PTN网络技术的原理及分析
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一、PTN网络技术现状
1、技术体制
PTN的最初设想是用一个有连接的、支持类似SDH端到端性能管理的网络，来满足网络从当前向下一代平滑演进的能力，满足IP类业务的高带宽需求，出于这个目的，业界分别从IEEE 802.1系列的二层以太网技术和ITU-T 6.8110系列的三层IP交换技术分别进行改良，形成了PBB-TE(PBT)和MPLS-TP两大主流技术体制。
2、标准情况
PTN的技术标准分别由三大组织共同制订：①IEEE主导以太网技术，重点关注增强以太网如PBB、PBB-TE;②IETF主导开发IP/MPLS协议，重点关注MPLS-TP、PWE3、L2VPN(VPLS);③ITU-T曾主导开发T-MPLS， 目前重点关注MPLS-TP G.8110.1系列， EOT G.8010 系列，集中在框架和需求制订。
MPLS-TP技术的前身是传送—多协议标签交换(T-MPLS)，ITU-T自2005年开始开发T-MPLS技术标准，已开发出包括体系架构、设备、保护倒换和操作管理维护(OAM)的一整套标准，从2008年4月开始，ITU-T和IETF正式合作开发MPLS-TP标准，IETF主导协议开发，ITU-T负责传送需求。
截至目前PTN的相关技术标准仍在不断完善中，目前已批准公布的标准有：G.8110.1v1MPLS-TP 层网络架构;G.7712DCN 网络架构和规范;G.8101v1MPLS-TP 术语和定义;G.8113MPLS-TP 层网络OAM 机制(分为传送网、IP/MPLS 两种应用场景);G.8121MPLS-TP 设备功能特性;G.8112MPLS-TP 网络接口;G.8151MPLS-TP 网元管理规范;G.8131MPLS-TP 线性保护;G.8132MPLS-TP 环网保护;G.8121am1 G.8121的增补1;G.8152MPLS-TP 网元信息管理模型。
近年来，我国在基于MPLS-TP的PTN标准研制和产业应用方面已处于国际前列。中国通信标准化协会(CCSA)TC6已积极组织会员开展了PTN的通信行业标准制定工作，截至2012年12月，CCSA(中国通信标准化协会)已发布的标准有：分组传送网PTN总体技术要求;分组传送网PTN设备技术要求;分组传送网PTN测试方法;分组传送网(PTN)互通技术要求。
总的来说，MPLS-TP 的数据平面、管理平面和OAM 方面的需求和框架标准相对成熟稳定，控制平面的草案在研究开发之中，目前MPLS-TP 标准的主要分歧在OAM 和保护方面，已分化为以PTN 和IP/MPLS扩展为代表的两种技术方案，实际上是传送和数据两个产业利益矛盾在国际标准上的突出体现，最终以OAM的两种方案均列入标准，标准化工作才得以顺利推动。
二、PTN主要关键技术原理及分析
1、网络内保护
网络内保护分为线性保护和环网保护两类。
线性保护是指在工作路径失效后，线性保护会自动切换至保护路径实现业务端到端的保护过程，线性保护按照保护路径的不同的又可分为1+1、1：1、1：N，几种方式优缺点见下表：
PTN技术标准定义了两种环网保护机制：Wrapping 和Steering 。其中Wrapping保护类似于SDH的复用段保护，它只在受故障影响的相邻两个节点执行保护动作，让所有业务通过环网的保护带宽绕开故障点，然后在故障点的另一端返回工作带宽。Steering保护与此相反，所有网元都需要判断它的业务连接是否受到故障点的影响，如果受损，则本地上环的业务就近桥接到保护带宽，业务的目的端也就近倒换到保护带宽上。
线性保护和环网保护是网络内保护的重要方式，根据组网环境的不同选择不同的保护方式，可以有效保障业务通信的可靠性，两者也可以互相补充，一般在环网架构下，首选环网保护，针对特别重要的业务也可以另行配置线性保护，双重保护通过 Hold-off机制协同动作，可以为业务提供更可靠的服务。
2、同步技术
同步包含频率同步和时间同步两个概念。
2.1 同步以太网
PTN网络中一般采用同步以太网技术实现频率同步。
同步以太网技术是基于物理层的同步技术，主要是以太网链路码流恢复时钟的技术。以太网通过物理层芯片从串行数据流中恢复出发送端的时钟，在发送侧将高精度时钟灌入以太网物理层(PHY)芯片，PHY芯片利用高精度的时钟将数据发送出去，接收侧的PHY芯片将时钟恢复出来，然后判断各个接口上报的时钟质量，从其中选择一个精度最高的，将系统时钟与其同步息的同时，也要将时钟质量等级信息上报。同步以太网接口就通过以太网同步消息信道(ESMC)传递专有的携带时钟信息的同步状态信息(SSM)报文，来告知下游设备，从而实现全网同步。
2.2 IEEE 1588 V2技术
随着PTN技术在移动回传等网络中的应用，应用环境提出了更为精确的时间同步要求，例如CDMA2000中要求时钟频率在0.05ppm，时间同步要求为3us，TD-SCDMA中时间同步要求为1.5us.
目前PTN网络中广泛采用IEEE 1588技术实现时间同步，IEEE 1588 V2标准的全称是“网络测量和控制系统的精确时钟同步协议标准”简称为精确定时协议(PTP)。
PTP本质上是主从同步系统，通过采用主从时钟方式，对时间进行信息编码，这样可以记录同步时钟信息的发出时间和接收时间，并且给每一条信息加上时间戳，接收方就可以通过时间记录计算出传输时网络中的延时和主从时钟的偏移量，从而修正从设备时钟，使之与主时钟同步。 虽然PTP支持频率和时间同步，但是由于IEEE 1588采用软件层面的算法，在来回传递报文时，频率同步收敛性不好，而且报文经过复杂的数据网络，抖动和非对称性的不可控导致从IEEE 1588报文中恢复的频率和时间精确度难以保证。 所以IEEE 1588主要面向时间的同步要求，同步以太网主要面向时钟频率的同步要求，一般将二者结合在一起，共同实现PTN全网同步。
2.3三层功能
PTN作为承载网络，支持IP数据业务的接入及承载，需要支持三层功能以满足IP业务的路由及转发，目前普遍采用PTN核心层开启三层功能。接入汇聚层采用PTN 隧道技术来实现，如图1所示。
PTN接入汇聚层设备通过PTN隧道技术，将来自CE的IP数据接入到PTN核心层，PTN核心层节点内部实现隧道的`终结，识别IP报文，根据IP报文的目的地址及接口信息，完成L2到L3 VRF的桥接功能，查找VRF路由表或者IP路由表进行报文的路由转发处理(直接转发到实际物理端口或添加VRF标签)，PTN核心层支持多个虚拟路由转发实例能力，即可以提供多个VRF，不同VRF之间的路由转发表项逻辑隔离;PTN核心层节点间路由学习可通过静态或动态方式;静态方式是通过网管静态配置路由转发表，动态方式是通过MP-BGP路由协议来动态发布和学习路由(适用于VPN路由方式)。
三、网络技术发展分析
业务需求永远是技术发展的驱动力，PTN的一项重要使命是为了应对即将到来的TD-LTE网络，作为一种新的网络架构，LTE单站网络流量对带宽开销很大，网络层次趋于网状。
1、更高的带宽
随着移动互联网时代的到来，数据业务在整个网络流量中的比重越来越高逐渐占据主导，承载网络需要具备带宽可扩展以及网络可持续性增长。
由于PTN内核基于分组传输，因此选用以太网承载效率最高，但是以太网最高传输速率远远小于光纤的传输容量(80波×40G)3.2T，在有更高传输带宽要求的场合下，PTN和光网络技术融合将是最好的选择即POTN(PTN+OTN)，也是未来技术发展最重要的方向之一。
2、更加智能
PTN是基于面向连接的技术，采用以静态配置为主的方式建立连接，网络的连接数与网络节点数的平方成正比。规模越大，连接数量越多，开通和维护连接的工作量也越大，为此需要引入智能控制平面技术。通过引入智能控制平面技术可以极大地增强PTN网络对承载业务的保护并同时增加对网络带宽的使用效率。能以一种极具性价比的方式为运营商提供一个强壮并高可靠的网格化PTN网络。
3、网络技术的融合
技术的发展是在不断融合不断更替，网络技术的发展最终是受业务驱动影响，PTN技术也不例外，PTN发展历程较为短暂，尚存在许多问题，必须吸收其他先进技术不断完善以满足业务需求，未来的PTN将逐步在逐步融合吸收OTN、IP/MPLS等技术特征同时，改造光传送层向未来的分组光传送网(P-OTN)发展，通过引入ASON智能控制平面，为用户提供更智能化、全分组化的服务，以提供更高的带宽和更加灵活的网络应用。