（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司， 濟(jì)南 250101）

PTN網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)研究*

遲柏洋，孫磊，強(qiáng)浩，宋珍珍

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司， 濟(jì)南 250101）

從提出和分析PTN網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀問(wèn)題出發(fā)，總結(jié)PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)對(duì)運(yùn)營(yíng)商的重要意義。通過(guò)研究PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)制，對(duì)不同技術(shù)方案、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，同時(shí)也提出了筆者自己的觀點(diǎn)和看法，提出了環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)配置方案建議，最后對(duì)環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)及PTN網(wǎng)絡(luò)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

PTN；環(huán)網(wǎng)保護(hù)；APS保護(hù)；隧道

隨著3G、LTE等無(wú)線側(cè)分組業(yè)務(wù)的日益增多，PTN網(wǎng)絡(luò)已面向全業(yè)務(wù)承載；隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，以PTN技術(shù)為基礎(chǔ)的城域傳送網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)高可靠性方面提出了更高要求。然而，現(xiàn)有的PTN保護(hù)技術(shù)不具備應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)多點(diǎn)失效的能力（如多點(diǎn)短纖），在此方面仍然沒(méi)有找到可靠、成熟的保護(hù)方案。因此讓PTN網(wǎng)絡(luò)像SDH網(wǎng)絡(luò)一樣，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)快速保護(hù)倒換應(yīng)對(duì)多點(diǎn)失效，一直是業(yè)界不斷研究和推進(jìn)的重要研究方向。

1 現(xiàn)有保護(hù)技術(shù)問(wèn)題分析

APS保護(hù)技術(shù)是一種針對(duì)MPLS Tunnel的管道性保護(hù)技術(shù)。源端設(shè)備通過(guò)周期性發(fā)送OAM檢測(cè)報(bào)文來(lái)檢測(cè)工作Tunnel是否發(fā)生故障。如果宿端設(shè)備在3個(gè)周期內(nèi)沒(méi)有接受到檢測(cè)報(bào)文，則認(rèn)為工作Tunnel發(fā)生故障，源宿端設(shè)備通過(guò)APS協(xié)議協(xié)商將業(yè)務(wù)切換到保護(hù)Tunnel，如圖1所示。

該技術(shù)方案標(biāo)準(zhǔn)成熟，配置簡(jiǎn)單高效、保護(hù)全面，且可以滿足50 ms倒換，因此成為現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用最廣泛的保護(hù)技術(shù)之一，然而該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也存在很多不足。

（1）線性ASP保護(hù)不具備抗多點(diǎn)故障的能力，如果工作和保護(hù)通道各有一處故障，APS保護(hù)將失效，如圖1所示。

圖1 APS保護(hù)多點(diǎn)故障失效圖

受電信運(yùn)營(yíng)商光纜管道資源的限制，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)匯聚環(huán)光纜與接入環(huán)光纜物理路由重疊的問(wèn)題，當(dāng)重疊部分光纜發(fā)生斷纖故障時(shí)，將導(dǎo)致匯聚環(huán)與接入環(huán)同時(shí)出現(xiàn)1點(diǎn)失效，如果2個(gè)故障點(diǎn)一個(gè)位于工作路徑，一個(gè)位于保護(hù)路徑，APS保護(hù)將無(wú)法滿足業(yè)務(wù)保護(hù)需求，所有業(yè)務(wù)將中斷。

（2）線性APS保護(hù)無(wú)法有效地控制故障影響范圍。由于線性APS保護(hù)為端到端保護(hù)，路徑中間任何一處故障都將導(dǎo)致業(yè)務(wù)端到端的整個(gè)倒換。當(dāng)多條通道共享路徑時(shí)，一旦共享路徑出現(xiàn)故障，所有Tunnel都會(huì)同時(shí)倒換，導(dǎo)致故障影響范圍擴(kuò)大，同時(shí)上報(bào)的大量告警信息也給故障定位和維護(hù)帶來(lái)了很多困擾。

2 PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案

由現(xiàn)網(wǎng)PTN保護(hù)技術(shù)遇到的問(wèn)題可以認(rèn)定，現(xiàn)網(wǎng)迫切需要一種易部署、易實(shí)施、節(jié)省投資的保護(hù)方案， PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2.1 環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案

2．1．1 G．8312方案

（1）方案描述：G.8132方案為每一條LSP設(shè)置一條與其方向相反的閉環(huán)路徑作為保護(hù)路徑。假設(shè)某業(yè)務(wù)入環(huán)位置為A，出環(huán)位置為D。

如圖2所示：業(yè)務(wù)正常工作是路徑為A≥B≥C≥D，工作路徑標(biāo)簽為A[W1]-B [W2]-C[W3]-D。

如圖3所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，B與C節(jié)點(diǎn)光纖斷纖時(shí)，由下游C節(jié)點(diǎn)向上游B節(jié)點(diǎn)發(fā)送APS請(qǐng)求數(shù)據(jù)分組，在規(guī)定周期內(nèi)未收到B點(diǎn)回復(fù)，C節(jié)點(diǎn)通過(guò)反向路徑向B節(jié)點(diǎn)發(fā)送倒換請(qǐng)求，同時(shí)C節(jié)點(diǎn)將業(yè)務(wù)接收端口切換到保護(hù)路徑端口，B節(jié)點(diǎn)收到倒換請(qǐng)求后將業(yè)務(wù)發(fā)送路徑切換至反向保護(hù)路徑路徑，切換后的業(yè)務(wù)路徑變?yōu)椋?/p>

A[W1]→B→B[P6]→A[P1]→F[P2]→E[P3]→D[P4]→C[W3]→D；

（2）方案局限性：該方案需要對(duì)每一條LSP配置保護(hù)路徑，其保護(hù)路徑數(shù)量與環(huán)上LSP隧道數(shù)量成正比，由于匯聚環(huán)、核心環(huán)業(yè)務(wù)較多，可能達(dá)到數(shù)百乃至上千條LSP，因此配置工作量大且復(fù)雜，對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)廣泛存在的雙環(huán)相交及雙環(huán)相切的情況也增加了配置難度；并且業(yè)務(wù)在保護(hù)倒換后存在迂回。

圖2 G.8312方案工作轉(zhuǎn)發(fā)路徑示意圖

圖3 G.8312方案保護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑示意圖

（3）方案優(yōu)點(diǎn)：該方案沒(méi)有像共享環(huán)網(wǎng)方案（見(jiàn)下文）那樣增加第三層標(biāo)簽，各節(jié)點(diǎn)設(shè)備能夠清楚的看到二層LSP標(biāo)簽，因此該方案對(duì)不同業(yè)務(wù)QoS有更好的支持；由于保護(hù)路徑是一對(duì)一的因此對(duì)OAM故障定位能夠做到更加精確。

2．1．2 共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案

（1）方案描述：該方案為每一個(gè)環(huán)創(chuàng)建共享的工作隧道和保護(hù)隧道，任何業(yè)務(wù)進(jìn)入環(huán)網(wǎng)都將在原有二層標(biāo)簽的基礎(chǔ)上被打上一個(gè)共享的工作環(huán)標(biāo)簽；此時(shí)業(yè)務(wù)標(biāo)簽數(shù)量為三層，分別為最內(nèi)層的PW標(biāo)簽、第二層的LSP標(biāo)簽以及第三層的環(huán)標(biāo)簽，各節(jié)點(diǎn)之間的環(huán)標(biāo)簽是不同的；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，相鄰節(jié)點(diǎn)根據(jù)APS請(qǐng)求進(jìn)行倒換，上游節(jié)點(diǎn)在故障發(fā)生后根據(jù)下游APS請(qǐng)求觸發(fā)倒換，倒換后業(yè)務(wù)被打上第三層共享保護(hù)環(huán)標(biāo)簽。共享環(huán)網(wǎng)方案轉(zhuǎn)發(fā)路徑如圖4所示。

（2）方案優(yōu)點(diǎn)：由于采用了共享的工作和保護(hù)隧道，環(huán)隧道數(shù)量與業(yè)務(wù)LSP數(shù)量無(wú)關(guān)，僅與環(huán)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量有關(guān)，環(huán)隧道數(shù)量大大減少，配置工作量也大大簡(jiǎn)化，更方便維護(hù)，易于快速部署和應(yīng)用。

環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由于需要處理的隧道數(shù)量較少，倒換效率更高。

由于增加了第三層環(huán)標(biāo)簽，該方案可以與現(xiàn)有APS保護(hù)共存，便于在現(xiàn)網(wǎng)平滑升級(jí)到環(huán)網(wǎng)保護(hù)，這一點(diǎn)也相當(dāng)難得。

（3）方案局限性：由于使用了三層環(huán)標(biāo)簽，在MPLS-TP標(biāo)注體系下，設(shè)備無(wú)法看到內(nèi)層LSP標(biāo)簽，所有業(yè)務(wù)都在共享隧道中轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)法實(shí)現(xiàn)分層QoS，對(duì)故障定位也不如G.8312方案更加準(zhǔn)確；保護(hù)倒換后業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)同樣存在迂回。

圖4 共享環(huán)網(wǎng)方案轉(zhuǎn)發(fā)路徑示意圖

2．1．3 方案對(duì)比總結(jié)

如表1所示，兩種保護(hù)方案都不見(jiàn)得是完美的解決方案，筆者認(rèn)為G.8312方案雖已被廢除，但其對(duì)QoS和故障定位的有力支持也不是完全沒(méi)有可取之處，相反的，筆者認(rèn)為在LSP隧道較少、帶寬較窄的接入環(huán)上反而可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮其QoS和故障定位精確的優(yōu)點(diǎn)，避免配置復(fù)雜的缺點(diǎn)，且接入環(huán)帶寬較窄，設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)、擴(kuò)展能力低，業(yè)務(wù)更容易出現(xiàn)擁塞，網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)QoS的有力支持，G.8312方案更能順應(yīng)這種需求，因此該方案可經(jīng)修改完善后作為補(bǔ)充方案寫入正式標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

共享環(huán)網(wǎng)方案在配置簡(jiǎn)單性、維護(hù)便利性、倒換效率、網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)等各方面均明顯優(yōu)于G.8312方案，雖然該方案也不是完美的，但其簡(jiǎn)單、高效的優(yōu)點(diǎn)明顯更能順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)最迫切的需求，因此該方案也將成為環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的主流方案。

表1 環(huán)網(wǎng)保護(hù)方案對(duì)比分析表

兩種方案在保護(hù)倒換后的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑都存在迂回，業(yè)務(wù)必須迂回到相鄰的故障節(jié)點(diǎn)后才能轉(zhuǎn)發(fā)到出節(jié)點(diǎn)，中間轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中數(shù)據(jù)可能已經(jīng)過(guò)了出節(jié)點(diǎn)，這將增加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。如要讓網(wǎng)絡(luò)更加智能的判斷出節(jié)點(diǎn)而減小時(shí)延，又需對(duì)網(wǎng)絡(luò)要引入各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)機(jī)制，各節(jié)點(diǎn)需獲取故障節(jié)點(diǎn)位置，這無(wú)疑又增加了方案實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度及網(wǎng)絡(luò)配置的復(fù)雜度，目前PTN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均通過(guò)靜態(tài)配置，且不具備動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)功能，減小迂回的方案不易于實(shí)現(xiàn)。

由此可見(jiàn)任何技術(shù)方案沒(méi)有優(yōu)劣之分，誰(shuí)更能順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)最迫切的需求誰(shuí)將成為最合適的方案。

3 環(huán)網(wǎng)保護(hù)部署方案建議

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中存在的多點(diǎn)短纖問(wèn)題，建議先在匯聚環(huán)引入共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)，在接入環(huán)配合線性APS保護(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)倒換，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，接入環(huán)啟用線性保護(hù)繞過(guò)故障節(jié)點(diǎn)，在匯聚環(huán)采用共享環(huán)網(wǎng)保護(hù)繞過(guò)另一個(gè)故障節(jié)點(diǎn)，完成業(yè)務(wù)的快速倒換。共享環(huán)網(wǎng)部署方案示意圖如圖5所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖5 共享環(huán)網(wǎng)部署方案示意圖

雖然PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但各廠家在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的具體實(shí)現(xiàn)上仍然存在很多差異，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步完善和統(tǒng)一，中國(guó)移動(dòng)也將適時(shí)推動(dòng)環(huán)網(wǎng)保護(hù)正式標(biāo)準(zhǔn)的確立。

在環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，簡(jiǎn)單、靜態(tài)的PTN網(wǎng)絡(luò)在以低廉的價(jià)格和簡(jiǎn)單高效的部署特點(diǎn)滿足全業(yè)務(wù)發(fā)展的同時(shí)，也越來(lái)越表現(xiàn)出不夠動(dòng)態(tài)智能的局限性，網(wǎng)絡(luò)方案的部署過(guò)度依賴方案本身的簡(jiǎn)單高效性，更加動(dòng)態(tài)智能的方案不易實(shí)施，這在未來(lái)可能將成為制約網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，因此PTN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備未來(lái)的演進(jìn)方向?qū)⒖赡芟蛑觿?dòng)態(tài)智能的方向演進(jìn)，屆時(shí)PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)還將有更新的發(fā)展。

[1] 王磊， 葉雯， 李晗， 等． 中國(guó)移動(dòng)PTN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和部署策略[J]． 移動(dòng)通信， 2010，34(17)：45-50．

[2] 郭凱， 孫濤． 實(shí)現(xiàn)高可靠的PTN環(huán)網(wǎng)保護(hù)[J]． 華為技術(shù)，2013(1)．

[3] 張俊華， 夏楠菲． 3G背景下城域傳送網(wǎng)PTN部署方案[J]． 通信管理與技術(shù)，2010(1)．

Research on ring protection of PTN

CHI Bo-yang, SUN Lei, QIANG Hao, SONG Zhen-zhen
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Ji'nan 250101, China)

This paper presented and analyzed the protection technology of Packet Transport Network (PTN) which means significant importance for operators. Through analyzing the advantages and disadvantages of different technical solutions and standards of PTN ring protection technology, an applied conf guration of PTN ring protection technology was proposed. The suggested conf guration will play an important role in the future PTN network.

PTN; ring protection; APS protection; tunnel

TN929.5

A

1008-5599（2014）11-0011-04

2014-11-02

國(guó)家973 計(jì)劃項(xiàng)目（No． 2013CB329102）；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No． 61372120，61271019， 61101119， 61121001， 61072057，60902051）；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助（No． IRT1049）。