PTN技術及在鐵路通信中的應用探討

張高

（上海鐵路局上海通信段，上海 200070）

1 PTN技術

1.1 PBT技術

面向連接的具有電信網絡特征的以太網技術PBT最初在2005年10月提出，主要具有以下技術特征：基于MAC-in-MAC但并不等同于MAC-in-MAC、使用運營商 MAC（Provider－MAC）加上VLANID進行業務的轉發、基于VLAN關掉MAC自學習功能，避免廣播包的泛濫，重用轉發表而丟棄一切在PBT轉發表中查不到的數據包。

PBT希望基于現有城域以太網體系構架達到電信級運營要求，在電信級保護、可管理性、擴展性方面均有發展，也能提供低于50ms的恢復時間、以太網連接由網管系統進行配置等功能，同時運營商MAC對用戶不可見，骨干網不需處理用戶MAC，業務更安全；此外，I-SID（ITAG）突破VLANID的限制，可支持 16M（24bit）的業務實例。但由于多了一層MAC封裝的硬件代價必然升高，且對POS支持的效率低，在初期會是一個值得考慮的問題。在標準方面不成熟，產業支持少也是一個影響其應用的關鍵因素。從行業情況來看，個別廠家的路由器/交換機已支持PBT，在國外網絡中已有應用。這種技術適合于已有大規模城域以太網，以以太網為業務主體的運營環境。

1.2 T-MPLS技術

T-MPLS（TransportMPLS）是一種面向連接的分組傳送技術，在傳送網絡中，將客戶信號映射進MPLS幀并利用MPLS機制（例如標簽交換、標簽堆棧）進行轉發，同時它增加傳送層的基本功能，例如連接和性能監測、生存性（保護恢復）、管理和控制面（ASON/GMPLS）?？傮w上說，T-MPLS選擇了MPLS體系中有利于數據業務傳送的一些特征，拋棄了IETF（InternetEngineeringTask Force）為MPLS定義的繁復的控制協議族，簡化了數據平面，去掉了不必要的轉發處理。

T-MPLS從面向連接的分組傳送角度擴展出發，通過上述一些機制使其達到電信級運營要求，包括在電信級保護、可管理性、擴展性方面考慮完善，如提供低于50ms的恢復時間；分級、分段的電路級管理，類似SDH的OAM；基于MPLS的幀及轉發機制，對包括POS等接口的支持較好。但總體看來此技術的相應產業支持還不夠成熟，預計2009年左右芯片才能完善。在應用場景上適合基于TDM業務為主向IP化演進的運營環境。

1.3 PTN典型技術比較

PTN可以看作二層數據技術的機制簡化版與OAM增強版的結合體。在實現的技術上，兩大主流技術PBT和T-MPLS都將是SDH的替代品而非IP/MPLS的競爭者，其網絡原理相似，都是基于端到端、雙向點對點的連接，并提供中心管理、在50ms內實現保護倒換的能力；兩者都可以用來實現SONET/SDH向分組交換的轉變，在保護已有的傳輸資源方面，都可以類似SDH網絡功能在已有網絡上實現向分組交換網絡轉變。

2 PTN技術在鐵路通信中應用

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

PTN是一種基于分組的多業務傳送網絡，代表了傳送網的發展方向。PTN不但能實現基于IP的多業務的傳送、靈活的QoS策略、豐富的廣播/組播業務，而且能夠實現端到端的隧道管理、端到端的運行、管理與維護（OAM）、提供基于IEEE 1588v2的高質量同步與定時，以及快速的業務保護與恢復。這些特點使得PTN能夠很好地契合新時代鐵路系統對傳送網的需求。

2.1 隧道化的承載理念，實現多業務可靠傳送

在PTN的理念中，所有業務的承載都由分組化的隧道來完成。PTN以“隧道+仿真”的思路滿足網絡演進中的多業務傳送需求，能基于隧道進行業務的配置與網絡的運維。業界大量的應用證明，隧道化承載的理念對于建設一張高質量的多業務承載網絡至關重要。

2.2 以“隧道+仿真”的多業務承載有效保護投資

在鐵路通信網絡的演進過程中，TDM、IP等各種業務將長期共存。為有效保護投資，并滿足鐵路系統長期演進的需要，傳送網采用分組隧道進行多業務承載是最佳選擇。不論何種業務類型，PTN都能用分組隧道來統一承載，并進行統一的配置、管理和維護，每條業務與其下層LSP隧道之間由偽線（PW）仿真來完成適配。

2.3 面向連接的隧道技術保證業務傳送質量

由于鐵路通信系統服務于鐵路運輸指揮、調度管理、客票預售、客貨運管理、車輛追蹤等重要信息系統，因此對業務的傳送質量要求很高。PTN在隧道化承載中，業務的建立、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。節點轉發依照事先規劃好的規定動作完成，不再需要每一跳的查表、尋址等動作，減少了發生意外錯誤、丟包的可能，同時減小了整個傳送路徑上的時延，也避免了數據包錯序而引入的抖動，從而最終保證了業務傳送的質量。

2.4 隧道化簡化了運維管理，提升可靠性

鐵路通信傳送網由原來的TDM業務傳送，演進為以IP業務為主的多業務傳送，對維護人員的技能提出了新的要求。但是，PTN隧道化的承載思想，將對各種復雜業務的配置、管理和維護，轉變為對各種簡單隧道的配置、管理和維護。隧道的一致性較強，各種操作也較為簡單，從而可以簡化運維管理，降低運維成本。

2.5 分級的QoS保證，提高資源利用率

傳統的TDM鐵路通信傳送網采用VC剛性隧道，帶寬獨立分配給每一條業務并由其獨占，無法共享，網絡資源利用率低下。PTN采用由標簽交換生成彈性分組隧道進行業務承載，通過統計復用降低對帶寬資源的占用；在業務空閑的時候，帶寬資源可靈活釋放并實現共享，從而網絡資源利用率得到極大提升。

同時，依靠管道化的QoS保證和調度機制，可保證高優先級的業務帶寬需求優先得到滿足，從而既節省了帶寬，又保證了業務的高質量傳送。例如，控制、調度信息一般采用2M顆粒承載，帶寬不大，但對QoS要求高，要求低時延、低抖動、低丟包率，因此可以對此部分業務帶寬進行預留，標記為高優先級，以保證高質量的傳送；對于基于IP的視頻監控系統、會議電視系統等業務，可根據業務QoS分配不同的優先級，以實現對資源的優化利用。

2.6 類SDH的網絡管理，降低維護成本

網絡維護的難易直接關系到網絡運維成本的高低。鐵路通信網的特點是覆蓋面積廣、站點數量多，這對于網絡運維是一個極大的挑戰。經過多年的實踐和積累，SDH傳送網絡集中式的管理與維護模式已經非常成熟，尤其對大規模網絡的監控和運維，被證明是成熟、高效和可靠的。

PTN可繼承現有SDH網絡的成熟運維經驗，以集中式網絡管理/控制為主，動態協議控制為輔。同時，PTN還具有豐富的網絡運維工具與手段，從而降低網絡的運維難度。這實際上就是PTN的運維理念。

2.7 硬件化的OAM和保護倒換機制，提升網絡可靠性

傳送網的高可靠性和快速的保護/恢復能力，是支撐高質量的鐵路通信業務的關鍵。PTN的核心思路是通過硬件化的OAM和保護倒換的狀態機制，實現快速的網絡故障定位、準確的業務性能統計，同時提升分組網絡的保護能力。PTN通過1+1、1:1的線性路徑保護，以及未來的環形網絡保護方案，達到在大規模組網和大業務量情況下的50ms的網絡保護與恢復，從而保障鐵路通信傳送網的業務高可靠性、安全性。豐富的應用與實踐經驗

[1]徐躍剛.城域光網關鍵技術研究[D].北京郵電大學,2007.

[2]丁小軍.PTN和OTN的技術發展與應用[J].郵電設計技術,2009,(05).