采用UNI方式（成熟、简单、易实施、实现难度小），同时由于现阶段不同厂家PTN间NNI互通尚待完善，待技术成熟后作为未来演进目标。

4 总结

本文从大数据时代业务网发展趋势出发，讨论省干PTN网络建设必要性、分析组网关键技术、提出网络建设模型、总结部署要点。下一阶段，将重点研究省干PTN部署的组网建设模型，对系统平台方案、组网架构方案以及组网规划要点进行深入探讨，给出适用于省干网络现状的PTN部署场景模型。

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