对中国PTN技术要求及其关键问题的思考(张海懿、李芳)

对中国PTN技术要求及其关键问题的思考

PTN Technical Requirements and Its Some Key Issues 张海懿/ZHANG Haiyi 李芳/LI Fang

(工业和信息化部电信研究院 通信标准研究所，北京 100191)

(Institute of Communication Standards Research, China Academy of Telecom Research, MIIT, Beijing, 100191, China)

中图分类号：TN929.11 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 (2010) 03-0000-00 基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)课题(2007AA01Z253) 摘要：

分组传送网(PTN)是业内关注的电信级承载技术热点之一，在国际标准尚在完成的情况下，中国的PTN设备开发和网络应用处于领先地位。文章基于中国通信标准化协会(CCSA)通信行业标准《分组传送网(PTN)总体技术要求》，重点阐述了PTN网络功能架构、多业务承载和数据转发功能、PTN网络保护、运行管理维护(OAM)架构和功能要求4个方面的内容，结合中国运营商和设备商的利益，对涉及PTN行标的技术选择、网络应用和后续发展的关键问题进行了探讨。 关键词：

分组传送网；伪线；网络保护；运行管理维护 Abstract:

Packet Transport Network (PTN) is one of the hot research interests in carrier technologies. Although the international standards are not yet complete, China is leading the world in the development of PTN equipment and network applications. With “General Technical Requirements for Packet Transport Networks” as the CCSA standard, this paper first introduces the background of PTN technology and standards, then illustrates four important aspects: the PTN network architecture, multi-services bearing and data transfer function, PTN network protection, and OAM architecture and functional requirements. Finally, considering the profit motive of Chinese carriers and vendors, some key issues on PTN technology choice, network applications, and future evolution, are discussed. Key words:

PTN; PW; network protection; OAM

分组传送网(PTN)是基于分组交换的、面向连接的多业务统一传送技术，不仅能较好承载电信级以太网业务，满足标准化业务、高可靠性、灵活扩展性、严格服务质量(QoS)和完善的运行管理维护(OAM)等5个基本属性，而且兼顾了支持传统的时分复用(TDM)和异步传输模式(ATM)业务，继承了同步数字体系(SDH)网管的图形化界面、端到端配置等管理功能。目前，PTN主要应用在城域网范围，主要承载移动回传、企事业专线/专网等有QoS要求的业务，实现中国运营商城域传送网从TDM向分组化的逐步演进。 PTN有以下两类具体实现技术：

一类是从因特网协议/多协议标记交换(IP/MPLS)发展来的传送多协议标记交换(MPLS-TP)技术，抛弃了基于IP地址的逐跳转发机制并且不依赖于控制平面来建立传送路径，保留了多

协议标记交换(MPLS)面向连接的端到端标签转发能力，去掉了其无连接和非端到端的特性，即不采用最后一跳弹出(PHP)、标记交换路径合并(LSP Merge)、等价多路径(ECMP)等，从而具有确定的端到端传送路径，并增强了满足传送网需求、并具有传送网风格的网络保护机制和OAM能力。

另一类是从以太网发展而来的面向连接的以太网传送技术，如IEEE 802.1Qay规范的运营商骨干桥接-流量工程(PBB-TE)，是在IEEE 802.1ah运营商骨干桥接(PBB，即MAC in MAC)基础上进行了改进，取消了媒体访问控制(MAC)地址学习、生成树和泛洪等以太网无连接特性，并增加了流量工程(TE)来增强QoS能力，目前主要支持点到点和点到多点的面向连接的业务传送和线性保护，暂不支持面向连接的多点到多点之间的业务传送和环网保护技术。 这两类PTN实现技术在数据转发、多业务承载、网络保护和OAM机制上有一定差异。从产业链、标准化、设备商产品及运营商应用情况来看，MPLS-TP技术发展趋势都要优于PBB-TE技术，因此，MPLS-TP是目前业内关注和应用的PTN主流实现技术。 1 《PTN总体技术要求》主要内容

《PTN总体技术要求》主要规范了PTN网络功能架构、多业务承载和数据转发功能、网络保护功能和性能、OAM能力、QoS、分组同步、网络接口、网络性能、网管功能以及控制平面功能等方面，其中前4个方面是PTN技术的特色，下面分别简单介绍。 1.1 PTN的网络功能架构 PTN具有以下技术特征：

? 采用面向连接的分组交换(CO-PS)技术，基于分组交换内核，支持多业务承载； ? 严格面向连接，该连接应能长期存在，可由网管手工配置；

? 提供可靠的网络保护机制，并可应用于PTN的各个网络分层和各种网络拓扑； ? 为多种业务提供差异化的服务质量保障； ? 具有完善的OAM故障管理和性能管理功能；

? 基于标签进行分组转发，OAM报文的封装、传送和处理不依赖于IP封装和IP处理，保

护机制也不依赖于IP分组；

? 支持双向点到点传送路径，并支持单向点到多点传送路径；支持点到点(P2P)和点到多

点(P2MP)传送路径的流量工程控制能力。

分组传送网络包括3个PTN层网络，如图1所示[3]，分别是PTN虚通道(VC)层网络、PTN虚通路(VP)层网络和PTN虚段(VS，可选)层网络。PTN的底层是物理媒介层网络，可采用IEEE802.3以太网技术或SDH、光传送网(OTN)等面向连接的电路交换(CO-CS)技术。对于MPLS-TP技术，PTN的VC层即伪线(PW)层，VP层即标记交换路径(LSP)层。

通路通道Customer/Client service layer客户业务层Virtual Channel layer虚通道（VC）层Virtual Path layer虚通路（VP）层Virtual Section layer虚段（VS）层(optional)（可选）PTN 层网络传输媒介层GFPCircuit Switching Technology电路交换技术(OTN, SDH, PDH)(OTN, SDH, PDH)Physical Media物理媒介(802.3)(802.3))xDSL)(OTM--n, STM-/En, DSn-NPhysical Media物理媒介

OTM：光传送模块

OTN：光传送网

PDH：准同步数字传输体系 PTN：分组传送网 SDH：同步数字体系 STM：同步转移模式 图1 PTN的网络分层结构

1.2 PTN的多业务承载和数据转发功能

在基于MPLS-TP的PTN网络的多业务承载架构[4]中，MPLS-TP的网络客户层包括基于PW的仿真业务、采用MPLS标签的业务和IP业务。目前阶段，该承载架构的标准主要规范基于PW的仿真业务，包括TDM业务、以太网二层业务和ATM业务，对采用对等模型承载IP和MPLS业务的功能要求待研究。PTN的业务承载均是采用面向连接的机制，基于无连接的实现机制不在标准范围之内。

对基于PW的仿真业务，基于MPLS-TP的PTN应满足以下功能要求：

(1)PTN统一采用PWE3封装来承载仿真类业务，PWE3控制字的使用应符合RFC4385。 (2)PTN支持TDM业务仿真和传送，具体要求如下：

? 应支持基于非结构化仿真(SAToP)模式的TDM业务承载，PWE3封装和控制字应符合

RFC4553；SAToP模式适用于任何信号结构的TDM电路仿真。

? 可选支持基于结构化仿真(CESoPSN)模式的TDM业务承载，PWE3封装和控制字符合

RFC5086；CESoPSN模式主要用于Nx64kb/s信号结构的TDM电路仿真，并可节省带宽。 ? 可选支持基于SDH仿真(CEP)模式的TDM业务承载，PWE3封装和控制字符合RFC4842。

CEP模式主要用于基于VC12或VC-4信号结构的SDH电路仿真。 (3)PTN支持以太网二层业务的仿真和传送，具体要求如下： ? 支持以太网线型业务(E-Line)、以太网专网业务(E-LAN)和以太网根基多点业务(E-Tree)，

并符合ITU-T和MEF的相应规范。

? 应支持基于端口、端口＋VLAN的方式实现业务与VC/VP的绑定。 ? 应支持采用网管的静态配置方式建立以太网业务；可选支持采用信令方式动态建立以太

网业务。

? PWE3封装和控制字应符合RFC4448。

(4)PTN可选支持ATM业务仿真和传送，PWE3封装和控制字符合RFC4717，支持1︰1虚信道连接/虚通道连接(VCC/VPC)和N︰1 VCC/VPC封装模式；支持单向和双向点到多点虚通道连接(VPC)或虚信道连接(VCC)的建立；可选支持ATM反向复用(IMA)组处理功能。 基于MPLS-TP的PTN应满足以下数据转发功能要求：

(1)MPLS-TP的数据转发机制是MPLS数据转发(RFC3031)的子集，并应满足RFC5654中规范的传送需求；MPLS-TP不采用基于IP的逐跳转发机制，且不支持等价多路径(ECMP)、最后一跳弹出(PHP)和LSP合并功能。

(2)MPLS-TP的标签堆栈功能应符合RFC3032和RFC5462的规范，MPLS的生存时间(TTL)处理机制应符合RFC3443的规范(VC和VP两层TC和TTL的模型一致，宜采用管道模型)。

(3)PW和LSP标签的范围应支持1～1 048 575(即2 20-1)，其中0～15为保留标签(供PTN网络内的OAM使用或保留)，RFC3032中定义了4个保留的标签值。 (4)应支持以下标签交换功能要求：

? 源节点进行PW和LSP标签的正确添加，并支持将多条PW复用到一条LSP中； ? 宿节点进行PW和LSP标签的正确剥离；

? 应支持单段伪线(SS-PW)和多段伪线(MS-PW)交换功能。SS-PW的架构应符合RFC3985

的规定；多段伪线交换是将不同LSP的PW交换到相同的LSP中。 1.3 PTN网络保护功能要求

PTN网络支持的保护方式分为以下三大类： (1)PTN网络内的保护方式：

? PTN网络内的线性保护，包括单向/双向1+1路径保护、双向1︰1或1︰N(N>1)路径保护、

单向/双向1+1 SNC/S保护和双向1︰1 SNC/S保护，应至少支持双向1︰1保护机制； ? PTN网络内的环网保护，包括Wrapping和Steering两种保护机制，应至少支持一种环网

保护机制。

(2)PTN与其他网络的接入链路保护：

? TDM/ATM接入链路的1+1或1︰N保护；

? 以太网GE/10GE接入链路的保护，即链路聚合组(LAG)。

(3)双归保护：PTN网络内保护和接入链路保护相配合，实现在接入链路或PTN接入节点失效情况下的端到端业务保护，具体实现机制待研究。 PTN的网络内保护方式应满足以下通用功能要求： (1)PTN的保护倒换应支持链路、节点故障和网管外部命令的触发，并应支持各种倒换请求的优先级处理。故障类型触发支持物理链路、VP/VC信号失效(SF)和中间节点失效，支持信号劣化(SD)；外部命令触发支持锁定到工作、强制倒换、人工倒换和清除命令等网管命令。 (2)保护倒换方式：支持单端倒换和双端倒换类型，应支持配置为返回或不返回操作模式，支持等待恢复(WTR)功能的启动和WTR时间的设置。

(3)保护倒换时间：在拖延时间设置为0的情况下，保护倒换引起的业务受损时间应不大于50 ms(对SD触发的保护倒换除外)；

(4)拖延时间设置：在PTN的底层网络(如WDM和OTN)配置了保护方式情况下，PTN网络保护方式应支持拖延时间的设置，可设置为50 ms或100 ms。 1.4 PTN网络的OAM架构和功能要求

PTN网络的OAM功能包括PTN网络内的OAM机制、PTN网络业务层OAM机制以及接入链路层的OAM机制等。

PTN网络内的OAM分为告警相关的OAM、性能相关的OAM和其他OAM三大类，VC、VP和VS 3层的OAM功能要求如表1所示。其中，主动OAM是指周期性连续实施的OAM操作，主动上报故障和误码性能的检测结果。按需OAM指人工发起的有限次数的OAM操作，通常用于故障的诊断和定位。

表1 PTN网络内OAM的功能要求 类型\\&\\& 功能\\& 连续性检测和连通性验证\\& 故障管理\\& 远端故障指示\\& 告警抑制\\& 锁定\\& 客户信号故障\\& 性能监测\\& 故障管理、定位丢包测量\\& 环回\\& 踪迹\\& 虚段层运行管理维护\\& 必选\\& 必选\\& 不适用\\& 必选\\& 不适用\\& 可选\\& 必选\\& 不适用\\& 虚通路层运行管理维护\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 不适用\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 虚通道层运行管理维护\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\&\\& 可选\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\&\\&\\& 主动运行管理维护\\& 按需运行管理维护\\& \\& 性能监测\\& 测试\\& 锁定\\& 丢包测量\\& 时延测量\\& 可选\\& 可选\\& 可选\\& 可选\\& 必选\\& 不适用\\& 可选\\& 不适用\\& 不适用\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 必选\\& 不适用\\& 可选\\& 可选\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\&\\& 必选\\&\\&\\& 必选\\& 可选\\&\\& 可选\\&\\& 不适用\\&\\& 可选\\&\\& 可选\\& 自动保护倒换\\&\\& 其他\\& 管理/信令控制通道\\&\\& 时钟\\& 运营商自定义功能\\&\\& 试验用功能\\&\\&

2 PTN行标中的关键问题探讨

在PTN行业标准起草过程中，存在一些有争议的关键问题，涉及标准的技术选择、PTN的网络应用和后续发展等方面，我们牵头组织了相关讨论，部分有了初步结论，部分还有待后续研究，在此与大家分享：

(1)MPLS-TP的OAM实现机制和封装格式问题

目前有T-MPLS G.8114、G-ACh[5]+Y.1731 OAM PDU[6]、IETF BFD扩展[7]+新OAM工具3种选项，从保护中国运营商和设备商的现有利益，并且便于今后软件升级，中国所有单位一致同意采用G-ACh+Y.1731 OAM PDU格式，并希望形成合力来推进MPLS-TP国际标准采纳，但由于IETF MPLS工作组受Cisco、Juniper等数据领域专家主导，该技术选择成为MPLS-TP标准选项的难度相当大。 (2)PTN环网保护的实现机制

目前IETF初步认可了环网保护需求，但具体实现机制有MPLS-TE FRR应用在环网拓扑[8]、IEEE多段保护[9]、ITU-T Wrapping和Steering环网保护[10]3类选项，我们一方面需要从技术角度深入分析3类机制在业务配置、带宽共享、OAM、跨环保护等方面的差异，另一方面要考虑运营商网络运维习惯的影响。目前，根据中国设备商产品情况和运营商应用需求，行标中选择了基于ITU-T的Wrapping和Steering两种环网保护机制，后续还要完善点到多点业务保护和跨环保护等具体机制。

(3)PTN与MSTP混合组网需求和互通功能要求问题

由于PTN的使命是逐步替代基于SDH的MSTP，因此在运营商的网络部署过程中，必然面临PTN与MSTP混合组网和互通问题，如存在PTN汇聚环直接带MSTP接入环的混合组网场景，但在标准中如何具体规范，也成为颇有争论的一个问题，需要后续组织协调讨论。 (4)PTN支持IP/MPLS三层功能需求问题

在全业务运营和LTE移动回传承载的发展趋势下，PTN是否需要支持IP/MPLS的部分三层功能？如何与现有路由器网络分工协调？这些都需要运营商明确具体应用需求后再组织针对性的研究，这将成为本版本PTN行标的一个开放性待研究问题。

PTN技术在与IP/MPLS竞争融合的环境中逐步发展，目前已应用在IP化的3G移动回传网络中，从标准化和产业应用来看，今后两年是PTN技术发展的关键期，希望PTN技术的产业链不断发展壮大。 3 参考文献

[1] 荆瑞泉. MPLS-TP技术标准进展[R]. TC6-2009-026Q专家技术报告. 2009. [2] 李芳. 《分组传送网(PTN)总体技术要求》征求意见稿[S]. 2009.

[3] ITU-T SG15 G.ptneq. Types and characteristics of packet transport network (PTN) equipment [S]. 2009.

[4] BOCCI M, BRYANT S, FROST D, et al. A framework for MPLS in transport networks[R].

draft-ietf-mpls-tp-framework-10. 2010.

[5] IETF RFC 5586. MPLS generic associated channel[S]. 2009.

[6] BUSI I, van HELVOORT H, HE J. MPLS-TP OAM based on Y.1731[R] draft-bhh-mpls-tp-oam-y1731-04. 2010.

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[8] IETF RFC 5317. Joint working team (JWT) report on MPLS architectural considerations for a transport profile[S]. 2009.

[9] IEEE 802.1Qbf. PBB-TE infrastructure segment protection[S]. 2009.

[10] ITU-T SG15 G.8132 (draft).T-MPLS shared protection ring (TM-SPRing) [S]. 2007. 收稿日期：2010-03-30 作者简介 张海懿，工业和信息化部电信研究院通信标准研究所传送与接入研究部主任，中国通信标准化协会传送网工作组副组长，高级工程师。长期从事光传输系统、WDM系统、SDH系统、MSTP、自动交换光网络以及电信传送网络体制标准、运营商的技术咨询等方面的研究工作。已发表学术论文30余篇。 李芳，工业和信息化部电信研究院通信标准研究所主任工程师，主要从事分组传送网(PTN)、移动回传、IP和光网络融合、高速光传输等方面研究。已发表学术论文20余篇。

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[10] ITU-T SG15 G.8132 (draft).T-MPLS shared protection ring (TM-SPRing) [S]. 2007. 收稿日期：2010-03-30 作者简介 张海懿，工业和信息化部电信研究院通信标准研究所传送与接入研究部主任，中国通信标准化协会传送网工作组副组长，高级工程师。长期从事光传输系统、WDM系统、SDH系统、MSTP、自动交换光网络以及电信传送网络体制标准、运营商的技术咨询等方面的研究工作。已发表学术论文30余篇。 李芳，工业和信息化部电信研究院通信标准研究所主任工程师，主要从事分组传送网(PTN)、移动回传、IP和光网络融合、高速光传输等方面研究。已发表学术论文20余篇。

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