分组传送网需求、功能、技术实现和标准进展分析

1分组传送网需求、功能、技术实现和标准进展分析黄峰摘要：业务的分组化导致传送网络的分组化，并推动着分组传送网技术的发展，使得分组传送网既保持着传统传送网的优点：良好可扩展性，丰富的操作维护，快速的保护倒换，面向连接的特性，利用NMS或控制平面建立连接。同时还增加了适应分组业务统计复用的特性：采用面向连接的标签交换，分组的QoS机制，灵活动态的控制面。分组传送网作为分组业务的接入、汇聚和交换平台，应用在城域接入、汇聚，如DSLAMbackhauling，WirelessBackhauling等。在城域核心网和骨干网可以代替核心路由器的分组转发功能，进行高效的分组业务转发，同时增强网络的OAM和生存性。1网络转型中对传送网提出的需求分析业务的分组化即IP化已经是无可争辩的事实，对于固网运营商来说，短短几年，话音业务从占干线带宽的主导位置到占5％左右，数据业务特别是IP则消耗了干线带宽的95％，这一趋势还会继续。固网运营商以往建设的传统城域数据网无法满足这些类型业务的带宽、QoS、生存性等方面电信级承载的需求。移动运营商的业务逐渐由传统语音业务为主转向数据业务为主，尽管当前数据业务的收入不高，但移动运营商已经意识到基于IP的数据业务必将成为未来影响竞争力的关键所在。业务的转型导致网络的转型，从2004年开始，我国运营商的网络转型已逐步开展，纷纷在骨干网构建了基于IP/MPLS的多业务统一承载网，但是基于IP/MPLS的承载网对带宽和光缆消耗严重，其面临着路由器不断扩容、网络保护、故障定位、故障快速恢复、操作维护等方面压力。在城域网，我国运营商的城域网络（含城域数据网和传送网）存在多种网络层面和技术，比如SDH技术、MSTP技术、RPR技术，这些城域网技术在处理大量数据业务存在不足，都不能很好的满足IPTV等新兴电信级以太网业务的需求，需要进一步转型以适应未来业务的发展。如何建设统一融合的网络，支持电信级以太网业务、兼容传统的业务，是2网络转型考虑的重点。按照下一代网络（NGN）的观点，转型的网络的体系架构分为传送层、业务层和控制层，从传送的角度出发，业务层和传送层的分离，实现各网络层的各施其职，可以实现网络更高效的运行；作为服务层的传送网，要更好地传送分组业务。在统一融合的网络上实现对基于IP的业务的支持是网络转型的首选目标，同时还必需考虑传统的业务的支持。业务的IP化导致传送层的分组化，运营商网络转型对传送层的主要需求有：（1）降低网络总体成本包括CAPEX和OPEX在统一融合的网络中，网络建设必需是通盘考虑的，网络的建设的总体成本是首要考虑因素，提供更高的带宽利用率：网络应不单能实现每比特成本的昀低，更重要的是实现网络带宽资源利用率的昀优化，即以尽可能少的成本满足尽可能多的需求；另一方面，通信行业已经进入微利时代，竞争的加剧，运营商必需同时考虑传送网络的建设成本和维护成本。（2）简化快捷地OAM&P能力根据运营商网络运营的实际需要，通常将网络的管理工作划分为3大类：操作（Operation）、管理（Administration）、维护（Maintenance），简称OAM。操作主要完成日常网络和业务进行的分析、预测、规划和配置工作；维护主要是对网络及其业务的测试和故障管理等进行的日常操作活动。ITU-T对OAM功能进行了定义：a）性能监控并产生维护信息，根据这些信息评估网络的稳定性；b）通过定期查询的方式检测网络故障，产生各种维护和告警信息；c）通过调度或者切换到其它的实体，旁路失效实体，保证网络的正常运行；d）将故障信息传递给管理实体。OAM功能十分重要，它可以简化网络操作，检验网络性能和降低网络运行的成本。OAM机制不仅要预防网络故障的发生，而且需要实现对网络故障的迅速诊断和定位，昀终提高网络的可用性和对用户的服务质量。传统的SDH/SONET和ATM中都定义了相应的OAM功能，在新的转型的传送网络中必需提供更加丰富的OAM功能，以便可以更加方便的进行故障检测、定位、通告，性能监测等。3（3）支持电信级以太网，同时提供对传统业务的支持能力业务的IP化导致电信级以太网业务的兴起，据Infonics称，到2009年全球电信级以太网的业务收入将达到到220亿。在业务分组化转型过程中，对于传统的业务，比如ATM、帧中继、TDM业务，还会有很长时间的需求，他们不会马上消亡，运营商在考虑业务转型的过程中，也在兼顾考虑这些传统的业务。同时需要支持更多的业务拓补类型，比如点到点、点到多点、多点到多点。（4）更高的可靠性具备检测和故障恢复的能力，而且不影响用户。保护恢复能力是一种重要的网络可靠性，其在节点设备和链路等出现故障时，可以不影响或者尽量少地影响网络的正常使用和业务开展。当发生问题时能够在不到50ms内予以迅速恢复。（5）提供多种差异化的业务和保障QoS在融合网络中，有internet、语音、视频等业务，各种业务对QoS的要求也不一样，传送层必需提供这些多种差异化业务，并保障他们的QoS。（6）网络具有弹性，更好的可扩展性业务的扩展性：具有支持数百万用户使用网络业务的能力，适应于商业、信息、通信和企业等各种广泛的应用，可同时提供话音、视频和数据业务。范围扩展性：在一个由许多运营商构建的、广泛的物理基础网络上，提供从“接入及城域”到“国家及全球”范围的业务。带宽扩展性：支持从1Mbps到10Gbps甚至更高速率，带宽颗粒逐渐增加。网络的扩展性：提供标准的接口（UNI、NNI），可以平滑的进行演进。（7）网络配置智能化必需快速的提供业务，以满足用户多样化的需要，同时适应日益强烈的竞争环境，对网络的配置必需智能化。数据业务量具有突发性和不确定性，这要求传送网络的带宽实现动态分配和调度，对于同样的网络业务需求，这样可以减少全网中所需光接口（POS－PacketoverSDH接口和POO－PacketoverOTN接口等）和相应波长的数目，既大规模降低建网成本，又提高带宽利用率。（8）时钟同步和时间同步时钟同步，是指信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系。4时间同步，是指通过接收到的时间来调控设备内部的时钟和时刻。实时的业务对同步有一定的需求，在分组的环境中提供TDM电路仿真，必需提供时钟同步机制。另一方面，在移动网络中，在基站与基站之间、基站和基站控制其之间提供同步，以防止频率干扰和掉话。用户终端在切换时，如果RNC（无线网络控制器）和NodeB（基站）之间没有时间同步，可能在选择器中的指令不匹配，从而使通话连接不能建立。2分组传送网络（PTN）需求分析从垂直的协议栈上看，分组传送网处于传送层，其为IP承载层可提供高效可靠的传送服务。在运营商转型过程中，传送的业务已经从基于电路的TDM业务向基于分组的业务转变，传送网必须对分组的业务提供高效的传送，在三层和一层之间提供分组传送层。分组传送网能够对分组的业务提供高效的传送，是一种能够提供电信级以太网业务，兼容传统的TDM、ATM业务、帧中继等业务的综合传送网技术。分组传送网保留了传送网的功能需求，同时为满足高效分组业务的传送增加了新的需求。分组传送网保留了传送网的功能需求特征：z通过分层和分域提供了良好的可扩展性；z快速的故障定位、故障管理、性能管理等丰富的操作管理维护（OAM）；z可靠的生存性（可靠性），即快速的保护倒换；z分组传送网不仅可以利用网络管理系统配置业务，也可以通过智能控制面灵活的提供业务。分组传送网络为了适应分组业务的传送在传送网中引入了分组特性：z分组网络的优点是带宽的颗粒性可以从很大到很小，具有很好的灵活性，特别是对于数据业务而言，分组网络的优势是很明显的。分组业务的突发性要求支持高效的统计复用，原来的SDH传送网上的时分复用和WDM网络上的波分复用在传送分组业务时带宽利用率不高，分组传送网必须支持统计复用；z分组业务的QoS分类更加丰富，传统的SDH和WDM上一般只提供保证的QoS，在分组传送网上必须提供面向分组业务的QoS机制，同时利用5面向连接的网络提供可靠的QoS；z对于传统业务的支持，引入电路仿真的机制，支持TDM、ATM、FC；z通过分组网络的时钟同步技术提供分组网络时钟和时间同步。3分组传送网功能架构和特征分组传送网也将网络分为信道层、通路层、传输媒质层，如图1所示。其通过GFP架构在OTN、SDH和PDH等物理媒介上。图1分组传送网分层分组传送网分为三个子层：（1）分组传送通路层（PTC－PacketTransportChannel），其封装客户信号进虚通路（VC），并传送虚通路（VC），即提供客户信号端到端的传送，即端到端OAM,端到端性能监控和端到端的保护。（2）传送传送通道层（PTP－PacketTransportPath），其封装和复用虚通路进虚通道，并传送和交换虚通道（VP），提供多个虚通路业务的汇聚和可扩展性（分域、保护、恢复、OAM）。（3）传送网络传输媒介层，包括分组传送段层（PTS－PacketTransportSection）和物理媒质。段层提供了虚拟段信号的OAM功能。分组传送网较常用的传输媒介层可以是以太网，也可以是SDH/OTN/WDM，还可以架构在PDH上：z以太网PTN可以直接架构在以太网上，通过以太网的EthernetType字段指示PTN作为客户信号。6zPDH/SDH/OTN/WDMPTN可以架构在PDH/SDH和OTN上，通过GFP-F/GFP-T进行封装，通过GFP的UPI指示PTN作为客户信号。物理媒质层可以是光纤或微波。分组传送网的数据转发是基于传送标签进行的，其由标签标识端到端的路径，通过分组交换支持分组业务的统计复用。在分组传送网中，在传送分组数据之前，在网络设备之间先要建立端到端可靠的连接，然后在连接的支持下进行分组传送，操作完成后必须释放连接。面向连接的操作为两个节点提供的是可靠的信息传输服务。在分组传送网中，由于采用面向连接，分组数据传输的收发数据顺序不变。分组传送网的特征为：„面向连接、统计复用；„可扩展性；„电信级的QoS；„OAM；„可生存性；„支持TDM、ATM、FC业务；„支持时钟同步和时间同步；„动态控制面。4分组传送网实现的技术和标准化情况分组传送网实现技术主要有T-MPLS、PBB-TE和PVT，其主要技术原理为：zT-MPLS基于MPLS技术的一个面向连接的包传送技术，其基于MPLS标签进行转发，TMPLS抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理，增加了ITU-T传送风格的保护倒换和OAM功能。zPBB-TE基于MAC-in-MAC和PBB。它通过网络管理和网络控制进行配置，使得以太网业务事实上具有连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信传送网络的功能；使用ProviderMAC加上VID（VLANID）进行业务的转发，并关闭基于VLAN的MAC自学习功能。7zPVTPVT的前身是VXC（VLANCrossConnection），采用了类似ATM交换的机制进行可达两层VLANTAG的交换。其比较如下表1所示。表1T-MPLSPBB-TEPVT对比图T-MPLSPBB-TEPVT数据转发32bit标签60bit标签12或24bit标签可扩展性TMC/TMP、标签嵌套MACinMACQinQOAMCC、AIS、RDI、LB、LM、DMetc（ITU-TG.8114）CC、RDI、LT、LBetc.（Y.1731，IEEE802.1ag）正在定义可生存性线性倒换、环网保护（G.8131、G.8132）线性倒换（G.8031、IEEE802.1Qay）、环网保护（尚未定义）尚未定义控制面ASON/GMPLS正在定义尚未定义物理层ETY、SDH、OTNETYETY标准化情况ITU-T已经颁布架构、设备、接口、保护等标准，IETF和ITU正在联合对T-MPLS标准进行评估和开发IEEE802.1Qay，刚刚出Draf2.0，ITU-T的G.pbb-te，在等待editor的草案。准备在G.8010版本2中标准化T-M