县级市PTN传输网络浅析与设计.docx

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县级市PTN传输网络浅析与设计

毕业设计（论文）

题目：

县级市PTN传输网络的

浅析与

设计

学生：

邱建冰

指导老师：

蒋新华教授

系别：

计算机与信息科学系

专业：

网络工程

班级：

网络0602班

学号：

0306109222

2010年6月

福建工程学院本科毕业设计（论文）作者承诺保证书

本人郑重承诺：

本篇毕业设计（论文）的内容真实、可靠。

如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。

学生签名：

年　月　　日

福建工程学院本科毕业设计（论文）指导教师承诺保证书

本人郑重承诺：

我已按有关规定对本篇毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，该同学的毕业设计（论文）中未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。

指导教师签名：

年　　月　　日

4.2机房现场的勘察22

4.3.3龙泉汇聚站点PTN的安装25

4.4汇聚机房的改造25

致谢语28

参考文献29

县级市PTN传输网络的浅析与设计

摘要：

本文以龙泉市的PTN传输网络设计与部署为例，介绍了PTN的关键技术—T-MPLS与PBT技术，深入分析了常用的几种PTN组网模式，重点讨论了龙泉市的PTN传输网络的建设策略和原则，并进行了具体的机房设计和PTN网络部署。

调试结果表明，该网络可满足龙泉市PTN传输网络的设计要求，将推动移动业务从3G向HSPA+、LTE的演进过程，降低IP业务的传送成本。

关键字：

PTN；T-MPLS；PBT;城域网

Discussanddesignthe

county-levelPTNtransmissionnetwork

Abstract：

TheT-MPLSandPBTtechnologiesareintroducedinthispaperbytheexampleofdesigningandimplementingthePTNnetworkinLongQuanCity.Andthen,thecommonmodelsofnetworkingareanalyzedindetail,especiallyfortheconstructionprincipalsandstrategiesinthePTNnetworkdesigningforLongQuanCity.Finally,thePTNnetworkanditscomputerroomareimplemented.DebugresultsshowthatthisnetworkcanmeetwiththedemandofLongQuanCity,andcanpromotethedevelopmentprocessfromthe3GtoHSPA+andLTE,withdecreasingthetransmissioncostofIPnetwork.

Keywords:

PTN；T-MPLS；PBT;MAN

1绪论

1.1研究背景和现状

1.1.1研究背景

在网络向全IP化演进的大背景下，在终端（如手机，PC）已经是以IP为基础实现各种各样的业务接入，企业用户已经全面使用路由器、交换机和网关、服务器、防火墙，各种网络的业务控制也逐渐转向IP化的条件下，传输网为了实现对上层业务的高效承载，从MSTP演进到PTN是大势所趋[1]。

当前运营商的传输网和传统数据网正面临着网络和业务IP化的挑战。

PTN技术的出现，迎合了运营商承载网的新需求。

运营商已经开始进入全业务运营时代。

全业务意味着融合，IP化是融合的基础。

ALLIP已成为当今业务发展的大势所趋。

在传统业务IP化的同时，天生具有IP血统的新业务蓬勃发展起来，而当前传输网和传统数据网络受其技术体制限制，已越来越成为业务、网络IP化发展的掣肘，于是PTN技术在此背景下应运而生。

1.1.2研究现状

国内3G牌照发放以后，三大运营商都在进行IP化的转型。

移动网络的IP化比固网的IP化更复杂。

移动网络的IP化，除了传统业务IP化方面的需求，还对时钟、网络延时、可靠性和安全性要求较高，从而对承载网产生了新的需求。

当前移动IPRAN建设是业界关注的热点，传统的MSTP传送技术在承载效率、可扩展性和成本方面难以满足移动IPRAN的长期发展要求，需要一种基于分组的新型承载技术来替代MSTP，PTN技术的出现正好适应了这个需求[2]。

目前，中国移动现网上的移动承载仍然以SDH为主，从2002年开始至2008年，中国移动为保证GSM移动通信网络的传送需求，几乎每年投资约30亿元用于SDH网络的新建或扩容，从2009年年末开始，中国移动的本地传输网建设将全面转向PTN网络及向用户延伸的PON接入网络。

中国移动是国内最早关注PTN技术的运营商，并率先完成了对PTN设备的综合测试，对PTN的掌握比较全面。

中国移动目前拥有国内最大的移动网络和最多的移动客户，在3G业务开时所面临的挑战也最为显著。

中国移动制订了全业务运营条件下的ALLIP的网络转型战略，以此优化网络架构、提升网络服务能力，提高综合收益，而PTN正是实现无线网络IP化的基础部分。

1.1.3研究的意义

PTN相对传统的传输技术SDH，在对新业务的承载方面具有明显优势，从长远看有取代SDH网络的趋势。

PTN的引入，将为运营商带来深远的影响。

PTN的引入是城域承载网的重大变革，也是传输网与数据网走向融合的里程碑。

随着PTN产业链的进一步发展，其技术与成本优势将更加明显，它将逐步发展成为高QoS业务的综合承载平台，并与其他技术深度结合，推动城域承载网的全面融合。

同时，PTN的引入也会反作用于业务网络，将进一步促进业务IP化合新业务的高速增长。

PTN的产生，具有重要的时代和社会意义。

PTN技术如此令人惊讶，它的出现彻底改变了TDM作为核心的位置，代之以分组交换和QoS支持。

它可以完全接纳所有曾经出现的重要的网络，它完整地保持了传送网技术的核心精神。

本课题首先对PTN进行一个概述，然后结合中国移动丽水分公司城域传输网九期建设项目中的PTN项目，对丽水市下的龙泉市PTN设计进行比较详细的分析。

2PTN概述

2.1PTN的定义

 PTN（PackageTransportNetwork）分组传送网，PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；点对点连接通道的保护切换可以在50毫秒内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM（OperationAdministrationandMaintenance），保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。

它是新型的城域宽带传输网络，是适合于传送电信（有线/无线）业务、电视和数据业务的统一的传输平台，是符合NGN要求的传输基础。

2.2PTN技术特点

基于分组的交换核心是PTN技术最本质的特点。

PTN适合多业务的承载和交换，满足灵活的组网调度和多业务传送。

可以提供网络保护倒换功能，并且可对不同优先级业务设置不同保护方式。

现在分组传送网技术有两种产品值得关注，分别是PBT与T-MPLS（传送MPLS）。

PBT是从二层交换机演化过来的，目前的问题是只支持点到点连接。

T-MPLS目前面临的问题更复杂，特别是标准化方面，ITU主导的T-MPLS与现在IETF主导MPLS-TP出现了一些差异[3]。

2.2.1PTN的主要特性

1．高质量的网络同步

PTN可以提供三种分组时钟同步方案：

以太网同步时钟技术（以太网物理层同步）、TOP技术（TimingOverPacket）、和基于IEEE1588v2的clockoverIP技术。

其中以太网同步时钟技术、TOP技术都是频率同步技术，而基于IEEE1588v2的clockoverIP技术既可以实现频率同步又可以实现时间同步（相位同步）。

利用这些技术，PTN实现了高质量的网络同步，克服了IP技术在网络同步上的固有缺陷，使PTN向电信级IP传送网迈出了关键的一步。

2．端到端的QoS保障

为了支持具有不同服务需求的移动语音、视频以及数据等业务，传送网络必须能够区分出不同的业务类型，进而为之提供相应等级的服务。

PTN具备完善的业务类型识别手段和端到端的QoS保障机制，通过管道化的带宽管理，使运营商可为用户提供具有不同服务质量等级的服务保证，实现同时承载数据、语音和视频等业务的网络需求。

3．管道化的带宽管理

PTN提出“管道”化的设计理念：

在网络的UNI侧通过H-QoS（HierarchicalQoS，层次化QoS）策略实现业务管道的划分；NNI侧业务的上行“管道”根据流量工程DS-TE（DiffServ-TrafficEngin-eering）实现带宽等资源的管理。

（1）UNI侧支持HQoS机制。

通过层次化的方式，在不同业务级别上分别设置单独的调度器，进一步精细化流量QoS特征，进行相应等级的服务。

层次化QoS为用户提供了一个更精细、更合理地利用所租带宽的能力，同时提供所需的服务质量保证；可以分别控制单个/多个业务类型、单个/多个业务接入点、单个/多个业务的总带宽。

（2）NNI侧支持DS-TE机制。

为平衡网络流量，尽量保证业务质量，DS-TE机制中每种“管道”都支持8种业务优先级。

4．强大的OAM支持能力

PTN强大的OAM支持能力，为PTN的组网及业务的保护提供了前提和基础，结合APS，可同时实现上万个业务保护组的50ms保护倒换。

PTN的OAM可实现端到端的管理能力，支持类似SDH的AIS和RDI等告警回送机制，还支持基于业务服务层面、MPLS、LSP以及PW等不同层面的OAM能力。

5．统一的多业务传送及管理平台

PTN利用PWE3（PseudoWireEmulationEdgetoEdge）技术实现多业务（TDM、ATM、Ethernet等）的仿真和统一承载。

PWE3是一种端到端的二层业务承载技术，属于点到点方式的L2VPN。

在分组网络的两台PE（ProviderEdge）中，利用LDP信令实现对PW（PseudoWire）标签的自动分发，利用RSVP-TE实现LSP标签的自动分发。

通过隧道模拟CE（CustomerEdge）端的各种二层业务，如数据报文、比特流等，使CE端的二层数据在PTN网络中透明传递。

PTN同时提供包括SDHVC颗粒、WDM波长以及子波长、以太网报文的业务转发能力，通过GMPLS统一的控制平面实现对不同业务转发的统一控制，构建统一多业务传送和统一网络管理的平台，实现运营商传送网全网的业务调度及全网的统一管理[4]。

2.2.2T-MPLS技术

MPLS：

（Multi-ProtocolLabelSwitching）多协议标签交换是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。

更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。

MPLS独立于第二和第三层协议，诸如ATM和IP。

它提供了一种方式，将IP地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。

它是现有路由和交换协议的接口，如IP、ATM、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开放最短路径优先（OSPF）等等。

T-MPLS是一种新型的MPLS技术，基于已经广泛应用的IP/MPLS技术和标准，提供了一种简化的面向连接的实现方式。

T-MPLS去掉了MPLS中与面向连接应用无关的IP相关功能，同时增加了对于传送网来说非常重要的一些功能，主要的改进有双向LSP、端到端LSP保护和强大的OAM机制等，以实现对传送网资源的有效控制和使用。

T-MPLS的目标是成为一种通用的分组传送网，而不涉及IP路由方面的功能，其实现比IP/MPLS简单。

T-MPLS与MPLS的主要区别如下：

（1）IP/MPLS路由器用于IP网络，因此所有的节点都同时支持在IP层和MPLS层转发数据，而T-MPLS只工作在二层，因此不需要IP层的转发功能；

（2）在IP/MPLS网络中存在大量的短生存周期业务流，而在T-MPLS网络中，业务流的数量相对较少，持续时间相对更长一些；（3）T-MPLS使用双向LSP，MPLSLSP都是单向的，传送网通常使用的都是双向连接，因此T-MPLS将两条路由相同但方向相反的单向LSP组合成了一条双向LSP；（4）T-MPLS支持端到端的OAM机制；（5）T-MPLS支持端到端的保护倒换机制，MPLS支持本地保护技术FRR。

1．T-MPLS标准化。

ITU-TSG15从2005年起就开始对T-MPLS进行标准化，采用了G.805和G.809定义的分层网络体系结构，使运营商可以延用其现有的网络建设、运营和管理方式，最大限度地降低向分组传送网演进的成本。

现在批准的建议包括：

T-MPLS架构（G.8110.1）、T-MPLS网络接口（G.8112）、MPLS设备（G.8121）、T-MPLS线性保护倒换（G.8131）、T-MPLS环网保护（G.8132）和T-MPLSOAM。

T-MPLS是ITU-T从传送网的需求入手，结合MPLS技术开发的一系列标准。

由于MPLS技术本身是IETF开发的，所以，IETF认为任何对MPLS技术的改动都应该在IETF范围内进行。

2008年2月ITU-T同意和IETF建立T-MPLS联合工作组（JWT），讨论T-MPLS技术的发展。

经过JWT近期的讨论已经达成共识，由双方共同促进T-MPLS和MPLS技术的融合。

IETF吸收T-MPLS中的传送技术，将现有MPLS技术改进为MPLS-TP（MPLStransportprofile），以增强其对传送需求的支持。

这意味着ITU-T失去了一些对T-MPLS的标准主导权。

虽然在OAM等方面MPLS-TP依然将沿用T-MPLS的做法，但是在MPLS-TP的标准化中，一些确认的T-MPLS的观点受到了挑战，具体如下：

（1）保护：

是采用IETF的FRR保护还是原来T-MPLS中1+1保护机制；

（2）控制平面：

T-MPLS原来定义了类似于ASON的独立控制平面来建立和拆除电路，而IETF倾向于采用与MPLS同样的机制来配置和建立电路。

IETF更多地是沿用过去行之有效的MPLS的概念。

虽然在OAM上承认ITU方面的合理性，但在许多方面都还采用IP/MPLS方面的成果，更多地强调继承性，从某种意义上，更容易与IP/MPLS网络互通，但缺点是在传送功能上着力不够。

2．T-MPLS设备形态。

T-MPLS的设备形态目前还没有形成一致的意见。

T-MPLS设备交换矩阵的实现方式有几种，包括通用交换矩阵、Cell交换和SwitchFabric等。

基于通用交换矩阵的典型产品是阿尔卡特公司推出的1850传送业务交换机（TSS）。

通用交换板可以同时支持TDM和分组交换，支持SDHVC、分组交叉、ODU交叉，其分组交换部分采用T-MPLS技术实现，并可根据业务需求调整TDM业务与分组业务的比例T-MPLS与MPLS如何实现互联互通目前还没有明确的结论。

ITU-T提出了两种互通的方式：

一种是MPLS设备在与T-MPLS设备互通的链路上只使用T-MPLS所支持的功能选项，即该链路是一条T-MPLS链路；另外一种是由于T-MPLS可以作为一种通用的分组传送网，采用客户层/服务层的概念，所以由T-MPLS作为服务层网络来承载MPLS客户层。

2.2.3PBT技术

新型以太网PBT（providerbackbonetransport）技术目前正在IEEE进行标准化（IEEE称其为PBB-TE）。

为了将以太网技术用于运营商网络，对以太网技术进行了改进和完善，从而产生了PBT技术。

PBT采用可管理和具有保护能力的点到点连接以满足运营商对传送网的需求。

采用网管系统而不是STP控制协议进行连接配置，使得网络变得简单而易于管理。

PBT建立在已有的以太网标准之上，具有较好的兼容性，可以基于现有以太网交换机实现，这使得PBT具有以太网所具有的广泛应用和低成本特性。

PBT基于MACinMAC封装方式，根据“B-VID+B-MAC”进行数据转发，VID用来识别两点之间的特定通道，不具有全局惟一性，可以有效地扩展用户和运营商的地址空间。

PBT的主要特征是关闭了MAC地址学习、广播、生成树协议等传统以太网功能，从而避免广播包的泛滥。

PBT具有面向连接的特征，通过网络管理系统或控制协议进行连接配置，并可以实现快速保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信级传送网络功能。

1．PBT的路径保护。

PBT使用了全局惟一的地址空间，使得连接和转发动作变得简单，而且不易出错。

路径的保护可通过分配两个不同的VID实现，一个代表工作路径，一个代表保护路径。

通过使用多个VID，可以实现最短路径路由或者区分不同的出错情况并实现保护功能。

路径保护的实现是通过源节点改变VID值，同时将数据流切换到预先配置好的保护路径上实现的，节点保护则由离故障节点最近的分叉点转换VID值。

由于保护路径和VID值都已经预先配置好，保护转换可以在很短的时间内完成。

另外，使用VID鉴别各种不同路径，可以实现对不同路径的实时监控。

OAM包的传送路径和数据平面的包传送路径是一致的，在源和目的之间的工作路径上传送。

转发信息依靠网管/控制平面直接提供，提供预先指定的通道，很容易实现带宽预留和小于50hiS的保护倒换时间，同时可以避免出现转发环路，实现网络的可控、可管。

2．PBT设备实现。

从结构上看，IP/MPLS需要在每个设备上终结3层网络（链路层、IP层和MPLS层），而PBT只需终结1层网络（以太网），因此，PBT网络的建设和运营成本要低于IP/MPLS网络。

从理论上讲，对现有的以太网交换机进行升级改造就可以实现PBT。

2.3PTN的应用场合

2.3.1PTN在二层汇聚网络的应用

在城域网的核心层，多是由核心路由器组成的网状网络，目前的组网模式是直接互联，采用POS接口和l0GE互联。

在核心路由器与BRAS或SR之间采用GE接口相连，则是一种汇聚型结构，几个BRAS汇聚到一个或两个城域网核心路由器。

现在核心路由器已经发展若干技术来支持保护，例如FRR、RPR等技术，短期内看可能不需要单独的传输系统如PTN进行承载。

PTN设备能否在这一层面应用的关键取决于PTN能否经济地对核心路由器提供一些OAM功能。

按照目前IP网的client/server这种方式，业务流向流量模型短期内很难改变目前的方式。

DSLAM到汇聚交换机或BRAS更多的是一种树型汇聚业务，接入层是一种典型的多点到单点的汇聚方式。

特别是没有路由功能的二层网络，必须通过BRAS汇聚到三层IP网络进行选路。

在这种拓扑中，传送的功能更多地集中在映射、复用等功能，其调度、保护恢复、OAM保护的长处很难展现。

这时候可能并不需要一个单独的传送节点来完成传送功能，此时对于颗粒重整、交叉连接等功能的要求并不强烈，采用两者合一的设备更加经济合理。

而集传送功能、交换功能于一身的技术（例如PBT）可能更为合适。

但是从发展上看，随着IPTv、VoIP等业务的开展，汇聚交换机和BRAS之间差异化的处理和传送会越来越重要，目前的汇聚网络可能无法满足要求。

与汇聚交换机组网相比，PTN提供高质量分组业务（以太网专线、VPN、3GRAN承载）有技术优势；与VPLS等基于路由器的技术相比，在成本上又具有优势。

利用PBT和T-MPLS提供的点到点和点到多点以太网连接可以实现对各种DSLAM上联业务的有效、可靠传送，可以实现对业务的50ms级别的保护，QoS保障能力强，增强的OAM机制便于网络的维护管理。

2.3.2PTN用于高等级业务的承载

对于TDM、专线、移动基站等高等级业务，PTN应该扮演的是今天MSTP的角色，将重要业务例如专线、基站上联信号等汇集到核心层节点。

从发展上看，PTN可以完全代替MSTP，提供高质量分组业务的传送，这些业务包括城域以太网专线、L2VPN业务、3G基站到RNC的回传业务、软交换承载等。

图2-1表示出了PTN的业务模式。

图2-1PTN的业务模式

2.4PTN在城域网中的定位

2.4.1技术对比

基于电路交换的SDH/MSTP网络是通过刚性的分配机制和单板级别的IP化来保障以TDM业务为主、以太网数据业务为辅的高质量、安全的传输，因此其带宽利用率较低。

内核IP化的PTN技术，具备强大的带宽统计复用能力，在面对突发性强、流量不确定的业务冲击时更具生命力，但是相比MSTP网络，PTN的劣势在于TDM业务的接入，PTN也可以通过仿真支持TDM业务，但接入能力有限，只能作为TDM业务承载的补充手段，所以用于承载高QoS需求的IP化业务才能真正体现和发挥PTN的优势[5]。

与传统的以太网相比，PTN良好地继承了传统SDH/MSTP网络的端到端的OAM管理能力，并可根据不同的QoS机制提供差异化的服务，这正是尽力而为的传统以太网所欠缺的，PTN的主要劣势在成本方面，PTN短期内和传统以太网的经济性仍有很大的差距。

与IPoverWDM/OTN技术相比，IPoverWDM/OTN技术注重于解决IP业务的超长距离、超大带宽传输问题，可以为大量的2.5Gbit/s、10Gbit/s甚至40Gbit/s等大颗粒业务提供点到点的传输通道，这是PTN难以达到的，但是IPoverWDM/OTN的带宽分配也是刚性的，带宽利用率不高。

同时，OTN设备并不具备二层汇聚收敛功能，因此，PTN的优势体现在小颗粒IP业务的灵活接入、业务的汇聚收敛上，而并不擅长对大量的点到点大颗粒业务的传送。

2.4.2网络层面

面对城域网汇聚接入层大量的IP化业务需求，采用SDH/MSTP或者传统以太网都无法同时兼顾传输效率和传输质量的问题，PTN设备IP化的内核可以有效完成大量小颗粒业务的收敛和传输，非常适用于城域网汇聚接入层IP化业务量大、突发性强的特点。

同时PTN继承了传输设备的强大保护能力和丰富的OAM，为业务提供了电信级的保护和监控管理。

在城域网的核心骨干层以及干线，以各专业网元间互联的大颗粒数据业务点到点的传送为主，由于此类业务不再需要进一步的收敛，因此PTN技术不适合在骨干层以上应用，因此，PTN技术的引入，将主要借助于它在业务接入的灵活性、二层收敛、统计复用的优势，聚焦于解决城域传输网汇聚接入层面上，IPRAN以及全业务的接入、传送问题。

2.5PTN与其他网络的关系

PTN能够承载的业务类型既包含高QoS要求的基站业务和专线业务又包含高带宽、突发性强的数据业务，这与中国移动城域网内目前已部署或已经开始建设的SDH/MSTP网、IP城域网以及全业务接入网有着密切的联系和区别。

2.5.1PTN与城域MSTP网

经过多年的发展，在2G业务的承载方面，SDH/MSTP网络的结构成熟、稳定，网络规模也比较庞大，考虑到SDH/MSTP也具备相当的IP业务承载能力，而且短期内2G业务仍然会持续发展。

在PTN大规模部署前，传统的小颗粒2G业务以及零星的、小规模的专线业务仍然可以由SDH/MSTP网络进行承载，以充分利用前期已配置的网络资源。

在基站IP化进程完成后，大量由TDM方式承载的基站改为由IP方式承载，此时，城域MSTP网络将出现大量的空闲