PTN技术在高速公路通信系统中的应用

涂义根，熊首成

（1.江西省公路投资有限公司，江西 南昌 330000；2.江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

通信系统是高速公路机电系统的重要组成部分，通信系统以光纤数据传输系统为主，并发挥着各类数据传输通道及载体的重要功能。传统的MSTP 数据传输方式技术成熟，且使用率高，MSTP+RPR 技术作为MSTP 数据传输技术的完善形式，在当前高速公路通信系统中应用也较为广泛。但是其造价较高，也未完全摆脱MSTP 数据传输方式固定带宽限制，缺乏实用性。当前高速公路全部业务中，IP 业务带宽占比已经远超出传统电路业务，但是语音业务作为应急系统，所采用的通信技术很难灵活调用IP业务，为此必须重新构建高速公路传输网络体系结构，使其既可以面向传统语音业务接口，又具备统一处理平台，能有效支持大容量多业务应用。

1 PTN技术概述

PTN（Packet Transport Network）分组传送网以IP为内核，兼容TDM业务的技术可在统一分组转发平面承载不同业务，提升业务汇聚能力，并使网络管理及运维过程大大简化。PTN技术基于MPLS-TP协议，采用SDH 模式的端至端网络以支持现有网络平滑演进，该技术具备TDM ATM over Packet 业务接入及汇聚能力，并支持时钟同步及以太网端至端监管维护，对于多业务环境较为适用。PTN 设备功能结构详见图1。当前，高速公路IP 业务量已经远超出TDM 业务容量，IP 业务也有更高的安全保障要求。当前高速公路运行数据中实时图像占用带宽大，对网络传输的可靠性及延时要求高，为应对突发事件，还要求通信网络必须具备可扩充性，能灵活支持应急处置[1]。PTN 设备在IP 化的网络中主要定位于城域的汇聚接入层，以便解决RAN IP 化后基站FE 无线回传问题，PTN 设备同时承载全业务运营过程中高质量以太网IP 专线业务。PTN 技术以分组架构为基础，继承MSTP 理念、融合Ethernet 和MSTP 技术优势，属于下一代分组承载技术。

图1 PTN设备功能结构

2 技术比较

PTN 技术充分集成了IP 技术和SDH 技术优势，数据容量、数据统计及安全性方面均较为突出；PTN技术与SDH/MSTP 技术相比还增加了统计复用功能，便于不同场景带宽灵活分配；PTN 技术与IP 技术相比扩充了50ms 快速倒换功能及TDM 业务的承载能力。PTN 技术与其他高速公路常见通信技术的比较见表1。

表1 PTN技术与其他高速公路通信技术的比较

3 技术特征

在高速公路通信系统中应用PTN 技术，可充分利用该技术弹性通道、星形、低时延、低误码及低丢包的数据信息传输优势；在当前高速公路通信领域IP需求大量涌现但MSTP 网络也已大量部署，PTN 技术能与现有MSTP 设备实现良好互联，并有效承载TDM 业务，从而顺利过渡至全IP网络[2]。

然而，PTN 技术属于新兴技术，运营时间不长，相关标准及规范并不完善，可借鉴经验也较少，其在应用于高速公路通信系统方面还存在一定风险：PTN技术基于IP 技术内核，参考的是SDH 保护特性，必须预设保护路由器并留足恢复时间，随着网络层级的增加，其恢复速度必将减缓；IP内核采用类似SDH的网络管理模式，要求运维及管理人员必须同时掌握IP协议配置和SDH配置技术。

当前，PTN 技术已经在中国移动得到广泛应用，并伴随着中国移动的大量布网，该技术已在国内形成较为完整的产业链，这也为该技术在高速公路通信系统中的应用提供了运行基础。

4 PTN技术的应用方式

4.1 混合组网

高速公路通信系统中PTN 技术的接入方式依高速公路模式而不同，PTN 技术混合组网的应用方式主要根据公路运行状态，在原通信网络规模中接入PTN 通信网络系统，以使公路通信系统内两种及以上组网方式同时并存。而针对具体路段，也可采用特有的混合组网接入方式。此外，PTN 技术混合组网还适用于新建公路通信系统，进而得到基于SDH 的多业务传送平台MSTP组网应用形式，将PTN组网接入邻近的MSTP网络，以形成PTN+MSTP 的综合性高速公路通信系统。这种组网方式对于未进行干线搭建的公路网络较为适用，高速公路干线传输网的片区分中心主要通过汇总方式接入省中心，以便进行公路通信系统运行的统一规划指导，使通信传输和管理水平显著提升。这种混合组网方式有助于改进和规范原通信系统运营，便于PTN 技术的合理规划应用，推进高速公路通信系统的自动化与智能化。但是该组网模式在通信网络演进初期，要求系统中PTN设备必须具备兼容SDH的功能，这就使网络对IP业务的传送能力受到较大限制和弱化，且后期涉及大量业务切割和网络维护压力。所以，混合组网方式仅适用于干线网络初步建成且管理水平较高的省份。

4.2 独立组网

混合组网方式是在PTN 技术中引入MSTP 技术而得到的新功能，而高速公路通信系统中的独立组网方式则充分体现了PTN 技术独立运行优势。在这种应用方式下，高速公路通信以及后期的干线网络均采用PTN 技术与设备，单独搭建PTN 网络，仅凭PTN 技术独立完成。在独立组网过程中，通常先构建起PTN 网络，基于此，再构建分组传输平台和独立操作系统，以使通信系统内PTN 网络和MSTP 网络独立并行。这种高速公路通信系统独立组网方式结构功能清晰明确，运维管理简便，高速公路各通信区域均具备独立运行的通信系统，最终由省中心集中管理，使公路通信系统运行效率显著提升。

4.3 联合-双平面组网

当前国内高速公路通信系统中已经建立起MSTP通信网络，以现有MSTP 通信网络为依托，直接应用PTN 技术进行联合组网。根据高速公路通信需求，PTN 技术必须选择新的路段接入至新的路网内。联合组网方式与混合组网不同，联合组网方式下PTN 组网和既有MSTP 网络相互共存。随着我国高速公路建设规模的不断扩大，干线公路数量激增，PTN 设备量也随之增多，并大幅超出MSTP设备量，为此在联合-双平面组网过程中应积极推进PTN 技术应用，逐步取代原MSTP 通信网络，最终完全建成PTN 网络。这种组网方式在我国高速公路通信系统建设中应用最为普遍，也最为符合我国高速公路通信系统建设发展实际情况。

5 PTN技术在实例工程中的应用

5.1 工程概况

某高速公路全长90.893km，双向四车道设计，行车速度120km/h，本次通信系统建设项目起讫桩号K201+500—K285+870。该高速公路通信系统建设主要为公路运营监控、管理、收费等提供数据、语音、图像传输渠道，拟建通信系统主要为采用光纤数字传输及数字交换系统的全数字综合业务通信系统。该高速公路通信系统包括通信分中心和无人值守通信站二级管理体制。该公路与已建相邻公路共用通信、监控、收费，借用原语音交换及PTN6300 型OLT 设备，该设备无法与原MSTP方式组环，且网络稳定性不良，通信质量无法保证。PTN 技术的应用可以在保持原PTN 传输方式的基础上提升通信质量，提高接入网系统带宽容量，实现更多通信业务功能。

5.2 PTN技术的应用

5.2.1 PTN设计方案

（1）组网方案选择

该高速公路通信系统中应用的是PTN 技术，考虑到后期运行维护的便利性，其通信分中心整体通过PTN 组网，并采用中兴ZX-6300 及ZXCTN6.10 设备与之相配套，确保PTN 与组网充分融合。在分中心目前业务容量的基础上增设了两个GE 光接口，用于PTN传输网络之间的连接。该高速公路所包括的7 个通信站的通信传输业务类型均在以太网下得到进一步拓宽。

（2）数据传输通路

在PTN 技术应用于高速公路通信系统的过程中，数据传输通路必须结合PTN 技术进行规划。本工程中数据传输通路设计必须体现以下要点：①通信监控传输通路设计。此公路全段均安装有监控设备，PTN 组网的相关监控数据传输至通信站监控分中心，并利用数据光端机以及以太网的作用，最终传输至通信站总控中心；②收费系统数据传输通路。PTN技术处理通信站接入设备数据并汇总后通过收费系统接入以太网，将相关汇总后的数据全部上传至收费中心；③收费系统图像数据传输通路。通信系统内的编码转化功能可使图像信息转化为数字信号，在视频交换机及PTN 组网的协助下，图像数据通过以太网导入监控中心；④电源监控数据传输通路。高速公路通信站电源体系相对独立，其电源监控为通信系统正常运行提供支持，语音数据也通过相同方式转化为数字信号，借助以太网和PTN 组网上传至监控中心。

5.2.2 组网方式

考虑到该高速公路通信系统建设进程，并出于成本控制的需要，主要采取联合-双平面组网方式，也就是以现有MSTP 通信网络为依托，以业务需求量较大的新建路段为发起，从现有MSTP 通信网络模式开始按照“MSTP 网络→MSTP+PTN 联合组网→独立组网”的阶段实施[3]，最终实现全线路通信系统PTN改造。

Step1（2020—2023 年）：在这一阶段，对于新建路段构建PTN 接入网并选择PTN 设备，接入既有MSTP 干线网，以形成MSTP+PTN 的混合组网模式，这种结构下仍采用的是STM-16/64 网络，且高速公路干线PTN设备实际为SDH功能配置。

Step2（2024—2026 年）：随着现有MSTP 网络中新建PTN 接入网数量的增多，混合网内新建干线PTN设备量会逐渐超过既有MSTP 设备量，此时应在PTN设备中另设光缆，从而单独组成PTN 干线GE/IOGE 环网，并加载MPLS-TP 协议，以便对IP 业务端至端透明传输提供高质量电信级保护。

Step3（2027—2029 年）：随着路段既有MSTP 设备的改造及新建干线PTN 设备对既有设备的替代，原MSTP 设备将彻底改造为PTN 设备，至此，高速公路通信系统全部实现PTN改造。

5.2.3 PTN技术应用中需注意的问题

PTN 分组传送技术中MPLS-TP 架构/功能及互通标准将更加完善，并同时会获得Control Plane、OAM等标准支撑。建议采用单独组网的方式将PTN 技术引入本地网，MSTP为以TDM 业务为主的2G等服务，并以PTN 技术为MSTP 双平面，以IP 为主，为TD 网络提供相关构建服务；骨干及汇聚节点等均通过2.5G光纤互通，完成IP 数据业务等的处理。考虑到早期MSTP 组网光缆网处于基本完成状态，且单节点或跨节点带环，环节接入点普遍较多，带宽不足，时隙混乱，因此，PTN 组网过程中必须重点关注标签规划、业务规划及带宽预留，控制节点数量以及充分满足多业务接入需求，采用汇聚环布局。

6 结语

随着高速公路通信系统建设要求的不断提升，全业务需求不断增加，PTN 组网技术能更好地满足现代通信网传送需求，成为通信技术发展的一个重要趋势。随着该技术的不断发展以及应用领域的拓展，PTN 设备也不断改进，不可否认的是，良好的组网系统对通信网络运行的稳定性、通畅性十分重要。高速公路通信系统中应用PTN 技术体现出了显著的优势，科学合理的PTN 技术运行方案是保证高速公路通信系统规范、高效、稳定运行的前提，PTN 技术可以独立组网运行，也可以和通路既有MSTP 通信系统联合组网，逐步取代MSTP 通信，有效规避该技术全面介入的风险；PTN 技术所具备的弹性通道还能拓宽高速公路通信系统服务领域，并保证公路通信系统始终处于最佳运行状态。

未来，在全国高速公路城域网核心层、汇聚层及接入层均会实现PTN 独立组网，为此，应将高速公路网通信同城设计核心层利用PTN 组网视为研究开发重点，不断开拓PTN 技术在工程应用中的新领域，为高速公路通信系统的升级完善提供参考借鉴。