面向5G建设的PTN分组传送网络分析与应用

宋浩 陈云川 苏婷 黄建 卢晶晶

摘要：为了迎合5G在2020年全面商用后无线移动网络向扁平化发展的趋势，在减少建设及维护成本的前提下，在提升系统容量和频谱感知精度、增加智能化产业的“万物互联”灵活性、降低终端设备成本和网络能耗等方面都对5G网络的发展与演进提出了迫切的要求。PTN（PacketTransportNetwork，分组传送网络）作为现网采用的主流技术并正逐步向5G承载的切片分组网演进，对于上述问题的解决具有显著的优势。基于此，针对PTN的技术特点提出了面向5G建设的应用策略和解决方案。

关键词：5G建设;网络扁平化;PTN技术：智能化;应用策略

中图分类号：TN915.02 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）13-0064-03

1引言

当前主流的移动通信网络主要由两类网络组成：成熟、标准的SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）/MSTP（Multi-ServiceTransportPlatform，多业务传送平台）网络和PTN网络。前者利用其同步复用、强大的路由自动选择能力和透明的业务传输通道可以为所承载的业务提供独享的刚性带宽、快速有效的自愈保护和高可靠的服务;而PTN技术通过和SDH的有效融合使业务适配性更加优异，加之对SDH中的缺陷和不足进行了优化，使得日益增多的移动终端IP化的需求在PTN网络中得到很大程度满足。此外，组网灵活、传输方式适用于IP业务和对网络性能的改善，都为5G网络的建设和演进提供了良好的网络氛围及架构基础。

2PTN的組网方式和技术特征

为了改善网络的可靠性和稳固性，避免由于单归属上联失效造成网络故障，目前实际的PTN组网通常是采用环网结构的形式将接入层、汇聚层、核心层双归属上联，使接入层能够通过ONU（Optical Network Unit，光网络单元）和OLT（OpficM LineTerminal，光线路终端）引入互联网业务、VPN业务、基站业务等;同时通过裸光纤或者OTN（Optical Transport Network，光传送网）的汇聚承载从而有利于各项业务的调度。现阶段作为网络传输的核心设备，SDH、DWDM（Dense Wavelength DivisionMultiplexing，密集型光波复用）主要承载2G和3G网络业务;新建设备包括OTN和PTN，主要承载4G网络的LTE业务、CMNET以及IP承载网的数据业务嘲。PTN组网架构示意图如下。

MPLS-TP（Multi-Protocol Label Switching Transport Profile，多协议标签交换传送应用）作为1TU-T（国际电信联盟）标准化的PTN技术，要求面向连接，不仅在MPLS技术的路径转换基础之上简化了IP/MPLS中的繁杂流程，解决了传统SDH中效率不高的缺陷，还将IP、以太网、ATM的通用分组传送技术的优点融合，以固定长度的标签实现数据报文的高速转发，MPLS-TP与IP/MPLS的功能对比如下表。同时，MPLS-TP技术对ATM、FR、PPP等数据链路层协议和IPv6、IPX等网络层协议的支持，使得对网络QoS（Quality ofService，服务质量）的应用效果得到了一定程度上的保障和增强，对多项模式的业务进行承载的同时还能有效规避一般受控区且，其生存性和传输性也得到有效提升。

2.1安全保护技术

为实现对各项业务的区分，PTN组网技术在实际应用中通常将LSP（Hnk State Packet，链路状态报文）和PW（PseudoWire，伪线）的标签隔离，其保护机制一般包括线性LSP/PW保护、环网保护、PW双归保护等。得益于FrN技术的多层次防护架构，使得该网络在防范信息数据泄漏及抵御恶意侵袭方面得到很大程度的保障，有效提升了其防护性能以及数据的准确性、可靠性和安全性。

PTN业务主要的保护方式有两种，分别是基于APS协议的1：1保护和1+1保护。APS协议是在双向保护倒换时对源、宿双方彼此协商通信，从而实现两个实体之间倒换信息协同决策的协议。1+1保护是指发送端同时向两个主备MPLS Tunnel转发流量，当主Tunnel发生中断时，就将业务倒换到保护Tunnel上，实现端到端的状态一致;1：1保护时，其业务主要运行APS协议判断主备信道质量，如果工作Tunnel出现故障，业务则会通过保护倒换、倒换延迟、等待恢复等功能实现向保护Tunnel的倒换。

2.2多业务承载

PTN网络区别于传统的SDH，采用“核心层+业务接入控制层”的两层业务架构，通过带有多段MPLS标签的Tunnel完成对无线基站回传的TDM/IPRAN、出租专线接人、CMNET专线接入以及家庭以太网等多业务的承载。PTN不仅采用MPLS-TP技术通过Tunnel实现端到端的VPN接人业务，PWE3的电路仿真技术还对业务的性能提升和部署简化提供了先天优势。此外，BFDforBGPTunnel机制的引入使得PE侧采用相同的传输层收敛技术完成自身信令，无需对业务层感知的同时还可进行快速检测与排障。

2.3 OAM技术及QOS策略

PTN网络的OAM（Ooeration，Administration and Mainte-nance，运行管理维护）设计基于SDH，其标准通过硬件可达到电信级的3.3ms。其网络架构体系涵盖了横纵向分层，包括Sec-tionlayer和Tunnel在内的每一层中都设置了相应的OAM性能，这种机制不仅可以防止网络故障的发生，还能实现对网络故障的迅速诊断和定位。

QoS策略是保证PTN网络上不同业务差异化服务的方法，在PTN设备中根据业务的不同需求分为四个步骤来保障服务的质量。第一步基于Diff-Serv域的流分类，是QoS执行服务的基础，依据匹配规则的不同来区别报文信息;第二步流量监控，采用CAR技术对流分类后的流量进行速度测算，通过设置不同颜色的报文来限制进入网络的流量;第三步拥塞防止与管控，是指在网络发生拥塞时，通过队列调度进行合理的管控，保障重要业务的畅通;第四步流量整理，可以限制流出网络的某一连接的流量与突发，使其以均匀速率转发。

35G网络的建设方案

随着用户需求的急剧增加和5G（Sth generation mobile net-works第五代移动通信网络技术）商用日益临近，5G在传输速率、频谱资源利用率以及用户体验质量等方面相较于当前主流4G-LTE移动通信网络都有显著优势，除了在网络能耗、传输效率、覆盖深度等方面将得到实质性改善，ITUR定义的5G三大业务应用场景eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量机器通信）以及uRLLC（超高可靠低时延通信）势必会推动无线网、核心网和承载网发生剧烈变化。尤其在超高带宽和超低时延、高精度时钟同步、层次化网络切片、灵活转发、智能协同等方面对承载网提出了更高的要求。

同时，针对当前的4G-LTE接人网络，其两级核心架构BBU和RRU将在5G环境下演进为CU（集中单元）、DU（分布单元）、CN（核心网）三级结构，相应的可分解成前传网（FrontHaul，即RRU到DU之间）、中传网（MidHaul，即DU到CU之间）和回传网（BackHaul，即CU到CN之间），如图2所示。

4基于5G网络的PTN应用策略

针对当前4G网络和未来5G網络架构展开预测和判断，在创新空口技术的过程中，综合分析和考虑网络资源优化调控、PTN网络的扁平化和智能化方向演进，以及全方位整理跨平面业务拟定合理解决方案，从而满足以下迫切需求：（1）能够实现大颗粒业务承载和集中管控;（2）优化网络业务的负荷，改善网络资源使用;（3）调整骨干节点和光缆网点配置，构成闭环网络实现骨干层与汇聚层的扁平化通信;（4）满足运营商对集团客户定制化专线业务的需求，放宽市场限制和相关政策的影响。

4.1完善PTN网络架构

（1）三层网络下移。在当前主流的LTE现网中，PTN采用将成对实现L2/L3桥接的三层网络设备设置在城域网核心层，虽然流量占用较少同时传输距离远，但对时延敏感程度要求较高且站间流量较大的5G网络，其对延时的敏感性不高制约了业务的扩展。因此对三层网络下移，形成大三层网络架构成为趋势。

（2）优化网络融合和用户调度机制。在丰富系统功能、改善用户公平性以及提升系统稳定性等方面，逐渐完善的网络融合和用户调度机制发挥着重要作用。子载波的划分效果也会随着用户区分是否理想、对基站范围内的有效覆盖检测是否精准，频谱资源调度是否合理而发生改变。

（3）合理选用OTN+PTN联合组网的架构。为了满足5G网络带宽高、容量大、覆盖广、时延低、可靠性高以及智能化的需求，采用OTN+PTN联合组网模式不仅可以弥补PTN传送带宽较小的缺陷，对大颗粒业务的处理和超远距业务的传输，以及IP类业务的海量接人和多种不同的组合场景均提供了可靠保障。

基于5G的PTN网络架构如下图所示，其中UNI是指用户网络接口，SR-TP/SR-BE分别是指面向传送和面向尽力而为业务的分段路由。

4.2技术改革方法

（1）调整带宽配置方案。5G初期的业务主要以eMBB为主，基站会继续沿用4G-LTE基站的带宽配置方法，可能会出现由于CIR带宽配置过高引起PTN系统带宽不足的问题。因此要从两个方面调整带宽配置方案，一是扩容接入环带宽，二是降低基站CIR配置。扩容接入环带宽需要增加投资，建设周期也较长;而降低基站配置CIR带宽，基本无须变动现网，也不影响5G基站的开通，因此在5G初期可以采用降低基站配置CIR带宽的方法解决PTN系统带宽不足的问题。

（2）虚拟化网络资源。在信道化功能前提下，对网络资源进行虚拟抽象，将传送网络资源进行逻辑抽象分片，实现在一张物理网络上逻辑划分成多张独立的逻辑子网，且相互物理隔离，相对于PTN的MPLS-TP管道的软隔离，使其安全性更高，业务间的相干性更弱。

（3）优化PTN网络QoS性能。确保本地PTN网络的QoS安全性与稳定性，提高端到端的服务效率和质量。目前很多网络供应商开始使用5G网络，其站点变得非常密集，延长了本地网PTN设备，为了缩减网络资金，可将Diff-Serv技术投入其中。

5结语

综上所述，随着5G网络技术的快速发展，超密集网络，巨大的流量需求和超低延迟服务将对承载网络朝着层次化方向的发展提出更高的要求，因此PTN网络的调整已经迫在眉睫。为了解决承载网中5G演进的问题，本文通过PTN现网，指出除了要对已有网络架构进行完善，改变网络传输氛围，加大技术创新，符合智能化标准，还要能够支撑5G的高宽带高速率需求，实现PTN网络向灵活组网、大容量及扁平化的方向演进。