浅议移动网络中传输承载技术发展及应用.docx
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浅议移动网络中传输承载技术发展及应用
四川邮电职业技术学院
毕业论文
论文（设计）题目：
浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用
班级：
2014级移动通信技术二班
姓名：
杨子贤
学号：
1411302205
指导教师：
杨一荔
时间：
年月日
四川邮电职业技术学院
毕业设计（论文）任务书
班级
2014级移动通信技术二班
姓名
杨子贤
学号
1411302205
论文题目
浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用
指导教师姓名
杨一荔
指导教师
专业技术职称
副教授
一、设计（论文）内容与方法
1、分析城域网传输技术发展趋势,
2、重点对MSTP、PTN传输技术的技术优势与缺陷进行分析。
3、对各种传输技术在中国移动城域网组网中的应用给出合理化建议。
二、设计（论文）写作要求
1、收据的资料要真实
2、计算的数据要正确
3、论点明确，论据充实，中心思想集中鲜明
4、层次清楚，结构完整
5、图表要科学、规范、合理而整洁
6、内容要翔实，语言简洁流畅，逻辑性要强
7、不得由他人包办代替或抄袭他人作品
8、要做到理论联系实际，结合企业实际情况撰写论文
9、采用定性分析与定量分析技术相结合，运用图表等直观表现手法
10、设计（论文）字数在5000字左右
三、设计（论文）写作步骤
1、到学院网站的教务管理系统中下载论文相关表格，了解论文格式要求，并填写毕业设计相关表格。
2、准备从图书馆或网络上收集相关资料并将这些资料列入参考文献目录。
3、按照设计要求拟定论文提纲及目录。
4、进行调研或实践获得相关数据或设计参数。
5、整理所收集的资料及数据，进行论证或方案设计，得出自己的看法。
6、按照规定格式进行论文的撰写。
论文字数在5000字左右。
7、论文初稿上交截止时间2017年3月31前，定稿时间截止2017年5月20日，逾期拒收，后果自负。
主要参考文献、资料：
[1]PTN建设中的问题分析[J].邮电设计技术刘锐，陈君编（2009年1月3日）
[2]PTN组网模式下的TD-SCDMA基站同步问题探讨[J].光通信研究罗建虹,范志文等编（2009年1月3日）
[3]城域网技术浅析[J].中国数据通信李东颖编（2003年11月14日）
[4]MSTP、PTN和P-OTN在网络中的定位及思考[J].城市建设理论研究（电子版）蒋俏峰陆伟编（2012年1月6日）
完成时间
2017年5月20日
四川邮电职业技术学院
浅议移动网络中传输承载技术的发展与应用
杨子贤
【内容摘要】：
现21世纪的通信网的传输中，为了实现电信网的高速化、数字化、综合化以及智能化的发展，传输承载技术在这个领域中起着重要的作用。
本文先从大体上论述了中国城域网技术概念和发展趋势，然后从移动通信领域针对MSTP技术与PTN技术做比较详细的对比和分析，论述两种技术在该领域中的作用以及差异对比。
之后再从中国移动城域网方面论述下其他传输技术以及对该领域的发展和趋势做分析及建议。
【关键词】：
城域网分组传送网多业务传送平台组网技术
目录
第一章城域网传输技术简介1
第一节城域网传输技术的概述1
第二节城域网传输技术的发展趋势1
第二章MSTP技术与PTN技术3
第一节两种技术方案的总体概述3
2.1.1.MSTP定义3
2.1.2.MSTP关键技术及原理4
2.1.3.PTN定义7
2.1.4.PTN关键技术及原理8
第二节MSTP与PTN的主要概念和关键差异11
2.2.1.关键差异12
2.2.2.两种技术在网络层次中的定位13
第三节两种技术的常用特性对比14
2.3.1.1588V2时钟14
2.3.2.同步以太网14
2.3.3.TOP14
2.3.4.Tunnel/PWAPS15
2.3.5.MSP和TPS15
第四节保护策略对比15
2.4.1.小结15
2.4.2.综合分析16
第三章中国城域网组网中运用的其他传输技术与建议17
第一节其他传输技术17
3.1.1.基于以太网的城域网方案17
3.1.2.基于ATM的多业务平台18
3.1.3.弹性分组环（RPR）18
第二节对中国移动城域网组网技术应用的建议20
3.2.1.中国移动城域网在网络容量和网络安全上的不足20
3.2.2.中国移动城域网优化方案建议21
参考文献25
第一章城域网传输技术简介
第一节城域网传输技术的概述
城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）的概念源于数据通信,是20世纪80年代后期引入的。
MAN面向企事业用户和居民小区用户,需要支持多种协议和速率的客户层信号,连接不同方式的接入设备,最大可覆盖城市及其郊区范围。
城域网应该具有很强的带宽管理功能,为不同带宽和时延要求的业务迅速、高效地提供所需传输带宽。
随着骨干网、接入网容量的大幅度提升带宽和距离的矛盾越来越明显地集中于几十公里的数量级。
近年来，MAN中引入了很多先进技术,速率不断提高,业务趋于多样化。
MAN所提供的带宽已经从155Mbit/s、622Mbit/s向2.5Gbit/s及10Gbit/s发展。
MAN现在正在朝着一个能承载话音、数据和视频等所有比特流的业务网演变,将成为一个需要包容所有协议、速率和业务的中间环节。
第二节城域网传输技术的发展趋势
现今桌面型电脑以及移动终端都普遍连接百兆以太网络。
同样在连接这些终端的设备也在普遍的相互连接，利用百兆或者千兆构成的网络结构，连接用户与服务供应商节点（POP）之间的通信成为通信领域的进展瓶颈，于是继光长途网、以太网的大规模建设之后，建立高效经济的支持多业务的城域网已经成为各运营公司的共同努力目标。
网络业务的日趋高速发展，为各运营商建数据和差UN通业务并重的成语传输网提供了历史性的契机，随着中国电信业务的逐渐发展，城域网传输技术成为各运营商抢占市场的主战场。
城域网业务类型现在从以单纯的TDM业务为主、2Mb/s为颗粒向数据业务为主、宽带接口过度。
业务类型的变化必然带来物理层基础网络的变化。
运营商面临着对城域传输网络重新规划和设计建设的任务，如何进行有效的规划，保证从过去单纯满足以话音传输为主，相对静态的网络过渡到支持多业务、动态可扩展性强的网络是各个运营商都关心的问题，多功能、低成本、传输与业务提供向结合是城域网的主要特色。
目前城域网中的关键技术有：
基于SDH的多业务传送平台；基于WDM的多业务传送平台MSTP；弹性分组环（RPR）；软交换；多业务换；稀疏波分复用（CWDM）；分组传送网（PTN）。
第二章MSTP技术与PTN技术
第一节两种技术方案的总体概述
1.
2.
2.1.
1.
2.
2.1.
2.1.1.MSTP定义
MSTP是指基于SDH平台，同时实现TDM、ATM、以太网等多种业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。
城域网MSTP建设方案是介于传统的“SDH+ATM”方案与未来全光智能网络之间的一种目前现实可行的城域网建设方案。
MSTP明显地优于SDH，主要表现在多端口种类，灵活的服务提供，支持WDM的升级扩容，最大效用的光纤带宽利用，较小粒度的带宽管理等方面。
由于它是基于现有SDH传输网络的，可以很好地兼容现有技术，保证现有投资。
由于MSTP可以集成WDM技术，能够保证网络的平滑升级，从某种程度上也是Metro-WDM的低成本解决方案之一。
MSTP系列设备为城域网节点设备，是数据网和语音网融合的桥接区。
MSTP可以应用在城域网各层，对于骨干层：
主要进行中心节点之间大容量高速SDH、IP、ATM业务的承载、调度并提供保护；对于汇聚层：
主要完成接入层到骨干层的SDH、IP、ATM多业务汇聚；对于接入层：
MSTP则完成用户需求业务的接入。
由于MSTP是基于SDH技术的，所以MSTP对于传统的TDM业务可以很好的支持；技术的难点是如何利用SDH来支持IP业务，也就是如何将IP数据映射到SDH帧中去。
早期的MSTP利用PPP（RFC1661、RFC1662、RFC2615）来完成对IP数据的映射；它通过“IP包->PPP分组->HDLC封装->SDH相应VC”过程来实现IPoverSDH（或PacketoverSONET-POS），这种方法技术成熟，适于多协议环境，但由于它不是专为SDH设计的，在帧定位时开销较大，且传输效率与传输的内容有关，因此效率较低。
现在主流的MSTP产品均采用G.7041中定义的GFP协议来实现将高层信号映射到同步物理传输网络的通用方法，完成多种业务数据向SDH帧中的映射，它定义了两种映射方式：
Transparent和Framemapped。
前者有固定的帧长度，可及时处理而不用等待收到整个帧，更适合处理实时业务如视频信号（DVB）和块状编码的信号如存储业务（FiberChannel，FICON，ESCON）；而后者没有固定的帧长，接收到一完整的帧后再进行处理，可以用来封装IP/PPP或以太网MAC帧。
现在也有少数MSTP产品利用LAPS（X.86）协议来实现业务数据向SDH帧中的映射，LAPS是基于SDH/SONET的，不需要链路初始化，也不需要像PPP那样需要重启定时器（RestartTimer），所以LAPS具有较高效率和更高的性能保证能力。
但是这种MSTP实现方式在应用中并不多见。
2.1.2.MSTP关键技术及原理
●虚级联
VC的级联概念是在ITU-TG.7070中定义的，分为相邻级联和虚级联两种。
SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是连续的，共用相同的通道开销（POH），此种情况称为相邻级联，有时也直接简称为级联。
SDH中用来承载以太网业务的各个VC在SDH的帧结构中是独立的，其位置可以灵活处理，此种情况称为虚级联。
从原理上讲，可以将级联和虚级联看成是把多个小的容器组合为一个比较大的容器来传输数据业务的技术。
通过级联和虚级联技术，可以实现对以太网带宽和SDH虚通道之间的速率适配。
尤其是虚级联技术，可以将从VC-4到VC-12等不同速率的小容器进行组合利用，能够做到非常小颗粒的带宽调节，相应的级联后的最大带宽也能在很小的范围内调节。
虚级联技术的特点就是实现了使用SDH经济有效地提供合适大小的信道给数据业务，避免了带宽的浪费，这也是虚级联技术最大的优势。
●通用成帧规程
GFP是在ITU-TG.7041中定义的一种链路层标准它既可以在字节同步的链路中传送长度可变的数据包，又可以传送固定长度的数据块，是一种简单而又灵活的数据适配方法。
GFP采用了与ATM技术相似的帧定界方式，可以透明地封装各种数据信号，利于多厂商设备互联互通；GFP引进了多服务等级的概念，实现了用户数据的统计复用和QoS功能。
GFP采用不同的业务数据封装方法对不同的业务数据进行封装，包括GFP－F和GFP－T两种方式。
GFP－F封装方式适用于分组数据，把整个分组数据（PPP、IP、RPR、以太网等）封装到GFP负荷信息区中，对封装数据不做任何改动，并根据需要来决定是否添加负荷区检测域。
GFP－Ｔ封装方式则适用于采用8B/10B编码的块数据，从接收的数据块中提取出单个的字符，然后把它映射到固定长度的GFP帧中。
●链路容量调整机制
LCAS是在ITU-TG.7042中定义的一种可以在不中断数据流的情况下动态调整虚级联个数的功能，它所提供的是平滑地改变传送网中虚级联信号带宽以自动适应业务带宽需求的方法。
LCAS是一个双向的协议，它通过实时地在收发节点之间交换表示状态的控制包来动态调整业务带宽。
控制包所能表示的状态有固定、增加、正常、EOS（表示这个VC是虚级联信道的最后一个VC）、空闲和不使用六种。
LCAS可以将有效净负荷自动映射到可用的VC上，从而实现带宽的连续调整，不仅提高了带宽指配速度、对业务无损伤，而且当系统出现故障时，可以动态调整系统带宽，无须人工介入，在保证服务质量的前提下显著提高网络利用率。
一般情况下，系统可以实现在通过网管增加或者删除虚级联组中成员时，保证“不丢包”；即使是由于“断纤”或者“告警”等原因产生虚级联组成员删除时，也能够保证只有少量丢包。
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.PTN定义
PTN（分组传送网，PacketTransportNetwork）是指这样一种光传送网络架构和具体技术：
在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面，它针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计，以分组业务为核心并支持多业务提供，具有更低的总体使用成本（TCO），同时秉承光传输的传统优势，包括高可用性和可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。
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；具备丰富的保护方式，遇到网络故障时能够实现基于50ms的电信级业务保护倒换，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（OAM），具有点对点连接的完美OAM体系，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。
另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/OTN）。
总之，它具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。
2.1.4.PTN关键技术及原理
●PWE3
PWE3即端到端的伪线仿真，又称VLL（VirtualLeasedLine）虚拟专线，是一种业务仿真机制。
它指定了在IETF特定的PSN上提供仿真业务的封装/传送/控制/管理/互联/安全等一系列规范，PWE3是在包交换网络上仿真电信网络业务的基本特性，以保证其穿越PSN而性能只受到最小的影响,而不是许诺完美再现各种仿真业务。
简单来说，就是在分组交换网络上搭建一个“通道”，实现各种业务的仿真及传送。
其原理是在隧道端点建立和维护PW，用来封装和传送业务。
用户的数据报经封装为PWPDU之后通过隧道Tunnel传送，对于客户设备而言，PW表现为特定业务独占的一条链路或电路，我们称之为虚电路VC，不同的客户业务由不同的伪线承载，此仿真电路行为称作“业务仿真”。
伪线在PTN内部网络不可见,网络的任何一端都不必去担心其所连接的另外一端是否是同类网络。
边缘设备PE执行端业务的封装/解封装，管理PW边界的信令、定时、顺序等与业务相关的信息，管理业务的告警及状态等；并尽可能真实地保持业务本身具有的属性和特征。
客户设备CE感觉不到核心网络的存在,认为处理的业务都是本地业务。
图2-1PWE3的仿真原理
●MPLS技术
多协议标签交换（MPLS）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、路由地址、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。
在运营MPLS的网络内（即MPLS域内），设备之间运行标签分发协议（如LDP、RSVP等），使MPLS域内的各设备都分配到相应的标签。
IP数据包通过MPLS域的传播过程如下：
1.入口边界LER接收数据包，为数据包分配相应的标签，用标签来标识该数据包；
2.主干LSR接收到被标识的数据包，查找标签转发表，使用新的出站标签代替输入数据包中的标签；
3.出口边界LER接收到该标签数据包，它删除标签，对IP数据包执行传统的第三层查找。
图2-2MPLS的工作原理
●MPLS-TP技术
MPLS-TP：
MPLSTransportProfile，是一种从核心网向下延伸的面向连接的分组传送技术。
2008年4月起由IETF和ITU-T共同成立了联合工作组（JWT），负责联合开发，IETF负责标准的制定，ITU-T负责提出传送的需求。
MPLS-TP构建于MPLS技术之上，它的相关标准为部署分组交换传输网络提供了电信级的完整方案。
更重要的是，该技术基于IP核心网，对MPLS/PW技术进行简化和改造，去掉了那些与传输无关的IP功能,更加适合分组传送的需求。
为了维持点对点OAM的完整性，引入了传送的层网络、OAM和线性保护等概念，可以独立于客户信号和控制网络信号，符合传送网的需求。
态控制平面支持、较低的CAPEX+OPEX。
在MPLS-TP网络中，面向连接的特性是通过伪线（PW）技术实现的。
伪线允许服务供应商在一个基于分组技术的汇聚网络中传送基于电路的网络的传统业务，同时也可以传送新兴的业务。
传送过程：
客户边缘设备CE1与服务提供商边缘设备PE1相连，PE1对要传输的原始业务进行打包封装处理，再通过伪线进行传输。
在接收端，PE2对接收到的业务进行帧校验、重新排序等处理，还原成原始业务，交给客户端设备CE2。
如下图所示：
图2-3MPLS-TP的传送原理
第二节MSTP与PTN的主要概念和关键差异
2.2.
2.3.
1.
2.
2.1.
2.2.
2.2.1.概念差异
PTN即为分组传送网，这里分别针对“分组”、“传送”关键词说明其特点：
“分组”说明其交换核心为包交换，相对MSTP的电路交换，可统计复用交换带宽，针对未来高突发统计分部的数据业务，实现不同业务的贷款共享，提高带宽利用率；
“传送”说明其具有高可靠性（完善的保护）、可运营（用户可精确控制配置，可以定制QoS）的传统SDH承载网络的特征；
PTN采用MPLS或IP等作为Tunnel承载层，能简化端到端业务配置，路由自动发现、故障时FRR/重路由保护；
而MSTP即为多业务传送平台，这里针对“多业务”、“传送平台”关键词说明其特点：
“多业务”说明其相对传统SDH设备只提供STM/SONET接口等高低阶复用接入接出设备相比，新增一台、ATM、PRP、FR等链路层业务接入汇聚，在1个设备上实现了多种业务的接入汇聚并通过统一的封装层SDH承载，实现了传统以太/ATM设备与SDH设备的结合，丰富的接口满足了传统SDH设备进入网络环境复杂的城域网环境；
“传送平台”说明其具有高可靠性、可运营型，通过完善多层次的保护方案实现故障时50ms回复；另外，MSTP通过ASON实现了业务传送路径的自动发现、重路由保护等，引入了动态机制，能进一步提升SDH网络的可靠性。
2.2.1.关键差异
PTN与MSTP相比最关键的差异是引入了包交换的核心，适用了ALLIP的要求，同时在封装层引入了PWE3，多种不同老技术，比如：
ATM、FR、PDH、MLPPP等在包交换网络中统一适配承载，实现多网归一，降低网络运营成本。
PTN提供Tunnle/PW等软管道，实现带宽大小的精确控制；而且PTN支持1588V2等PSN时钟时间传送技术，可以消除对GPS时钟的需求，降低成本，满足移动承载网络LTE演进的要求；
对于MSTP，MSTP具有电路交换的核心，给指定用户分配的带宽固定，即使该用户无业务流量，任然固定占用该带宽，不能和其他业务共享，不能统计复用，设备交换带宽利用率较低，不能适应数据业务高速增长高突发的带宽需求；
MSTP提供的是VC应管道，带宽固定分配，能满足传统语音通讯业务要求；
但是不支持1588等PSN时钟/时间传送技术，对于频率同步，能通过SDH时钟机制高质量的实现；但对时间同步，没有解决方案，在需要时间同步的移动承载领域，必须使用GPS时钟。
2.2.2.两种技术在网络层次中的定位
从长途网层面来说，目前主要有核心路由器互联构建而成，以及传送层所对应的优选技术是大容量长距离的波分复用系统，辅佐以波长级别的超大颗粒掉地。
设备类型以10G、40G和100GDWDM为主。
如果是针对于本地网的核心层面，也和长途网类似，也主要由路由器互联构建，业务量也相对均匀分布，同样，对传送层面的需求主要是大颗粒直连和相对大颗粒的调度功能，相对应的设备类型为广义的P-OTN设备，可以配备光层波长级别的调度，也可以配置ODU电层的调度组网。
而从本地网的汇聚层面来看，调度需求加大，现有的三层路由设备、二层PTN设备以及一层MSTP设备都能很好的满足建网需求。
同时随着业务量的加大，P-OTN也渐渐引入。
到了本地网的接入层面，主要也是以二层PTN设备以及一层MSTP设备为主，三层路由虽然也能满足绝大多数要求，但是考虑到成本较高，实际的网络情况中却少有使用。
第三节两种技术的常用特性对比
2.2.
2.3.
2.3.1.1588V2时钟
PTN作为综合接入网，需要接入TD-SCDMA、CDMA2000、LTE等要求时间同步的无线基站，因此需要具备将基站控制器的时间分发到各个基站的能力，这就需要1588.
而传统的MSTP不支持1588V2时钟同步，接入需要时间同步的基站时，采用GPS提供基准时间，相对来说成本就会比较高；
2.3.2.同步以太网
PTN同步以太网是通过Phy实现频率同步，要求全网仪态物理层均支持，才能实现端到端的频率透穿，该机制与SDH物理层时钟频率采用相同的方式；
MSTP就不支持同步以太网，采用SDH网进行时钟同步；
2.3.3.TOP
通过PTN的TOP/ACR协议，跨越异步网络实现NodeB/BTS与RNC/BSC的频率同步
而MSTP不支持TOP时钟
2.3.4.Tunnel/PWAPS
PTN的Tunnel/PWAPS为1+1/1：
1APS保护，使用MPLSOAM的CV、FFD等实现快速故障检测，实现50ms快速保护倒换，链路故障时业务快速恢复，实现业务的高可靠性，方便实现业务端到端的保护；
MSTP则支持SDH1+1/1：
1/1：
N的MSP/SNCP保护，实现类似功能
2.3.5.MSP和TPS
PTN支持STM-1光口1+1/1：
1/1：
N的线性复用段保护，支持带E1接口板的MQ1子卡的TPS保护，实现板级故障保护。
而MSTP支持更多类型的复用段保护，也支持带E1/E3等接口板的SDH支路板的TPS保护，实现板机故障保护。
2.3.
2.4.
第四节保护策略对比
2.4.
2.5.
1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.4.1.小结
PTN组网保护策略与MSTP网络相比，最大变化是汇聚层不再采用环网保护方式，而是选用线性端到端保护机制，有点类似SDH网络中的全程SNCP保护。
这种结构的优点非常明显：
减少业务调度层次，得到了网络扁平化的效果，减少了很多穿通节点，提高了路由管理效率。
同时，为了增强网络的安全性，避免单节点失效带来的业务丢失，接入层与汇聚层的互连建议采用双节点保护组网方式。
双节点组网方式在MSTP网络中已有大量应用，大大增强了网络安全性，建议对于当前光缆资源还不具备双节点互连的接入环，应积极进行光缆路由双节点改造。
对于核心层PTN设备的保护，一端核心层PTN设备的业务可能需要送到分属不同机楼的多个不同RNC，因此核心层需要具备业务调度功能。
该调度功能有两种实现方式，一种方式是通过核心层OTN网络波长资源来进行调度，主要适合
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