PTN网络对承载业务的影响分析
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摘要 文章首先介绍了ptn网络的QoS指标，然后针对现网承载的主要业务――TDM基站业务、IP化3G基站业务和以太专线业务，对采用PTN网络进行承载造成的影响进行了深入分析。
关键词 PTN QoS 传送网 TDM基站业务 IP化3G基站业务 以太专线业务
1 引言
随着全业务竞争的不断深入。未来网络竞争的支撑点已经逐渐显现：一是宽带业务。不仅包括传统的固定互联网，还包括代表今后发展趋势的移动互联网；二是IP技术，今后通信网络都将以IP技术为基础；第三就是网络融合。为了适应各种新兴业务的需求，为各类业务提供一个融合的、统一的传送平台，PTN技术被引入传送网络。
PTN技术，融合了具有数据特性的高效分组交换、具有传送特性的有保障的面向连接技术、电信级保护及OAM功能，因此成为了下一代IP化传送网首选技术。它首次在传送网中引入了分组交换和带宽统计复用的功能，本文将深入分析PTN对传送网承载的主要业务造成的影响。
2 PTN网络QoS指标
众所周知，在MSTP网络中对于QoS指标并不关注，因为MSTP网络提供的是面向连接的传送服务，即无论业务的实际带宽是多少，MSTP网络始终为其预留了固定的带宽进行传送。因此。MSTP网络的刚性通道不会出现拥塞现象，网络性能也就有了保障。MSTP网络的这种特点也决定了其传送分组业务时，带宽利用率低。对此，PTN网络引入了带宽统计复用的功能，可以根据业务的实际流量进行调整，在有限的带宽内传送更多的业务。这也使得传送网络可能出现网络拥塞，需要更多地关注网络性能指标，保障PTN网络通畅。
PTN网络中，对业务质量产生影响的因素主要有3项：时延、抖动和丢包率，这也是PTN网络的主要指标。
2.1时延
时延是指一个报文或分组从网络的一端传送到另一端所需要的时间。它包括了发送时延、传播时延、处理时延和排队时延，即：时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。一般情况下，发送时延与传播时延是需要主要考虑的。在报文长度较大的情况下，发送时延是主要矛盾；而报文长度较小的情况下，传播时延是主要矛盾。
2.2抖动
变化的时延称为抖动(Jitter)。抖动大多起源于网络中的队列或缓冲，尤其是在低速链路时。由于队列、缓冲的不确定性，因此抖动的产生也是随机的。如果一个大数据包正在传输过程中，当高优先级分组包到达时，它还是要等待该数据包发送完成。因此，当带宽资源有限而又需要在其中混传不同优先级的业务时，抖动是不可避免的。
2.3丢包率
在传统分组传送网中，数据是被分成一个个分组包传输的，每个分组包中有表示数据信息和提供数据路由的帧。分组包在一般介质中传播时，会有一小部分由于物理链路上各种各样的原因造成丢失，而大部分分组包会到达目的终端。丢包率就是数据包丢失部分与所传数据包总数的比值。
在MSTP传送网中，链路是面向连接、资源预留的，因此正常情况下的丢包率应该为0。但在PTN网络中，对于一些低优先级的业务，通常不会预留足额的带宽，因此当网络发生拥塞时，也必然会造成此类业务的丢包情况发生。
目前，传送网承载的主要业务包括2G基站业务、3G基站(TDM、IPRAN)业务和以太专线业务等。各类业务对网络指标的要求也各不相同，所以PTN网络需要启用QoS功能，对不同的业务进行有针对性的配置，以保证其传送质量。
3.1TDM基站业务
TDM基站包括传统的2G基站，和尚未进行IP化改造的TD基站。这类业务中，所有内容无论是话音还是数据均统一打包在一E1结构内，无法对其进行分类识别。所以PTN设备对其不做处理，直接进行透传。语音业务对网络性能的要求如表1所示：
PTN网络中，TDM基站业务的网络时延主要包括封包时延、处理和传输时延等：
(1)封包时延
E1信号的传输速率为8000帧／s，每一帧持续的时间为125μs。PTN对TDM业务进行仿真时，考虑到传送效率的问题，通常将8个E1帧进行合并传送。所以，PTN设备对于TDM业务的理论封装时间为125μs*8=1ms。
(2)处理和传输时延
业务处理及传输时延是设备进行报文合法性检查、报文过滤、校验和计算、报文收发的时间，这部分时延与PTN设备的业务处理能力有关。当网络没有拥塞时，这部分时延基本固定在1ms左右(200km，10跳为例)。
语音业务最大的特点就是实时性，也就是说，语音业务最关键的QoS指标是传输时延。同时，时延抖动也是影响会话类业务的重要指标，严重的时延抖动会导致会话无法正常进行下去。对于丢包率，人耳则没有那么敏感，可以允许一些短暂的话音停顿。为了保证语音业务的时延和时延抖动指标，通常将该类业务设为最高优先级，并为其预留带宽。
3.2IP化3G基站业务
PTN网络承载IP化TD基站业务的方式为：在基站侧通过PWE3方式封装，在网络侧通过Tunnel进行转发，在RNC侧通过GE口和RNC对接，如图1所示。
IP化的TD基站相较于TDM基站，最明显的区别就在于其采用了FE／GE接口，其业务流对PTN设备具有开放性和可见性。因此，PTN设备能够通过VLAN对每一条业务流进行分类、监管和控制，为各种业务提供差异化的服务。这类业务主要的类型见表2：
其中，PTN网络对于实时语音业务的处理与TDM基站业务相同，不再赘述。
流类业务由于是单向传输，没有实时交互需求，并且本地通常设有缓存来保持一定时间的业务连续，所以对时延参数并没有语音业务敏感。此外，和语音业务一样，抖动也是影响流类业务QoS的一项重要指标，而且它也能够允许一定的丢包率。但是需要注意的是，流类业务的抖动可容忍度还和用户的接收设备有关，如果用户的接收设备支持排队和缓存，用户就能够接受更大的抖动指标。针对流类业务的这些特性，其优先级可以适当降低，同时采用资源预留的方法来保证业务的QoS需求。
交互类业务指的是终端用户(人或机器)和远程设备(比如远程服务器)进行在线数据交互的业务，其特点是请求响应模式。最典型的交互类业务就是Web浏览、数据库检索、网络游戏等，机器之间的交互还有测量数据轮流上报等。交互类业务的时延需求取决于人们对等待时间的容忍度，比会话类业务要长，但是可能比流类业务要短。这种数据业务对时延抖动没有要求，但是对丢包率的要求很高，一般都需要零丢包率(可以通过上层应用保证)。所以，对于交互类业务的处理，可以采用共享带宽的模式来适应交互类业务的突发性，不进行资源预留，提高网络利用率。用户激活交互类业务时，网络首先对该用户 进行接入控制，判断网络是否有剩余容量，如果有容量则允许该用户接入，但是并不给该业务预留带宽，采用加权公平队列来保证交互类业务的优先级。当系统拥塞时，允许对该用户进行丢弃操作。
背景类业务包括一些自动的后台E-mail接收、SMS或者一些文件接收和数据库下载。这类业务的特点是用户对时延和抖动要求较低，但是对丢包率的要求很高，一般都需要零丢包率(可以通过上层应用保证)。所以，可以采用尽力而为模式，不进行资源预留。当用户激活背景类业务时，网络首先对该用户进行接入控制，判断网络是否有剩余容量，如果有容量则允许该用户接入，但是并不给该业务预留带宽。当系统拥塞时，允许对该类型用户进行丢弃操作。
所以，PTN网络承载IP化基站业务时需要对具体的业务流区别对待，具体传送方式和QoS配置如表3所示：
3.3以太专线业务
目前。城域网中承载的以太专线可以分为两类，一类是出租专线，通道两端均为客户侧设备；另一类则是CMNET专线接入业务，从客户侧通过PTN网络接入CMNET汇聚层路由器。
(1)出租专线业务
对于出租专线业务，由于其应用场景通常为固定带宽，且两端均为客户侧设备，因此运营商并不关心通道上的具体业务内容，只要确保通道两端QoS配置相同，就能保证端到端的传送质量，对业务流的控制由用户设备自行完成。
(2)CMNET专线接入业务
对于CMNET专线接入业务，原有的MSTP接入方式是由传送网提供一条满足客户峰值带宽的通道，具体的业务分类、流量监管等功能由CMNET汇聚层路由器完成；因此会对传送网的资源造成极大的消耗，降低带宽利用率。
而在PTN网络中，从业务分类来说，CMNET专线接入与IP化的TD基站业务基本相同，因此不再赘述。
从传送网功能来说，PTN网络建设完成后，用PTN设备接入客户侧，就可以在接入端口上直接完成分类功能，根据VLAN对用户业务进行流分类，降低CMNET汇聚层路由器的工作负担；并且针对每一条业务流制定转发策略，根据业务优先级提供差异化的传送服务；在传送网入口处完成第一次的流量监管，节省传送网络资源。
4 结束语
PTN网络首次在传送网中引入了分组交换的特性，虽然可能会由此造成传送网络拥塞，但是，通过对PTN网络QoS的合理规划，针对每一条业务流制定有效的转发策略，能够将此可能性降到最低，并且根据业务的特性提供差异化的传送服务，保证用户体验。
我们有理由相信，PTN技术在未来的网络发展中，能够更好地适应网络IP化和网络融合的大趋势，更好地完成多业务接入和传送功能，为用户提供一个可靠、高效、灵活的传送平台。