面向NGB的广电PTN电信级以太城域网

1 引言

NGB的核心思路是要构建广电系统自有的，能承载各类广播电视、互联网和增值电信服务的网络，将今后国内主流的数字化媒体都集中在这一网络上，以取得三网融合的主导权。因此，NGB是广电三网融合的必由之路，是适合我国国情的三网融合的体系，这既是国家战略的要求，也是下一代广播电视网络建设的方向和目标。

从城域范围看，广电新承载网可以承载的业务包括：

(1)公共业务类：IPTV电视直播，互动点播业务，互联网接入，VoIP。
     (2)集团客户类：VPN专网，专线接入，视频监控，视讯会议。
     (3)内部应用类：内部OA，网络运营维护管理，视讯会议。

同时，广电新承载网的建设需要考虑循序渐进、逐步建设，可以分期、分批地建设，要求承载网络具备平滑升级能力，可持续建设，网络可运营、可管理。基于此，广电新承载网可能采用的技术包括：

(1)PTN技术：基于包交换，集合IP和MSTP技术优势的电信级以太网设备。
     (2)MSTP技术：基于电路交换技术的MSTP设备。
     (3)RPR技术：基于二层弹性分组环技术的电信级以太网设备。
     (4)其它技术，如业务类型较为单一场景下的CWDM技术、基于路由器、交换机的IP城域网技术等。

本文将从广电NGB业务承载需求特点和城域网技术演进的角度对广电面向三网融合全业务承载的城域网建设方案进行分析，重点说明在广电NGB架构中采用PTN方案建设广电宽带城域网的可行性和必要性。

2 广电主要城域网技术方案对比分析

传统的数据城域网实质上是以太网。传统以以太网为基础的数据网的不足包括：主要提供Internet服务，适合于"Best Effort"数据业务；支持QoS的能力不足，无法满足新业务对服务质量的要求；通过STP/RSTP或路由功能提供保护和恢复，保护时间几秒到几十秒甚至几分钟；对EPL，EVPL，EPLAN，EVPLAN等企业专网业务及视频，VoIP等实时业务支持能力弱；无有效的网络管理平台；传送延时、抖动较大，对视频和VoIP等实时业务的支持不好等。因此，单纯的以太网是无法承担目前和未来广电数据网或多业务网的重任的。针对以太网的不足，城域网络的演进方案包括增强型以太环网，波分复用，MSTP和PTN等。以下将代表未来城域网演进方向的主流电信级城域分组传送网PTN技术与其他技术分别进行对比分析和讨论。

2.1 增强型以太环网解决方案

IETF RFC3916定义了EAPS保护技术。EAPS严格来说并不是IETF推荐的标准，而只是一个备忘录，但由于其简单灵活的实现方式，已经成为事实上的增强型以太环网技术标准。EAPS保护技术已经被众多设备制造商实现，并衍生出多个私有技术，包括RRPP，ZESR，MSR等。核心思想都是基于标准MAC交换+改进的生成树算法+以太网故障检测机制+简单的环网控制协议。通过环网控制协议将物理的环破解成逻辑的链，并利用改进的生成树协议和MAC交换完成保护切换。针对广电三网融合的全业务承载，增强型以太环网解决方案存在以下缺陷：(1)不具备电信级的安全性；(2)以太环网不具备丰富的电信级OAM能力；(3)不具备多业务支持能力；(4)不具备灵活拓扑能力。

2.2 路由器解决方案

路由器主要应用于传统的数据通信领域，以高速上网HSI应用、企业网络、行业专网应用为主。高等级路由器则主要应用于骨干网络或城域核心节点。针对广电三网融合的全业务承载，路由器方案的主要缺陷包括：(1)电信级业务保护能力；(2)多业务支持；(3)图形化网管；(4)网络的可维护性；(5)电信级OAM能力：路由器缺乏基于硬件的OAM监控手段，仍然大多通过软件轮询方式，无法确保快速的故障检测以保证在50ms内完成网络保护，尤其是当大量的业务同时发生故障时；(6)成本：路由器在支持大量动态协议的同时，极大地增加了设备的复杂度，系统稳定性更难以保障，同等基本的路由器成本是PTN成本的1.5倍。

2.3 CWDM/DWDM解决方案

在城域网范围内，CWDM只能做到基于波长点对点的业务透传，波长有很多带宽空闲时，其它节点也不能用，带宽利用率很低，CWDM要实现保护需要增加比较贵的光通道判决模块；并且如果距离较远，CWDM也需要增加光放大器，这些都将导致成本增加，因此一般情况下CWDM解决方案在广电城域网范围内应该仅作为光纤资源紧张时的补充手段而不宜作为主要的全业务汇聚承载方案来使用。另外，从技术演进的角度，核心网波分技术正在向具备更灵活调度能力的OTN演进。对于一些特大型城域网，未来也可以考虑将具备光电综合调度能力的OTN底层承载网引入城域核心层，形成OTN+PTN的大容量城域网。

2.4 MSTP解决方案

MSTP继承了SDH的很多优点，例如组网灵活、可以支持环状、点对点、链状、网状等结构；多业务承载：支持以太网，ATM，TDM等业务；物理带宽：支持从155M~40Gbit/s的物理速率；保护倒换：支持完善的保护倒换机制，如SNCP，通道保护，复用段保护，保护倒换时间在50ms以内；对于TDM业务具有严格的QoS保证等。MSTP对TDM的支持很好，但是对数据业务支持还存在带宽扩展、分组业务统计复用能力支持等方面的不足。同时，MSTP由于以太网信号封装到VC处理，VC复用，VC交叉处理等，信号时延比PTN设备还要高。在三网融合全业务IP化发展的演进趋势下，MSTP解决方案正在向PTN方案演进。

3 城域网技术演进和广电电信级以太网

3.1 50ms保护倒换对于广电城域网络的重要性

SLA(服务水平约定)是业务提供商对重要客户，尤其是未来的政府、金融、外企等黄金客户的根本保障，通常会与客户签署带有索赔条款的合同文本作为SLA的约束。提供精细的SLA是网络竞争力的标志，网络是否具备足够好、足够精细的SLA是衡量核心竞争力的重要指标。SLA包括了服务的可用性、可靠性以及一些基本参数，服务的可靠性是其中最为关键的一点，在传统的传输网络中，50ms的保护倒换能力是基本的要求，是区别于各解决方案优劣的关键。广电传输网络作为未来业务的核心平台，将承载高清视频，VoIP等关键业务，同时将接入众多价值客户的专线与VPN，50ms级别的保护能力是对网络的基本要求。否则，由此带来的SLA能力下降，将造成未来的严重的通信故障以及大量的大客户收入损失和索赔。传统的数据通信网络技术采用包括双归属，生成树协议，MPLS快速重路由FRR等技术来提供业务和网络保护。这些技术的网络保护时间受业务流量模型和网络规模的影响，无法保证50ms的电信级保护倒换，是传统通信网络区别于电信级传输网络的一个主要缺陷。

3.2 建设广电电信级以太网

鉴于承载业务的不同，固网电信运营商由于用户数量巨大、业务类型繁多，因此，整网架构以路由型城域网为主，出口及核心均采用路由器组网，整网划分为核心层、汇聚层及接入层，功能划分明确，且在接入层就对普通公众用户及大客户进行区分及业务控制；对于广电运营商来说，承载的业务及用户数量相对较少，因此整网架构以交换型城域网为主，以交换机组网为主，层次简单，且对业务的控制及用户的管理功能在城域网核心层完成，而不在接入层。此外，广电运营商城域网的业务以视频为中心的多媒体业务流为主，故整网在链路及设备选择上更应该强调高性能、高带宽、低时延的数据转发。MEF定义的电信级以太网(CE)的5个基本特征是：标准化的业务、可扩展性、电信级OAM管理能力、严格的QoS和可靠性。这5个基本特征正好契合了广电三网融合NGB城域网的全业务承载需求，因此，广电的城域网特别适合采用以PTN为代表的电信级以太网技术来建设具有电信级业务能力保证的2层汇聚网络。

3.3 PTN为何会成为传输网的主流

(1)技术层面的分析

传统意义上，在物理媒介层(如光纤等)和来自客户的业务层之间存在的传送设备的功能结构是以固定的时隙交换，波长交换或者空分交换为基础的，现有的设备形态(如PDH，SDH/SONET，OTN，ROADM)均是如此。采用固定式交换的基本前提是业务是基于PSTN时代的64kbit/s基本单元，在现在分组化盛行的时代，显然不能很好地适应，由此导致技术上倾向于采用分组交换的交换/转发内核，同时依然符合ITU-T G.805传送网设备功能结构的一般要求，即PTN设备。PTN设备的接口速率除了传统的2M，155M，主要是千兆以太和万兆以太，因此可以明显降低每Mbit的传送成本，并且由于技术的进步，端口密度，设备容量体积比大大增加，而耗电量明显降低。

(2)网络运营的分析

现在运营商运维的网络主要以技术类型划分，如数据网，电信传输网，ATM网等，从广义上讲，每种类型都能承担一些特定类型业务的传送任务，但是因为每一种网络类型都是完全不同的技术和运维办法，分割了运营商有限的人力和资金。若开通某些业务如果需要跨过不同的网络，因为网络层次很多，维护甚至业务开通都会成为麻烦的问题，因此不可能把每种网络都建好管好，但彼时如果只建一种网络就会失去提供某些应用的可能，落后于竞争对手。PTN网络提供了一个性能最好，兼容以太，ATM，SDH，PDH，PPP/HDLC，帧中继各种技术的统一的传送平台，消除了网络建设类型的多样性，代之以接口类型的多样性，原有的网络设备，如ATM交换机，以太交换机，PDH光端机，可以通过PTN网络互联在一起，也可以被PTN的ATM接口，以太接口，PDH接口直接替换。

PTN技术的妙处在于完美地结合了数据技术与传输技术，来自数据方面的大容量分组交换/标签交换技术，QoS技术，来自传送的OAM管理，50ms保护和同步，可以使运营商的基础网络设施获得最大的技术优势，增强未来快速部署新应用的灵活性和降低成本，同时可以最大程度地利用现有网络，保护运营商的已有资产。因此，尽管MEF的电信级以太网定义仅从业务特征方面给出了全业务城域网的功能特征，从技术实现上看MSTP，PTN等都可以是电信级以太网的具体实现，但是从面向电信级融合IP业务承载的演进趋势分析，PTN是未来全业务城域网发展的必然选择。传送网从上世纪80年代SDH产生以来，其核心技术从没有像今天这样，发生如此大的改变。PTN技术完整地保持了传送网技术的核心精神，毫无疑问，PTN作为SDH传送网的继承者，在网络基础服务中将发挥基石作用。

4 采用PTN建设广电城域电信级以太网

4.1 PTN网络特点

PTN是业界经过多年的讨论后逐步得到认可的下一代传送平台。PTN是一个面向分组的、支持传送平台基础特性的网络解决方案。PTN不但要实现基于分组的节点交换，灵活的广播/组播，灵活QoS控制，GE/10GE的线路接口，还要能够实现端到端的通道管理、端到端的OAM操作维护、传输线路的保护倒换、网络平台的同步和定时，以及对TDM业务的Native处理。面向下一代多业务全IP的PTN网络的特点包括：继承传送网理念，保护主要是基于设备冗余设计(1+1电源、主控、交换、板卡硬件、东西向分离)和环形拓朴保护；保护倒换基于OAM，可以实现50ms内；业务面向连接，由网管预先配置，可以保证业务的时延和抖动，保护不引起网络震荡，业务故障可以快速判断和处理(指定路由，OAM)；业务带宽可预配置和预留，具有带宽控制功能，支持严格的CIR+EIR及QoS处理；支持同步网络，时钟传递；支持TDM和ATM多业务；支持网管系统管理与业务配置等。

4.2 基于PTN的广电城域汇聚建设方案

在广电城域网中，PTN技术主要定位于城域的汇聚接入层，解决以下需求：(1)多业务承载：高等级专线TDM/ATM以及今后的以太网业务、企事业单位和家庭用户的以太网业务；(2)业务模型：城域的业务流向大多是从业务接入节点到核心/汇聚层的业务控制和交换节点，为点到点(P2P)和点到多点(P2MP)汇聚模型，业务路由相对确定，因此中间节点不需要路由功能；(3)严格的QoS：TDM/ATM和高等级数据业务需要低时延、低抖动和高带宽保证，而宽带数据业务峰值流量大且突发性强，要求具有流分类、带宽管理、优先级调度和拥塞控制等QoS能力；(4)电信级可靠性：需要可靠的、面向连接的电信级承载，提供端到端的OAM能力和网络快速保护能力；(5)网络扩展性：在城域范围内业务分布密集且广泛，要求具有较强的网络扩展性；(6)网络成本(TCO)控制：广电网络覆盖范围广，节点众多，因此要求网络具有低成本、可统一管理和易维护的优势。

基于PTN的广电多业务城域网方案如图1所示。基于PTN的广电城域网的特点包括：一张网络提供所有业务；高达10G的分组承载技术，满足各种带宽需求；为双向改造提供了可靠的城域骨干；端到端的可靠QoS和流量管理；SDH级的50ms保护倒换；可以综合提供DTV，VOD，TSoC，Internet，数据专线业务，VoIP等业务。

     图1 基于PTN的广电多业务城域网方案

4.3 PTN方案关键技术

(1)数据转发机制：PTN的数据转发是基于标签进行，即由标签构成端到端的面向连接的路径。MPLS-TP采用20bit的MPLS LSP标签，是局部标签，在中间节点进行LSP标签交换。

(2)多业务承载能力：MPLS-TP采用PWE3的电路仿真技术来适配所有类型的客户业务，包括以太网，TDM和ATM等，采用VPWS支持以太网专线业务(包括EP-Line和EVP-Line)，采用VPLS支持以太网专网业务(包括EP-LAN和EVP-LAN)。

MPLS-TP继承了传送网的分层和分域架构，支持LSP，PW和段层(可选)3层，不同域之间通过NNI接口互连。

(3)OAM能力：PTN的OAM主要包括故障管理(故障检测、定位和通告)和性能管理功能。2008年7月，IETF72会议讨论了MPLS-TP的OAM，修改了OAM报文格式，引入ACH来实现与PW VCCV兼容。

(4)QoS机制：PTN的QoS主要包括流分类、流量管理、优先级标记、流量整形、队列调度和拥塞控制等。MPLS-TP主要采用E-LSP方式，即利用EXP字段的3bit(MPLS-TP标准已将EXP名称修改为COS)作为优先级标记，支持8个优先级；MPLS-TP的QoS通常分为3层：客户层，PW层和LSP层，可基于每层进行流量管理和调度。

(5)网络保护：在MPLS-TP保护方面，ITU-T的T-MPLS支持1+1和1：1线性保护(G.8131)以及Wrapping和Steering环网保护(G.8132)。

4.4 基于PTN方案的广电大客户专网专线业务

企业用户需求的增长和基础设施的更新换代大大推动了基于IP和分组技术的基础设施建设。信息化浪潮的一个重要表现是企业应用的IT化。在企业通过企业局域网、网关路由器、企业防火墙等数据通信手段日益实现IP化的情况(IToIP)下，企业内部信息化管理的日趋成熟正在发展更多的具体应用，带来了更多的企业互联需求。作为运营商网络运营收入的一个重要来源，广电NGB城域网除提供面向家庭用户三网融合Multiplay业务的承载之外，依据统一融合网络的发展趋势，也应能够基于其电信级传输能力提供大客户专网专线业务的统一承载。

传统的大客户专网主要的连接方式为MSTP或ATM。从边缘到核心，其业务接入体系包括大客户用户网络，大客户接入2层汇聚网络，MSTP/ATM承载网和城域网业务路由器等。其中，MSTP网络为企业互联用户提供独立的VC，如有不同的接入点在不同的MSTP环中，环间以TDM方式透传。而ATM专网则是以ATM交换为核心的上一代网络，面对日益分组化的大客户专网应用，ATM网络面临的主要问题包括：在E1和E3之间存在速率缺口；带宽不灵活；交换容量低；拓扑不够灵活；网络覆盖扩展性差；带宽扩展性差等，不能全面有效满足大客户IT化的多业务承载需求。针对现有电路交换技术存在的问题，电信级以太网CE是大客户专网发展和演进的合理选择。作为CE应用标准化和推广的重要组织，在企业大客户专网应用IP化的过程中，城域以太网论坛(MEF)发挥了重要的作用。MEF定义了以太网专网的标准服务，包括以太专线(E-Line)和以太局域网(E-LAN)等。随着ALL IP和全业务运营时代的到来，业界关于采用分组传送网(PTN)建设融合的运营商级城域数据网的技术选择已经基本达成一致。

(1)PTN企业虚拟专线

与传统的电路方式专线相比，基于PTN的以太网虚拟专线(EVPL)技术具有如下特点：支持多种速率：从10/100M到Gigabit，以64kbit/s为单位的速率调整；支持多种业务等级(EF，AF，BE等)；支持流量突发；支持按需选择保护或非保护；只占用所须的网络带宽等。

银行保险等金融大客户对专线的安全性要求非常高。而PTN E-LINE专线能够提供与传统的SDH电路或ATM PVC专线相同的安全等级。这是因为，E-LINE建立于一个有连接的网络。PTN不是采用广播桥接技术，而是采用与SDH和ATM PVC类似的方式建立连接：只要没有配置相应的MPLS-TP虚链路或TDM电路，信息就永远不会联通及扩散。此外，PTN专线网络在以下方面的实现也保证了分组专线能够提供可比于原电路专线的运营商级传送能力：基于MPLS-TP PTN技术的以太网专线网络是一个面向连接的网络，支持全程CAC(连接允许控制)，可以提供端到端的QoS保证；采用PTN技术可以实现专线链路的50ms保护倒换功能，从而在故障倒换过程中不对客户业务产生影响；PTN能够为用户故障定位提供便捷的手段：当专线任一处中断，将会有MPLS/PW/Ethernet OAM等OAM消息通知两端设备和网管，用户可以很方便找到故障点，并能发现分组包所经的路由，以及沿途的时延和误码情况。

(2)PTN企业虚拟专网

PTN采用MPLS VPN来实现企业的虚拟专网业务VPLS(Virtual Private LAN Service)。基于PTN的电信级多业务承载能力，VPLS企业专网继承了所有原电路专线的优点，如带宽保证、迂回路由、保护倒换等，使分组专网具有ATM一样的质量保证。与此同时，与传统的电路方式采用ATM/E1上行的企业路由器等方式相比，基于MPLS VPN的PTN虚拟专网为大客户提供以太网业务，可以显著降低网络的建设和维护成本。

现阶段，电路交换的MSTP或ATM网络能够基本满足大客户专线的承载需求，随着分组专线的规模进一步增加和成本的进一步降低，MSTP向分组传送平滑演进将是性价比最高的大客户高等级业务承载方案。为保护已有网络和设备投资，针对专线业务的需求与流量演进模式，可以采用PTN与传统ATM/MSTP联合组网，通过平行或分层建网的方式，逐渐完成从ATM/MSTP专线网络向PTN的演进，同时利用PTN CE的城域以太技术实现更广泛的专线网络覆盖和更灵活的拓扑应用。

5 结束语

作为三网融合推进工作的基础和核心之一，广电城域网的建设正在成为整个广电三网融合工作的一个重点。广电可以借鉴其他运营商的一些网络建设经验，同时也需要结合广电网络自身的特点选择合适的技术方案，从而建设一张最适合广电的全业务城域承载网络。针对广电分前端到总前端的汇聚、乡镇到县、县到市中心的汇聚应用，广电NGB全业务城域网的解决方案可以包括以下情况：

(1)如果网络中业务是纯IP业务流量，则建议采用PTN或RPR技术组网；
     (2)如果网络中业务除了IP业务流外，还有少量电路交换业务，则建议采用PTN技术来组网；
     (3)如果网络中业务除了IP业务流外还有在有较多的电路交换业务，则建议以PTN和MSTP技术来组网。

最后，从网络和业务演进来看，需要特别指出的是，在进行实际的城域网设计时，应区分省会级特大城市与典型中小城市情况分别考虑。前者可以依据"合理规划、适度超前"原则有选择地采用OTN+PTN方式组网；而后者的中小城市城域网业务控制节点会比较集中，在业务控制点到各分前端、在中心机房到县机房乃至乡镇广电机房必定会存在较大的城域汇聚层，更适合采用基于PTN的电信级以太网来实现融合业务的承载。