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[摘要] 在社会信息化的大趋势下，业务IP化和承载网IP化也推动着基础传送网的演进，然而，目前运营商的现状是以太网机、路由器等多个网络分别承载不同业务、各自维护的局面，难以满足多业务统一承载和降低运营成本的发展需求。因此，城域网需要采用灵活、高效和低成本的分组传送平台来实现全业务统一承载和网络融合，分组传送网（PTN）由此应运而生,本文结合SDH存在的问题，介绍了PTN在城域网建设中应用及案例。
[关键词] SDH 存在问题 PTN
1.引言
城域网环境下的业务IP化和大颗粒化趋势，首先导致带宽需求增大，城域网将由主要承载现有E1/STM-1 TDM业务逐渐转向承载FE/GE IP业务，单站点带宽由2M/155M向着100M/1000M发展,基于SDH的MSTP是城域传送网的目前主流技术，面对城域网汇聚接入层大量的IP化业务需求，采用SDH/MSTP无法兼顾传输效率和传输质量的问题，已不能适应新业务需求。
2.SDH传输方案存在问题
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；主要提供E1、RJ45、V.35等各类低速业务接口。随着接入网向宽带化、程控交换向软交换方向发展，驻地网专线正转向FE接口（即RJ45接口）、GE光口等，以往的E1接口和各类低速度业务接口正逐渐被淘汰。
SDH方案存在问题主要表现有以下几个方面：
2.1传输效率比较低。SDH技术原本就是以传输固定速率和低带宽的电路业务，以2M为基本时隙颗粒，例如常见的155M-SDH环（即STM-1环）的可用时隙为63个2M，因此其承载10/100M以太网时,根据客户专线的容量需要，将以太网数据分割成N个2M颗粒，经过封装和转换过程才能在光纤上传输，因此其传输以太网效率非常低.
2.2 升级扩容代价比较高。SDH常见的接入环为155M环或者622M环，对于新增高带宽需求的以太网业务，SDH系统只有通过升级传输带宽和增加以太网单板等方式实现，例如接入层SDH-155M环内，已用时隙60个2M，剩余3个2M时隙，如需要建设8M的驻地网专线，则无法实现，只能更改方案到其他的SDH-155M环，或把原计划的SDH-155M环，升级为622M环（即把SDH-155M环的局端设备，光接口板从155M，更换为622M），接入层与汇聚层设备都需要更换为622M光接口板，更换光接口板的操作，则需要中断原接入层SDH-155M环内的传输业务，中断传输即是中断了基站的无线设备通讯，导致原SDH-155M环，环内的原基站信号中断，所以SDH设备升级，对于运营商的影响面较大。
2.3 对以太网业务承载性不好。SDH只能对以太网业务提供有限的固定带宽通道，而不能够提供大容量宽带、带宽动态调整、多等级服务质量等业务，无法完全发挥以太网业务的特点。 以6M容量的专线为例，SDH系统在业务配置中，把3个2M时隙进行捆绑，在以太网业务板中出6M，RJ45接口的业务，如客户专线需求为5M容量，则无法实现，传输只能设置为6M（2M*3）,3个2M捆绑.PTN设备则可以直接出5M容量的以太网业务。
3.PTN技术简介
3.1 PTN技术
PTN（分组传送网，Packet Transport Network）是一种光传送网络架构和具体技术。在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。
3.1.1目前分组传送标准主要有TMPLS、PBT和RPR三个标准。TMPLS，于2006年2月由ITU-T实现了技术的标准化，是分组交换传输网络技术的首次尝试。TMPLS基于ITU-TG.805传输网络结构，由ITU完成标准化(G.8110.1，G.8112，G.8121)，主要改进包括了通过消除IP控制层简化MPLS，以及增加传输网络需要的OAM和管理功能。 PBT源自IEEE802.1ah定义的“PBB-TE”(运营商骨干网桥接传输技术)。PBT着眼于解决以太网的缺点，TMPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性。它们都为从现有的SONET/SDH向完全分组交换网络的转变提供了平滑过渡的方法。RPR是一种采用双环结构的环形网技术，它把物理层点到点连接的节点链转换为真正的共享链路，有效地统计复用突发型数据业务，由IEEE802.17进行标准化，标准化程度更高一些。
从标准化的程度上看，TMPLS更成熟，ITU-T已经完成了大部分标准化工作，而且 TMPLS采用G.805和G.809定义的分层网络体系结构。基于电信网络的体系架构和设计思想，让TMPLS更易于被运营商所接纳。此外，TMPLS还采用了与SDH类似的运营方式，可以让运营商继续使用现有的网络运营和管理系统，减少对员工的培训成本。因此，运营商不用改变现有的网络建设、运营和管理方式，降低向分组传送网演进的成本。
3.1.2 MPLS-TP简介：
不同项 MPLS-TP IP/MPLS
标签分配 集中的网管配置或GMPLS控制平面 MPLS控制信令自动分发标记，包括RSVP/LDP等
保护 1：1/1＋1线性、环网保护 TE FRR/IGP
OAM CC/AIS/RDI/LM/DM… BFD/Ping
LSP 双向 单向
3.2 PTN组网和保护
随着每个接入点的带宽需求的增长，使得核心层和骨干层网络的带宽需求急剧上升。SDH/MSTP网络采用组建10 Gbit/s环的方式来解决，易造成核心骨干环带宽耗尽需要扩容，环型结构的扩容成本较高且灵活性较差， 而PTN网络借助OTN的大容量业务提供和电信级保护能力达到了简化PTN结构的目的。
图1
如图1所示，在应用PTN设备组网时，接入层和汇聚层仍采用环型结构组建系统，其中接入层采用GE速率，汇聚层采用10G比特以太网速率组环，并采用双节点挂环的结构预防汇聚节点和骨干节点单节点失效风险。在骨干层不再建环型系统，而是通过OTN提供的GE或十吉比特以太网链路将每个骨干层节点与相关核心层节点直接相连。同时，在每个核心机房配置两套大型PT N设备，负责本机房业务设备端口的接入以及业务的调度，并实现安全分担。在保护方面，通过建立端到端的MPLS Tunnel保护实现类似SDH网络SNCP方式的保护，同时，为降低因端到端的保护路径距离太长带来的主备用Tunnel同时失效风险，在OTN上对骨干层链路再叠加一层波道保护。对于采用GE接口的3G RNC，核心层PTN设备在进行RNC接口接入时引入LAG保护以避免单接口失效引起的大量业务中断。
4.PTN驻地网专线案例
4.1 本地租赁专线
点（中心）-多点（远端），MSTP或者PTN组网，一般远端机房为环带链，主端中心机房为双归双传输备份方式。
4.1.1 简单星型连接图例：
图2
4.1.2 本地租赁专线传输业务路由简介：
A、客户端1设备—（光缆）--基站1—（光缆）--局端C站1（归属SDH或PTN接入环1）—（光纤）---汇聚层设备1（归属SDH或PTN汇聚环1）—（光缆）--骨干层设备1（归属SDH或PTN骨干环1）—（光缆）--汇聚层设备2（归属SDH或PTN汇聚环2）--（光纤）-局端C站2（归属SDH或PTN接入环2）—（光缆）--基站2—（光缆）--客户中心机房设备（中心机房对远端）
备注：
B、汇聚层与接入层，设备型号统一（同为SDH或者PTN），目前部分PTN设备，与SDH只能通过155M光口进行数据连接，如上例，如客户端1（SDH环）与客户端1（PTN环），因PTN设备与SDH设备间通过155M 光口连接，客户端设备只能提供客户E1接口,业务配置无法出RJ45接口或者GE光口，如客户要求设备直接出RJ45口，则运营商可向客户提供协议转换器进行转换，用于E1转为RJ45，两端客户端需要同时使用。
C、在1：N（即1个中心机房对应N个远端机房）的本地租赁专线建设中，客户通常在中心机房要求为RJ45或者GE光口做汇总接口（即中心机房只出一个RJ45口或者GE光口，连接客户的路由器，通过配置VLAN来区分每个远端，N个远端机房设备出RJ45），中心机房与对端机房，两端设备必须类型相同，同为SDH或者PTN设备。例如PTN组环：[汇聚环1(华为PTN3900或者中兴6300)]—光纤—[局端C站接入环1（华为PTN1900或者中兴6200）]—光纤—[基站1（华为PTN950或者中兴6200）]--光纤--[客户端1（华为PTN910或者中兴6100）]
4.2 语音专线传输业务路由简介
运营商语音前置机-骨干层设备1（骨干环1）-汇聚层设备2（汇聚环1）-局端C站1（接入环1）-基站1-客户端1（光端机）
图3
场景：客户端光端机(E1接口）-同轴电缆（PCM）-PBX（客户侧）：
客户端的PBX通过E1线连接到公共位置侧的光端机，用户固定电话通过电话线连接到PBX。该组网要求用户侧PBX与公共位置的光端机为同一栋大楼。主要面向固定电话需求数量大、等级高的用户。
5.结束语
PTN正在进行网络分组化演进。具体表现为由TDM向以IP/ETH分组为主转变；业务接口由E1向FE变化；业务容量由2M向10M/100M发展等。此外，由于IP已经成为下一代网络的基础，可降低网络投资成本和综合运维成本，提高网络质量和收益。满足未来HSDPA的高带宽需求，减少E1捆绑数量，大颗粒的数据业务使用IP承载效率更高。PTN正是为解决IP业务传输高带宽、高传输效率、高可靠性传输需要的一种技术，它作为SDH技术的升级，吸收了SDH系统的优点和IP交换的优点，具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]李方健，何川，曾春.光纤通信技术.机械出版社，2010.
[2]黄晓庆，唐剑峰，徐荣.PTN—IP化分组传送.北京邮电大学出版社，2009.
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[关键词] SDH 存在问题 PTN
1.引言
城域网环境下的业务IP化和大颗粒化趋势，首先导致带宽需求增大，城域网将由主要承载现有E1/STM-1 TDM业务逐渐转向承载FE/GE IP业务，单站点带宽由2M/155M向着100M/1000M发展,基于SDH的MSTP是城域传送网的目前主流技术，面对城域网汇聚接入层大量的IP化业务需求，采用SDH/MSTP无法兼顾传输效率和传输质量的问题，已不能适应新业务需求。
2.SDH传输方案存在问题
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；主要提供E1、RJ45、V.35等各类低速业务接口。随着接入网向宽带化、程控交换向软交换方向发展，驻地网专线正转向FE接口（即RJ45接口）、GE光口等，以往的E1接口和各类低速度业务接口正逐渐被淘汰。
SDH方案存在问题主要表现有以下几个方面：
2.1传输效率比较低。SDH技术原本就是以传输固定速率和低带宽的电路业务，以2M为基本时隙颗粒，例如常见的155M-SDH环（即STM-1环）的可用时隙为63个2M，因此其承载10/100M以太网时,根据客户专线的容量需要，将以太网数据分割成N个2M颗粒，经过封装和转换过程才能在光纤上传输，因此其传输以太网效率非常低.
2.2 升级扩容代价比较高。SDH常见的接入环为155M环或者622M环，对于新增高带宽需求的以太网业务，SDH系统只有通过升级传输带宽和增加以太网单板等方式实现，例如接入层SDH-155M环内，已用时隙60个2M，剩余3个2M时隙，如需要建设8M的驻地网专线，则无法实现，只能更改方案到其他的SDH-155M环，或把原计划的SDH-155M环，升级为622M环（即把SDH-155M环的局端设备，光接口板从155M，更换为622M），接入层与汇聚层设备都需要更换为622M光接口板，更换光接口板的操作，则需要中断原接入层SDH-155M环内的传输业务，中断传输即是中断了基站的无线设备通讯，导致原SDH-155M环，环内的原基站信号中断，所以SDH设备升级，对于运营商的影响面较大。
2.3 对以太网业务承载性不好。SDH只能对以太网业务提供有限的固定带宽通道，而不能够提供大容量宽带、带宽动态调整、多等级服务质量等业务，无法完全发挥以太网业务的特点。 以6M容量的专线为例，SDH系统在业务配置中，把3个2M时隙进行捆绑，在以太网业务板中出6M，RJ45接口的业务，如客户专线需求为5M容量，则无法实现，传输只能设置为6M（2M*3）,3个2M捆绑.PTN设备则可以直接出5M容量的以太网业务。
3.PTN技术简介
3.1 PTN技术
PTN（分组传送网，Packet Transport Network）是一种光传送网络架构和具体技术。在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。
3.1.1目前分组传送标准主要有TMPLS、PBT和RPR三个标准。TMPLS，于2006年2月由ITU-T实现了技术的标准化，是分组交换传输网络技术的首次尝试。TMPLS基于ITU-TG.805传输网络结构，由ITU完成标准化(G.8110.1，G.8112，G.8121)，主要改进包括了通过消除IP控制层简化MPLS，以及增加传输网络需要的OAM和管理功能。 PBT源自IEEE802.1ah定义的“PBB-TE”(运营商骨干网桥接传输技术)。PBT着眼于解决以太网的缺点，TMPLS着眼于解决IP/MPLS的复杂性。它们都为从现有的SONET/SDH向完全分组交换网络的转变提供了平滑过渡的方法。RPR是一种采用双环结构的环形网技术，它把物理层点到点连接的节点链转换为真正的共享链路，有效地统计复用突发型数据业务，由IEEE802.17进行标准化，标准化程度更高一些。
从标准化的程度上看，TMPLS更成熟，ITU-T已经完成了大部分标准化工作，而且 TMPLS采用G.805和G.809定义的分层网络体系结构。基于电信网络的体系架构和设计思想，让TMPLS更易于被运营商所接纳。此外，TMPLS还采用了与SDH类似的运营方式，可以让运营商继续使用现有的网络运营和管理系统，减少对员工的培训成本。因此，运营商不用改变现有的网络建设、运营和管理方式，降低向分组传送网演进的成本。
3.1.2 MPLS-TP简介：
不同项 MPLS-TP IP/MPLS
标签分配 集中的网管配置或GMPLS控制平面 MPLS控制信令自动分发标记，包括RSVP/LDP等
保护 1：1/1＋1线性、环网保护 TE FRR/IGP
OAM CC/AIS/RDI/LM/DM… BFD/Ping
LSP 双向 单向
3.2 PTN组网和保护
随着每个接入点的带宽需求的增长，使得核心层和骨干层网络的带宽需求急剧上升。SDH/MSTP网络采用组建10 Gbit/s环的方式来解决，易造成核心骨干环带宽耗尽需要扩容，环型结构的扩容成本较高且灵活性较差， 而PTN网络借助OTN的大容量业务提供和电信级保护能力达到了简化PTN结构的目的。
图1
如图1所示，在应用PTN设备组网时，接入层和汇聚层仍采用环型结构组建系统，其中接入层采用GE速率，汇聚层采用10G比特以太网速率组环，并采用双节点挂环的结构预防汇聚节点和骨干节点单节点失效风险。在骨干层不再建环型系统，而是通过OTN提供的GE或十吉比特以太网链路将每个骨干层节点与相关核心层节点直接相连。同时，在每个核心机房配置两套大型PT N设备，负责本机房业务设备端口的接入以及业务的调度，并实现安全分担。在保护方面，通过建立端到端的MPLS Tunnel保护实现类似SDH网络SNCP方式的保护，同时，为降低因端到端的保护路径距离太长带来的主备用Tunnel同时失效风险，在OTN上对骨干层链路再叠加一层波道保护。对于采用GE接口的3G RNC，核心层PTN设备在进行RNC接口接入时引入LAG保护以避免单接口失效引起的大量业务中断。
4.PTN驻地网专线案例
4.1 本地租赁专线
点（中心）-多点（远端），MSTP或者PTN组网，一般远端机房为环带链，主端中心机房为双归双传输备份方式。
4.1.1 简单星型连接图例：
图2
4.1.2 本地租赁专线传输业务路由简介：
A、客户端1设备—（光缆）--基站1—（光缆）--局端C站1（归属SDH或PTN接入环1）—（光纤）---汇聚层设备1（归属SDH或PTN汇聚环1）—（光缆）--骨干层设备1（归属SDH或PTN骨干环1）—（光缆）--汇聚层设备2（归属SDH或PTN汇聚环2）--（光纤）-局端C站2（归属SDH或PTN接入环2）—（光缆）--基站2—（光缆）--客户中心机房设备（中心机房对远端）
备注：
B、汇聚层与接入层，设备型号统一（同为SDH或者PTN），目前部分PTN设备，与SDH只能通过155M光口进行数据连接，如上例，如客户端1（SDH环）与客户端1（PTN环），因PTN设备与SDH设备间通过155M 光口连接，客户端设备只能提供客户E1接口,业务配置无法出RJ45接口或者GE光口，如客户要求设备直接出RJ45口，则运营商可向客户提供协议转换器进行转换，用于E1转为RJ45，两端客户端需要同时使用。
C、在1：N（即1个中心机房对应N个远端机房）的本地租赁专线建设中，客户通常在中心机房要求为RJ45或者GE光口做汇总接口（即中心机房只出一个RJ45口或者GE光口，连接客户的路由器，通过配置VLAN来区分每个远端，N个远端机房设备出RJ45），中心机房与对端机房，两端设备必须类型相同，同为SDH或者PTN设备。例如PTN组环：[汇聚环1(华为PTN3900或者中兴6300)]—光纤—[局端C站接入环1（华为PTN1900或者中兴6200）]—光纤—[基站1（华为PTN950或者中兴6200）]--光纤--[客户端1（华为PTN910或者中兴6100）]
4.2 语音专线传输业务路由简介
运营商语音前置机-骨干层设备1（骨干环1）-汇聚层设备2（汇聚环1）-局端C站1（接入环1）-基站1-客户端1（光端机）
图3
场景：客户端光端机(E1接口）-同轴电缆（PCM）-PBX（客户侧）：
客户端的PBX通过E1线连接到公共位置侧的光端机，用户固定电话通过电话线连接到PBX。该组网要求用户侧PBX与公共位置的光端机为同一栋大楼。主要面向固定电话需求数量大、等级高的用户。
5.结束语
PTN正在进行网络分组化演进。具体表现为由TDM向以IP/ETH分组为主转变；业务接口由E1向FE变化；业务容量由2M向10M/100M发展等。此外，由于IP已经成为下一代网络的基础，可降低网络投资成本和综合运维成本，提高网络质量和收益。满足未来HSDPA的高带宽需求，减少E1捆绑数量，大颗粒的数据业务使用IP承载效率更高。PTN正是为解决IP业务传输高带宽、高传输效率、高可靠性传输需要的一种技术，它作为SDH技术的升级，吸收了SDH系统的优点和IP交换的优点，具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]李方健，何川，曾春.光纤通信技术.机械出版社，2010.
[2]黄晓庆，唐剑峰，徐荣.PTN—IP化分组传送.北京邮电大学出版社，2009.
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”