1 引言
NGB的核心思路是要構建廣電系統自有的，能承載各類廣播電視、互聯網和增值電信服務的網絡，將今后國內主流的數字化媒體都集中在這一網絡上，以取得三網融合的主導權。因此，NGB是廣電三網融合的必由之路，是適合我國國情的三網融合的體系，這既是國家戰略的要求，也是下一代廣播電視網絡建設的方向和目標。
從城域范圍看，廣電新承載網可以承載的業務包括：
(1)公共業務類：IPTV電視直播，互動點播業務，互聯網接入，VoIP。
(2)集團客戶類：VPN專網，專線接入，視頻監控，視訊會議。
(3)內部應用類：內部OA，網絡運營維護管理，視訊會議。
同時，廣電新承載網的建設需要考慮循序漸進、逐步建設，可以分期、分批地建設，要求承載網絡具備平滑升級能力，可持續建設，網絡可運營、可管理。基于此，廣電新承載網可能采用的技術包括：
(1)PTN技術：基于包交換，集合IP和MSTP技術優勢的電信級以太網設備。
(2)MSTP技術：基于電路交換技術的MSTP設備。
(3)RPR技術：基于二層彈性分組環技術的電信級以太網設備。
(4)其它技術，如業務類型較為單一場景下的CWDM技術、基于路由器、交換機的IP城域網技術等。
本文將從廣電NGB業務承載需求特點和城域網技術演進的角度對廣電面向三網融合全業務承載的城域網建設方案進行分析，重點說明在廣電NGB架構中采用PTN方案建設廣電寬帶城域網的可行性和必要性。
2 廣電主要城域網技術方案對比分析
傳統的數據城域網實質上是以太網。傳統以以太網為基礎的數據網的不足包括：主要提供Internet服務，適合于“Best Effort”數據業務；支持QoS的能力不足，無法滿足新業務對服務質量的要求；通過STP/RSTP或路由功能提供保護和恢復，保護時間幾秒到幾十秒甚至幾分鐘；對EPL，EVPL，EPLAN，EVPLAN等企業專網業務及視頻，VoIP等實時業務支持能力弱；無有效的網絡管理平臺；傳送延時、抖動較大，對視頻和VoIP等實時業務的支持不好等。因此，單純的以太網是無法承擔目前和未來廣電數據網或多業務網的重任的。針對以太網的不足，城域網絡的演進方案包括增強型以太環網，波分復用，MSTP和PTN等。以下將代表未來城域網演進方向的主流電信級城域分組傳送網PTN技術與其他技術分別進行對比分析和討論。
2.1 增強型以太環網解決方案
IETF RFC3916定義了EAPS保護技術。EAPS嚴格來說并不是IETF推薦的標準，而只是一個備忘錄，但由于其簡單靈活的實現方式，已經成為事實上的增強型以太環網技術標準。EAPS保護技術已經被眾多設備制造商實現，并衍生出多個私有技術，包括RRPP，ZESR，MSR等。核心思想都是基于標準MAC交換+改進的生成樹算法+以太網故障檢測機制+簡單的環網控制協議。通過環網控制協議將物理的環破解成邏輯的鏈，并利用改進的生成樹協議和MAC交換完成保護切換。針對廣電三網融合的全業務承載，增強型以太環網解決方案存在以下缺陷：(1)不具備電信級的安全性；(2)以太環網不具備豐富的電信級OAM能力；(3)不具備多業務支持能力；(4)不具備靈活拓撲能力。
2.2 路由器解決方案
路由器主要應用于傳統的數據通信領域，以高速上網HSI應用、企業網絡、行業專網應用為主。高等級路由器則主要應用于骨干網絡或城域核心節點。針對廣電三網融合的全業務承載，路由器方案的主要缺陷包括：(1)電信級業務保護能力；(2)多業務支持；(3)圖形化網管；(4)網絡的可維護性；(5)電信級OAM能力：路由器缺乏基于硬件的OAM監控手段，仍然大多通過軟件輪詢方式，無法確保快速的故障檢測以保證在50ms內完成網絡保護，尤其是當大量的業務同時發生故障時；(6)成本：路由器在支持大量動態協議的同時，極大地增加了設備的復雜度，系統穩定性更難以保障，同等基本的路由器成本是PTN成本的1.5倍。
2.3 CWDM/DWDM解決方案
在城域網范圍內，CWDM只能做到基于波長點對點的業務透傳，波長有很多帶寬空閑時，其它節點也不能用，帶寬利用率很低，CWDM要實現保護需要增加比較貴的光通道判決模塊；并且如果距離較遠，CWDM也需要增加光放大器，這些都將導致成本增加，因此一般情況下CWDM解決方案在廣電城域網范圍內應該僅作為光纖資源緊張時的補充手段而不宜作為主要的全業務匯聚承載方案來使用。另外，從技術演進的角度，核心網波分技術正在向具備更靈活調度能力的OTN演進。對于一些特大型城域網，未來也可以考慮將具備光電綜合調度能力的OTN底層承載網引入城域核心層，形成OTN+PTN的大容量城域網。
2.4 MSTP解決方案
MSTP繼承了SDH的很多優點，例如組網靈活、可以支持環狀、點對點、鏈狀、網狀等結構；多業務承載：支持以太網，ATM，TDM等業務；物理帶寬：支持從155M~40Gbit/s的物理速率；保護倒換：支持完善的保護倒換機制，如SNCP，通道保護，復用段保護，保護倒換時間在50ms以內；對于TDM業務具有嚴格的QoS保證等。MSTP對TDM的支持很好，但是對數據業務支持還存在帶寬擴展、分組業務統計復用能力支持等方面的不足。同時，MSTP由于以太網信號封裝到VC處理，VC復用，VC交叉處理等，信號時延比PTN設備還要高。在三網融合全業務IP化發展的演進趨勢下，MSTP解決方案正在向PTN方案演進。
3 城域網技術演進和廣電電信級以太網
3.1 50ms保護倒換對于廣電城域網絡的重要性
SLA(服務水平約定)是業務提供商對重要客戶，尤其是未來的政府、金融、外企等黃金客戶的根本保障，通常會與客戶簽署帶有索賠條款的合同文本作為SLA的約束。提供精細的SLA是網絡競爭力的標志，網絡是否具備足夠好、足夠精細的SLA是衡量核心競爭力的重要指標。SLA包括了服務的可用性、可靠性以及一些基本參數，服務的可靠性是其中最為關鍵的一點，在傳統的傳輸網絡中，50ms的保護倒換能力是基本的要求，是區別于各解決方案優劣的關鍵。廣電傳輸網絡作為未來業務的核心平臺，將承載高清視頻，VoIP等關鍵業務，同時將接入眾多價值客戶的專線與VPN，50ms級別的保護能力是對網絡的基本要求。否則，由此帶來的SLA能力下降，將造成未來的嚴重的通信故障以及大量的大客戶收入損失和索賠。傳統的數據通信網絡技術采用包括雙歸屬，生成樹協議，MPLS快速重路由FRR等技術來提供業務和網絡保護。這些技術的網絡保護時間受業務流量模型和網絡規模的影響，無法保證50ms的電信級保護倒換，是傳統通信網絡區別于電信級傳輸網絡的一個主要缺陷。
3.2 建設廣電電信級以太網
鑒于承載業務的不同，固網電信運營商由于用戶數量巨大、業務類型繁多，因此，整網架構以路由型城域網為主，出口及核心均采用路由器組網，整網劃分為核心層、匯聚層及接入層，功能劃分明確，且在接入層就對普通公眾用戶及大客戶進行區分及業務控制；對于廣電運營商來說，承載的業務及用戶數量相對較少，因此整網架構以交換型城域網為主，以交換機組網為主，層次簡單，且對業務的控制及用戶的管理功能在城域網核心層完成，而不在接入層。此外，廣電運營商城域網的業務以視頻為中心的多媒體業務流為主，故整網在鏈路及設備選擇上更應該強調高性能、高帶寬、低時延的數據轉發。MEF定義的電信級以太網(CE)的5個基本特征是：標準化的業務、可擴展性、電信級OAM管理能力、嚴格的QoS和可靠性。這5個基本特征正好契合了廣電三網融合NGB城域網的全業務承載需求，因此，廣電的城域網特別適合采用以PTN為代表的電信級以太網技術來建設具有電信級業務能力保證的2層匯聚網絡。
3.3 PTN為何會成為傳輸網的主流
(1)技術層面的分析
傳統意義上，在物理媒介層(如光纖等)和來自客戶的業務層之間存在的傳送設備的功能結構是以固定的時隙交換，波長交換或者空分交換為基礎的，現有的設備形態(如PDH，SDH/SONET，OTN，ROADM)均是如此。采用固定式交換的基本前提是業務是基于PSTN時代的64kbit/s基本單元，在現在分組化盛行的時代，顯然不能很好地適應，由此導致技術上傾向于采用分組交換的交換/轉發內核，同時依然符合ITU-T G.805傳送網設備功能結構的一般要求，即PTN設備。PTN設備的接口速率除了傳統的2M，155M，主要是千兆以太和萬兆以太，因此可以明顯降低每Mbit的傳送成本，并且由于技術的進步，端口密度，設備容量體積比大大增加，而耗電量明顯降低。
(2)網絡運營的分析
現在運營商運維的網絡主要以技術類型劃分，如數據網，電信傳輸網，ATM網等，從廣義上講，每種類型都能承擔一些特定類型業務的傳送任務，但是因為每一種網絡類型都是完全不同的技術和運維辦法，分割了運營商有限的人力和資金。若開通某些業務如果需要跨過不同的網絡，因為網絡層次很多，維護甚至業務開通都會成為麻煩的問題，因此不可能把每種網絡都建好管好，但彼時如果只建一種網絡就會失去提供某些應用的可能，落后于競爭對手。PTN網絡提供了一個性能最好，兼容以太，ATM，SDH，PDH，PPP/HDLC，幀中繼各種技術的統一的傳送平臺，消除了網絡建設類型的多樣性，代之以接口類型的多樣性，原有的網絡設備，如ATM交換機，以太交換機，PDH光端機，可以通過PTN網絡互聯在一起，也可以被PTN的ATM接口，以太接口，PDH接口直接替換。
PTN技術的妙處在于完美地結合了數據技術與傳輸技術，來自數據方面的大容量分組交換/標簽交換技術，QoS技術，來自傳送的OAM管理，50ms保護和同步，可以使運營商的基礎網絡設施獲得最大的技術優勢，增強未來快速部署新應用的靈活性和降低成本，同時可以最大程度地利用現有網絡，保護運營商的已有資產。因此，盡管MEF的電信級以太網定義僅從業務特征方面給出了全業務城域網的功能特征，從技術實現上看MSTP，PTN等都可以是電信級以太網的具體實現，但是從面向電信級融合IP業務承載的演進趨勢分析，PTN是未來全業務城域網發展的必然選擇。傳送網從上世紀80年代SDH產生以來，其核心技術從沒有像今天這樣，發生如此大的改變。PTN技術完整地保持了傳送網技術的核心精神，毫無疑問，PTN作為SDH傳送網的繼承者，在網絡基礎服務中將發揮基石作用。
4 采用PTN建設廣電城域電信級以太網
4.1 PTN網絡特點
PTN是業界經過多年的討論后逐步得到認可的下一代傳送平臺。PTN是一個面向分組的、支持傳送平臺基礎特性的網絡解決方案。PTN不但要實現基于分組的節點交換，靈活的廣播/組播，靈活QoS控制，GE/10GE的線路接口，還要能夠實現端到端的通道管理、端到端的OAM操作維護、傳輸線路的保護倒換、網絡平臺的同步和定時，以及對TDM業務的Native處理。面向下一代多業務全IP的PTN網絡的特點包括：繼承傳送網理念，保護主要是基于設備冗余設計(1+1電源、主控、交換、板卡硬件、東西向分離)和環形拓樸保護；保護倒換基于OAM，可以實現50ms內；業務面向連接，由網管預先配置，可以保證業務的時延和抖動，保護不引起網絡震蕩，業務故障可以快速判斷和處理(指定路由，OAM)；業務帶寬可預配置和預留，具有帶寬控制功能，支持嚴格的CIR+EIR及QoS處理；支持同步網絡，時鐘傳遞；支持TDM和ATM多業務；支持網管系統管理與業務配置等。
4.2 基于PTN的廣電城域匯聚建設方案
在廣電城域網中，PTN技術主要定位于城域的匯聚接入層，解決以下需求：(1)多業務承載：高等級專線TDM/ATM以及今后的以太網業務、企事業單位和家庭用戶的以太網業務；(2)業務模型：城域的業務流向大多是從業務接入節點到核心/匯聚層的業務控制和交換節點，為點到點(P2P)和點到多點(P2MP)匯聚模型，業務路由相對確定，因此中間節點不需要路由功能；(3)嚴格的QoS：TDM/ATM和高等級數據業務需要低時延、低抖動和高帶寬保證，而寬帶數據業務峰值流量大且突發性強，要求具有流分類、帶寬管理、優先級調度和擁塞控制等QoS能力；(4)電信級可靠性：需要可靠的、面向連接的電信級承載，提供端到端的OAM能力和網絡快速保護能力；(5)網絡擴展性：在城域范圍內業務分布密集且廣泛，要求具有較強的網絡擴展性；(6)網絡成本(TCO)控制：廣電網絡覆蓋范圍廣，節點眾多，因此要求網絡具有低成本、可統一管理和易維護的優勢。
基于PTN的廣電多業務城域網方案如圖1所示。基于PTN的廣電城域網的特點包括：一張網絡提供所有業務；高達10G的分組承載技術，滿足各種帶寬需求；為雙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級的50ms保護倒換；可以綜合提供DTV，VOD，TSoC，Internet，數據專線業務，VoIP等業務。
圖1 基于PTN的廣電多業務城域網方案
4.3 PTN方案關鍵技術
(1)數據轉發機制：PTN的數據轉發是基于標簽進行，即由標簽構成端到端的面向連接的路徑。MPLS-TP采用20bit的MPLS LSP標簽，是局部標簽，在中間節點進行LSP標簽交換。
(2)多業務承載能力：MPLS-TP采用PWE3的電路仿真技術來適配所有類型的客戶業務，包括以太網，TDM和ATM等，采用VPWS支持以太網專線業務(包括EP-Line和EVP-Line)，采用VPLS支持以太網專網業務(包括EP-LAN和EVP-LAN)。
MPLS-TP繼承了傳送網的分層和分域架構，支持LSP，PW和段層(可選)3層，不同域之間通過NNI接口互連。
(3)OAM能力：PTN的OAM主要包括故障管理(故障檢測、定位和通告)和性能管理功能。2008年7月，IETF72會議討論了MPLS-TP的OAM，修改了OAM報文格式，引入ACH來實現與PW VCCV兼容。
(4)QoS機制：PTN的QoS主要包括流分類、流量管理、優先級標記、流量整形、隊列調度和擁塞控制等。MPLS-TP主要采用E-LSP方式，即利用EXP字段的3bit(MPLS-TP標準已將EXP名稱修改為COS)作為優先級標記，支持8個優先級；MPLS-TP的QoS通常分為3層：客戶層，PW層和LSP層，可基于每層進行流量管理和調度。
(5)網絡保護：在MPLS-TP保護方面，ITU-T的T-MPLS支持1+1和1：1線性保護(G.8131)以及Wrapping和Steering環網保護(G.8132)。
4.4 基于PTN方案的廣電大客戶專網專線業務
企業用戶需求的增長和基礎設施的更新換代大大推動了基于IP和分組技術的基礎設施建設。信息化浪潮的一個重要表現是企業應用的IT化。在企業通過企業局域網、網關路由器、企業防火墻等數據通信手段日益實現IP化的情況(IToIP)下，企業內部信息化管理的日趨成熟正在發展更多的具體應用，帶來了更多的企業互聯需求。作為運營商網絡運營收入的一個重要來源，廣電NGB城域網除提供面向家庭用戶三網融合Multiplay業務的承載之外，依據統一融合網絡的發展趨勢，也應能夠基于其電信級傳輸能力提供大客戶專網專線業務的統一承載。
傳統的大客戶專網主要的連接方式為MSTP或ATM。從邊緣到核心，其業務接入體系包括大客戶用戶網絡，大客戶接入2層匯聚網絡，MSTP/ATM承載網和城域網業務路由器等。其中，MSTP網絡為企業互聯用戶提供獨立的VC，如有不同的接入點在不同的MSTP環中，環間以TDM方式透傳。而ATM專網則是以ATM交換為核心的上一代網絡，面對日益分組化的大客戶專網應用，ATM網絡面臨的主要問題包括：在E1和E3之間存在速率缺口；帶寬不靈活；交換容量低；拓撲不夠靈活；網絡覆蓋擴展性差；帶寬擴展性差等，不能全面有效滿足大客戶IT化的多業務承載需求。針對現有電路交換技術存在的問題，電信級以太網CE是大客戶專網發展和演進的合理選擇。作為CE應用標準化和推廣的重要組織，在企業大客戶專網應用IP化的過程中，城域以太網論壇(MEF)發揮了重要的作用。MEF定義了以太網專網的標準服務，包括以太專線(E-Line)和以太局域網(E-LAN)等。隨著ALL IP和全業務運營時代的到來，業界關于采用分組傳送網(PTN)建設融合的運營商級城域數據網的技術選擇已經基本達成一致。
(1)PTN企業虛擬專線
與傳統的電路方式專線相比，基于PTN的以太網虛擬專線(EVPL)技術具有如下特點：支持多種速率：從10/100M到Gigabit，以64kbit/s為單位的速率調整；支持多種業務等級(EF，AF，BE等)；支持流量突發；支持按需選擇保護或非保護；只占用所須的網絡帶寬等。
銀行保險等金融大客戶對專線的安全性要求非常高。而PTN E-LINE專線能夠提供與傳統的SDH電路或ATM PVC專線相同的安全等級。這是因為，E-LINE建立于一個有連接的網絡。PTN不是采用廣播橋接技術，而是采用與SDH和ATM PVC類似的方式建立連接：只要沒有配置相應的MPLS-TP虛鏈路或TD
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