PTN网络技术原理与分析

1，技术系统

PTN最初的想法是使用类似SDH的支持端到端性能管理的连接网络，满足网络从当前一代向下一代的平滑演进，满足IP业务的高带宽需求。为此，业界分别改进了IEEE 802.1系列的二层以太网技术和ITU-T 6.810系列的三层IP交换技术，形成PB。

2、标准情况

PTN的技术标准由三个组织联合制定:①IEEE主导以太网技术，重点增强PBB、PBB-TE等以太网；②IETF主导IP/MPLS协议的开发，重点是MPLS-TP、PWE3和L2VPN(VPLS)；③ITU-T曾经引领了T-MPLS的发展。目前重点关注MPLS-TP g . 8110.10系列和EOT G.8010系列，重点关注框架和需求制定。

MPLS-TP技术的前身是传输？多协议标签交换(T-MPLS)，ITU-T于2005年开始制定T-MPLS技术标准，目前已经制定了包括架构、设备、保护交换和运行管理维护(OAM)在内的一套标准。从2008年4月开始，ITU-T和IETF正式合作开发MPLS-TP标准，IETF主导协议开发，ITU-T负责传输需求。

到目前为止，PTN的相关技术标准仍在不断完善中。目前被认可的标准有:g . 8110.1v 1 MPLS-TP层网络架构；G.7712DCN网络架构与规范；g . 8101v 1 MPLS-TP术语及定义；G.8113MPLS-TP层网络OAM机制(分为传送网和IP/MPLS应用场景)；G.8121MPLS-TP设备功能特性；G.8112MPLS-TP网络接口；G.8151MPLS-TP网元管理规范；G.8131MPLS-TP线性保护；G.8132MPLS-TP环网保护；g . 8121am 1g . 8121补充1；G.8152MPLS-TP网元信息管理模型。

近年来，我国在基于MPLS-TP的PTN标准开发和产业应用方面一直走在前列。中国通信标准化协会(CCSA)TC6积极组织其成员制定PTN通信行业标准。截至2012 12，CCSA(中国通信标准化协会)公布的标准包括:PTN通用技术要求；分组传送网对PTN设备的技术要求:分组传送网PTN测试方法:分组传送网(PTN)互通技术要求。

总的来说，MPLS-TP的数据平面、管理平面、OAM的需求和框架标准相对成熟稳定，控制平面的草案正在研发中。目前MPLS-TP标准的主要差异是OAM和保护，已经分为以PTN和IP/MPLS扩展为代表的两种技术方案。事实上，国际标准中突出了传输和数据行业的利益矛盾，最终两种OAM解决方案都被纳入标准。

二、PTN主要关键技术原理及分析

1，网络保护

网内保护分为线性保护和环网保护。

线性保护是指工作路径发生故障后，线性保护会自动切换到保护路径，实现业务的端到端保护过程。根据保护路径的不同，线性保护可分为1+1、1: 1、1: n，几种方法的优缺点如下表所示:

PTN技术标准定义了两种环网保护机制:环绕和转向。其中，缠绕式保护类似于SDH的复用段保护，只在受故障影响的两个相邻节点上执行保护动作，使所有业务通过环网的保护带宽绕过故障点，然后回到故障点另一端的工作带宽。转向保护相反，所有网元都需要判断其业务连接是否受到故障点的影响。如果损坏，本地环上的业务被桥接到附近的保护带宽，业务的目的地也被切换到附近的保护带宽。

线性保护和环网保护是网络中重要的保护方式。根据不同的组网环境选择不同的保护方式，可以有效地保证业务通信的可靠性，而且两者还可以相辅相成。一般环网架构下首选环网保护，对于特别重要的业务可以单独配置线性保护。双重保护可以通过推迟机制提供更可靠的服务。

2.同步技术

同步包括两个概念:频率同步和时间同步。

2.1同步以太网

在PTN网络中，通常采用同步以太网技术来实现频率同步。

同步以太网技术是基于物理层的同步技术，主要是从以太网链路码流中恢复时钟的技术。以太网通过物理层芯片从串行数据流中恢复发送端的时钟。在发送端，将高精度时钟注入以太网物理层(PHY)芯片，该芯片使用高精度时钟将数据发送出去。接收端的PHY芯片恢复时钟，然后判断各接口上报的时钟质量，选择精度最高的一个，并上报时钟质量等级信息，同时与之同步系统时钟。同步以太网接口通过以太网同步消息通道(ESMC)发送带有时钟信息的专有同步状态信息(SSM)消息，通知下游设备，实现全网同步。

2.2 IEEE 1588 V2技术

随着PTN技术在移动回程等网络中的应用，应用环境提出了更精确的时间同步要求，如CDMA2000中0.05ppm的时钟频率，TD-SCDMA中3us的时间同步要求和1.5us的时间同步要求。

目前，PTN网络广泛采用IEEE 1588技术实现时间同步。IEEE 1588 V2标准的全称是什么？网络测控系统精确时钟同步协议标准？精确定时协议(PTP)的缩写。

PTP本质上是一个主从同步系统。采用主从时钟方式，对时间信息进行编码，可以记录同步时钟信息的发送时间和接收时间，每条信息都可以打上时间戳，这样接收端就可以通过时间记录计算出传输过程中网络的延迟和主从时钟的偏移，从而修正从时钟，使其与主时钟同步。虽然PTP支持频率和时间同步，但由于IEEE 1588采用软件级算法，来回传输消息时频率同步的收敛性不好，消息的抖动和不对称不可控，很难保证从IEEE 1588消息中恢复的频率和时间精度。所以IEEE 1588主要面对时间的同步要求，同步以太网主要面对时钟频率的同步要求。一般将两者结合起来，共同实现PTN网的同步。

2.3三层功能

PTN作为承载网，支持IP数据业务的接入和承载，需要支持三层功能，满足IP业务的路由和转发。目前，PTN核心层被广泛用于开放三层功能。接入汇聚层是通过PTN隧道技术实现的，如图1所示。

PTN接入汇聚层设备通过PTN隧道技术将来自ce的IP数据接入PTN核心层。PTN核心层节点实现隧道的结束，识别IP报文，根据IP报文的目的地址和接口信息完成L2到L3 VRF的桥接功能，查找VRF路由表或IP路由表进行报文路由转发(直接转发到实际物理端口或添加VRF标签)。PTN核心层支持多个虚拟路由和转发实例能力，即它可以提供多个vrf。PTN核心层节点间的路由学习可以静态或动态完成；静态方式是通过网管静态配置路由转发表，动态方式是通过MP-BGP路由协议动态发布和学习路由(适合VPN路由模式)。

三、网络技术发展分析

业务需求永远是技术发展的动力，PTN的一个重要使命就是应对即将到来的TD-LTE网络。作为一种新的网络架构，LTE单站网络流量消耗大量带宽，网络层次趋于网状。

1，更高的带宽

随着移动互联网时代的到来，数据业务在全网流量中的比重越来越高，承载网需要具备带宽可扩展性和可持续的网络增长。

因为PTN核心是基于分组传输，所以以太网是最高效的载体，但是以太网的最高传输速率远不及光纤的传输能力(80波？40G)3.2T在传输带宽要求更高的情况下，PTN和光网络技术的融合将是最佳选择，即POTN(PTN+OTN)，这也是未来技术发展最重要的方向之一。

2、更聪明

PTN基于面向连接的技术，使用静态配置建立连接，网络连接数与网络节点数的平方成正比。规模越大，连接越多，打开和维护连接的工作量也越大，因此需要引入智能控制平面技术。通过引入智能控制平面技术，可以大大增强PTN网络对承载业务的保护，同时提高网络带宽的利用效率。它能够以经济高效的方式为运营商提供强大且高度可靠的网格PTN网络。

3、网络技术的整合

技术的发展是不断融合和变化的，网络技术的发展最终受商业驱动的影响，PTN科技也不例外。PTN的发展时间比较短，还存在很多问题。需要吸收其他先进技术，不断完善，以满足业务需求。未来，PTN将逐步融合和吸收OTN、IP/MPLS的技术特点，将光传送层改造为未来的分组光传送网(P-OTN)。通过引入ASON智能控制平面，