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PTN網絡技術原理與分析

壹、PTN網絡技術現狀

1,技術系統

PTN最初的想法是使用類似SDH的支持端到端性能管理的連接網絡,滿足網絡從當前壹代向下壹代的平滑演進,滿足IP業務的高帶寬需求。為此,業界分別改進了IEEE 802.1系列的二層以太網技術和ITU-T 6.810系列的三層IP交換技術,形成PB。

2、標準情況

PTN的技術標準由三個組織聯合制定:①IEEE主導以太網技術,重點增強PBB、PBB-TE等以太網;②IETF主導IP/MPLS協議的開發,重點是MPLS-TP、PWE3和L2VPN(VPLS);③ITU-T曾經引領了T-MPLS的發展。目前重點關註MPLS-TP g . 8110.10系列和EOT G.8010系列,重點關註框架和需求制定。

MPLS-TP技術的前身是傳輸?多協議標簽交換(T-MPLS),ITU-T於2005年開始制定T-MPLS技術標準,目前已經制定了包括架構、設備、保護交換和運行管理維護(OAM)在內的壹套標準。從2008年4月開始,ITU-T和IETF正式合作開發MPLS-TP標準,IETF主導協議開發,ITU-T負責傳輸需求。

到目前為止,PTN的相關技術標準仍在不斷完善中。目前被認可的標準有:g . 8110.1v 1 MPLS-TP層網絡架構;G.7712DCN網絡架構與規範;g . 8101v 1 MPLS-TP術語及定義;G.8113MPLS-TP層網絡OAM機制(分為傳送網和IP/MPLS應用場景);G.8121MPLS-TP設備功能特性;G.8112MPLS-TP網絡接口;G.8151MPLS-TP網元管理規範;G.8131MPLS-TP線性保護;G.8132MPLS-TP環網保護;g . 8121am 1g . 8121補充1;G.8152MPLS-TP網元信息管理模型。

近年來,我國在基於MPLS-TP的PTN標準開發和產業應用方面壹直走在前列。中國通信標準化協會(CCSA)TC6積極組織其成員制定PTN通信行業標準。截至2012 12,CCSA(中國通信標準化協會)公布的標準包括:PTN通用技術要求;分組傳送網對PTN設備的技術要求:分組傳送網PTN測試方法:分組傳送網(PTN)互通技術要求。

總的來說,MPLS-TP的數據平面、管理平面、OAM的需求和框架標準相對成熟穩定,控制平面的草案正在研發中。目前MPLS-TP標準的主要差異是OAM和保護,已經分為以PTN和IP/MPLS擴展為代表的兩種技術方案。事實上,國際標準中突出了傳輸和數據行業的利益矛盾,最終兩種OAM解決方案都被納入標準。

二、PTN主要關鍵技術原理及分析

1,網絡保護

網內保護分為線性保護和環網保護。

線性保護是指工作路徑發生故障後,線性保護會自動切換到保護路徑,實現業務的端到端保護過程。根據保護路徑的不同,線性保護可分為1+1、1: 1、1: n,幾種方法的優缺點如下表所示:

PTN技術標準定義了兩種環網保護機制:環繞和轉向。其中,纏繞式保護類似於SDH的復用段保護,只在受故障影響的兩個相鄰節點上執行保護動作,使所有業務通過環網的保護帶寬繞過故障點,然後回到故障點另壹端的工作帶寬。轉向保護相反,所有網元都需要判斷其業務連接是否受到故障點的影響。如果損壞,本地環上的業務被橋接到附近的保護帶寬,業務的目的地也被切換到附近的保護帶寬。

線性保護和環網保護是網絡中重要的保護方式。根據不同的組網環境選擇不同的保護方式,可以有效地保證業務通信的可靠性,而且兩者還可以相輔相成。壹般環網架構下首選環網保護,對於特別重要的業務可以單獨配置線性保護。雙重保護可以通過推遲機制提供更可靠的服務。

2.同步技術

同步包括兩個概念:頻率同步和時間同步。

2.1同步以太網

在PTN網絡中,通常采用同步以太網技術來實現頻率同步。

同步以太網技術是基於物理層的同步技術,主要是從以太網鏈路碼流中恢復時鐘的技術。以太網通過物理層芯片從串行數據流中恢復發送端的時鐘。在發送端,將高精度時鐘註入以太網物理層(PHY)芯片,該芯片使用高精度時鐘將數據發送出去。接收端的PHY芯片恢復時鐘,然後判斷各接口上報的時鐘質量,選擇精度最高的壹個,並上報時鐘質量等級信息,同時與之同步系統時鐘。同步以太網接口通過以太網同步消息通道(ESMC)發送帶有時鐘信息的專有同步狀態信息(SSM)消息,通知下遊設備,實現全網同步。

2.2 IEEE 1588 V2技術

隨著PTN技術在移動回程等網絡中的應用,應用環境提出了更精確的時間同步要求,如CDMA2000中0.05ppm的時鐘頻率,TD-SCDMA中3us的時間同步要求和1.5us的時間同步要求。

目前,PTN網絡廣泛采用IEEE 1588技術實現時間同步。IEEE 1588 V2標準的全稱是什麽?網絡測控系統精確時鐘同步協議標準?精確定時協議(PTP)的縮寫。

PTP本質上是壹個主從同步系統。采用主從時鐘方式,對時間信息進行編碼,可以記錄同步時鐘信息的發送時間和接收時間,每條信息都可以打上時間戳,這樣接收端就可以通過時間記錄計算出傳輸過程中網絡的延遲和主從時鐘的偏移,從而修正從時鐘,使其與主時鐘同步。雖然PTP支持頻率和時間同步,但由於IEEE 1588采用軟件級算法,來回傳輸消息時頻率同步的收斂性不好,消息的抖動和不對稱不可控,很難保證從IEEE 1588消息中恢復的頻率和時間精度。所以IEEE 1588主要面對時間的同步要求,同步以太網主要面對時鐘頻率的同步要求。壹般將兩者結合起來,共同實現PTN網的同步。

2.3三層功能

PTN作為承載網,支持IP數據業務的接入和承載,需要支持三層功能,滿足IP業務的路由和轉發。目前,PTN核心層被廣泛用於開放三層功能。接入匯聚層是通過PTN隧道技術實現的,如圖1所示。

PTN接入匯聚層設備通過PTN隧道技術將來自ce的IP數據接入PTN核心層。PTN核心層節點實現隧道的結束,識別IP報文,根據IP報文的目的地址和接口信息完成L2到L3 VRF的橋接功能,查找VRF路由表或IP路由表進行報文路由轉發(直接轉發到實際物理端口或添加VRF標簽)。PTN核心層支持多個虛擬路由和轉發實例能力,即它可以提供多個vrf。PTN核心層節點間的路由學習可以靜態或動態完成;靜態方式是通過網管靜態配置路由轉發表,動態方式是通過MP-BGP路由協議動態發布和學習路由(適合VPN路由模式)。

三、網絡技術發展分析

業務需求永遠是技術發展的動力,PTN的壹個重要使命就是應對即將到來的TD-LTE網絡。作為壹種新的網絡架構,LTE單站網絡流量消耗大量帶寬,網絡層次趨於網狀。

1,更高的帶寬

隨著移動互聯網時代的到來,數據業務在全網流量中的比重越來越高,承載網需要具備帶寬可擴展性和可持續的網絡增長。

因為PTN核心是基於分組傳輸,所以以太網是最高效的載體,但是以太網的最高傳輸速率遠不及光纖的傳輸能力(80波?40G)3.2T在傳輸帶寬要求更高的情況下,PTN和光網絡技術的融合將是最佳選擇,即POTN(PTN+OTN),這也是未來技術發展最重要的方向之壹。

2、更聰明

PTN基於面向連接的技術,使用靜態配置建立連接,網絡連接數與網絡節點數的平方成正比。規模越大,連接越多,打開和維護連接的工作量也越大,因此需要引入智能控制平面技術。通過引入智能控制平面技術,可以大大增強PTN網絡對承載業務的保護,同時提高網絡帶寬的利用效率。它能夠以經濟高效的方式為運營商提供強大且高度可靠的網格PTN網絡。

3、網絡技術的整合

技術的發展是不斷融合和變化的,網絡技術的發展最終受商業驅動的影響,PTN科技也不例外。PTN的發展時間比較短,還存在很多問題。需要吸收其他先進技術,不斷完善,以滿足業務需求。未來,PTN將逐步融合和吸收OTN、IP/MPLS的技術特點,將光傳送層改造為未來的分組光傳送網(P-OTN)。通過引入ASON智能控制平面,

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