ptn ipran区别_PTN组网的保护技术选择

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PTN组网的保护技术选择

郭雄飞张优训 2011-03-03 16:41:03

1引言

 3G时代的高速上网、视频通话、手机电视、手机购物、手机网游等新业务有两个共同的特点：IP化和宽带化。具体分析这些业务的承载需求可以看到，大量基于分组的实时业务对服务质量提出了很高的要求，同时业务类型多样化和业务质量要求差异化也越来越明显。为了满足对各种电信业务的统一承载需求，必须将IP网络技术与传输网络技术进一步融合，取长补短，PTN（Packet Transport Network，分组传送网）技术应运而生。
 PTN结合了SDH和传统以太网的优点，一方面它继承了SDH传送网开销字节丰富的优点，具有和SDH非常相似的分层模型（图1），具备很强的网络OAM能力；另一方面，它又具备分组的内核，能够实现高效的IP包交换和统计复用。

图1  PTN与SDH技术分层模型对比

 目前，中国移动集团已明确在3G基站回传网络中大规模采用PTN设备组网，PTN组网需要考虑的核心问题之一是保护技术。一方面PTN组网可以借鉴SDH组网的成功经验，另一方面还需要引入IP网络的优势技术，以形成PTN独特的网络保护技术，充分发挥PTN技术的优势。

2保护技术选择

 网络的生存性是衡量网络质量是否优良的重要指标之一，为了提升网络的生存性，业内设计了各种网络保护恢复方式，其中自愈保护是最常用的保护方式之一。所谓自愈是指在网络发生故障（例如光纤断裂）时，无需人为干预，网络自动地在极短的时间内（50ms）重新建立传输路径，使业务自动恢复，而用户几乎感觉不到网络出了故障。

 PTN技术形成了一套完善的自愈保护策略，常用的几种保护技术及分类详见图2：

图2  PTN保护技术分类图

 PTN网络的保护技术可分为设备级保护与网络级保护。

 设备级保护就是对PTN设备的核心单元配置1+1的热备份保护。核心层和汇聚层的PTN设备下挂系统很多，一旦设备板卡故障对网络的影响面就非常广，因此在做设备配置时，设备核心单元应严格按照1+1热备份配置；对于接入层的紧凑型PTN设备，设备厂家为了降低网络投资，可能仅对电源模块做了1+1热备份，主控、交换和时钟单元集成在一块板卡上，不提供热备份，接入层设备做配置时可根据网络情况灵活选择是否采用紧凑型的设备。
 相对于设备级保护，PTN网络级保护的技术复杂很多，根据保护技术的应用范围不同，可以分为网络边缘互连保护和网络内部组网保护。网络边缘互连保护是指PTN网络与其他网络互连宜采用的保护技术，以提升网络互连的安全性；网络内部组网保护是指PTN网络内部的组网保护技术，对于不同的网络层次，采取的保护技术和策略也有所差别。

2.1网络边缘互连保护

 PTN网络的边缘互连保护技术主要有LAG保护、LMSP保护和TPS保护等，详见图3：

图3  PTN网络边缘互连保护示意图

 LAG保护主要应用于PTN网络与RNC或路由器的互连，LMSP保护主要应用于PTN网络与SDH网络或BSC互连，TPS保护主要应用于PTN网络与有E1需求的基站或客户互连。

（1）LAG保护

 LAG（Link Aggregation Group，链路聚合组）是指将—组相同速率的物理以太网接口捆绑在一起作为一个逻辑接口（链路聚合组）来增加带宽，并提供链路保护的一种方法。

 链路聚合的优势在于增加链路带宽，提高链路可靠性——当一条链路失效时，其他链路将重新对业务进行分担；此外还可实现负载分担，流量分担到聚合组的各条链路上。在无线基站回传业务网络承载中，LAG主要应用于核心PTN设备上联3G RNC设备时的以太网链路配置，增强以太网链路的可靠性。具体实现方式见图4：

图4  负载分担LAG保护实现方式示意图

 以太网LAG保护又可以分为负载分担和非负载分担两种方式。在负载分担模式下，设置链路聚合组后，设备会自动将逻辑端口上的流量负载分担到组中的多个物理端口上。当其中一个物理端口发生故障时，故障端口上的流量会自动分担到其他物理端口上。当故障恢复后，流量会重新分配，保证流量在汇聚的各端口之间的负载分担。

 在非负载分担模式下，聚合组只有一条成员链路有流量存在，其它链路则处于备份状态。这实际上提供了一种“热备份”的机制，因为当聚合中的活动链路失效时，系统将从聚合组中处于备份状态的链路中选出一条作为活动链路，以屏蔽链路失效。

 建议核心节点的PTN与RNC之间的所有GE链路均配置LAG保护，LAG保护可以设置跨板的保护和板卡内不同端口的保护，如果LAG的主备端口配置在不同的板卡上，可靠性更高。在设备投资充裕的情况下，建议配置跨板的LAG保护。

 （2）LMSP保护

LMSP（Linear Multiplex Section Protection，线性复用段保护）是一种SDH端口间的保护倒换技术，它通过SDH帧中复用段的开销K1/K2字节来完成倒换协议的交互。LMSP主要应用于PTN网络与SDH网络互连时TDM电路的配置，利用LMSP保护提高TDM互连电路的可靠性，类似的配置在传统SDH网络中已有广泛应用。与LAG保护一样，配置LMSP保护时不建议使用一块多路光接口板上的不同光口组成1+1或者1:1保护组，否则在单板发生故障时，无法实现保护。

 （3）TPS保护

 TPS（Tributary Protection Switching，支路保护倒换）是“电接口保护倒换”功能，保护对象主要是E1等电接口业务，是设备提供的一种单板级保护功能，主要是通过在原有设备上增加保护板位来实现对支路业务的1:N保护，从而提升网络安全性。TPS保护实现方式详见图5：

图5  TPS保护倒换示意图'

 （4）保护技术分析

 上述三种保护方式应用在不同的场景，相互之间并不冲突，具体在实际组网中的应用建议如表1所示：

表1  网络边缘互连保护技术分析比较表

2.2网络内部组网保护

 根据PTN网络的分层模型，网络保护方式可分为TMC层保护（PW保护）、TMP层保护（线性1:1和1+1的LSP保护）、TMS层保护（Wrapping和Steering环网保护）。PW APS保护配置数据量很大，难于管理，通常不建议大规模使用。Steering环网保护的倒换时间难以保证在50ms以内，且支持的厂家较少，也不建议使用，因此本文重点探讨其他几种保护方式。

（1）双向1:1线性保护

 基于MPLS隧道的1:1保护倒换类型是双向倒换，即受影响的和未受影响的连接方向均倒换至保护路径。双向倒换需要自动保护倒换协议（APS）用于协调连接的两端，具体工作方式为：业务从工作通道传送，当工作通道故障时倒换到保护通道，扩展APS协议通过保护通道传送，相互传递协议状态和倒换状态，两端设备根据协议状态和倒换状态，进行业务倒换。为避免单点失效，工作连接和保护连接应该走分离的路由，保护的操作类型应该是可返回的。

（2）单向1＋1线性保护

 基于MPLS隧道的1＋1保护倒换类型是单向倒换，即只有受到影响的连接方向倒换至保护路径，两侧宿端选择器是独立的。具体工作方式为：业务在源端永久桥接到工作和保护连接上，当工作通道故障时，业务接收端选择保护通道接收业务，实现业务的倒换，业务是双发选收。为避免单点失效，工作连接和保护连接应该走分离的路由，保护的操作类型可以是非返回的，也可以是返回的。

（3）Wrapping环网保护

 Wrapping环网保护的工作方式是当网络上节点检测到网络失效，故障侧相邻节点通过APS协议向相邻节点发出倒换请求。当某个节点检测到失效或接收到倒换请求，转发至失效节点的普通业务将被倒换至另远离失效节点方向。当网络失效或APS协议请求消失，业务将返回至原来路径。

（4）保护技术分析

 上述三种保护方式的技术比较如表2所示：

表2  网络内部组网保护方式技术比较表

 线性保护可以配置端到端保护也可以配置分段保护，环网保护是分段保护。端到端保护优势是减少业务调度层次，配置简单，扩容灵活，缺点是不能防止多点失效；分段保护可以满足多点故障的保护要求，但配置和实现都相对复杂。环网保护属于段层保护，，能够节省LSP资源（节省50%）和配置工作量，且对于分散型业务资源利用率较高。考虑到3G基站回传网络中，业务均为点到点的汇聚型结构，建议优先采用端到端的线性保护机制。

 从保护效果上来看，1:1保护与1+1保护没有区别，但1:1保护方式有一半带宽是处于空闲状态。未来PTN网络承载的数据业务占比会越来越大，部分数据业务对于保护的要求会比较低，同时考虑到PTN本身的统计复用特性，可以充分利用这一半用于保护的带宽承载对保护要求等级较低的业务，使带宽利用率达到最大化。因此在同样保护效果的前提下，1:1保护方式可以利用保护通道来承载业务，将带宽拓展一倍，节约组网成本，建议在组网时优先考虑1:1 LSP保护方式。

2.3保护策略小结

 PTN组网保护策略与MSTP网络相比，最大变化是汇聚层不再采用环网保护方式，而是选用线性端到端保护机制，有点类似SDH网络中的全程SNCP保护。这种结构的优点非常明显：减少业务调度层次，得到了网络扁平化的效果，减少了很多穿通节点，提高了路由管理效率。同时，为了增强网络的安全性，避免单节点失效带来的业务丢失，接入层与汇聚层的互连建议采用双节点保护组网方式。双节点组网方式在MSTP网络中已有大量应用，大大增强了网络安全性，建议对于当前光缆资源还不具备双节点互连的接入环，应积极进行光缆路由双节点改造。

 对于核心层PTN设备的保护，一端核心层PTN设备的业务可能需要送到分属不同机楼的多个不同RNC，因此核心层需要具备业务调度功能。该调度功能有两种实现方式，一种方式是通过核心层OTN网络波长资源来进行调度，主要适合调度业务量较大的网络；另一种方式是将核心层PTN设备组建成一个10GE调度环，环上节点两两之间均可能存在业务需求，业务为分散方式，这有利于发挥环网保护的优势。因此在设备能够支持的情况下，可采用Wrapping环网保护技术，利用该环的调度功能实现业务灵活调度。

结束语

 综合分析来看，PTN保护技术沿袭了SDH网络保护技术的成功经验，并根据自身特点提出多项保护方式的补充，形成了一套适合PTN网络的完善保护技术和策略。在进行PTN网络建设过程中，应恰当地使用这些保护技术和策略，才能发挥PTN网络的最大优势。

 当然，任何一项新技术的应用推广都是循序渐进的，在今后的PTN网络规划建设工作中还需要不断总结经验，继续完善全网的保护机制和策略。
 

参考文献
[1]ITU-T Rec G.8110. MPLS layer network architecture[S].
[2]ITU-T Rec G.8131. Linear protection switching for Transport MPLS(T-MPLS) networks[S].
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[4]ITU-T Rec G.841. Types and characteristics of SDH network protection architectures[S].
[5]龚倩,徐荣,李允博,等. 分组传送网[M]. 北京: 人民邮电出版社,2009.
[6]张沛,何磊,刘晓甲,等.MPLS-TP网络生存性策略分析[J]. 邮电设计技术,2010(4).★

【作者简介】
郭雄飞：工程师，国家注册咨询工程师，工程硕士毕业于浙江大学电子与通信工程专业学位。现任广东省电信规划设计院有限公司综合通信咨询设计院传输所所长，曾主持完成电信集团、广东电信、北京电信、广东移动、重庆移动等运营商的多项网络规划、网络咨询、工程设计项目，覆盖SDH、MSTP、ASON、干线WDM、城域WDM等技术领域，先后荣获部级优秀设计奖3项、省级优秀设计奖6项。

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