PTN技術(shù)及在鐵路通信中的應(yīng)用探討

張高

（上海鐵路局上海通信段，上海 200070）

1 PTN技術(shù)

1.1 PBT技術(shù)

面向連接的具有電信網(wǎng)絡(luò)特征的以太網(wǎng)技術(shù)PBT最初在2005年10月提出，主要具有以下技術(shù)特征：基于MAC-in-MAC但并不等同于MAC-in-MAC、使用運(yùn)營(yíng)商 MAC（Provider－MAC）加上VLANID進(jìn)行業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)、基于VLAN關(guān)掉MAC自學(xué)習(xí)功能，避免廣播包的泛濫，重用轉(zhuǎn)發(fā)表而丟棄一切在PBT轉(zhuǎn)發(fā)表中查不到的數(shù)據(jù)包。

PBT希望基于現(xiàn)有城域以太網(wǎng)體系構(gòu)架達(dá)到電信級(jí)運(yùn)營(yíng)要求，在電信級(jí)保護(hù)、可管理性、擴(kuò)展性方面均有發(fā)展，也能提供低于50ms的恢復(fù)時(shí)間、以太網(wǎng)連接由網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行配置等功能，同時(shí)運(yùn)營(yíng)商MAC對(duì)用戶不可見，骨干網(wǎng)不需處理用戶MAC，業(yè)務(wù)更安全；此外，I-SID（ITAG）突破VLANID的限制，可支持 16M（24bit）的業(yè)務(wù)實(shí)例。但由于多了一層MAC封裝的硬件代價(jià)必然升高，且對(duì)POS支持的效率低，在初期會(huì)是一個(gè)值得考慮的問題。在標(biāo)準(zhǔn)方面不成熟，產(chǎn)業(yè)支持少也是一個(gè)影響其應(yīng)用的關(guān)鍵因素。從行業(yè)情況來(lái)看，個(gè)別廠家的路由器/交換機(jī)已支持PBT，在國(guó)外網(wǎng)絡(luò)中已有應(yīng)用。這種技術(shù)適合于已有大規(guī)模城域以太網(wǎng)，以以太網(wǎng)為業(yè)務(wù)主體的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

1.2 T-MPLS技術(shù)

T-MPLS（TransportMPLS）是一種面向連接的分組傳送技術(shù)，在傳送網(wǎng)絡(luò)中，將客戶信號(hào)映射進(jìn)MPLS幀并利用MPLS機(jī)制（例如標(biāo)簽交換、標(biāo)簽堆棧）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)它增加傳送層的基本功能，例如連接和性能監(jiān)測(cè)、生存性（保護(hù)恢復(fù)）、管理和控制面（ASON/GMPLS）?？傮w上說(shuō)，T-MPLS選擇了MPLS體系中有利于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的一些特征，拋棄了IETF（InternetEngineeringTask Force）為MPLS定義的繁復(fù)的控制協(xié)議族，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)平面，去掉了不必要的轉(zhuǎn)發(fā)處理。

T-MPLS從面向連接的分組傳送角度擴(kuò)展出發(fā)，通過(guò)上述一些機(jī)制使其達(dá)到電信級(jí)運(yùn)營(yíng)要求，包括在電信級(jí)保護(hù)、可管理性、擴(kuò)展性方面考慮完善，如提供低于50ms的恢復(fù)時(shí)間；分級(jí)、分段的電路級(jí)管理，類似SDH的OAM；基于MPLS的幀及轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，對(duì)包括POS等接口的支持較好。但總體看來(lái)此技術(shù)的相應(yīng)產(chǎn)業(yè)支持還不夠成熟，預(yù)計(jì)2009年左右芯片才能完善。在應(yīng)用場(chǎng)景上適合基于TDM業(yè)務(wù)為主向IP化演進(jìn)的運(yùn)營(yíng)環(huán)境。

1.3 PTN典型技術(shù)比較

PTN可以看作二層數(shù)據(jù)技術(shù)的機(jī)制簡(jiǎn)化版與OAM增強(qiáng)版的結(jié)合體。在實(shí)現(xiàn)的技術(shù)上，兩大主流技術(shù)PBT和T-MPLS都將是SDH的替代品而非IP/MPLS的競(jìng)爭(zhēng)者，其網(wǎng)絡(luò)原理相似，都是基于端到端、雙向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，并提供中心管理、在50ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換的能力；兩者都可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)SONET/SDH向分組交換的轉(zhuǎn)變，在保護(hù)已有的傳輸資源方面，都可以類似SDH網(wǎng)絡(luò)功能在已有網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)向分組交換網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。

2 PTN技術(shù)在鐵路通信中應(yīng)用

鐵路通信傳送網(wǎng)引入PTN（Packet Transport Network）為最佳選擇。

PTN是一種基于分組的多業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)絡(luò)，代表了傳送網(wǎng)的發(fā)展方向。PTN不但能實(shí)現(xiàn)基于IP的多業(yè)務(wù)的傳送、靈活的QoS策略、豐富的廣播/組播業(yè)務(wù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的隧道管理、端到端的運(yùn)行、管理與維護(hù)（OAM）、提供基于IEEE 1588v2的高質(zhì)量同步與定時(shí)，以及快速的業(yè)務(wù)保護(hù)與恢復(fù)。這些特點(diǎn)使得PTN能夠很好地契合新時(shí)代鐵路系統(tǒng)對(duì)傳送網(wǎng)的需求。

2.1 隧道化的承載理念，實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)可靠傳送

在PTN的理念中，所有業(yè)務(wù)的承載都由分組化的隧道來(lái)完成。PTN以“隧道+仿真”的思路滿足網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的多業(yè)務(wù)傳送需求，能基于隧道進(jìn)行業(yè)務(wù)的配置與網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維。業(yè)界大量的應(yīng)用證明，隧道化承載的理念對(duì)于建設(shè)一張高質(zhì)量的多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

2.2 以“隧道+仿真”的多業(yè)務(wù)承載有效保護(hù)投資

在鐵路通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過(guò)程中，TDM、IP等各種業(yè)務(wù)將長(zhǎng)期共存。為有效保護(hù)投資，并滿足鐵路系統(tǒng)長(zhǎng)期演進(jìn)的需要，傳送網(wǎng)采用分組隧道進(jìn)行多業(yè)務(wù)承載是最佳選擇。不論何種業(yè)務(wù)類型，PTN都能用分組隧道來(lái)統(tǒng)一承載，并進(jìn)行統(tǒng)一的配置、管理和維護(hù)，每條業(yè)務(wù)與其下層LSP隧道之間由偽線（PW）仿真來(lái)完成適配。

2.3 面向連接的隧道技術(shù)保證業(yè)務(wù)傳送質(zhì)量

由于鐵路通信系統(tǒng)服務(wù)于鐵路運(yùn)輸指揮、調(diào)度管理、客票預(yù)售、客貨運(yùn)管理、車輛追蹤等重要信息系統(tǒng)，因此對(duì)業(yè)務(wù)的傳送質(zhì)量要求很高。PTN在隧道化承載中，業(yè)務(wù)的建立、拆除依賴于隧道的建立和拆除。隧道的建立和拆除由集中式的管理和控制平面完成，完全面向連接。節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)依照事先規(guī)劃好的規(guī)定動(dòng)作完成，不再需要每一跳的查表、尋址等動(dòng)作，減少了發(fā)生意外錯(cuò)誤、丟包的可能，同時(shí)減小了整個(gè)傳送路徑上的時(shí)延，也避免了數(shù)據(jù)包錯(cuò)序而引入的抖動(dòng)，從而最終保證了業(yè)務(wù)傳送的質(zhì)量。

2.4 隧道化簡(jiǎn)化了運(yùn)維管理，提升可靠性

鐵路通信傳送網(wǎng)由原來(lái)的TDM業(yè)務(wù)傳送，演進(jìn)為以IP業(yè)務(wù)為主的多業(yè)務(wù)傳送，對(duì)維護(hù)人員的技能提出了新的要求。但是，PTN隧道化的承載思想，將對(duì)各種復(fù)雜業(yè)務(wù)的配置、管理和維護(hù)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)各種簡(jiǎn)單隧道的配置、管理和維護(hù)。隧道的一致性較強(qiáng)，各種操作也較為簡(jiǎn)單，從而可以簡(jiǎn)化運(yùn)維管理，降低運(yùn)維成本。

2.5 分級(jí)的QoS保證，提高資源利用率

傳統(tǒng)的TDM鐵路通信傳送網(wǎng)采用VC剛性隧道，帶寬獨(dú)立分配給每一條業(yè)務(wù)并由其獨(dú)占，無(wú)法共享，網(wǎng)絡(luò)資源利用率低下。PTN采用由標(biāo)簽交換生成彈性分組隧道進(jìn)行業(yè)務(wù)承載，通過(guò)統(tǒng)計(jì)復(fù)用降低對(duì)帶寬資源的占用；在業(yè)務(wù)空閑的時(shí)候，帶寬資源可靈活釋放并實(shí)現(xiàn)共享，從而網(wǎng)絡(luò)資源利用率得到極大提升。

同時(shí)，依靠管道化的QoS保證和調(diào)度機(jī)制，可保證高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)帶寬需求優(yōu)先得到滿足，從而既節(jié)省了帶寬，又保證了業(yè)務(wù)的高質(zhì)量傳送。例如，控制、調(diào)度信息一般采用2M顆粒承載，帶寬不大，但對(duì)QoS要求高，要求低時(shí)延、低抖動(dòng)、低丟包率，因此可以對(duì)此部分業(yè)務(wù)帶寬進(jìn)行預(yù)留，標(biāo)記為高優(yōu)先級(jí)，以保證高質(zhì)量的傳送；對(duì)于基于IP的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、會(huì)議電視系統(tǒng)等業(yè)務(wù)，可根據(jù)業(yè)務(wù)QoS分配不同的優(yōu)先級(jí)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的優(yōu)化利用。

2.6 類SDH的網(wǎng)絡(luò)管理，降低維護(hù)成本

網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的難易直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本的高低。鐵路通信網(wǎng)的特點(diǎn)是覆蓋面積廣、站點(diǎn)數(shù)量多，這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和積累，SDH傳送網(wǎng)絡(luò)集中式的管理與維護(hù)模式已經(jīng)非常成熟，尤其對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和運(yùn)維，被證明是成熟、高效和可靠的。

PTN可繼承現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)的成熟運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，以集中式網(wǎng)絡(luò)管理/控制為主，動(dòng)態(tài)協(xié)議控制為輔。同時(shí)，PTN還具有豐富的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工具與手段，從而降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維難度。這實(shí)際上就是PTN的運(yùn)維理念。

2.7 硬件化的OAM和保護(hù)倒換機(jī)制，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性

傳送網(wǎng)的高可靠性和快速的保護(hù)/恢復(fù)能力，是支撐高質(zhì)量的鐵路通信業(yè)務(wù)的關(guān)鍵。PTN的核心思路是通過(guò)硬件化的OAM和保護(hù)倒換的狀態(tài)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)快速的網(wǎng)絡(luò)故障定位、準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)性能統(tǒng)計(jì)，同時(shí)提升分組網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力。PTN通過(guò)1+1、1:1的線性路徑保護(hù)，以及未來(lái)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方案，達(dá)到在大規(guī)模組網(wǎng)和大業(yè)務(wù)量情況下的50ms的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)與恢復(fù)，從而保障鐵路通信傳送網(wǎng)的業(yè)務(wù)高可靠性、安全性。豐富的應(yīng)用與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

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