IPRAN 和OTN 技术在传输干线上的融合实现
作者：刘诗儒
来源：《中国新通信》 2020年第17期
【摘要】 随着5G和大数据时代的来临，大客户专线业务颗粒越来越大，如何快速响应已成为运营商面临的主要问题。IPRAN和0TN网络采用独特的网络技术，具有融合优势，十分符合未来高速率、大颗粒、快速接入运营的通信发展要求。本文分别介绍了IPRAN和OTN的主要技术特点，并阐述了山西联通干线网络对IPRAN网络和OTN网络的融合与应用。 【关键词】 IPRAN OTN UTN 融合
随着5G和大数据时代的来临，大客户专线业务颗粒越来越大，作为承载业务的传输平台，传输网面临着适应业务需求快速增长的压力：一是大容量高带宽的需求问题，二是业务的灵活、高效的配置。传送网不仅要保证大客户业务的带宽需求，还应满足其的服务质量需求。UTN和OTN技术融合组网就能够很好的满足各类客户的需求。
随着全省大客户核心调度设备的实施完成和大客户专线业务在UTN网络上规模承载，UTN网络将形成省级核心层设备、市级核心层设备、市区县城汇聚层设备、城区乡镇综合业务点设备、末梢接入单元完整的分层架构，具备端到端的大客户UTN智能专线开通能力。
一、IPRAN 的主要技术
IPRAN（IP Radio Access Network）网络主要是以 IP/MPLS 协议和技术为基础的能够满足移动承载业务的回传需求的无线接入网络。以下将分别介绍其关键技术。
1.1 MPLS 技术
kkkrr MPLS （multi-protocol label switching，多协议标签交换）是利用标签进行数据转发的，标签就是由报文的头部携带一个长度固定的短数值，位于帧头和报文之间。MPLS 使用标签来进行分组、封装、转发，把路由选择与数据转发分开，它为流量数据提供了目标、路由地址、转发和路由交换等能力。交换节点仅根据标签进行转发，而不再需要查路由表，节约了处理时间，是一种快速数据包交换和路由协议的技术体系。
1.2 MPLS VPN 技术
VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）是在公用的通信基础平台上提供私有数据网络的技
术，MPLS VPN技术是基于 MPLS 技术构建的VPN，实现跨地域、安全、高速、可靠的数据、语音、图像多业务通信将公众网可靠的性能、良好的扩展性、丰富的功能与专用网的安全、灵活、高效结合在一起。
MPLS VPN网络主要由CE、PE和P等3部分组成：
①CE（Customer Edge Router）：用户网络边缘路由器设备，直接与通信运营商网络相连，用户网络路由器、交换机，或一台普通主机等设备都可当成是CE设备。
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②PE（Provider Edge Router）：服务提供商边缘路由器设备，PE路由器连接CE路由器和P路由器，是最重要的网络节点，直接负责VPN业务接入。PE需要运行路由协议，同时还需要运行MP-BGP协议和MPLS协议。
③P（Provider Router）： 服务提供商网络中的核心路由器。P设备只维护PE 路由器的路由信息而不维护VPN相关的路由信息，负责基本MPLS转发。弹性钢
1.3 PWE3 技术
客流监测系统 PWE3（Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge）边缘到边缘的伪线仿真，是指在分组交换网络PSN中尽可能真实地模仿ATM、帧中继、以太网、低速TDM电路和SONET/SDH等业务的基本行为和
特征的一种二层业务承载技术。
PWE3是对Martini协议的扩展，建立端到端的通道，通道之间互相隔离，用户二层报文在PW间透传。PW连接建立后，用户接入接口和PW的映射关系就确定了；对于P设备，只需要依据MPLS标签进行MPLS转发，不关心MPLS内部二层报文内容。
1.4 OAM 技术
IPRAN 网络提供端到端的业务层面的 OAM（Operation Administration and Maintenance）机制，通过告警信息的实时监测，能够完成网络状态分析、告警监视和性能控制活动，实现故障分类、故障定位、故障管理，性能监测与分析、性能管理控制，保护机制、恢复机制，业务测试等功能。
二、OTN关键技术
OTN（Optical Transport Network，光传送网），是电网络与全光网技术融合的产物，以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网。OTN跨越了传统的电域和光域，继承了SDH和WDM的优势，是管理电域和光域的统一标准。OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。
2.1多种用户信号封装和透明传输
基于G.709的OTN帧结构可以支持多种用户信号的映射和透明传输，如SDH、ATM和以太网等。对于SDH和ATM可以实现标准封装和透明传送，但对于以太网，根据速率的不同又有所差异，对于10 GE业务在ITU TG.sup43 标准中对封装透传技术进行了补充说明，而对于GE、40GE、100GE高速以太网、接入层无源光网络(EPON)和专网业务光传输通道等，OTN 帧结构中预留了相应的标准化映射结构。
2.2大颗粒带宽的复用、交叉和配置
OTN定义的电层带宽颗粒为光通路数据单元(ODUk，k=0,1,2,3)，即ODU0(GE,1.25Gb/S)、ODU1(2.5Gb/s)、ODU2(10Gb/s)和 ODU3(40Gb/s)。光层的带宽颗粒为波长，其复用、交叉和配置的颗粒明显要大很多。相对于SDH的VC-12/VC-4的调度颗粒，OTN在电层和光层均具有更大的复用、交叉和配置颗粒，能够显著提升大带宽数据客户业务的适配能力和传送效率。
2.3强大的开销与维护管理能力
OTN定义了丰富的开销字节，使WDM具备同SDH类似的开销管理能力，OTN光通路(OCh)层的OTN帧结构极大增强了该层的数字监视能力。OTN还能提供6层嵌套串联连接监视(TCM)功能，可以实现嵌套、级联等复杂网络的监控。在OTN组网时，可以采取端到端或多个分段同时进行性能监视的方式，具有强大的维护管理能力。
2.4 增强了组网和保护能力
由于OTN帧结构、ODUk交叉能够使不同客户业务信号复用和透传，多维度可重构光分插复用器(ROADM)能够根据需要任意指配上下业务的波长，实现业务的灵活调度, 从而使OTN的组网能力极大的增强。而前向纠错(FEC)和EDFA(Erbium-doped Optical Fiber Amplifier)掺铒光纤放大器技术的采用，显著增加了光层传输的距离。另外，ODUk 的子网连接保护(SNCP)、共享环网保护、光通道和复用段保护等基于电层和光层灵活的业务保护功能,增加了光信号传输距离,丰富了光传输网的组网手段,提高了网络的安全稳定性。
三、应用实例
为了满足大客户专线业务发展需求，山西联通借鉴其他公司的成功经验，采用省内集中设置核心调度设备组网方式组建山西联通UTN（Universal Transport Network over Fiber）网，实现全省范围内跨地市大客户业务的收敛和转发。
3.1 UTN网络架构
拓扑图如下：
山西联通在太原一、二枢纽新建全省UTN核心调度设备2套（华为CX600-X8）， 本地传输网采用市级核心层设备、市区县城汇聚层设备、城区乡镇综合业务点设备的分层结构。实施省级UTN核心层设备的建设，实现全省大客户扁平化承载和跨区域调度，承载有全省性组网需求的大客户业务。
3.2 逻辑架构
CX600系列设备采用集中式路由引擎、分布式转发架构，在实现大容量转发的同时还可以提供丰富灵活的业务。其主要组成部件都支持热插拔。设备采用数据平面、管理和控制平面、监控平面相分离，系统架构逻辑框图如图所示：
数据平面完成报文数据的高效处理和交换。包括报文的封装与解封装、QoS与调度、转发与交换以及各种统计。
半带滤波器 控制管理平面是整个系统的中枢神经系统，能完成各系统的控制管理功能，包括信令和协议的处理、性能配置与维护管理等。
监控平面能完成对设备系统的环境监控，包括机房环境温度、电流电压监测以及风扇控制等，保证系统的安全稳定运行。
3.3 业务实现
山西联通大客户业务可以实现业务端到端的管理，简化运维，如下图所示，可以实现长距离、大颗粒、灵活多样的业务开通。对于采用PW+L3VPN的方式承载的业务，在对应的端口上使用PWE3伪线
仿真技术，将业务接入L3VPN后转发给核心网的PE设备，核心网的PE设备移除L3VPN报文头后，将业务报文转发至核心网设备，至此而完成业务的传送。对于L2VPN专线业务可视为二层点到点通道业务，采用多段PW的方式承载。当业务接人IPRAN网络的设备后，之间建立PW，从而完成业务流端到端的传送。由于二层通道不需要对用户的路由进行获取和处理，保证自身网络稳定的同时，也保证了用户路由的安全。
四、 维护管理要求
1、需对维护人员进行必要的专业知识培训，提高理论水平和操作技能。2、配置相应数量的传输仪表和传输维护用车辆，以满足本期工程维护需要。3、维护人员应了解工程网络拓扑结构、组网情况，
熟悉业务配置、波长分配、信号流向，熟悉维护范围内的设备运行状况，并定期维护工程文档等。4、对设备操作维护、障碍处理时严格遵守通信机房各种制度和规范流程，保证通信设备运行稳定可靠。
五、结束语
IPRAN作为当前承载网的主流解决方案，具备强大的三层和动态能力，并支持完善的端到端可靠性保护，可以很好地满足移动3G业务、LTE、固网大客户乃至IPTV业务的综合承载需要。通过IPRAN与OTN技术的融合建网，有效的解决了目前5G和跨区域大客户专线的需要，降低了运维难度和运营成本、提高资源利用率，能够实现业务、网络、控制、管理的融合。
参考文献
70sec [1] 陈曦. IPRAN技术浅析. 中小企业管理与科技(中旬刊) [J].2014-06-15.
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