張緯卿(上海郵電設計咨詢研究院有限公司,上海 200050)
隨著近年來我國電信運營商3G網(wǎng)絡建設、全業(yè)務競爭的不斷深入,以及從業(yè)務應用到承載網(wǎng)絡全IP化進程的不斷加速,以SDH為代表的傳統(tǒng)TDM傳輸網(wǎng)技術已日顯捉襟見肘,無法滿足業(yè)務IP化、寬帶化發(fā)展趨勢要求,而面臨著深刻的變革局面;而當傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術向WAN/MAN規(guī)模演進時,則面臨著無法滿足電信級保護倒換需求、缺乏強大穩(wěn)定的QoS機制及良好的OAM管理功能等突出問題。
通過對傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)和以太網(wǎng)技術優(yōu)缺點的梳理,一個面向IP化綜合業(yè)務傳送網(wǎng)的技術框架已日漸明晰。從目前看,分組傳送網(wǎng)(PTN)是最為適合承擔這一任務的下一代傳送網(wǎng)技術。
PTN可分為基于多協(xié)議標記交換(MPLS)的傳輸子集 (MPLS-TP)和支持流量工程的運營商骨干橋接(PBB-TE)(運營商骨干網(wǎng)傳輸(PBT))2 種技術路線陣營。從目前的標準化、產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)鏈及運營商應用情況等來看,前者已占據(jù)了業(yè)界主流地位。MPLS-TP的關鍵技術特征有以下幾個方面。
a)基于分組交換內(nèi)核,采用面向連接的分組交換(CO-PS)技術。
b)基于PW(偽線仿真)和MPLS標簽的多業(yè)務統(tǒng)一承載功能。
c)可靠的網(wǎng)絡生存性。
d)完善的OAM故障和性能管理功能。
e)嚴格的QoS能力。
f)完善的時間同步機制。
在上述各點中:a)凸顯了業(yè)務和網(wǎng)絡全面IP化的深刻變革,b)順應了全業(yè)務統(tǒng)一承載的發(fā)展方向,c)、d)及e)銜接了電信級網(wǎng)絡高可靠、可管理、可運營的一貫傳統(tǒng),f)迎合了3G IP RAN建設的切實需求。
目前,主流PTN技術已從T-MPLS演進為MPLSTP,標準化工作主要由ITU-T和IETE成立的JWT聯(lián)合工作組進行推動。從需求和框架來看,MPLS-TP與T-MPLS基本一致,主要是在網(wǎng)絡生存性、OAM、控制平面及互通性等方面進行了擴展和深化。
至今,JWT內(nèi)部關于標準化的爭論焦點仍主要集中在 OAM 的“GACh+Y.1731框架”和“BFD/LSP Ping擴展框架”實現(xiàn)方案上。前者主要受傳統(tǒng)電信運營商、設備商和技術人員支持,后者主要受傳統(tǒng)數(shù)通廠商支持。此外,在線性保護和環(huán)網(wǎng)保護的實現(xiàn)方案上,不同專業(yè)來源的技術人員也有所爭論。
PTN標準化的尖銳交鋒,反映了All IP化和全業(yè)務融合大背景下,傳統(tǒng)傳輸專業(yè)與數(shù)據(jù)專業(yè)及其背后的產(chǎn)業(yè)鏈在技術原理、運營模式、操作習慣和經(jīng)濟利益等方面的激烈沖撞。
目前,我國基于MPLS-TP的PTN產(chǎn)業(yè)鏈已領先于國際平均水平,一個圍繞PTN的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正在迅速壯大。在標準化方面,在工信部科技司和CCSA領導下,由CATR牽頭成立的MPLS-TP中國標準協(xié)調(diào)組,由3大運營商和5家PTN設備商參加,正在制定《PTN總體技術要求》并于2010年10月完成了《送審稿》。
目前,運營商的城域級本地網(wǎng)一般分為“本地傳輸網(wǎng)(城域傳輸網(wǎng))”和“IP城域網(wǎng)(城域數(shù)據(jù)網(wǎng))”2種業(yè)務承載網(wǎng)絡。
a)本地傳輸網(wǎng)。本地傳輸網(wǎng)以承載TDM業(yè)務為主并承載少量的IP業(yè)務,其骨干(核心)層以WDM/OTN或SDH(ASON)等設備為主,匯聚層和接入層以SDH/MSTP設備為主。
b)IP城域網(wǎng)。IP城域網(wǎng)以承載IP業(yè)務為主,其骨干(核心)層以各類業(yè)務平臺和網(wǎng)關設備為主并正在大規(guī)模建設NGN軟交換/IMS系統(tǒng),匯聚層以IP/MPLS或CE類型的業(yè)務控制和承載設備為主,接入層以DSLAM、xPON、AG/IAD及LAN交換機等設備為主。
在我國電信運營格局發(fā)生快速變化下,對上述2個平面的現(xiàn)有承載方式提出了如下挑戰(zhàn)。
a)隨著3G移動回傳電路需求的迅速增長,現(xiàn)基于SDH/MSTP的移動回傳承載網(wǎng)絡對IP業(yè)務承載能力有限、效率低下的缺陷日益突出,難以承擔IP RAN使命;同時現(xiàn)IP承載網(wǎng)也無法支撐移動語音業(yè)務對時延、抖動、丟包率及誤碼率等質(zhì)量的嚴格要求。
b)寬帶接入網(wǎng)的匯聚?,F(xiàn)寬帶二層匯聚基本上是以光纖直連或少量MSTP承載方式將接入層業(yè)務上聯(lián)至SR/BRAS的,不僅占用了大量的光纖和端口資源,且管理與維護也較困難;同時隨著以IPTV為代表的高質(zhì)量、大流量業(yè)務的迅猛發(fā)展,IP/MPLS承載網(wǎng)在實時性QoS保障方面也受到了很大挑戰(zhàn),而其過渡發(fā)展路線 (劃分單獨平面并以較高通道帶寬冗余度承載高等級業(yè)務)、升級改造成本(全網(wǎng)硬件升級及端口需求數(shù)量大等)及技術復雜度(快速收斂協(xié)議及FRR協(xié)議的選擇和兼容等)等許多方面都面臨著較大爭議。
c)全業(yè)務承載。從技術和需求看,業(yè)務形態(tài)已趨向All IP化;從政策和市場環(huán)境看,運營商已面臨全業(yè)務競爭格局。在這種大背景下,傳送承載網(wǎng)絡在IP化下趨向融合必將是大勢所趨。
總之,運營業(yè)務可分為語音、視頻及數(shù)據(jù)3大類,其業(yè)務特性和對QoS的要求各不相同(見表1)。
表1 業(yè)務類型及QoS需求表
下一代綜合傳送承載平臺不僅應滿足直接接入不同類型業(yè)務的初步能力,還應能針對各種業(yè)務特性提供差異化QoS服務,并具備高可靠和高靈活性特征。
a)從城域傳送網(wǎng)核心層角度看,由于OTN技術具備長距傳輸、超大帶寬容量、光層多維ROADM及電層可調(diào)度大顆粒業(yè)務等特點,對現(xiàn)網(wǎng)中的傳統(tǒng)WDM及ASON化SDH等設備有很強的替代優(yōu)勢,因此成了在核心層容量爆炸式增長情況下的天然傳送技術發(fā)展方向,但也因成本高、小顆粒調(diào)度能力有限及無二層匯聚收斂等缺點,也使其難以在短期內(nèi)向更低層次的網(wǎng)絡大規(guī)模延伸。
b)目前,匯聚層以下的主要綜合傳送承載手段如MSTP、電信級以太網(wǎng)、IP/MPLS及PTN等競爭得比較激烈。綜合傳送承載手段及技術特點對比如表2所示。
由表2可知,MSTP、CE或IP/MPLS等技術在兼顧傳輸效率、質(zhì)量及多業(yè)務能力上各有缺陷,且因不支持時間同步功能而無法滿足3G移動回傳業(yè)務的同步傳送需求。而由于PTN具有鮮明的技術優(yōu)勢,如:滿足IP化全業(yè)務運營需要的高生存性和魯棒性、良好的二層統(tǒng)計復用、完善友好的OAM管理、端到端的QoS、靈活的可擴展性、高精度的時間同步、較平滑的網(wǎng)絡過渡及適合于移動和固定接入業(yè)務統(tǒng)一承載的固定移動融合(FMC),從而使其在IP化演進中的城域匯聚接入層具有重大的應用價值,成了為運營商廣泛迅速地擴展業(yè)務及有效控制TCO的有力保障。
2.3.1 2G/3G RAN承載方案
將PTN技術引入到當前的2G/3G RAN網(wǎng)絡中,可采用以下2種組網(wǎng)方案。
2.3.1.1 MSTP與PTN獨立組網(wǎng)
新建獨立的分組傳送網(wǎng)絡,在匯聚、接入層安裝PTN設備與現(xiàn)網(wǎng)MSTP傳送網(wǎng)絡平行。在此模式下,BTS基站電路仍經(jīng)MSTP網(wǎng)絡傳送至BSC,而NodeB基站業(yè)務經(jīng)PTN傳送至RNC,組網(wǎng)拓撲示意見圖1。
2.3.1.2 MSTP與PTN混合組網(wǎng)
在匯聚層保持承載技術的單一性,在接入層以STP和PTN分別組網(wǎng),綜合接入移動業(yè)務,形成混合的RAN網(wǎng)絡,組網(wǎng)拓撲示意見圖2。
筆者認為,可將上述2種組網(wǎng)方案視為IP RAN不同演進階段的特征模型。由于現(xiàn)網(wǎng)狀態(tài)和技術條件的復雜性,PTN技術的引入策略最好是漸進地以獨立組網(wǎng)→匯聚層替代→接入層融合→全PTN組網(wǎng)的路線為主,以完成自上而下、逐步演進的變革過程。筆者這一觀點主要是基于以下2個因素考慮的。
圖1 MSTP與PTN獨立組網(wǎng)拓撲示意
圖2 MSTP與PTN混合組網(wǎng)拓撲示意
a)3G業(yè)務的增速。表3為基于中等城市通用模型得出的NodeB單站帶寬需求預測值。從帶寬增長趨勢看,一旦Iub接口完全實現(xiàn)IP化,現(xiàn)有MSTP傳輸網(wǎng)在匯聚層和接入層都將面臨巨大的通道瓶頸壓力,以單獨的IP RAN網(wǎng)絡分流業(yè)務是勢在必行的舉措。
表2 綜合傳送承載手段及技術特點對比
表3 基站Iub接口帶寬需求預測
b)現(xiàn)網(wǎng)的替代成本和難度。 由于當前3G建設已采用了大量的MSTP設備來承載業(yè)務,因此若在短期內(nèi)以PTN完全替代MSTP設備將造成較大的前期投資浪費;同時3GPP R4~R6各版本對Iub定義了不同的接口類型,若在PTN設備上大規(guī)模配置低版接口,以電路仿真形式承載過多的電路仿真業(yè)務(CES),亦將會造成很大的成本支出。
據(jù)此,RAN傳送網(wǎng)演進將經(jīng)歷以下3個階段。
a)在3G業(yè)務初期,匯聚層和接入層以PTN設備組成單獨的IP RAN以承載IP化3G業(yè)務 (新基站),同時保留傳統(tǒng)MSTP傳輸網(wǎng)以承載2G和部分3G業(yè)務(老站或共址站)。
b)隨著業(yè)務的不斷成長,匯聚層IP化壓力將日益凸顯,此時以PTN設備逐漸替代MSTP設備,完成傳送網(wǎng)匯聚層的技術統(tǒng)一;同時根據(jù)各接入環(huán)上的容量占用情況及無線設備的迭代進程,逐步進行傳送設備替代,形成以PTN為主、MSTP為輔的網(wǎng)絡結構。
c)在業(yè)務和技術成熟期,以PTN技術建成統(tǒng)一的IP RAN傳送網(wǎng)絡。
RAN傳送網(wǎng)演進是個長期共存、逐步完善過程。期間應充分挖掘和發(fā)揮各類設備的性能特點,合理分配相應的主導對象業(yè)務,以避免因過度超前投資而造成的過大運營風險和運維壓力。
2.3.2 IP城域網(wǎng)二層匯聚承載方案
該方案的網(wǎng)絡拓撲示意見圖3。該方案通過PTN網(wǎng)絡將DSLAM、xPON、AG/IAD及LAN交換機等數(shù)據(jù)業(yè)務匯聚并傳送到SR/BRAS上,它較其競爭技術(如CE組環(huán)匯聚或IP/MPLS改造下沉等)有很多優(yōu)點,如:多業(yè)務支持能力強、OAM完善、QoS保障可靠及建設、維護成本低等,適合于在規(guī)模龐大的寬帶接入網(wǎng)匯聚/接入層部署。
2.3.3傳送網(wǎng)的發(fā)展遠景
圖3 IP城域網(wǎng)PTN二層匯聚承載網(wǎng)絡拓撲示意
從網(wǎng)絡發(fā)展前景來看,在經(jīng)濟有效的光層帶寬復用和調(diào)度技術實現(xiàn)前,OTN和PTN分別代表了傳送網(wǎng)的2個發(fā)展方向,其中:OTN主要負責傳送大粒度波長和子波長業(yè)務,位于傳送網(wǎng)的核心(骨干)層;PTN主要負責對精細、豐富業(yè)務流的靈活傳送和控制,位于傳送網(wǎng)的匯聚和接入層,打通了傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)和二層數(shù)據(jù)網(wǎng)的界限。二者一起構建成扁平化、統(tǒng)一承載、固移融合的傳送網(wǎng)絡,形成IP over PTN(L2)over OTN的網(wǎng)絡架構,其拓撲示意見圖4。
目前在我國的3大運營商中,中國移動的城域傳送網(wǎng)已展開了大規(guī)?;贛PLS-TP的PTN網(wǎng)絡建設,中國電信和中國聯(lián)通也在對PTN進行緊密的技術跟蹤和引入策略的研究,并在部分重點城市進行了規(guī)模商用試點或完成了實驗室測試階段。
圖4 傳送網(wǎng)遠景(OTN+PTN聯(lián)合組網(wǎng))拓撲示意
中國移動在城域網(wǎng)內(nèi)推動PTN技術演進的原則和思路如下。
3.1.1網(wǎng)絡規(guī)模分類原則(城市模型)
3.1.1.1中小型城市
a)核心層/匯聚層/接入層均采用分組化城域傳送網(wǎng)設備。
b)現(xiàn)階段核心、匯聚層宜采用10GE設備,接入層宜采用GE設備。
3.1.1.2大中型城市
a)核心層采用WDM/光纖+分組化城域網(wǎng)傳送設備,匯聚/接入層采用分組化城域傳送網(wǎng)設備。
b)現(xiàn)階段核心、匯聚層宜采用10G設備,接入層宜采用GE設備,大業(yè)務量可采用少量10GE設備。
3.1.2 層次建設原則(縱向邏輯)
3.1.2.1核心層
a)負責提供核心節(jié)點間局間中繼,應具有大容量業(yè)務調(diào)度、多業(yè)務傳送能力及較高安全性和可靠性。
b)對于較大規(guī)模的城域網(wǎng),建議采用雙星形結構,成對建設大容量的PTN,通過WDM提供的10GE/GE通道與匯聚層PTN設備對接。
c)對于較小規(guī)模的城域網(wǎng),一般宜組建PTN 10GE環(huán)路,其節(jié)點數(shù)不宜過多。
d)2環(huán)間宜采用雙節(jié)點互聯(lián),提高網(wǎng)絡可靠性。
3.1.2.2匯聚層
a)負責一定區(qū)域內(nèi)的業(yè)務匯聚和疏導,具有較大容量的業(yè)務匯聚及多業(yè)務傳送能力。
b)主要采用環(huán)形結構,宜組建PTN 10GE環(huán)網(wǎng)。c)每個匯聚環(huán)應盡量上聯(lián)至2個核心節(jié)點,以確保網(wǎng)絡的可靠性。
d)較大規(guī)模城域網(wǎng)可組建匯聚層WDM環(huán)路。
3.1.2.3接入層
a)負責基站(含室內(nèi)分布)、集團客戶、營業(yè)廳和家庭客戶接入,應具有靈活、快速的多業(yè)務接入能力。
b)盡量采用環(huán)形結構,每個接入環(huán)的節(jié)點數(shù)一般不宜超過10個,根據(jù)實際需要可采用雙節(jié)點或單節(jié)點上聯(lián)方式。
c)一般宜組建GE環(huán)網(wǎng),密集城區(qū)、業(yè)務量較大區(qū)域可組建PTN 10GE環(huán)路。
d)少量不易建立雙物理路由的接入節(jié)點,可考慮組成鏈形結構。
3.1.3獨立平面建設原則(橫向邏輯)
a)建議MSTP和PTN單獨組網(wǎng),以盡量避免業(yè)務流跨越不同網(wǎng)絡。MSTP保持存量,PTN主要滿足新增業(yè)務需求。
b)核心匯聚層。新建PTN第二平面,全部新建或隨業(yè)務延伸需要逐步新建。
c)接入層。原則上TD基站、新增站點、IP化業(yè)務宜采用分組化設備承載,可先在業(yè)務需求密集的城區(qū)組建第二平面并向郊縣擴展,僅對個別局站的E1需求通過MSTP插盤擴容或設備利舊解決。
現(xiàn)階段中國移動引入PTN后的典型傳送網(wǎng)+IP承載網(wǎng)分層分域模塊組織示意見圖5。
圖5 現(xiàn)階段中國移動典型傳送網(wǎng)+IP承載網(wǎng)模塊組織示意
在上述原則和思路基礎上,應根據(jù)各地(市)當前網(wǎng)絡特點、業(yè)務分類/規(guī)模及建設運維習慣,進一步找到契合本地區(qū)的網(wǎng)絡演進發(fā)展模式。當前南通市移動本地城域網(wǎng)組成情況見表4,網(wǎng)絡拓撲結構見圖6。
在PTN的實際引入過程中,有一些重要的技術和策略問題值得引起建設單位關注。
3.3.1網(wǎng)絡規(guī)模化、復雜化后的性能特性
a)能否保證大量(萬條級或以上)的LSP/PW電路50 ms的倒換時間。
表4 當前南通市移動本地城域網(wǎng)組成情況
圖6 南通市移動本地城域網(wǎng)絡拓撲結構
b)能否保證長鏈路下的同步特性。c)如何保證網(wǎng)絡的擴展性等。
3.3.2 IP化的新需求
a)層次化QoS的實現(xiàn)能力。
b)1588V2的性能效果。
c)TDM/IP/ATM多業(yè)務的統(tǒng)一傳送效果。
d)過渡階段業(yè)務流在不同網(wǎng)絡間的互通性等。
3.3.3網(wǎng)絡管理的需求
a)大規(guī)模網(wǎng)絡下的業(yè)務配置與調(diào)度方案。
b)如何最大限度地降低運維習慣的轉型難度。c)如何降低網(wǎng)絡的擴容難度。
d)如何提升維護效率等。
3.3.4其他TCO相關問題
a)如何保護存量網(wǎng)絡投資。b)引入PTN的時機和節(jié)奏。c)設備成熟度對周邊(如電源配套系統(tǒng)等)成本的影響等。
PTN以其先進的技術優(yōu)勢,將在運營商面對ALL IP化變革和全業(yè)務競爭中起到舉足輕重的作用,能有力地推動城域網(wǎng)向統(tǒng)一、融合、扁平化的方向演進。隨著標準化進程的迅速推進和設備成熟度的日益完善,其大規(guī)模的應用將是指日可待的。
[1]CCSA 2009 H115 分組傳送網(wǎng)(PTN)總體技術要求[S/OL].[2010-10-25].http://download.csdn.net/source/2365352.
[2]IETF RFC 5921 A Framework for MPLS in Transport Networks[S/OL].[2010-10-25].http://tools.ietf.org/html/rfc5921.
[3]IETF RFC 5317 JWT Report on MPLS-TP Architectural Considerations[S/OL].[2010-10-25].http://tools.ietf.org/html/rfc5317.
[4]郭雄飛.淺談PTN在電信城域網(wǎng)中的應用 [J].廣東通信技術,2009,29(11).
[5]朱京,劉昭偉,雷學義,賈小鐵.PTN——信息通信基礎承載網(wǎng)絡的演進與變革[J].電力系統(tǒng)通信,2009(4).