分组传输网业务保护新技术的应用与研究

摘  要：分组传输网（Packet Transport Network，PTN）是LTE网络建设的重要技术之一，随着IP化业务和高速数据传输的爆发式增长，其可靠性显得非常重要，尤其是与IPRAN实现混合组网，提高数据承载能力。目前，PTN和IPRAN混合组网业务保护采用的方式很多，比如双向1：1线性保护、单向1+1线性保护、VPNFRR保护、PW冗余保护、VRRP+IPFRR保护等，有效地保护数据传输的可靠性，还可以使PTN和IPRAN混合组网建设模式更加灵活，易于进行网络化管理。未来，随着大数据、数据挖掘技术的发展，还可以利用这些技术构建专家系统，提高PTN和IPRAN网络保护的性能，实现高清晰视频、高分辨率图像和实时语音数据传输。

关键词：分组传输网;业务保护;线性保护

Abstract：Packet Transport Network （PTN） is one of the important technologies for LTE network construction. With the explosive growth of IP-based services and high-speed data transmission，its reliability is very prominent，especially with IPRAN to achieve hybrid networking，improve data carrying capacity. At present，PTN and IPRAN hybrid networking services are protected in many ways，such as bidirectional 1：1 linear protection，unidirectional 1+1 linear protection，VPNFRR protection，PW redundancy protection，VRRP+IPFRR protection，etc.，to effectively protect data transmission. The reliability can also make the PTN and IPRAN hybrid networking construction mode more flexible and easy to network management. In the future，with the birth of big data and data mining technologies，they can also use these technologies to build expert systems，improve the performance of PTN and IPRAN network protection，and achieve high-definition video，high-resolution images and real-time voice data transmission.

Keywords：packet transport network;service protection;linear protection

0  引  言

目前，随着4G通信技术的深入发展，基于IP化的数据通信业务迅猛增长，原有的SDH传输网已经不适合承载当前的高速数据，因此采用分组传输网（PTN）和IPRAN已经成为联通公司通信建设模式[1]。分组传输网（PTN）和IPRAN混合组网中，数据承载、故障恢复、业务保护、时钟同步是网络建设的重要技术，尤其业务保护技术已经成为许多通信学者的研究热点，诞生了很多保护技术，包括线性保护、VPNFRR保护、PW冗余保护、VRRP+IPFRR保护等，这些技术可以提高4G通信网络的稳定性、可靠性，最大限度地降低故障率。

1  PTN和IPRAN业务保护的现状分析

PTN和IPRAN混合组网已经进入规模部署阶段，承载的业务非常多，比如高清晰视频、高分辨率图像和实时语音数据等，在金融银行、电力交通、工业制造、在线学习、智能旅游、电商购物等领域得到广泛普及和使用，大大地提高了社会信息化、共享化水平[2]。分组传输网为了维护这些业务的可靠性、完整性和稳定性，采用了LSP保护、VPNFRR保护、PW冗余保护等多种保护技术[3]。

LSP保护又称为线性保护，可以实现端到端的保护结构，实现分组传输网络业务连接。如果工作通道发生故障，可以将通道业务转移到保护通道传输[4]。目前，LSP保护根据分组传输网络的结构模型又诞生了双向1：1线性保护、单向1+1线性保护。联通当前采用的是双向1：1线性保护。基于MPLS隧道技术可以实现数据传输通道的双向倒换，受到影响或未受到影响的连接方向均可以倒换至保护路径，双向倒换采用自动保护倒换协议，该协议可以协调通道连接的两端，工作原理及流程如下：如果工作通道在传送时发生通道故障，可以切换到保护通道，自动保护倒换协议可以通过保护通道传送，相互传递通道的倒换状态和协议状态，两端设备可以根据倒换状态和协议状态实现倒换，该方式可以避免单点失效，有效保护带宽可以实现充分利用。另外，单向1+1线性保护是基于MPLS隧道技术可以实现数据传输通道的单向倒换，可以将受到影响的连接方向业务倒换到保护路径。两侧的宿端选择器是逻辑独立的，具体的原理及工作过程如下：如果工作通道发生传输故障，业务接收端可以选择保护端接收数据业务，實现数据业务的倒换操作。这种保护方式工作连接和保护连接独立路由，保护类型是可以返回的，也可以是非返回的。

VPN FRR利用基于VPN的私网路由快速切换技术，通过预先在远端PE中设置指向主用PE和备用PE的主备用转发项，结合PE故障快速探测技术BFD for BGP，旨在解决CE双归PE的MPLS VPN网络中PE节点故障导致的端到端业务秒级收敛的问题，同时解决PE节点故障恢复时间与其承载的私网路由数量相关的问题。在PE节点故障的情况下，端到端业务切换时间小于200ms。快速重路由FRR（Fast Reroute）是指当物理层或链路层检测到故障时，将故障消息上报至上层路由系统，并立即启用一条备份链路转发报文。IP FRR是一种快速实现路由备份的方式。PW双归保护，即伪线双归保护（Pseudo Wire Dual-homing Protection），指在通信网络设备之间通过备用伪线来保护主用伪线上传送的业务。

2  分组传输网业务保护新技术的研究

分组传输网在5G通信时代将会传输更多的数据，数据传输速度要求也越来越高，传统的线性保护技术或环网保护技术将会产生一些问题，比如浪费带宽资源、存在保护漏洞等。因此，未来需要提高分组传输网的应用性能。环网保护浪费带宽资源多，如果全网采用VPNFRR+LSP1：1保护模式，这种保护就会严重地浪费带宽资源，因此可以采用按需部署的原则，利用专家系统监控容易发生故障的区域，在这个区域部署VPNFRR+LSP1：1保护机制，同时在其他地方部署线性保护机制。因此，基于专家系统的新型网络通信保护模式结构如下：汇聚层带宽资源丰富，适合VPNFRR+LSP1：1保护，因此汇聚层可以配置和部署VPNFRR+LSP1：1保护技术;接入层和汇聚层同时发生故障的概率比较小，因此接入层采用PW冗余+LSP1：1保护技术，核心层可以采用VRRP+IPFRR保护技术。PTN和IPRAN混合组网保护模式如图1所示。

分组传输网主流保护技术为线性保护，考虑到运营商建设的网络对接入层成环率的考核要求，网络光缆建设和部署需要同缆同构，这种情况存在于汇聚层和接入层，这种网络规模越来越大，因此产生故障的概率就会增加，导致网络通信存在严重的安全隐患。因此，为了能够提高分组传输网络的保护性能和满足实际建设需求，探索引入人工智能技术，利用人工智能中的大数据分析模式可以实时监控网络通信的状态，比如网络中是否存在洪峰值等，保护网络通信传输的可靠性和稳定性[5]。还可以利用人工智能建设一个专家系统，该系统可以将所有处理结果输出到网络通信管理单元，如果接入层和汇聚层发生光纤故障，可以利用人工智能技术实时发现问题，以便能够进行业务切换，保护网络通信传输的可靠性和稳定性。

3  结  论

目前，随着4G和5G网络的建设普及，网络通信业务IP化程度越来越高，因此利用分组传输网实现业务共享已经成为网络建设的主流趋势，国内运营商已经构建了大规模的分组传输网络，利用分组传输网的线性保护和环网保护技术可以设计和构建一个重要的网络通信模型，确保数据业务的稳定可靠传输，也可以丰富IPRAN保护方式。

参考文献：

[1] 成相坤，何岩.PTN设备以太网线性1：1保护的设计与实现 [J].计算机与现代化，2017（3）：32-35+45.

[2] 杨敏怡.IPRAN关键技术及其应用的分析 [J].电子测试，2017（10）：75-76.

[3] 于跃富，朱一宁，王仲芳.PTN分组光传送网的技术特点及应用 [J].科学技术创新，2017（29）：154-155.

[4] 肖光偉.IPRAN技术的优劣及应用前景分析 [J].中国新通信，2017，19（1）：119.

[5] 宋永辉.认知无线网络中基于人工智能算法的流量预测和数据传输机制研究 [D].重庆：重庆邮电大学，2017.

作者简介：刘群群（1980-），女，汉族，安徽涡阳人，通信技术员，通信工程师，学士学位，研究方向：通信工程。