PTN多种保护方式

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中国移动的IP化进程正逐步加快，移动IP化的进程可以分为几个阶段：首先是移动通信业务的IP化，之后是使移动通信网络向分组化演进，最后实现移动通信网络的全IP化。中国移动在早期确定发展TD-SCDMA(下简称TD)以后，围绕如何承载TD、基站IP化以及时钟同步的网络改造工作已经展开。与移动业务网络的IP化相对应，中国移动承载网络逐步从核心到接入实现端到端全IP化，PTN分组传送网是中国移动已经确定的城域网技术。

PTN传送网保护方式

PTN全网端到端保护方式

PTN网络作为一张完整的端到端的承载网，可分为网络内部保护和网络边缘保护，网络边缘保护又包括基站侧对接保护和RNC侧对接保护。

PTN网络中所涉及的保护技术有TPS保护、LAG保护、LMSP保护、APS保护等。其中TPS保护、LMSP主要用于PTN网络与GSM网络的对接。LAG保护、APS保护主要用于PTN网络与TD网络的对接。

随着TD网络分组化、IP化后，NodeB侧的Iub接口以FE/GE接口为主，RNC侧的Iub接口以GE接口为主，因此在移动backhaul IP化传送需求下，目前汇聚层中心节点的PTN设备与RNC连接存在多种方式。

模式一：各汇聚点直达落地子架

本模式中，在核心局内设置两个调度PTN，四个落地PTN。局内共8个RNC，分为两组，4个RNC一组，每组由两个PTN落地子架负责业务落地。各汇聚节点PTN设备通过OTN 10GE通道直达各落地子架。此种组网模式适用于网络规模小，全网汇聚节点数量较少的网络。

模式二：各汇聚点通过调度子架后到达落地子架

本模式中，每个RNC所在核心局内设置两个调度PTN，四个落地PTN。将局内8个RNC分组，4个RNC一组，由两个PTN落地子架负责每组业务落地。调度PTN负责落地子架与核心汇聚设备之间的业务调度。此种组网模式适用于网络结构复杂、业务量较大的网络，例如省会城市。

LAG保护技术

目前一个GE口中可能承载大量的基站业务，光口/单板失效影响面很大，因此对GE光口/板本身的保护是很有必要的，要求在GE光口/板失效时，业务可得到完全的保护。

PTN设备与RNC之间GE光口连接的保护方式主要有板内光口保护、板间光口保护和不同设备间光口保护。目前主要采用板间光口保护的方式，不建议采用板内保护方式。不同设备间光口的保护还有待进一步测试以确认可行性。

以太网LAG保护可以实现端口的负载分担和非负载分担。链路没有主备之分。系统可以实现跨板LAG保护和板内LAG保护，任何一个链路故障，业务报文会分发到其他链路传送。

LAG保护的优势在于：增加链路带宽；提高链路可靠性；当一条链路失效时，其他链路将重新对业务进行分担；流量分担到聚合组的各条链路上。

PTN网络内部保护机制

类比于SDH的低阶通道层、高阶通道层、复用段层，PTN的分层模型可分为以下三层。

TMC（T-MPLS Channel）：提供T-MPLS传送网业务通路，一个TMC连接传送一个客户业务实体。相当于SDH的低阶通道层，VC12级别。

TMP（T-MPLS Path）：提供传送网连接通道，一个TMP连接在TMP域的边界之间传送一个或多个TMC信号。相当于SDH的高阶通道层，VC4级别。

TMS（T-MPLS Section）：可选的TMS提供段层功能，提供两个相邻T-MPLS节点之间的OAM监视。相当于SDH的复用段层，STM-N级别。

PTN的保护倒换技术

PTN的MPLS Tunnel 1+1和1:1保护是基于TMP层的保护倒换机制。

主要包括无协议的1＋1方式和基于协议的1:1/1:N方式，可以对端到端路径或者端到端路径上的每个区段（节点或链路）进行保护，其中1＋1和1:1为独享保护，1:N为共享保护。

采用1＋1时，工作路径和保护路径都承载业务并采用双发选收的模式，类似MSTP的SNCP保护原理。其保护路径不能承载业务。

PTN的环网保护是基于TMS层的保护倒换机制。

环网保护是基于协议的区段共享方式。一般对环网上的每个区段分别做保护，不同区段的备用路径可以共享。

由于环网保护为共享方式，在资源利用率方面比1＋1和1:1线性保护更有优势，因此在各种保护方式成熟情况下，应优选环网保护。

1:1 LSP保护 确保落地安全

PTN的保护机制日趋完善，在很多城市得到广泛应用。现以某大型省会城市为例，介绍PTN网络中针对基站回传业务的端到端的保护。该城市PTN传送网由OTN设备和PTN设备混合组网构成，由OTN担当骨干层，实现对业务的转接调度功能，PTN层面仅完成基站回传业务的汇聚。

全网包含了现网的4个枢纽点、12个市区的汇聚节点，组建了OTN的核心调度环、PTN的汇聚转接环、汇聚环和接入环。组网结构图如图1所示。

该PTN网络采用类似于SDH网络中的全程SNCP保护方式，自基站PTN接入设备发起，经接入环、汇聚环以及OTN核心骨干层所承载的10GE通路，至核心节点PTN交叉落地设备，全程建立主备LSP路由各1条，同时保证在途经各环路及OTN通路上全程不同路由。该业务开放模式通过业务层面的1:1LSP保护及核心骨干层上叠加的OTN线路侧OLP保护，一方面可防止除基站与PTN交叉落地设备外的任何单端设备失效，另一方面可实现核心骨干层与汇聚接入层各一处断纤的保护。该模式下，因为业务是全程1:1 LSP配置，网管OAM能力强，故障定位速度快，业务安全性有保障，劣势是业务的终结在交叉落地设备上，而PTN设备所能支持的LSP业务数量有限，因此交叉落地设备压力比较大。

PTN环网保护技术的新方向

　　随着无线侧分组业务的日益增多，PTN正逐步替代SDH成为新一代移动承载网，SDH的环形拓扑组网也被继承下来，成为PTN的主流组网形式。与之相应地，环网保护技术以其可靠、丰富的保护特性，多年来在PTN领域也一直为业内所追求。

　　1、线性APS保护方式的不足

　　PTN在中国移动已经商用4年多，现网保护方案采用最多的是线性APS 1:1/1+1技术。线性APS有两条独立通路，可以进行端到端的保护和倒换。作为一种端到端保护方式，线性APS以其规划配置简单、能满足电信级50ms倒换时间要求，很快得到了推广。但在实际应用中，也暴露了该技术的一些不足。

　　APS路径需要提前规划，以确保工作和保护路径不能有重叠，否则在重叠段出现故障后，整个APS保护将失效。此工作增加了维护人员的负担。

　　线性ASP保护不具备抗多点故障能力，如果工作和保护通道各有一处故障，APS保护将失效。

　　线性APS保护无法有效地控制故障影响范围。由于线性APS保护为端到端保护，路径中间任何一处故障都将导致业务端到端的整个倒换。当多条通道共享路径时，一旦共享路径出现故障，所有Tunnel都会同时倒换，导致故障影响范围扩大，同时上报的大量告警信息也给故障定位和维护带来了很多困扰。

　　环网技术应运而生

　　线性APS保护存在的上述不足，带来PTN运维人员在实际维护中的诸多困扰，现网迫切需要一种更为可靠、便捷、实用的保护方案，PTN环网技术正是在这样的背景下，应运而生。

　　2.1、国内PTN环网技术标准进展

　　环网技术最早起源于ITU-T 开发的T-MPLS标准。该标准中的G.8132 草案定义了T-MPLS环网wrapping保护技术，但在多环、标签分配机制等方面均未定义，标准很不完善。该草案已于2008年2月被ITU-T废除，其中就包括了MPLS-TP的环网标准，后续再也没有启动相关研究。

　　2008年4月，ITU-T和IETF成立联合工作组（JWT），并由IETF主导开发MPLS-TP协议。截至目前，MPLS-TP协议体系中的环网标准尚未正式确定。

　　而在国内，环网标准发展取得一定进展。2012年1月，CCSA完成《PTN总体技术要求》和《分组传送网（PTN）设备技术要求》规范定义，其中环网保护同时为《PTN总体技术要求》和《分组传送网（PTN）设备技术要求》定义的重要功能。

　3、规范定义的三种环网技术方案

　　《分组传送网（PTN）设备技术要求》包括了3个环网方案，分别定义如下：

　　无环方案（G.8132方案）：每条LSP在经过的每个环上各建立一个闭环的保护LSP。该方案没有利用环层业务标签，所有业务基于LSP转发、倒换。其本质上就是LSP的线性保护在环型拓扑上的应用。

　　半环方案（只有保护路径配置环通道）：每个环配置一个保护通道，该方案需要全环业务标签相同。 出现故障后，所有业务都通过该保护通道承载。正常工作时基于业务通道转发，出现故障时基于环通道倒换，倒换后基于环通道转发。

　　全环方案（工作和保护路径都配置环通道）：业务的转发和保护倒换均基于环通道。

　　3.1、三种方案对比分析

　　无环方案：

　　该方案对资源消耗极大，需要的环标签数量与业务数量成正比，当业务数量多的时候，需要的标签也需相应增加，对资源消耗也相应增加。该方案基于G.8132，原理和APS保护方式类似，需要为业务配置工作和保护Tunnel。当Tunnel穿过多个环时，需要每个环为Tunnel配置一条保护通道。一层业务标签既要标识下环点，又要标识业务，且需要为每条业务单独配置保护，当业务量较大时，配置工作将会十分复杂。

　　该方案与原有的LSP APS线性保护不能同时使用，从无环网保护向有环网保护的切换过程中，原有的LSP保护关系需删除重新配置，切换时网络存在较大安全隐患。

　　半环方案：

　　该方案的实现方式和MPLS标准定义有一定矛盾。该方案要求整环分配相同标签，但MPLS标准定义中每个设备标签分配是独立的，这样按照标准就无法保证环中两个节点分配相同的标签。

　　该方案会引起整个网络的业务承载能力严重下降。按照MPLS标准定义，系

　　统需要保证分配出去的每个标签值都有唯一确定的含义，即整个平台使用统一的标签资源。每台设备都有一定的标签空间，核心层、汇聚层设备标签空间大于接入层设备的标签空间。如果要求大标签空间设备和共环的小标签空间设备使用相同的标签，大标签空间设备就需要迁就小标签空间设备的标签容量，从而使整个网络的业务承载能力严重下降。

　　全环方案:

　　该方案特征为环和业务独立处理。上环和下环点处理Tunnel，中间节点不感知Tunnel，业务直接根据LSP标签转发。环通道标签独立于业务标签，它标识业务的下环点，内层LSP标签通知下环点如何处理和转发业务。设备分配的环网标签仅与环网节点数相关，与业务无关，由于节点数远小于业务数，因此可以大量节省设备资源，配置工作量也相应大量减少。

　　该方案可与现网LSP APS线性保护相耦合，便于现网设备升级。全网方案增加了环LSP层，该层独立于Tunnel LSP、PW层之外。该全环方案可以与原有的Tunnel LSP APS/PW APS保护共存，用户可以根据需要在不删除原有LSP/PW保护的情况下增加环网保护，不影响原有配置。两种保护相互配合，更大程度提升了网络可靠性。

　　从以上的理论分析不难看出，全环保护方案无论从MPLS标准满足度、配置复杂性、与现网APS保护技术耦合性等方面都要优于无环和半环方案。现阶段全环保护技术在中国移动的试商用正逐步展开，全环方案在东莞移动已经完成了现网验证。

　　4、业界首个全环保护技术现网应用成果显著

　　日前，广东东莞移动完成了业界第一个基于全环的环网保护方案现网应用，效果显著。

　　该方案涵盖了现网的各种情况，包括单环、相切环、相交环等环网场景，以及环网保护+APS保护叠加场景，比如汇聚环+APS，接入环和汇聚环+APS、核心环和汇聚环+APS等，其中华为应用场景最全面，效果最好，其相交环应用场景为业界首次。在本次现网应用中，全环保护方案表现优异：E2E倒换时间最大为37ms，满足电信级50ms倒换需求；带宽利用率为50%，等效于APS保护的带宽利用率；关键节点掉电重启和链路故障回切0丢包。

　　全环保护方案的优异表现，增强了广东移动对新一代环网保护技术的信心，事实证明全环的环网保护方案已完全满足现网应用需求。相对于G.8132技术，全环的环网保护方案在业务规划难度、配置维护效率、资源利用率等方面已全面领先。

　　总结

　　基于理论分析和现网应用情况可以看到，新一代环网保护方案能够切实的帮助运维人员实现降低业务规划难度、减少维护工作量，提高网络可靠性，已经具备了现网商用能力。

　　在今后的中国移动PTN网络建设中，新一代环网保护方案具备高可靠、易部署、适配场景广泛等特点，必将成为中国移动PTN网络最基本的业务保护方式，实现现网PTN业务更稳定、更可靠的运行。