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PTN在城域传送网中的引入策略

2009-09-01 10:50
Minor昔年
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作者:中国移动集团研究院 任磊 李允博

 
PTN秉承“传输”理念,增强了分组业务的业务可扩展性和端到端的QoS,同时PTN也可以为运营商和用户提供与原有传送网络相同的运维习惯和用户体验。

PTN技术的运维机制

城域网环境下存在3G数据业务和大客户接入业务。商业区域对数据业务需求不同,会产生3G基站密集覆盖问题,3G基站数量约为2G基站的2倍。3G建设初期,80%的3G基站可以和2G基站共站点,3G承载网络兼容2G业务承载的同时,在维护体制、网络管理系统上应该满足兼容MSTP和PTN两种设备形态的机制。因此在引入PTN技术后,运维系统能够实现复杂、灵活的多业务形态的配置和监管。

传统的SDH/MSTP技术,通过处理各种开销字节,在其帧结构的固定位置提供J0/J1、B1/B2/B3、C1/C2和TCM等开销的处理和传递,完成日常网络和业务的分析、预测、规划和配置,并能对网络及其业务进行测试和故障管理。基于MPLS-TP的PTN技术利用了MPLS/PW伪线技术进行多业务传送,进行PW多业务传送、TDM业务仿真,吸收分组交换对突发业务高效的统计复用的优点,通过完善的OAM处理机制,不仅可以预防网络故障的发生,而且还能实现网络故障的快速诊断和定位。

 PTN秉承“传输”理念,增强了分组业务的业务可扩展性和端到端的QoS,同时PTN也可以为运营商和用户提供与原有传送网络相同的运维习惯和用户体验。

PTN设备在网络层支持3层OAM结构,包括PWOAM、LSPOAM和段层OAM,同时支持业务OAM和链路OAM,各层的OAM操作方式可分为主动(Proactive)——周期性报告链路状态、性能和差错,以及按需(On-demand)——按需人工操作报告链路状态、性能和差错。通过分层架构,可以实现类似SDH网络中复用段、再生段和通道段的故障隔离。

PTN的OAM机制主要包括告警检测机制和性能检测机制。告警性能检测包括连续性检测和连通性检测,用于宿端维护端点检测两个维护端点间的连续性丢失(LOC)故障,以及误合并、误连等连通性故障告警显示;告警抑制,用于服务层检测到故障后,实现对客户层的告警进行压制,避免大量冗余告警;远端故障指示,用于将维护端点检测到故障这一信息通告给对端维护端点,类似于原有SDH的BDI/RDI告警;环回检测,用于验证维护端点与维护中间点或对端维护端点间的双向连通性,以检测节点间及节点内部故障,进行故障定位,这项功能类似于原有SDH的环回功能,在判定故障点方面非常有效,而且可用于业务开通前的长期性能测试;锁定指示,用于因管理维护目的而中断业务后,将该信息通告宿端维护端点,并上插客户层,进行告警压制,避免引起不必要的冗余告警。

性能检测机制包括支持LSP/PW实时丢包率检测功能和时延检测功能,并且保证一定的精度,包括丢包测量,实现近端或远端丢包测量;双向时延测量,实现单端或双端延时及抖动测量。

PTN设备的OAM引擎通过硬件实现,高速可靠,可避免软件实现过程中因处理OAM数量增加而导致的性能下降。该设备可实现最快3.3msOAM协议报文插入,3个协议报文周期完成故障检测,10ms内完成连续性检测,保证50ms内完成倒换全过程。

PTN技术的保护机制

由于PTN设备承载移动核心业务——基站业务,以及大客户接入业务,PTN设备及组网的可靠性尤为重要。PTN设备分为设备级保护和网络级保护,设备级保护包括了主控和通信处理单元、交叉和时钟处理单元的1+1保护、TPS保护(支路接口保护)、电源的1+1保护以及风扇的保护,能够提高设备自身的生存性,同时还具有完善的网络级保护恢复能力。

网络级保护包括基于MPLS-TP的线性保护(1+1和1∶1保护),以及环网保护(Wrapping和Steering保护)、以太网LAG保护等等。

基于MPLS隧道的线性1+1和1∶1保护,1+1保护模式下业务双发选收,1∶1保护模式下业务单发单收。环网保护中,Wrapping方式是基于故障相邻节点的环回保护倒换,Steering方式是基于业务端到端的保护倒换,同时环网保护应支持单环保护、环相交、环相切保护功能,实现对节点和链路的单点或多点故障的保护。

LAG(LinkAggregationGroup)——链路聚合组协议,是指将—组相同速率的物理以太网接口捆绑在一起作为一个逻辑接口(链路聚合组)来增加带宽,并提供链路保护的一种方法。链路聚合的优势在于增加链路带宽,提高链路可靠性,当一条链路失效时,其他链路将重新对业务进行分担,此外还可实现负载分担,流量分担到聚合组的各条链路上。具体实现如图1所示。

以太网LAG保护可以实现端口的负载分担和非负载分担。在负载分担模式下,设置链路聚合组后,设备会自动将逻辑端口上的流量负载分担到组中的多个物理端口上。当其中一个物理端口发生故障时,故障端口上的流量会自动分担到其他物理端口上。当故障恢复后,流量会重新分配,保证流量在汇聚的各端口之间的负载分担。

在非负载分担模式下,则聚合组只有一条成员链路有流量存在,其它链路则处于备份状态。这实际上提供了一种“热备份”的机制,因为当聚合中的活动链路失效时,系统将从聚合组中处于备份状态的链路中选出一条作为活动链路,以屏蔽链路失效。

通过硬件方式实现的OAM引擎,保证了各种保护方式的业务中断时间不大于50ms。保护倒换后,高优先级业务(如信令、同步报文、话音等)的网络质量(误码/丢包率、时延、抖动等)均不会降低。

引入PTN技术对于功耗的降低

在全球能源、资源日益短缺,环境压力愈来愈大的形势下,环境问题已成为制约我国经济社会可持续发展的主要因素,绿色通信理念由此而生。中国移动大力倡导、实施节能减排工作,旨在将整个通信产业链对环境产生的副作用降低到最小,最大程度地发挥资源优化配置及利用。

通信产品降低能耗的方法主要有以下几个方面:第一是新技术的应用,改变以往网络架构,减少基站接入设备的数量,对减少运营商投资和节约资源将是一个巨大的推动;第二是改进设备工艺,降低芯片和光电子器件的功耗。

1.网络结构简化

PTN设备与SDH和MSTP设备有较多的不同,PTN设备主要是基于分组交换的传送设备,最大的特点就是带宽的统计复用能力,不同于MSTP设备的刚性传送管道,即在相同的交换容量下PTN设备能带的用户数量或用户带宽要比MSTP设备多。

PTN技术引入LAG,将多个以太网端口聚合到一起,当作一个端口来处理,一方面可以保证链路可靠性,另外一方面可以提供更高的带宽。以一个线路速率为622Mbit/s的MSTP接入环为例,接入5个基站节点,单节点的接入能力为100Mbit/s,而一个线路速率为GE的PTN接入网,利用统计复用功能,单节点的接入能力可以达到200Mbit/s。在未来承载IP化3G基站和LTE基站时,基站主要承载数据业务,业务呈突发特性,MSTP采用刚性管道传输,扩容能力较弱,在有限的汇聚能力下,需要增加板卡和设备的数量;PTN设备可利用统计复用功能,实现高效率传送,在小范围增加板卡数量、不增加设备数量的前提下,可以满足IP化基站的带宽需求。

2.设备工艺改进

PTN设备硬件设计阶段尽可能选用低功耗器件,与以往SDH/MSTP设备设计理念不同,PTN设备尽可能多的采用插板型、可插拔光模块的结构。PTN设备的主要耗能部件为:核心交叉芯片、MPLS-TP核心处理芯片,占总功耗的70%;其次为电源模块,其综合转换效率为85%左右,实际自身耗能占15%。

PTN设备软、硬件对能耗的影响及相应控制能耗的措施和方法主要有以下4个。

⑴对不用的光模块可以关闭激光器,或者拔出光模块。

⑵FE的物理端口一般都支持软件下电,可以在不用的情况下使其处于下电状态,节能降耗。

⑶对不用的线路口,在网管上配置“不使能”,降低功耗。

⑷系统内有多个直流风扇,磨损情况下其能耗会加大,风扇老化磨损后及时更换风扇可以降低能耗。

此外,电源模块尽可能选用转换效率高的模块,并使其工作在效率较高区段。在满足电路稳定性能的前提下降低信号驱动幅度,软件上对于芯片内无关模块采取关断方式降低整盘功耗,去掉所有线性电压转换器件。低功耗设备可以被更紧密地集成在小尺寸的机箱内,不仅减少了设备自身重量和电力需求,同时也减少了设备所在房间空调的电力消耗。

引入PTN技术的策略

中国移动城域网中现存大规模的MSTP设备,现阶段网络的大部分业务仍然是TDM形式的业务,少部分是分组业务。尽管传统TDM业务的比例正逐步减少,但其绝对业务量仍保持继续增长的态势,并将在一个相当长的时期内仍是重要的收入来源。保证已有TDM业务的稳定传送是3G及全业务网络演进的基础,从保证业务的可靠性角度出发,需要维系现有网络的稳定。

新建分组传送网络与老网络在一段时间内共存,新业务在新网络上开展,老业务逐步迁移到新网络,两个网络间存在一定的业务交互,交互点位于MSTP接入环和PTN汇聚环的相交点上。在接入层为MSTP网络,汇聚层为PTN网络的业务对接应用场合下,接入环同时承载TDM和EOS两种业务,为实现业务的互通,接入层的MSTP可以先将EOS业务终结落地,将落地的FE/GE接入PTN网络,也可以将EOS业务通过TDM调度,通过SMT-N光口和PTN网络对接。随着分组业务的增长,可以新建一张端到端的分组承载网络。由于业务发展的不均衡,部分业务量大的区域,还会出现光传送网(OTN)技术应用到汇聚层,而PTN仅应用于接入层的场景,以满足大带宽传送。

 

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