PTN網絡帶寬分析及應用

陳煒 中國移動通信集團上海有限公司高級工程師

俞鑫 中國移動通信集團上海有限公司工程師

梅儀 國華信咨詢設計研究院有限公司高級工程師

許勤侃 華信咨詢設計研究院有限公司高級工程師

PTN網絡帶寬分析及應用

陳煒 中國移動通信集團上海有限公司高級工程師

俞鑫 中國移動通信集團上海有限公司工程師

梅儀 國華信咨詢設計研究院有限公司高級工程師

許勤侃 華信咨詢設計研究院有限公司高級工程師

隨著PTN網絡承載的業務量不斷增加，PTN網絡的帶寬復用需求逐漸凸顯，尤其是LTE業務開始發放友好用戶以后，業務流量會出現較快增長。但是PTN實際可用帶寬到底是多少，其統計復用功能到底如何發揮作用，這些問題長期以來沒有準確的定量分析，本文主要對PTN網絡涉及的帶寬方面的問題進行梳理，并定量分析PTN網絡實際可用帶寬和統計復用功能方面的應用。

PTN bandw idth forwardingefficiency loadingefficiency

1 引言

隨著無線互聯網快速發展，個人用戶和企業用戶都呈現快速增長的勢頭。有關資料顯示，截止2013年5月，移動互聯網用戶滲透率接近70%。用戶總數達到8.13億戶。無論是企業用戶還是個人用戶，對帶寬的需求都在與日俱增，運營商從2G到TD再到LTE，每一次技術升級都在帶寬上實現了飛躍，可以說帶寬是影響用戶體驗的重要因素之一。用戶對承諾帶寬與實測帶寬之間的差異也越來越敏感。然而影響帶寬的因素是多方面的，其中傳輸網絡是決定帶寬的重要環節之一。伴隨著SDH網絡逐步退網，以PTN為代表的彈性分組網絡逐漸形成規模，其中帶寬的分配機制和測算方法也有了本質差異。因此，有必要對PTN帶寬分配機制和測算方法做一個量化分析，以便于在實際運營中采取針對性措施。

2 PTN網絡帶寬分析

PTN網絡以IP化報文為內核，通過標簽轉發，有業務才有流量，沒有業務，網絡就處于空閑狀態。PTN網絡的帶寬是指網絡容量，可以為用戶提供的承諾帶寬的能力。PTN網絡承載的內容包括業務流、OAM流、其他時鐘時間流等。下面對這些流進行分析，便于理解PTN網絡實際可以承載的業務總量。

2.1 PTN網絡業務帶寬測算

PTN網絡通過3層結構實現業務的分類承載，包括偽線層、隧道層、段層，每層都有對應的OAM報文，負責監控每層傳輸質量。業務進入PTN網絡后通過UNI側偽線層封裝，然后通過綁定NNI側隧道層和段層進行傳輸。PTN網絡架構圖如圖1所示。

通常提到的帶寬參數是指NNI側的帶寬能力。因此，PTN網絡提供的業務帶寬通常是指NNI側帶寬，包括偽線封裝和隧道封裝以及段層封裝的開銷，實際業務帶寬需要乘以一個轉發效率。以太業務封裝格式如圖2所示。

根據這個封裝格式，可以計算出以太類型業務（包括TD/LTE/以太專線）開銷字節數是38個，單個報文轉發效率和報文大小密切相關。轉發效率Q=業務凈荷字節數/總字節數，對于64字節和1522字節的報文轉發效率計算公式分別為：

●Q64=64/（38+64）=62.74%。

●Q1522=1522/（1522+64）=97.56%。

E1業務采用非結構化仿真模式（參見RFC4553），還會增加12字節開銷（見圖3）。

其中，TDM Data字節數為256Byte。可以算出E1轉發效率QE1=256/（256+38+12）=83.66%。

假定某匯聚環下掛100個站點，平均每個站點開通2G業務3×E1，TD業務凈荷帶寬10M，LTE業務CIR凈荷帶寬50M，以太專線業務帶寬平均為10M。除E1業務外，其他業務帶寬需求均為含開銷的實際帶寬。E1業務總帶寬（含開銷）消耗為300×2M/83.66%= 717M，則總業務帶寬消耗為717M+10M×100+50M× 100=6717M。如果按照平均轉發效率80%計算，實際業務凈荷帶寬為600M+6000M×80%=5400M。

圖1 PTN設備架構圖

圖2 PTNcf以太網業務報文封裝格式

2.2 PTN網絡OAM帶寬

PTN網絡OAM標準經過激烈爭論，雖然還沒有定論，但是中國目前主要采用G.8113.1作為實際標準。其中，對OAM報文進行了縱向分層，分為業務側OAM、偽線OAM、隧道OAM和段層OAM。業務側OAM因封裝在PTN網絡的凈荷中，因此不在關注范圍之內，本文主要關注偽線層（TMC層）、隧道層（TMP）層和段層（TMS）層OAM。這3層OAM既相互獨立，同時也存在嵌套情況，具體參見圖4。

MEP（MEGEnd PointMEG的端點）負責生成和終結本層OAM報文，M IP（MEG IntermediatePointMEG的中間節點）只負責轉發OAM報文，不終結也不生成OAM報文。

OAM報文根據主動和被動發送方式分為主動發送報文和按需發送報文。根據報文提供的功能主要包括鏈路管理、故障管理、性能管理、保護倒換等功能。而對帶寬占用比較顯著的主要有主動發送式OAM報文，對于被動發送式報文，一般僅在需要時按需發送，對帶寬和流量的占用較小，因此在考量PTN帶寬時可以暫時忽略。

常見的主動發送報文主要有鏈路管理報文CC/CV報文。該報文通過主動發送連續性的報文，來檢測PTN網元之間鏈路是否發生信號丟失，信號劣化等鏈路故障。

當在網管上配置了發送CC/CV報文使能后，設備就會周期性發送CC/CV報文，常見周期為3.33、10、100ms，以及1s。以3.33ms較為常用（傳輸速率為300數據包/S），也是對系統帶寬資源占用最大的一種形式，因此以3.33ms周期發送CC/CV報文來測算該報文占用的帶寬。各層OAM報文具有不同的幀結構。根據IETFRFC5586的MPLS-TP通用關聯信道（G-Ach）編碼格式，參照ITU-TY.1731以太網業務的OAM PDU編碼定義，段層OAM編碼格式如圖5所示。

隧道層（LSP）OAM報文編碼格式如圖6所示。

PW層OAM沒有GAL標簽，GAL標簽由PW標簽替代，編碼格式如圖7所示。

其中，與計算報文長度有關的字段為TLVOffet。不同的OAM報文，PDU負荷長度不同，對于關注的CCM報文來說，TLVOffet=70，也就是說PDU負荷長度為70字節。這樣可以很容易計算出各層CCM報文的轉發長度分別為：

●段層CCM報文單包長度為70（凈荷）+13（開銷）+22（MAC報頭）=105字節。

圖3 PTN對以太網業務報文封裝格式

圖4 PTN網絡OAM分層模型圖

●LSP層CCM報文單包長度為70（凈荷）+17（開銷）+22（MAC報頭）=109字節。

●PW層CCM報文單包長度為70（凈荷）+17（開銷）+22（MAC報頭）=109字節。

按最小3.33ms轉發周期，每秒有300個各層報文轉發，各層OAM報文占用帶寬為：

●單根PWOAM帶寬=300×105×8=252kbit/s。

●單根LSPOAM帶寬=300×109×8=261.6kbit/s。

●單個段層OAM帶寬=300×109×8=261.6kbit/s。

PW和LSP層OAM帶寬和業務數量有關，1根PW需要配置1條PWOAM，1條LSP也需要配置一條LSPOAM，每個光纜段均需要配置1條段OAM。OAM帶寬消耗和業務量呈現正相關。

圖5 段層OAM編碼格式

圖6 LSP層OAM編碼格式

圖7 PW層OAM編碼格式

同樣以上面的例子為例，來測算一下，100個站點，上述業務量需要分配多少OAM帶寬，具體參見表1。

表1 OAM帶寬測算表

上述測算只考慮匯聚層單邊，且不考慮段層OAM。100個站點開通全業務后的總的OAM帶寬約為308M。

結合業務帶寬，100個PTN站點開通全業務后，總帶寬消耗為6717M+308M= 7205M。其中，按照平均80%轉發效率，業務凈荷帶寬為5400M，業務承載效率為5400/7205=75%。

3 PTN網絡帶寬應用

PTN網絡主要面向移動回傳業務和高等級政企專線業務。業務在提出帶寬需求時，通常是指一定條件下的承諾帶寬。簡單來說就是在確保相應指標情況下的體驗帶寬。這里包括兩個方面：一是相應指標要求；二是體驗帶寬。指標要求即提供的帶寬是在滿足一定時延和丟包指標下和要求下達到的帶寬。體驗帶寬是指客戶直接感受到或者儀表測試得到的業務側帶寬。因為有開銷，所以在帶寬分配和帶寬預留時需要考慮相關因素。

3.1 CIR和PIR設置對用戶體驗的影響

PTN網絡中QoS設置也會對帶寬體驗造成一定影響。與傳統網絡有所不同，分組網絡承載的業務等級有一定差異，同時分組網絡存在CIR和PIR的區別，允許網絡在輕載時為客戶提供額外價值。當業務中載時，PIR部分會受到影響，但CIR部分不會受影響；而重載時，部分低等級業務CIR傳送質量會受一定影響，作為電信級運營商，通常在帶寬預留時不會允許第3種情況發生，因此在帶寬預留時需要考慮一定的開銷空間。

3.2 帶寬分配及QoS設置用例

針對LTE業務，目前不對其中的業務流進行分類限速，而是通過無線側完成業務等級分類，專線業務需要按照需求提供一定程度的放大，為確保測試指標合格，通常會按照客戶等級來進行一定程度帶寬放大，確保用戶體驗帶寬滿足需求，常用的QoS等級設置如表2所示。

表2 業務等級設置表

4 結束語

隨著移動互聯網快速發展，分組網絡逐漸由業務網向電信基礎網滲透，傳輸網作為承載網的主要角色，也同樣面臨IP化的趨勢。傳統的剛性帶寬逐漸由彈性帶寬取代，流量經營成為運營商面臨的主要課題，了解自身的能力和理解用戶的需求同樣重要，掌握帶寬分配機制無疑將成為流量經營時代的利器。

1 王令侃,林曉軒,陳煒.TD-LTE技術發展及其應用.移動通信.2011,6

2 陳明華,梅儀國,陳煒.PTN網絡QoS部署策略及演進方式.電信技術.2011,7

3 王曉義,李大為.PTN網絡建設及其應用.人民郵電出版社. 2009

4 黃曉慶,唐劍峰,徐榮.PTN-IP化分組傳送.北京郵電大學出版社.2010

5 中國移動分組傳送網(PTN)設備測試規范(修訂版)

6 ITU-T_Y.1731-200802

2014-11-10）