PTN在構建智慧城市骨干網(wǎng)絡中的應用

摘 要：隨著智慧城市的發(fā)展，構建高品質(zhì)骨干網(wǎng)絡的需求也越來越強烈。PTN作為城域承載網(wǎng)絡的主流技術，可更好地運用于重要大客戶專線的承載，滿足智慧城市骨干網(wǎng)絡的需求。文章通過總部和分支機構以及數(shù)據(jù)中心互聯(lián)兩個典型應用案列，分析PTN的組網(wǎng)方式，并展望未來承載網(wǎng)絡的發(fā)展。

關鍵詞：PTN；智慧城市；MPLS-TP

1 概述

隨著現(xiàn)代城市的不斷擴展，作為其骨干網(wǎng)絡的高品質(zhì)城域網(wǎng)絡也隨著新應用和新技術的到來而升級。現(xiàn)代化國際大都市的發(fā)展，帶來了城市發(fā)展規(guī)模和經(jīng)濟總量提升。以上海為例，城市的定位為國際經(jīng)濟中心、國際金融中心、國際貿(mào)易中心、國際航運中心，努力發(fā)展現(xiàn)代服務業(yè)和制造業(yè)。隨之而來的是大批跨國企業(yè)總部、金融機構數(shù)據(jù)中心相繼落戶。在這樣的背景之下，對網(wǎng)絡通信的需求量快速增長，對網(wǎng)絡通信服務質(zhì)量要求也不斷提高。建設高品質(zhì)的城域網(wǎng)絡是智慧城市發(fā)展的核心問題之一。

高品質(zhì)的城域網(wǎng)是為了提供高端專線服務，主要承載以下類型的大客戶：金融機構，包括外資銀行和各類中資銀行，及各大證券、保險等公司；各類政府機構；科研院所，包括各大高校等；重要企業(yè)，包括跨國企業(yè)和國內(nèi)大中型企業(yè)。高品質(zhì)的城域網(wǎng)是一張獨立的專用網(wǎng)絡，與承載個人通信或其他低端客戶數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡在帶寬容量、通信質(zhì)量、網(wǎng)絡安全性、網(wǎng)絡技術上是有明顯區(qū)別的。因此，如何建設和發(fā)展這樣一類城市骨干網(wǎng)絡，為智慧城市發(fā)展提供技術支撐，已成為了重要的關注焦點。

2 客戶對承載網(wǎng)絡的要求

大客戶承載網(wǎng)的發(fā)展經(jīng)歷了多個時代：

數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）[1]，是以時分復用技術為核心，模擬線接入為主流的低帶寬接入網(wǎng)絡。二十世紀九十年代起作為主流的數(shù)據(jù)專線接入方式，由于其帶寬的限制和模擬線接入段通信質(zhì)量不穩(wěn)定，自2000年以后逐步衰弱。

異步傳輸模式（ATM）[2]，是一種面向連接的快速分組交換技術，建立在異步時分復用基礎上，并使用固定長度的信元，支持包括數(shù)據(jù)、語音、圖像在內(nèi)的各種業(yè)務的傳送。隨著IP技術的發(fā)展到成熟，以ATM為代表的高品質(zhì)通信從快速發(fā)展，直到需求萎縮，因其技術復雜、硬件成本高昂而招致大部分用戶的棄用。

運營商級以太網(wǎng)（CE）[3]，是以運營商骨干橋接技術為基礎用于城域網(wǎng)的技術，這套體系結構可令運營商網(wǎng)絡允許多個網(wǎng)絡連接而不丟失客戶各自的VLAN。CE隨著客戶需求的不斷提高而隨之改進。

如今客戶不斷地在加強信息化建設，從而對高品質(zhì)承載網(wǎng)絡提出了新的要求。

以前的專線服務中所提供的接口類型較多，但是如今各類業(yè)務IP化，以太網(wǎng)接口成為主流的需求。在帶寬方面，大帶寬接入已成為趨勢。由于信息化不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)量快速增加，客戶從原來需求的2M上升至100M甚至1000M。例如銀行在原有業(yè)務基礎上增加了圖像傳送認證，對帶寬需求就會大幅上升。此外，客戶對抖動、延時和安全性要求更高。目前，語音、視頻數(shù)據(jù)量逐年上升，為了保證音頻、視頻的質(zhì)量，對承載網(wǎng)的抖動要求非常高。又如證券行業(yè)，對數(shù)據(jù)的實時性要求非常高，對承載網(wǎng)提供的專線服務的延時和安全性提出更高要求。不同的客戶有不同的組網(wǎng)方案，點對點、點對多點、多點對多點的應用都可能出現(xiàn)。

從運營商角度，在建設智慧城市的目標下，滿足以上客戶需求的同時，對承載網(wǎng)絡還有更多的要求。

首先是基于分組和面向連接的網(wǎng)絡。打包技術傳輸?shù)脑鲩L刺激了傳輸網(wǎng)絡的改革。下一代的運營商網(wǎng)絡應該充分利用以往網(wǎng)絡端對端的優(yōu)勢。其次是實現(xiàn)端到端質(zhì)量控制。承載網(wǎng)絡可以讓服務供應商提供基于物理接口或者邏輯VLAN的承諾信息速率和峰值信息速率，并保證對延時敏感流量的最低的延遲和抖動。運營商的網(wǎng)絡也有一個有效的方式處理網(wǎng)絡擁塞，為了保持流量擁塞情況下的承諾信息速率。運營商網(wǎng)絡還要實現(xiàn)50毫秒的保護，通過在硬件中實施MPLS快速重路由。

承載網(wǎng)絡還需具備以太網(wǎng)運營管理維護（OAM）。城域網(wǎng)中故障排除更難，因此OAM成為一種必然。運營商網(wǎng)絡還需能夠解決網(wǎng)絡的可擴展性和處理的服務。此外對安全性的考慮也是重要因素。

3 PTN解決網(wǎng)絡承載

PTN即分組傳送網(wǎng)[4]，是一個多業(yè)務的統(tǒng)一的傳輸技術，基于分組交換和面向連接，傳輸技術和數(shù)據(jù)技術的組合，不僅承載電信級以太網(wǎng)服務，以滿足五個基本屬性的標準化服務，高可靠性，靈活的可擴展性，嚴格的QoS和完善的運營管理維護（OAM），而且還支持傳統(tǒng)的時分復用和ATM服務和繼承的圖形界面和終端到高端配置的SDH網(wǎng)絡管理。目前，PTN的主要適用于城域以太網(wǎng)和需要承載QoS的業(yè)務，例如無線回傳和企業(yè)或政府的專線或專網(wǎng)業(yè)務。

PTN的核心技術是MPLS-TP技術[5]，它放棄了基于IP地址的逐跳轉發(fā)機制，建立了獨立的控制平面，保持了MPLS端到端面向連接的標簽交換，放棄了非面向連接和非端到端的特性，這樣明確的端到端的傳輸路徑增強了網(wǎng)絡的保護機制和OAM管理能力。

MPLS-TP支持傳統(tǒng)業(yè)務承載包括多種接口。邊緣到邊緣的偽線仿真技術實現(xiàn)對時分復用、ATM、以太網(wǎng)業(yè)務的統(tǒng)一承載。可以節(jié)約資本支出和管理支出。PTN的OAM達到了電信級的標準。其OAM功能由硬件實現(xiàn)，因此可做到固定3.3毫秒的OAM協(xié)議報文監(jiān)控。MPLS-TP還通過靈活的QoS策略保證不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)（例如：控制信令、視頻、語音、文件等）的服務質(zhì)量，實現(xiàn)高效的帶寬利用。

PTN網(wǎng)絡的基本結構分為三層：匯聚層以兩臺為一組，同組的匯聚設備分別連至兩臺不同的核心層設備，以保障網(wǎng)絡的安全性。接入層以環(huán)的方式接入，每個接入環(huán)由多臺接入設備所組成。PTN網(wǎng)絡可以通過核心層與其他種類的網(wǎng)絡相連。

PTN作為大客戶承載網(wǎng)，向客戶提供快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)等接口。客戶類型的定位為金融機構、政府機構、科研院所和其他重要高端客戶。

4 PTN應用的組網(wǎng)方式

PTN最常用的組網(wǎng)方式是總部和多分支機構的組網(wǎng)。如圖1所示的應用，某機構有較多分支機，每個分支機構均需要與主用備用數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)交互，這樣就構成了點到多點的組網(wǎng)結構。每個分支機構根據(jù)不同的業(yè)務需求申請了不同帶寬的接入。主用和備用數(shù)據(jù)中心以高帶寬接入。

為了保證該用戶的服務質(zhì)量，每個分支機構至數(shù)據(jù)中心的電路各有一條主用鏈路和一條備用鏈路，PTN網(wǎng)絡可以通過OAM自動檢測出故障，自動在主備數(shù)據(jù)中心間進行小于50毫秒的切換。而且可以對每個分支機構的不同QoS等級的業(yè)務進行區(qū)分，提供不同等級的服務質(zhì)量。

還有一類常用的組網(wǎng)方式是兩個數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)同步。金融保險行業(yè)中，兩個不同數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)同步工作是非常重要的，它對承載網(wǎng)絡的延時抖動等參數(shù)的要求非常嚴格。如圖2所示的應用中，某機構在兩地各有一個數(shù)據(jù)中心，這兩個數(shù)據(jù)中心需要實時數(shù)據(jù)同步。解決方案是從PTN的匯聚層提供高帶寬的端口，通過一條主用鏈路和一條備用鏈路，既保證了用戶低延時低抖動要求，又提高了專線可用性安全性的。

5 結束語

PTN逐步發(fā)展為承載大客戶專線的重要網(wǎng)絡，為智慧城市的建設提供了充分的支持。當然，客戶的需求一直在改變，客戶對運營商服務質(zhì)量的要求也會越來越高，因此，大客戶承載網(wǎng)將會不斷發(fā)展，將來主要有以下三個方向：將會有更高的接入帶寬。目前大客戶承載網(wǎng)提供的接入帶寬可以高達10GE，將來的發(fā)展目標是100GE甚至更高。將連接更長的距離。城市化的迅速擴張對網(wǎng)絡規(guī)模也提出了新的要求，在提高帶寬的同時，提高傳輸距離也是下一步的發(fā)展方向，將從目前的40公里、80公里提高到超過120公里的傳輸距離。將會具有更簡化的網(wǎng)絡層次，會把各項技術融合到一個平臺上。結合上述三點，POTN[6]將會是未來網(wǎng)絡的一個重要發(fā)展方向。作為PTN與OTN的融合，POTN會在高性能網(wǎng)絡發(fā)展和貼近客戶端便捷接入方面取得更好的結合。

參考文獻

[1]高飛.淺談DDN在政企行業(yè)中實際應用及發(fā)展前景分析[J].數(shù)字技術與應用，2015（5）：42-43.

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[3]陳兵.PBB/PBB-TE技術在電信級城域以太網(wǎng)中的應用[J].中國新通信，2009，11（15）：10-15.

[4]楊一荔.PTN技術[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[5]黃峰，李芳，李晗.MPLS-TP的國際標準化和產(chǎn)業(yè)進展[J].現(xiàn)代電信科技，2011，41（9）：13-17.

[6]程偉強，王敏學，張晴.城域POTN應用、設備和組網(wǎng)需求及分析[J].郵電設計技術，2015（3）：6-10.

作者簡介：周偉（1972-），男，上海人，博士，高級工程師，研究方向：數(shù)據(jù)通信、無線通信。