论文部分内容阅读
摘 要： 以分组交换为核心的PTN技术，是一种以IP化为导向的传输技术，在利用分组交换核心提供电信级的QOS业务
并实现高效传送的同时，还具备了良好的OAM、精准的同步性能和网络级的保护特性，可广泛地适用于承载无线
回传网络、以太网专线、以及视频等高品质的多媒体数据业务。本文着重介绍了PTN技术在三峡通航管理通信网
络系统生产、办公及外网业务方面的广泛应用。
关键词： MSTP PTN 三峡通航 IP分组 应用
概述
三峡地处长江中上游结合部，是国家中部崛起与西部大开发经济发展战略区域的交汇点，三峡段的高效通航在长江中上游地区的国民经济发展中发挥着重要的杠杆作用。三峡大坝建成以来，过坝需求的逐年迅猛上升对坝区通航管理和服务能力提出更高要求，年货运量从通航之初的不足2000万吨到2011年底突破1亿吨，提前19年达到并超过三峡船闸双向年设计水平，标志着三峡水利枢纽通过能力已趋于饱和，三峡航运面临新挑战。
通信网络现状
三峡通航管理范围上起长江干线西陵峡庙河，下至宜昌市中水门，全长59公里水域，辖区长度虽然不长，但是通航管理业务所涉及的点多、面广、专业门类众多，从业务类型上基本可分为三种即视频、数据和语音业务。建设于2005年初的光传输系统作为承载通航管理业务的底层传输平台采用MSTP技术，系统组网如图所示。
该系统传输骨干链路带宽实际为2.5G，主要提供2M电路和100M以太网业务，为办公网、生产网和互联网提供业务通道。建设初期能够达到网络应用需求，并且为三峡航段通航管理提供了多年强有力的信息保障，但随着三峡航段的通航能力不断扩大，船方用户和管理单位对网络的业务量需求不断增加，新的业务应用系统不断加载，导致语音、视频和数据的业务量急剧增加，使得MSTP网络容量接近饱和，现有光传输系统已不能满足现在和未来发展的需要。
PTN技术特点、网络建设可行性和组网方案分析
1、PTN技术特点
PTN（Packet Transport Network，分组传送网）技术以分组交换为核心，面向分组数据业务的新一代传送网技术。业务驱动是技术发展的原动力，业务的IP化必然要求传送网络的IP化，即要求传送网络由电路交叉核心向分组交换核心的转换，利用分组交换核心实现分组业务的高效传送，同时必须提供电信级的QOS、OAM和保护等特性，而传统的SDH/MSTP和以太网都不能同时满足这两方面的要求。PTN的设计构想是用有连接的、支持类似SDH端到端性能管理的网络，来满足承载网络向下一代平滑演进的能力。
2、PTN技术适应性分析
建立在SDH传输平台上的MSTP体系虽然具备多业务承载能力，但是这种基于TDM内核的技术使其在承载IP分组业务时效率较低、配置复杂，并且灵活性也较差。PTN技术的出现，正好迎合了通信网发展的新需求，实现对上层业务的高效承载。PTN是面向分组的通用交叉技术，它继承了SDH/MSTP传输网的诸多优点，如良好的可扩展性、丰富的操作维护功能、快速的保护倒换等，同时还增加了更适合数据业务传输的特性，如分组交换、统计复用、采用了面向连接的标签交换、分组QOS机制、灵活动态的控制面等。PTN技术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；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。
在三峡坝区通航管理综合信息系统工程中，采用PTN技术，可实现对三峡通航管理局各项通信业务的全IP化管理以及对辖区内的语音、数据和视频业务的实时传输，提高通信效率和网络管理水平，确保整个通信网络的高可靠性和高安全性，为三峡通航管理提供有力保障。采用PTN技术，在保证目前网络通信正常为前提下，考虑环网的容量冗余以保证应付突发流量的需求。PTN技术具有面向连接的数据转发机制、多业务承载、较强的网络扩展性、丰富的OAM、50ms的网络保护等技术特征，适用于承载无线回传网络、以太网专线、以及视频等高品质的多媒体数据业务。
3、优化后的光传送网络
在组网过程中，PTN网络的规划和建设本着“整体优化、滚动发展、补充完善”的原则进行，方案中设备的选取在满足当前带宽需求的同时，还兼顾未来扩容的便利性和可扩充性。优化后的网络遵循组网和网络结构层次划分的结构要求，采用核心与汇聚双层网络结构，由12个节点组成，其中包括坝河口、乐天溪、宜昌局和葛洲坝四个核心节点，采用大容量PTN设备组成一个核心10GE环，老太平溪、三峡船闸、仙人桥和凤凰岭组成汇聚层环1，莲沱、黄陵庙和乐天溪构成汇聚层环2，石牌、葛洲坝和南津关组成汇聚层环3，3个汇聚层环容量也为10GE，改造后系统组网如图所示。
新建的PTN环状网络与MSTP设备之间采用星形连接的网络结构，并通过千兆接口相连；MSTP设备作为汇聚到骨干PTN环网的接入层网络使用，并通过2M接口与原有程控交换机连接，实现两个系统的互联互通。该模式下，传统语音业务继续利用原有MSTP设备传输，用于实现三峡坝上救助基地、葛洲坝检修基地、葛洲坝船闸、葛洲坝搜救中心、平善坝锚地、庙河危险品锚地等多处的业务接入；这样不但可提升新建PTN网络的接入能力，还可继续发挥原有MSTP网络的功效。
新增的业务包含IP电话、数据、视频业务则利用新建PTN网络上传输，然后逐步迁移，采用业务分流，逐步过渡的办法，针对不同的业务需求与流量演进模式，逐渐完成从骨干/汇聚往下渗透至接入层的演进，不但满足传统业务需要的高质量TDM传送，还可以逐步平滑地向电信级的以太网业务汇聚和传送演进，实现业务传送平台从支持语音电路业务为主到支持数据分组业务为主的网络转型。 原有MSTP网络和新建PTN网络间业务的相互补充、有效衔接、最终融合，比较好地满足了三峡局目前对视频、数据和语音业务的有效传输，可高效地为三峡局提供生产调度、坝区办公信息化和外网业务的需要，全面提升了三峡通航管理的水平。这种模式下，网络结构变得非常清晰，易于管理和维护，两张基础通信承载网络的智能调度、高效维护，既充分发挥了原有MSTP网络的功能，又节省了PTN网络的投资、避免了不必要的浪费，确保PTN网络发挥出最大功效。
4、PTN通信网络的业务带宽适应性分析
通信网络的传输能力需考虑到节点业务处理能力、接入端口总数及其容量、干线端口总数及其容量、节点总端口数（接入+干线）等多方面的因素；所有的业务在相应业务端口被收集，通过骨干节点端口提供给骨干网，且承载能力需完全满足业务量的需求。
以乐天溪、莲沱、石牌和凤凰岭等4个在原来MSTP网络中采用交换机、而本次采用了新建PTN设备进行业务传输的重要站点为例，这4个站点建有重要的VTS基站和CCTV站点，需要回传大量船舶交通管理数据和视频信息；原有通信网络是采用L2SW网络处理后，再通过MSTP，汇聚到坝河口。在PTN网络中的路由方式则是莲沱经乐天溪连接到坝河口、凤凰岭经仙人桥连接到坝河口的PTN环形网络业务接入方式。
经实际统计测算，以上4个新增站点的业务接入容量分别为：乐天溪310M、莲沱318M、石牌310M、凤凰岭326M；4个新增站点的新增视频业务量达到358M。考虑到原有8个MSTP站点的4.68G业务接入量，按照通信网络接入线侧链路利用率一般约为70% ～80%、骨干链路利用率一般约为80%～90%的利用率来考虑；可大致得出新建PTN通信网络链路上的最大业务将近6.3 G，最小约为4.5 G。本次新上的PTN 10G环网络完全能够满足当前业务的带宽需求，以及未来相当一段时间的业务增长需求。由此可见新建PTN网络的系统安全性、可靠性、通信线路利用率都得到大大提高。
5、PTN通信网络的可拓展性
建成后的PTN传送网可为三峡通航管理通信网络提供全方位的业务承载，在满足当前带宽的需求的同时，还兼顾了未来扩容升级的需要，主要体现在链路容量的扩容，和网络拓扑结构的拓展方面。在网络链路容量的扩容方面，可通过在设备空余的槽位中增加板卡来网络传输容量的扩容，由现在使用的40G左右扩大到240G甚至更大，并且板卡扩容对原有网络业务不会造成任何影响；未来随着三峡通航管理通信网络业务的发展，还可通过增加40GE板卡，使主干网络平滑升级到40G环网，以满足更多业务量的需求。在网络节点的扩容方面，还可实现通信网络的外围扩展和内部扩容。根据业务发展的需要，本PTN环网上的任一节点都可外增加一条链型或环形延伸节点，在形成物理连接后开通新增节点与原有网络各节点之间的业务从而实现网络的外围扩展，现有PTN环网的业务不受任何影响。同时，通过智能网管的配置功能，也可以在现有PTN环网的任何两个节点之间新增节点（即破环加点），形成新的物理连接，从而实现网络的内部扩容。
展望
未来随着网络业务的进一步丰富，网络结构的愈加复杂，三峡通航管理通信系统的业务承载网还可采取PTN的后续演进技术—POTN，来实现全业务的统一承载。业界的普遍观点认为从PTN演进至POTN将是主流方向，本次在网运行的PTN设备在设计时已为未来向POTN升级做好了准备，可以最大限度地保护现网资源，节省投资，更好地解决三峡通航管理通信网络未来业务高速增长的承载需求。
（作者单位：武汉日电光通信工业有限公司）
并实现高效传送的同时，还具备了良好的OAM、精准的同步性能和网络级的保护特性，可广泛地适用于承载无线
回传网络、以太网专线、以及视频等高品质的多媒体数据业务。本文着重介绍了PTN技术在三峡通航管理通信网
络系统生产、办公及外网业务方面的广泛应用。
关键词： MSTP PTN 三峡通航 IP分组 应用
概述
三峡地处长江中上游结合部，是国家中部崛起与西部大开发经济发展战略区域的交汇点，三峡段的高效通航在长江中上游地区的国民经济发展中发挥着重要的杠杆作用。三峡大坝建成以来，过坝需求的逐年迅猛上升对坝区通航管理和服务能力提出更高要求，年货运量从通航之初的不足2000万吨到2011年底突破1亿吨，提前19年达到并超过三峡船闸双向年设计水平，标志着三峡水利枢纽通过能力已趋于饱和，三峡航运面临新挑战。
通信网络现状
三峡通航管理范围上起长江干线西陵峡庙河，下至宜昌市中水门，全长59公里水域，辖区长度虽然不长，但是通航管理业务所涉及的点多、面广、专业门类众多，从业务类型上基本可分为三种即视频、数据和语音业务。建设于2005年初的光传输系统作为承载通航管理业务的底层传输平台采用MSTP技术，系统组网如图所示。
该系统传输骨干链路带宽实际为2.5G，主要提供2M电路和100M以太网业务，为办公网、生产网和互联网提供业务通道。建设初期能够达到网络应用需求，并且为三峡航段通航管理提供了多年强有力的信息保障，但随着三峡航段的通航能力不断扩大，船方用户和管理单位对网络的业务量需求不断增加，新的业务应用系统不断加载，导致语音、视频和数据的业务量急剧增加，使得MSTP网络容量接近饱和，现有光传输系统已不能满足现在和未来发展的需要。
PTN技术特点、网络建设可行性和组网方案分析
1、PTN技术特点
PTN（Packet Transport Network，分组传送网）技术以分组交换为核心，面向分组数据业务的新一代传送网技术。业务驱动是技术发展的原动力，业务的IP化必然要求传送网络的IP化，即要求传送网络由电路交叉核心向分组交换核心的转换，利用分组交换核心实现分组业务的高效传送，同时必须提供电信级的QOS、OAM和保护等特性，而传统的SDH/MSTP和以太网都不能同时满足这两方面的要求。PTN的设计构想是用有连接的、支持类似SDH端到端性能管理的网络，来满足承载网络向下一代平滑演进的能力。
2、PTN技术适应性分析
建立在SDH传输平台上的MSTP体系虽然具备多业务承载能力，但是这种基于TDM内核的技术使其在承载IP分组业务时效率较低、配置复杂，并且灵活性也较差。PTN技术的出现，正好迎合了通信网发展的新需求，实现对上层业务的高效承载。PTN是面向分组的通用交叉技术，它继承了SDH/MSTP传输网的诸多优点，如良好的可扩展性、丰富的操作维护功能、快速的保护倒换等，同时还增加了更适合数据业务传输的特性，如分组交换、统计复用、采用了面向连接的标签交换、分组QOS机制、灵活动态的控制面等。PTN技术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；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。
在三峡坝区通航管理综合信息系统工程中，采用PTN技术，可实现对三峡通航管理局各项通信业务的全IP化管理以及对辖区内的语音、数据和视频业务的实时传输，提高通信效率和网络管理水平，确保整个通信网络的高可靠性和高安全性，为三峡通航管理提供有力保障。采用PTN技术，在保证目前网络通信正常为前提下，考虑环网的容量冗余以保证应付突发流量的需求。PTN技术具有面向连接的数据转发机制、多业务承载、较强的网络扩展性、丰富的OAM、50ms的网络保护等技术特征，适用于承载无线回传网络、以太网专线、以及视频等高品质的多媒体数据业务。
3、优化后的光传送网络
在组网过程中，PTN网络的规划和建设本着“整体优化、滚动发展、补充完善”的原则进行，方案中设备的选取在满足当前带宽需求的同时，还兼顾未来扩容的便利性和可扩充性。优化后的网络遵循组网和网络结构层次划分的结构要求，采用核心与汇聚双层网络结构，由12个节点组成，其中包括坝河口、乐天溪、宜昌局和葛洲坝四个核心节点，采用大容量PTN设备组成一个核心10GE环，老太平溪、三峡船闸、仙人桥和凤凰岭组成汇聚层环1，莲沱、黄陵庙和乐天溪构成汇聚层环2，石牌、葛洲坝和南津关组成汇聚层环3，3个汇聚层环容量也为10GE，改造后系统组网如图所示。
新建的PTN环状网络与MSTP设备之间采用星形连接的网络结构，并通过千兆接口相连；MSTP设备作为汇聚到骨干PTN环网的接入层网络使用，并通过2M接口与原有程控交换机连接，实现两个系统的互联互通。该模式下，传统语音业务继续利用原有MSTP设备传输，用于实现三峡坝上救助基地、葛洲坝检修基地、葛洲坝船闸、葛洲坝搜救中心、平善坝锚地、庙河危险品锚地等多处的业务接入；这样不但可提升新建PTN网络的接入能力，还可继续发挥原有MSTP网络的功效。
新增的业务包含IP电话、数据、视频业务则利用新建PTN网络上传输，然后逐步迁移，采用业务分流，逐步过渡的办法，针对不同的业务需求与流量演进模式，逐渐完成从骨干/汇聚往下渗透至接入层的演进，不但满足传统业务需要的高质量TDM传送，还可以逐步平滑地向电信级的以太网业务汇聚和传送演进，实现业务传送平台从支持语音电路业务为主到支持数据分组业务为主的网络转型。 原有MSTP网络和新建PTN网络间业务的相互补充、有效衔接、最终融合，比较好地满足了三峡局目前对视频、数据和语音业务的有效传输，可高效地为三峡局提供生产调度、坝区办公信息化和外网业务的需要，全面提升了三峡通航管理的水平。这种模式下，网络结构变得非常清晰，易于管理和维护，两张基础通信承载网络的智能调度、高效维护，既充分发挥了原有MSTP网络的功能，又节省了PTN网络的投资、避免了不必要的浪费，确保PTN网络发挥出最大功效。
4、PTN通信网络的业务带宽适应性分析
通信网络的传输能力需考虑到节点业务处理能力、接入端口总数及其容量、干线端口总数及其容量、节点总端口数（接入+干线）等多方面的因素；所有的业务在相应业务端口被收集，通过骨干节点端口提供给骨干网，且承载能力需完全满足业务量的需求。
以乐天溪、莲沱、石牌和凤凰岭等4个在原来MSTP网络中采用交换机、而本次采用了新建PTN设备进行业务传输的重要站点为例，这4个站点建有重要的VTS基站和CCTV站点，需要回传大量船舶交通管理数据和视频信息；原有通信网络是采用L2SW网络处理后，再通过MSTP，汇聚到坝河口。在PTN网络中的路由方式则是莲沱经乐天溪连接到坝河口、凤凰岭经仙人桥连接到坝河口的PTN环形网络业务接入方式。
经实际统计测算，以上4个新增站点的业务接入容量分别为：乐天溪310M、莲沱318M、石牌310M、凤凰岭326M；4个新增站点的新增视频业务量达到358M。考虑到原有8个MSTP站点的4.68G业务接入量，按照通信网络接入线侧链路利用率一般约为70% ～80%、骨干链路利用率一般约为80%～90%的利用率来考虑；可大致得出新建PTN通信网络链路上的最大业务将近6.3 G，最小约为4.5 G。本次新上的PTN 10G环网络完全能够满足当前业务的带宽需求，以及未来相当一段时间的业务增长需求。由此可见新建PTN网络的系统安全性、可靠性、通信线路利用率都得到大大提高。
5、PTN通信网络的可拓展性
建成后的PTN传送网可为三峡通航管理通信网络提供全方位的业务承载，在满足当前带宽的需求的同时，还兼顾了未来扩容升级的需要，主要体现在链路容量的扩容，和网络拓扑结构的拓展方面。在网络链路容量的扩容方面，可通过在设备空余的槽位中增加板卡来网络传输容量的扩容，由现在使用的40G左右扩大到240G甚至更大，并且板卡扩容对原有网络业务不会造成任何影响；未来随着三峡通航管理通信网络业务的发展，还可通过增加40GE板卡，使主干网络平滑升级到40G环网，以满足更多业务量的需求。在网络节点的扩容方面，还可实现通信网络的外围扩展和内部扩容。根据业务发展的需要，本PTN环网上的任一节点都可外增加一条链型或环形延伸节点，在形成物理连接后开通新增节点与原有网络各节点之间的业务从而实现网络的外围扩展，现有PTN环网的业务不受任何影响。同时，通过智能网管的配置功能，也可以在现有PTN环网的任何两个节点之间新增节点（即破环加点），形成新的物理连接，从而实现网络的内部扩容。
展望
未来随着网络业务的进一步丰富，网络结构的愈加复杂，三峡通航管理通信系统的业务承载网还可采取PTN的后续演进技术—POTN，来实现全业务的统一承载。业界的普遍观点认为从PTN演进至POTN将是主流方向，本次在网运行的PTN设备在设计时已为未来向POTN升级做好了准备，可以最大限度地保护现网资源，节省投资，更好地解决三峡通航管理通信网络未来业务高速增长的承载需求。
（作者单位：武汉日电光通信工业有限公司）