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PTN开启IP业务传送的未来

2009-06-03 18:09
棒棒书香
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文/中国移动 黄晓庆 李晗

   移动互联网将成为下一代互联网的主体,而下一代移动宽带网必须同时满足传统电信业务和移动互联网业务的承载需求。业务的IP化和传送的分组化将成为未来网络的演进主线!

   在接入层,下一代移动接入网络将向LTE演进,而PON将成为固定宽带接入的主流技术。在干线层,IP over WDM/OTN组网已经成为主流,并在相当长时间内能够满足业务发展需求。在城域层,SDH/MSTP以太网和IP/MPLS技术都在争夺市场,但在宽带汇聚和Backhaul承载应用中又表现出不同的局限性,与此同时,结合传送和数据能力的PTN技术将开启IP业务传送的未来!

PTN的理念

   IP化和电信级是推进城域网演进的两大需求。IP化具备两层含义:业务的IP化是指不管是语音、数据还是多媒体业务,都将以IP作为封装和地址标识;网络的IP化是指不管是移动网络还是固定网络,都将以满足承载IP业务为主。IP业务的多样性和IP业务的突发特性必然要求承载网络具备QoS和统计复用能力,以SDH为代表的纯一层的“刚性管道”技术逐渐不能适应未来IP业务的承载。此外,传统城域网业务是典型的汇聚型业务,交换和路由功能一般在核心层或汇聚层以上完成,而P2P业务和LTE X2接口则有Full Mesh组网的需求,因此对灵活性的要求也越来越高。

  另一方面,业务的IP化并不意味着所有的业务都成为尽力而为的业务,可扩展性、可靠性、可管理性和服务质量依然是城域网的基本需求。例如,LTE要求S1接口单向时延不超过5ms,TD-SCDMA系统要求时间同步信号精度高于±1.5us,50ms保护倒换能力仍然是衡量网络可靠性的一个重要指标。以面向非连接技术为基础的以太网和IP技术在QoS、保护和可管理性方面面临挑战。

  近几年,电信级以太网(CE)和分组传送网(PTN)成为热点。CE侧重于描述电信级业务的五大特征,而PTN侧重于描述传送网的分组化。PTN的主流技术包括MPLS-TP和PBB-TE,其核心理念是分别采用MPLS和以太网的封装和转发机制,保留原有的分组交换和QoS机制,去除一些复杂的三层或二层协议,取消MAC地址学习、生成树和泛洪等以太网无连接特性,增强OAM能力,实现基于业务和网络的层次化管理,并且增强了网络的保护能力。此外,为了增强网络的灵活性,PTN引入了控制平面,实现资源发现和连接的自动建立,并且通过强大的管理平面来实现可控可管的动态特性。

  可以看出,PTN融合了传送和数据能力,在以面向连接的方式实现IP化和电信级的同时,尽量去除一些复杂的协议和处理,降低网络复杂度和成本。PTN的这种设计理念首先会在城域网中体现优势。第一,目前城域网的汇聚层和接入层仍然以汇聚型业务为主,不需要强大的路由功能,而PTN的统计复用和QoS能力能够满足业务IP化发展。第二,城域网覆盖范围大、节点多,通过网管建立连接和保护,能够更好地满足时延、抖动和保护倒换时间要求。第三,PTN类似于SDH的层次化OAM机制有利于进行故障定位,提高网络的运维能力。第四,PTN采用双向LSP技术构建对称性网络,有利于采用IEEE 1588v2协议提供时间同步。第五,PTN可引入控制平面提高网络灵活性,满足未来业务的承载需求。

 目前,MPLS-TP相关标准由IETF和ITU-T联合进行开发,并且得到了大量运营商和厂商的支持,逐渐成为PTN的主流技术。

PTN的关键技术
  分层多业务传送网络模型
  MPLS-TP采用了分层网络模型,包括伪线层(PW)、LSP隧道层(LSP Tunnel)和段层(MPLS Section),实现业务路径、传送通道和物理链路等不同逻辑功能的层次化。传送网内部通过把不同的逻辑功能分层,网络拓扑和业务拓扑更加清晰,使得网络的运维管理更加简便高效,易于实现故障隔离和告警抑制功能,有效降低传送网需要维护的连接数量。

  伪线层负责完成业务的统一封装,在业务转发过程中提供端到端透明传送路径,实现多业务传送。IP/MPLS技术已经发展出一套完整的业务封装方式。PTN采用IETF定义的PWE3协议,实现以太、TDM、IP等多种业务的分组化封装,可以保持传送网与业务网的相对独立,使二者之间的维护界面更清晰,解决了数据网络中IP和MAC报文头部兼作传送网标签,不能保持传送网与业务网的有效隔离问题。

  LSP隧道层嵌套多个同路由的PW业务路径,在传送组网过程中屏蔽物理链路层的限制,实现带宽分配、灵活调度、端到端的故障隔离功能。MPLS-TP采用在MPLS VPN网络中成熟应用的MPLS Tunnel技术,在传送过程中确定流向和流量,构成端到端传送通道。

  段层对应一段独立的光纤线路或波长等底层物理链路,监视链路的状态、性能,为上层网络无差错传送提供服务。

  无阻塞分组交换系统架构
  为了保证专线、语音等业务的高QoS要求,新一代的PTN设备采用无阻塞的分组交换系统架构。分组网络的QoS首先由设备的系统架构保证,分组设备的交换架构可以分成两类,即无阻塞Crossbar信元交换架构,及低成本共享总线/共享内存架构。

  无阻塞Crossbar架构的主要代表是高端路由器和ATM交换机。其转发模块对转发的每一个分组报文进行定长信元切片,这些定长信元在交换模块进行无阻塞的信元交换后,重新恢复成完整的分组报文。定长信元交换消除了不定长报文的处理时延不一致的影响,因而能够保证任意端口的线速转发,执行严格的业务优先级策略,保障业务的时延、抖动、带宽、丢包率等QoS特性不受设备转发性能的影响。

  交换机和低端路由器普遍采用共享内存或共享总线架构,其集中存储转发机制存在性能瓶颈,总线冲突或内存读取时间的限制决定了其时延、抖动较大(一般在毫秒量级),存在丢包现象,不能保证严格的QoS优先级。

  面向连接组网保障完善的QoS机制
  端到端的QoS需要采用面向连接的组网技术。在承载高QoS业务的专用IP承载网络中,为了避免动态路由造成的流量、流向无序变化对QoS的影响,IP路由器采用面向连接的MPLS-TE技术,通过集中路径规划、带宽预留,确保IP业务的QoS。
MPLS-TP完全继承了MPLS-TE的面向连接的特性,通过集中网管或控制平面建立MPLS Tunnel。另外,MPLS-TP建立的是静态传送管道,不需要动态路由刷新,仅受链路状态变化和业务配置影响,消除了动态路由刷新造成的故障扩散和路由震荡的影响。

  PTN通过双向LSP支持双向业务。双向业务能够保证时延、传送路径的一致性,连接数量降低一倍。

  硬件实现端到端高性能OAM机制

  PTN最突出的优势是其高性能的层次化的OAM机制,实现在复杂网络拓扑下实时、精确的故障定位功能,克服了IP/MPLS网络在故障检测、故障定位、告警抑制等方面的缺陷。

  MPLS-TP分别针对伪线层、LSP隧道层、和MPLS段层定义层次化的OAM报文处理机制,通过对分层网络的支持,上层OAM信息能够自动顺序下插到下层链路,使状态传递和告警抑制具有了协议基础。

  MPLS-TP定义了完备的OAM报文,比如用于连通性检测的CC&CV,用于抑制下游告警和次生告警的AIS报文,用于反向回插远端告警指示、维护双向链路状态的RDI报文,作为网络维护手段的LB报文等。

  另外,传统路由器的故障处理通过软件实现,性能受CPU处理能力的限制,高端路由器支持的LSP保护组一般不超过2000条,不能处理城域传送网需要的数万条业务保护组。PTN的OAM报文处理采用硬件实现,显著提高了处理性能。

  由于定义了完善的OAM故障检测和传递机制,PTN能够在10ms内完成故障检测、50ms故障倒换的性能要求。MPLS-TP/T-MPLS定义了明确的线形保护、环形保护功能,能够支持1+1、1:1、环保护等多种网络保护技术,适应各种网络拓扑的需要。

 端到端的可视化集中网络管理

 网管系统的可用性是评价PTN设备是否成熟商用的重要标志。PTN集中网管系统提供端到端的业务配置、故障定位、性能监视、日常维护等功能。

 端到端集中网管建立在面向连接的组网模型和端到端的OAM基础之上。面向连接的组网模型维持业务和网络端到端清晰的拓扑,业务流量、流向的可规划、可部署。高性能的OAM支持实时监视链路上任意节点的状态,层次化的OAM有效抑制次生告警,把注意力集中在根源告警上。PTN的业务建立除了集中网管静态配置以外,还可以采用控制平面自动建立的方式,从而利用成熟的IP路由协议的灵活性。

PTN发展展望

  随着3G和全业务运营的发展,运营商对于城域网的IP化传送解决方案需求迫在眉睫。PTN融合传送和数据能力的设计理念得到了大量运营商和设备制造商的认可,有望成为城域网的主流技术。

  从目前测试和试点情况看,大部分PTN设备具备多业务承载能力,时延、抖动、误码和丢包等性能指标能够满足要求,1:1保护满足50ms倒换,部分厂家设备能很好支持IEEE 1588v2协议,地面传输时间同步信号精度高于±1us。但PTN设备目前还不能像SDH一样对性能劣化进行检测并促发倒换,也不支持环网保护,且由于MPLS-TP的OAM相关标准还不完善,主要采用T-MPLS的OAM机制。在网络维护和管理方面,端到端业务配置和管理能力还需增强,运营商也需积累经验,制定QoS参数配置原则。随着PTN标准化和产业化的快速推进和技术进一步成熟,PTN将在城域网率先得到应用。
(编辑:于占涛)

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