PTN網(wǎng)絡(luò)保護方案探討

李上學(xué)

【摘要】隨著傳輸網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，傳輸技術(shù)不斷的更新演進，目前移動主要使用PTN傳輸設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)性能為運營商關(guān)注的焦點，PTN網(wǎng)絡(luò)保護性能根據(jù)現(xiàn)有業(yè)務(wù)及要求有多種保護方式。

在中國移動通信全面進入4G時代時，三大電信運營商直接面臨著4G基站回傳和寬帶接入對城域網(wǎng)的全方位挑戰(zhàn)。多重播放等新興寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、企事業(yè)單位的以太網(wǎng)專線和L2 VPN業(yè)務(wù)、普通寬帶用戶的接入量和速率提升是推動城域傳送網(wǎng)轉(zhuǎn)型的三個主要驅(qū)動力。 而傳統(tǒng)的同步數(shù)字體系（SDH）技術(shù)、IP互聯(lián)網(wǎng)和以太網(wǎng)技術(shù)都不能適應(yīng)3G承載和全業(yè)務(wù)運營對傳送和承載的全方位需求，PTN技術(shù)應(yīng)運而生，傳輸網(wǎng)絡(luò)保護尤為重要。

【關(guān)鍵詞】PTN；組網(wǎng)；可靠性；保護

PTN network protection scheme

Li Shang-xue

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】With the continuous development of transmission network， the evolution of transmission technology constantly updated， the main use of PTN mobile transmission equipment， network performance as the focus of attention of operators PTN network protection performance according to the existing business and requirements have a variety of ways。

In the era of 4G mobile communication in China， the three telecom operators directly face the challenge of 4G base station echo and broadband access to the metropolitan area network. Multiple broadcast emerging broadband data services， enterprises and institutions such as Ethernet and L2 VPN business， ordinary broadband users access amount and rate of ascension is to promote the transformation of metropolitan area transport network of the three main driving force. And traditional synchronous digital system （SDH） technology， IP and Ethernet technology can not adapt to Internet 3 g load and all operations to transfer and load the omni-directional demand， PTN technology arises at the historic moment， transmission network protection is particularly important.

【Key words】PTN；Networking；Reliability；Protection

1. PTN產(chǎn)生的背景

1.1全I(xiàn)P背景下的傳送需求。

新型城域的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)將覆蓋光層（L0），電路層（L1）和分組數(shù)據(jù)層（L2），路由層（L3）和應(yīng)用層（L3+），對負(fù)責(zé)三層以下傳送功能的傳送層的總體要求為：

（1）大容量高效傳送；

（2）網(wǎng)絡(luò)的可靠性及可用性；

（3）網(wǎng)絡(luò)的擴展性；

（4）多業(yè)務(wù)的支持能力；

（5）可管理性

1.2目前城域網(wǎng)情況。

目前城域網(wǎng)（含城域數(shù)據(jù)網(wǎng)和傳送網(wǎng)絡(luò)兩個網(wǎng)絡(luò)并存）SDH ＼ MSTP ＼ RPR＼以太網(wǎng)、PON在處理大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)存在不足，都不能很好的滿足IPTV等新興運營級以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求， 傳統(tǒng)的以太網(wǎng)承載IP業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)只是為窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場（上網(wǎng)瀏覽、電子郵件等業(yè)務(wù)）設(shè)計不能滿足VOIP、IPTV等新業(yè)務(wù)，面臨的挑戰(zhàn)：

（1）不具備運營級的可靠性和可擴展性。沒有冗余和彈性，采用了中低端交換機作為匯聚設(shè)備，沒有保護級聯(lián)。

（2）不能支持多業(yè)務(wù)部署。QOS機制不完善、難以進行用戶和業(yè)務(wù)的區(qū)分、不支持端到端的業(yè)務(wù)實施、組播能力較差。

（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不清晰。很多小BRAS、性能有限、擴展困難、成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸；一些匯聚交換機被當(dāng)作3層設(shè)備使用

（4）不能滿足新的業(yè)務(wù)，需要更高的帶寬。

基于二層交換的城域網(wǎng)也存在二層網(wǎng)絡(luò)規(guī)模過大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不清晰，設(shè)備級聯(lián)數(shù)偏多等問題。一旦STP（生成樹協(xié)議）計算出現(xiàn)偏差，會導(dǎo)致較大范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定；另外。常見的光纖直連方式組網(wǎng)導(dǎo)致光纖浪費嚴(yán)重，業(yè)務(wù)端口壓力大。

1.3原有SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)承載IP業(yè)務(wù)。

（1）SDH/MSTP的分組處理或IP化程度不夠徹底，其IP化主要體現(xiàn)在用戶接口（即表層分組化），內(nèi)核仍然是電路交換（即內(nèi)核電路化）。這使得SDH/MSTP在承載IP分組業(yè)務(wù)時效率較低，并且無法適應(yīng)以大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的3G和全業(yè)務(wù)時代的需要。

（2）SDH/MSTP采用第一層技術(shù)來實現(xiàn)帶寬管理和服務(wù)保護，以太網(wǎng)交換機則依賴以太網(wǎng)橋接或IP路由路由選擇來實現(xiàn)帶寬管理和服務(wù)保護。

1.4PTN網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生（見圖1）。

2. PTN網(wǎng)絡(luò)的安全性

2.1電源/交叉/主控盤的保護。

電源板/交叉板/時鐘板支持1+1保護，在單盤故障時，業(yè)務(wù)可正常工作。不需要對單板進行主備配置，即插即用。

2.2TPS 保護。

（1）TPS：Tributary Protect Switch 支路保護倒換。

（2）對低速業(yè)務(wù)處理板進行保護，主要針對2M，和SDH的TPS保護一樣，支持1：1～1：N保護。

（3）TPS屬于設(shè)備級的保護，不像MSP屬于網(wǎng)絡(luò)級的保護，不需要走安全的協(xié)議。TPS協(xié)議走設(shè)備內(nèi)部的總線就可以達(dá)到保護。

（4）TPS性能指標(biāo)：物理鏈路恢復(fù)時間小于50ms，如果在E1上配置了IMA或ML-PPP的話，那么業(yè)務(wù)恢復(fù)時間可能到500ms（見圖2）。

2.3LMSP 保護。

LMSP： Linear Multiplex Section Protection 線性復(fù)用段保護

保護業(yè)務(wù)：主要對SDH STM-1/4的光口進行保護。

LMSP性能指標(biāo)：倒換時業(yè)務(wù)中斷小于50ms

LMSP通過SDH幀中復(fù)用段的開銷K1/K2字節(jié)來完成倒換協(xié)議的交互；

LMSP通過SDH層面的告警來觸發(fā)倒換；

SDH中字節(jié)開銷K1，K2字節(jié)的合稱，K1，K2這兩個字節(jié)用作自動保護倒換（APS）信令，K1字節(jié)前4個bit表示倒換請求，后4個bit表示請求通道號，K2字節(jié)前4bit表示當(dāng)前橋接通道號，第5bit表示類型碼，第6-8bit表示狀態(tài)碼（LMSP保護原理見圖3）。

2.3.1保護類型-1+1單向倒換。

1+1模式是指發(fā)送側(cè)在主備通道上雙發(fā)業(yè)務(wù)，在接收側(cè)選收業(yè)務(wù)；

單向倒換是指當(dāng)某個方向的通道故障時，只會造成這個方向的業(yè)務(wù)發(fā)生倒換（如圖所示，故障時只在B設(shè)備的接收側(cè)發(fā)生倒換，A設(shè)備的接收側(cè)不倒換）；

2.3.2保護類型- 1+1雙向倒換。

1+1模式是指發(fā)送側(cè)在主備通道上雙發(fā)業(yè)務(wù)，在接收側(cè)選收業(yè)務(wù)；

雙向倒換是指當(dāng)某個方向的通道故障時，則兩個方向的業(yè)務(wù)都要發(fā)生倒換，（如圖所示，故障時A、B設(shè)備的接收側(cè)都發(fā)生了倒換）；

2.3.3保護類型- 1：1雙向倒換。

1：1模式是指發(fā)送側(cè)在主備通道中選擇一個通道發(fā)送業(yè)務(wù)，在接收側(cè)選擇接收業(yè)務(wù)；

雙向倒換是指當(dāng)某個方向的通道故障時，則兩個方向的業(yè)務(wù)都要發(fā)生倒換，（如圖所示，故障時A、B設(shè)備的接收側(cè)都發(fā)生了倒換）；

（1）LMSP-倒換過程。

以1+1雙端模式為例：

A在主用通道上收到信號失效，在備用通道上向B發(fā)送倒換請求。

B在備用通道上收到A的倒換請求，在備用通道上向A發(fā)送倒換響應(yīng)。

A收到B的響應(yīng)后執(zhí)行倒換和橋接，并在備用通道上向B發(fā)送倒換確認(rèn)。

B收到A的倒換確認(rèn)后執(zhí)行倒換和橋接，信令達(dá)到穩(wěn)態(tài)，倒換完成。

（2）LMSP-恢復(fù)過程。

以1+1雙端模式為例：

支持1：N是雙端恢復(fù)式；1+1有單端恢復(fù)、單端不恢復(fù)、雙端恢復(fù)、雙端不恢復(fù)四種。

如果是線性復(fù)用段雙端式保護，兩端的保護倒換需要走協(xié)議來進行協(xié)調(diào)，利用的是段開銷的K1、K2字節(jié)，以便發(fā)送請求、回饋請求確認(rèn)、執(zhí)行倒換動作。協(xié)議K字節(jié)在備用通道傳送。

2.4LAG保護。

（1）LAG：Link Aggregation 鏈路聚合，將多個以太口聚合起來組成一個邏輯上的端口；

（2）LACP：Link Aggregation Control Protocol 鏈路聚合控制協(xié)議，該協(xié)議用于動態(tài)控制物理端口是否加入到聚合組中；

主要保護的端口為以太網(wǎng)的GE/FE。

（3）LAG性能指標(biāo)：可以達(dá)到秒級的保護；

LAG保護-應(yīng)用場景（負(fù)載分擔(dān)）

（4）負(fù)載分擔(dān)：業(yè)務(wù)均勻分布在LAG組內(nèi)的所有成員上傳送；每個LAG組最多支持16個成員；這個模式無法對Qos提供很好的保證，因此在PTN產(chǎn)品中，該模式只能應(yīng)用在用戶側(cè)，不能應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)側(cè)；

（5）LAG保護-應(yīng)用場景（非負(fù)載分擔(dān)）

非負(fù)載分擔(dān)：正常情況下，業(yè)務(wù)只在工作端口上傳送，保護端口上不傳業(yè)務(wù)；每個LAG組只能配兩個成員，形成1：1保護方式；該模式可以應(yīng)用在用戶側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)；該模式可以保證用戶的Qos特性；

2.5MC-LAG。

（1）MC-LAG（Multi-chassis Link Aggregation Group）是對設(shè)備內(nèi) LAG的補充，提供跨設(shè)備的鏈路聚合。在 3G承載網(wǎng)絡(luò)中，配合 PW APS實現(xiàn)當(dāng)雙歸節(jié)點、雙歸節(jié)點 AC側(cè)鏈路或網(wǎng)絡(luò)側(cè)業(yè)務(wù)故障時，對以太網(wǎng)專線或?qū)＞W(wǎng)業(yè)務(wù)的雙歸保護。

（2）MC-LAG是對設(shè)備內(nèi) LAG的擴展，可以將多個設(shè)備上的數(shù)據(jù)鏈路聚合在一起形成鏈路聚合組，提高可用帶寬，并且當(dāng)某條鏈路或某個設(shè)備失效時，自動將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)切換到 MC-LAG的其他可用鏈路上，從而增強鏈路可靠性（見圖4）。

圖4

（3）NE1與 NE2通過跨設(shè)備同步通信通道進行跨設(shè)備同步通信，周期性地互相通告雙歸節(jié)點NE1和 NE2上設(shè)備內(nèi) LAG的狀態(tài)，同時針對故障情況協(xié)商 LAG1和 LAG2的主備狀態(tài)。

2.6MPLS APS。

（1）APS：Automatic Protection Switching自動保護倒換

主要對業(yè)務(wù)通道（MPLS Tunnel）；

原理：

通過OAM報文來檢測業(yè)務(wù)通道的好壞；兩個站點間通過APS報文進行交互，完成倒換；

MPLS性能指標(biāo)：倒換時業(yè)務(wù)中斷小于50ms；

根據(jù)PTN網(wǎng)絡(luò)的分層模型，網(wǎng)絡(luò)保護方式分為TMC層保護（PW保護）、TMP層保護（線性1：1和1+1的LSP保護）、TMS層保護（Wrapping和Steering環(huán)網(wǎng)保護）。

通過配置兩條源宿站點相同，但路徑不同的Tunnel來實現(xiàn)APS保護。

3. 結(jié)束語

PTN技術(shù)日益成為傳送網(wǎng)絡(luò)主流應(yīng)用，相關(guān)的技術(shù)相對成熟，需最大程度降低網(wǎng)絡(luò)CAPEX和OPEX，充分保護現(xiàn)網(wǎng)投資，改善帶寬瓶頸，同時需要降低網(wǎng)絡(luò)的運維難度，也要使PTN網(wǎng)絡(luò)帶寬更加有效的利用，建設(shè)一條智能的傳輸管道，為承載多種業(yè)務(wù)做好基礎(chǔ)支撐網(wǎng)絡(luò)。

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