城域网环境下如何进行OTN和PTN联合组网

        城域网是一个开放和高度竞争的网络环境，受大量用户和各种应用驱动，城域网内部呈现业务类型多样化，业务流向流量的不确定性。本文首先分析全业务竞争环境下城域网面临的挑战，然后介绍传送网技术OTN和PTN的最新进展，最后讨论OTN和PTN联合组网方案。 

        关键词：5105020 综述网络分层光传送网（OTN）分组传送网（PTN）

        1. 前言

        为适应业务IP化和网络IP化的发展趋势，分组传送网（PTN）技术已作为城域传送网的主要发展方向。PTN技术具有丰富的OAM机制，完善多样的保护恢复能力，可有效满足基站、大客户等各类业务接入需求。而光传送网（OTN）技术为客户信号提供在波长/子波长上进行传送、复用、交换、监控和保护恢复的技术。在提供丰富带宽的基础上，增强了节点汇聚和交叉能力、组网保护和OAM管理能力，可以为大量GE、2.5Gbit/s、10Gbit/s甚至40Gbit/s等大颗粒业务提供传输通道。

        结合PTN和OTN技术优势，OTN和PTN联合组网模式凭借其IP业务接入、汇聚及灵活调度能力，将有利于推动城域传输网向着统一的、融合的扁平化网络演进，推进传送网向更加“睿智”的方向发展。

        2. 城域网现状挑战

        城域网环境下的业务IP化和大颗粒化趋势，首先导致带宽需求增大，城域网将由主要承载现有E1/STM-1 TDM业务逐渐转向承载FE/GE IP业务，单站点带宽由2M/155M向着100M/1000M发展。对于3G无线基站数量，由于商业区域对数据业务需求不同，会产生3G基站密集覆盖问题，3G基站数量约为2G基站的2倍。城域网技术需要由现有“以TDM电路交换为内核”向“以IP分组交换为内核”演进。

        在业务种类上，3G和全业务导致城域网不仅承载2G/3G语音和数据业务，还需承载集团客户和家庭业务。随着三网融合的进展，电信运营商和有线电视运营商业务互相渗透，通过全业务绑定及价格策略互相争夺客户，电信运营商通过超宽带城域网来提供IPTV业务。相对于带宽突发性强，对时延、抖动和丢包不敏感的数据业务，IPTV业务呈现下行流量大，对时延、抖动和丢包、保护等网络质量要求高。因此城域网需要扩大规模并考虑多业务统一承载，对于基站、集团客户、家庭宽带和IPTV等业务，需要合理选择组网技术，增强对于大规模数据业务的控制和管理。

        同时，由于TD-SCDMA系统，以及TD-LTE对于精确时钟和时间同步的需求，城域网需要提供更高精度的同步信号传送能力，应考虑端到端支持1588v2组网架构。

        3. 传送网技术的新进展

         PTN技术在传送网IP化发展中解决了带宽高效利用、QoS、高网络安全性、高精度时钟传送等需求，已经在现网中正式部署，在承载基站回传业务和集团大客户业务的功能、性能方面，得到了很好的实际验证。 

        在PTN技术的下一步发展中，首先考虑OAM的演进，国际标准重点讨论两种OAM解决方案：G-Ach+Y.1731和BFD扩展系列。考虑到G-Ach+Y.1731标准已较完善，产品成熟度高，现网升级难度小，采用此方案作为PTN设备功能实现的目标方案，若将来有BFD扩展系列的OAM需求，也可考虑引入。

       其次是对LTE业务承载的支持，LTE业务的S1 Flex和X2接口存在横向转发需求，LTE站点的带宽需求至少在200M以上。LTE回传网解决方案需要综合考虑技术成熟度、升级难度、建设成本和维护成本等因素，各种方案还需进一步验证和完善，目前的方案主要包括：

       接入、汇聚、核心PTN设备维持L2静态隧道，核心PTN设备通过CE路由器实现L3路由转发。该种方案产品成熟度高，L3支持好，但是在核心层存在两种形态的设备，成本较高，需跨专业维护。 

        端到端PTN组网，接入、汇聚PTN设备采用L2静态隧道，核心PTN设备升级支持L3 VPN。在核心层只有PTN设备，成本低，便于统一运维。目前PTN支持L3的标准有待于完善，产品成熟度待验证。 

        接入、汇聚、核心采用大容量传输设备（OTN/WDM）设备实现透传，核心传输设备通过CE路由器实现L3路由转发，该方案优势在于产品成熟度高，但是也存在核心层两类设备需跨专业维护的情况。 

        端到端采用动态IP技术组网，接入设备采用交换机，汇聚、核心设备采用路由器，这种方案中L3支持好，但是网管、OAM、时间同步性能有待进一步提高。 

        OTN技术则在2009年开始完成向“面向全业务承载”的转变，加强了对以太网业务的承载，OTN技术逐步完善对ODU0、ODU3e2、ODUflex、高阶/低阶光通道数据单元（HO/LO ODU）、通用映射规程（GMP）等技术方案的标准化，使OTN 满足了多业务承载的需求。ODUflex支持分组和CBR业务承载，可提供灵活可变的速率适配机制，使得OTN 能够更高效的承载包括IP 在内的全业务，最大限度提高线路带宽利用率，对ETH、FC、CPRI、GPON 等多业务接口具有更好的适配能力。同时，OTN也在研究具备分组调度能力，采用分组调度+OCH光交叉两级调度方式，或者是分组调度+ODUk电交叉+OCH光交叉的三级调度方式，以更好支持海量分组交换业务。

        在城域网OTN组网应用中，直接或间接面向来自基站、集团客户、家庭宽带和IPTV业务的需求。在核心或汇聚层面引入OTN组网，首先可以解决光纤紧张问题，避免某些跳段光纤瓶颈而导致业务难以开通；其次跨地区的业务快速而可靠开通，无需考虑大量长距离熔纤、跳光缆、测距等工作；在端口适配方面，OTN可把GE汇聚为10GE接口，有效解决部分BRAS/SR出GE端口，而CR出10GE端口的匹配问题；此外通过OTN的物理层保护，可解决扁平化过程可能遇到业务安全问题。

        OTN设备提供频率和时间同步，参与时间同步的传递，可减少建设专用时间传送网络的投资，减少BITS和时间源设备的数量，减少光纤资源消耗。目前OTN设备正在逐步实现同步以太功能完成全网频率同步，并在此基础上，通过OTN带内开销或者带外光监控信道（OSC）传递时间同步，从而实现OTN和PTN组网环境下端到端的频率同步和时间同步。

        5. PTN和OTN联合组网的考虑

        位于城域核心层面的OTN作为透明的传送平台，为汇聚层及接入层的PTN提供传送通道，两者之间是服务层和客户层的关系，相互独立。因此在业务层面，OTN和PTN是客户侧信号对接，为提高OTN线路侧的带宽利用率，OTN可以将PTN业务进行初步汇聚。根据实际网络环境，OTN对于PTN业务的汇聚存在不同的方式。

        在业务量大，覆盖范围大的网络环境中，城域网采用在汇聚层部署OTN网络，这样就存在一个接入/汇聚层的PTN网络和汇聚层OTN混合组网的场景。当3G基站归属多个RNC节点，在汇聚机房设置两套PTN汇聚设备，3G基站组成若干个GE PTN接入环，通过OTN汇聚环双挂接汇聚机房PTN设备，业务需在汇聚机房PTN设备做好分局向整合，汇聚成若干条GE/10GE链路通过核心层OTN连接业务平台侧PTN设备，形成基站接入、业务平台两层PTN网络结构。

        对于3G基站归属同一个RNC节点，3G基站组成若干个GE PTN接入环，双接汇聚节点PTN设备，汇聚节点PTN设备汇聚若干条GE链路，通过OTN汇聚环、骨干环双挂接业务平台侧PTN设备，多个PTN接入环通过汇聚节点PTN设备汇聚若干个GE链路，可节约OTN汇聚环的波道资源。

         6. 总结

        OTN和PTN作为新兴的技术，在光传送网演进领域发挥中流砥柱的作用。PTN和OTN联合组网模式需要进一步验证，包括例如设备互通性问题，时间同步互通问题，保护互通问题，端到端网管实现问题。OTN和PTN混合组网没有长时间大规模组网经验，在实际组网中两者互相影响、相辅相成，需要在规划建设时进行周密考虑，积累经验。随着技术的进一步成熟和发展，OTN、PTN技术的应用会迎来更加广阔的发展空间。（李允博）