面向5G建設的PTN分組傳送網絡分析與應用

宋浩 陳云川 蘇婷 黃建 盧晶晶

摘要：為了迎合5G在2020年全面商用后無線移動網絡向扁平化發展的趨勢，在減少建設及維護成本的前提下，在提升系統容量和頻譜感知精度、增加智能化產業的“萬物互聯”靈活性、降低終端設備成本和網絡能耗等方面都對5G網絡的發展與演進提出了迫切的要求。PTN（PacketTransportNetwork，分組傳送網絡）作為現網采用的主流技術并正逐步向5G承載的切片分組網演進，對于上述問題的解決具有顯著的優勢。基于此，針對PTN的技術特點提出了面向5G建設的應用策略和解決方案。

關鍵詞：5G建設;網絡扁平化;PTN技術：智能化;應用策略

中圖分類號：TN915.02 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）13-0064-03

1引言

當前主流的移動通信網絡主要由兩類網絡組成：成熟、標準的SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系）/MSTP（Multi-ServiceTransportPlatform，多業務傳送平臺）網絡和PTN網絡。前者利用其同步復用、強大的路由自動選擇能力和透明的業務傳輸通道可以為所承載的業務提供獨享的剛性帶寬、快速有效的自愈保護和高可靠的服務;而PTN技術通過和SDH的有效融合使業務適配性更加優異，加之對SDH中的缺陷和不足進行了優化，使得日益增多的移動終端IP化的需求在PTN網絡中得到很大程度滿足。此外，組網靈活、傳輸方式適用于IP業務和對網絡性能的改善，都為5G網絡的建設和演進提供了良好的網絡氛圍及架構基礎。

2PTN的組網方式和技術特征

為了改善網絡的可靠性和穩固性，避免由于單歸屬上聯失效造成網絡故障，目前實際的PTN組網通常是采用環網結構的形式將接入層、匯聚層、核心層雙歸屬上聯，使接入層能夠通過ONU（Optical Network Unit，光網絡單元）和OLT（OpficM LineTerminal，光線路終端）引入互聯網業務、VPN業務、基站業務等;同時通過裸光纖或者OTN（Optical Transport Network，光傳送網）的匯聚承載從而有利于各項業務的調度。現階段作為網絡傳輸的核心設備，SDH、DWDM（Dense Wavelength DivisionMultiplexing，密集型光波復用）主要承載2G和3G網絡業務;新建設備包括OTN和PTN，主要承載4G網絡的LTE業務、CMNET以及IP承載網的數據業務嘲。PTN組網架構示意圖如下。

MPLS-TP（Multi-Protocol Label Switching Transport Profile，多協議標簽交換傳送應用）作為1TU-T（國際電信聯盟）標準化的PTN技術，要求面向連接，不僅在MPLS技術的路徑轉換基礎之上簡化了IP/MPLS中的繁雜流程，解決了傳統SDH中效率不高的缺陷，還將IP、以太網、ATM的通用分組傳送技術的優點融合，以固定長度的標簽實現數據報文的高速轉發，MPLS-TP與IP/MPLS的功能對比如下表。同時，MPLS-TP技術對ATM、FR、PPP等數據鏈路層協議和IPv6、IPX等網絡層協議的支持，使得對網絡QoS（Quality ofService，服務質量）的應用效果得到了一定程度上的保障和增強，對多項模式的業務進行承載的同時還能有效規避一般受控區且，其生存性和傳輸性也得到有效提升。

2.1安全保護技術

為實現對各項業務的區分，PTN組網技術在實際應用中通常將LSP（Hnk State Packet，鏈路狀態報文）和PW（PseudoWire，偽線）的標簽隔離，其保護機制一般包括線性LSP/PW保護、環網保護、PW雙歸保護等。得益于FrN技術的多層次防護架構，使得該網絡在防范信息數據泄漏及抵御惡意侵襲方面得到很大程度的保障，有效提升了其防護性能以及數據的準確性、可靠性和安全性。

PTN業務主要的保護方式有兩種，分別是基于APS協議的1：1保護和1+1保護。APS協議是在雙向保護倒換時對源、宿雙方彼此協商通信，從而實現兩個實體之間倒換信息協同決策的協議。1+1保護是指發送端同時向兩個主備MPLS Tunnel轉發流量，當主Tunnel發生中斷時，就將業務倒換到保護Tunnel上，實現端到端的狀態一致;1：1保護時，其業務主要運行APS協議判斷主備信道質量，如果工作Tunnel出現故障，業務則會通過保護倒換、倒換延遲、等待恢復等功能實現向保護Tunnel的倒換。

2.2多業務承載

PTN網絡區別于傳統的SDH，采用“核心層+業務接入控制層”的兩層業務架構，通過帶有多段MPLS標簽的Tunnel完成對無線基站回傳的TDM/IPRAN、出租專線接人、CMNET專線接入以及家庭以太網等多業務的承載。PTN不僅采用MPLS-TP技術通過Tunnel實現端到端的VPN接人業務，PWE3的電路仿真技術還對業務的性能提升和部署簡化提供了先天優勢。此外，BFDforBGPTunnel機制的引入使得PE側采用相同的傳輸層收斂技術完成自身信令，無需對業務層感知的同時還可進行快速檢測與排障。

2.3 OAM技術及QOS策略

PTN網絡的OAM（Ooeration，Administration and Mainte-nance，運行管理維護）設計基于SDH，其標準通過硬件可達到電信級的3.3ms。其網絡架構體系涵蓋了橫縱向分層，包括Sec-tionlayer和Tunnel在內的每一層中都設置了相應的OAM性能，這種機制不僅可以防止網絡故障的發生，還能實現對網絡故障的迅速診斷和定位。

QoS策略是保證PTN網絡上不同業務差異化服務的方法，在PTN設備中根據業務的不同需求分為四個步驟來保障服務的質量。第一步基于Diff-Serv域的流分類，是QoS執行服務的基礎，依據匹配規則的不同來區別報文信息;第二步流量監控，采用CAR技術對流分類后的流量進行速度測算，通過設置不同顏色的報文來限制進入網絡的流量;第三步擁塞防止與管控，是指在網絡發生擁塞時，通過隊列調度進行合理的管控，保障重要業務的暢通;第四步流量整理，可以限制流出網絡的某一連接的流量與突發，使其以均勻速率轉發。

35G網絡的建設方案

隨著用戶需求的急劇增加和5G（Sth generation mobile net-works第五代移動通信網絡技術）商用日益臨近，5G在傳輸速率、頻譜資源利用率以及用戶體驗質量等方面相較于當前主流4G-LTE移動通信網絡都有顯著優勢，除了在網絡能耗、傳輸效率、覆蓋深度等方面將得到實質性改善，ITUR定義的5G三大業務應用場景eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（海量機器通信）以及uRLLC（超高可靠低時延通信）勢必會推動無線網、核心網和承載網發生劇烈變化。尤其在超高帶寬和超低時延、高精度時鐘同步、層次化網絡切片、靈活轉發、智能協同等方面對承載網提出了更高的要求。

同時，針對當前的4G-LTE接人網絡，其兩級核心架構BBU和RRU將在5G環境下演進為CU（集中單元）、DU（分布單元）、CN（核心網）三級結構，相應的可分解成前傳網（FrontHaul，即RRU到DU之間）、中傳網（MidHaul，即DU到CU之間）和回傳網（BackHaul，即CU到CN之間），如圖2所示。

4基于5G網絡的PTN應用策略

針對當前4G網絡和未來5G網絡架構展開預測和判斷，在創新空口技術的過程中，綜合分析和考慮網絡資源優化調控、PTN網絡的扁平化和智能化方向演進，以及全方位整理跨平面業務擬定合理解決方案，從而滿足以下迫切需求：（1）能夠實現大顆粒業務承載和集中管控;（2）優化網絡業務的負荷，改善網絡資源使用;（3）調整骨干節點和光纜網點配置，構成閉環網絡實現骨干層與匯聚層的扁平化通信;（4）滿足運營商對集團客戶定制化專線業務的需求，放寬市場限制和相關政策的影響。

4.1完善PTN網絡架構

（1）三層網絡下移。在當前主流的LTE現網中，PTN采用將成對實現L2/L3橋接的三層網絡設備設置在城域網核心層，雖然流量占用較少同時傳輸距離遠，但對時延敏感程度要求較高且站間流量較大的5G網絡，其對延時的敏感性不高制約了業務的擴展。因此對三層網絡下移，形成大三層網絡架構成為趨勢。

（2）優化網絡融合和用戶調度機制。在豐富系統功能、改善用戶公平性以及提升系統穩定性等方面，逐漸完善的網絡融合和用戶調度機制發揮著重要作用。子載波的劃分效果也會隨著用戶區分是否理想、對基站范圍內的有效覆蓋檢測是否精準，頻譜資源調度是否合理而發生改變。

（3）合理選用OTN+PTN聯合組網的架構。為了滿足5G網絡帶寬高、容量大、覆蓋廣、時延低、可靠性高以及智能化的需求，采用OTN+PTN聯合組網模式不僅可以彌補PTN傳送帶寬較小的缺陷，對大顆粒業務的處理和超遠距業務的傳輸，以及IP類業務的海量接人和多種不同的組合場景均提供了可靠保障。

基于5G的PTN網絡架構如下圖所示，其中UNI是指用戶網絡接口，SR-TP/SR-BE分別是指面向傳送和面向盡力而為業務的分段路由。

4.2技術改革方法

（1）調整帶寬配置方案。5G初期的業務主要以eMBB為主，基站會繼續沿用4G-LTE基站的帶寬配置方法，可能會出現由于CIR帶寬配置過高引起PTN系統帶寬不足的問題。因此要從兩個方面調整帶寬配置方案，一是擴容接入環帶寬，二是降低基站CIR配置。擴容接入環帶寬需要增加投資，建設周期也較長;而降低基站配置CIR帶寬，基本無須變動現網，也不影響5G基站的開通，因此在5G初期可以采用降低基站配置CIR帶寬的方法解決PTN系統帶寬不足的問題。

（2）虛擬化網絡資源。在信道化功能前提下，對網絡資源進行虛擬抽象，將傳送網絡資源進行邏輯抽象分片，實現在一張物理網絡上邏輯劃分成多張獨立的邏輯子網，且相互物理隔離，相對于PTN的MPLS-TP管道的軟隔離，使其安全性更高，業務間的相干性更弱。

（3）優化PTN網絡QoS性能。確保本地PTN網絡的QoS安全性與穩定性，提高端到端的服務效率和質量。目前很多網絡供應商開始使用5G網絡，其站點變得非常密集，延長了本地網PTN設備，為了縮減網絡資金，可將Diff-Serv技術投入其中。

5結語

綜上所述，隨著5G網絡技術的快速發展，超密集網絡，巨大的流量需求和超低延遲服務將對承載網絡朝著層次化方向的發展提出更高的要求，因此PTN網絡的調整已經迫在眉睫。為了解決承載網中5G演進的問題，本文通過PTN現網，指出除了要對已有網絡架構進行完善，改變網絡傳輸氛圍，加大技術創新，符合智能化標準，還要能夠支撐5G的高寬帶高速率需求，實現PTN網絡向靈活組網、大容量及扁平化的方向演進。