城域網(wǎng)典型架構(gòu)及LTE承載演進(jìn)探討

楊斌，劉海濤，高樂(lè)文

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司黑龍江分公司, 哈爾濱 150080）

1 前言

LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今，回傳技術(shù)選擇、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式、網(wǎng)絡(luò)互通方案、核心層組網(wǎng)技術(shù)選擇等相關(guān)課題研究均取得一定成果。網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向日趨明朗，相關(guān)產(chǎn)業(yè)軟、硬件模型也日趨成熟。取得這些成績(jī)的同時(shí)，LTE的大帶寬帶給城域網(wǎng)的承載壓力也迅猛增加?，F(xiàn)有的城域網(wǎng)的承載瓶頸在哪里？如何演進(jìn)才能適應(yīng)LTE的高帶寬的需求？怎樣才能將現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)影響降到最低？這些都是本文將要關(guān)注的核心問(wèn)題。

2 PTN城域網(wǎng)典型架構(gòu)

PTN城域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已多年，傳輸網(wǎng)基本實(shí)現(xiàn)PTN全覆蓋。PTN城域網(wǎng)典型架構(gòu)包括核心層、匯聚層、接入層3層主要結(jié)構(gòu)。詳見(jiàn)圖1城域網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)圖。

2.1 核心層

核心層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部細(xì)化為兩層結(jié)構(gòu)，局間調(diào)度層和局內(nèi)調(diào)度層。

圖1 城域網(wǎng)典型結(jié)構(gòu)圖

局內(nèi)調(diào)度層設(shè)備安裝在各核心局內(nèi)，通常每局由一對(duì)設(shè)備構(gòu)成。該設(shè)備向下通過(guò)核心層OTN網(wǎng)絡(luò)與各局間調(diào)度設(shè)備連接，向上與本局落地設(shè)備連接。主要功能為區(qū)分2G、TD-SCDMA、數(shù)據(jù)、動(dòng)環(huán)等業(yè)務(wù)類型，將不同類型業(yè)務(wù)輸送至相應(yīng)落地?cái)U(kuò)展設(shè)備。

局間調(diào)度層由各核心局PTN設(shè)備環(huán)網(wǎng)構(gòu)成，在網(wǎng)絡(luò)中起到承上啟下的作用。向下與匯聚層設(shè)備連接，向上與各核心局局內(nèi)調(diào)度設(shè)備連接。主要功能為對(duì)匯聚層上傳的業(yè)務(wù)在各核心局之間進(jìn)行疏導(dǎo)和調(diào)度。

2.2 匯聚層

匯聚層建設(shè)目前有兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)供參考，傳統(tǒng)匯聚環(huán)組網(wǎng)和區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)。

2.2.1 傳統(tǒng)匯聚環(huán)組網(wǎng)

在業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)選取若干節(jié)點(diǎn)作為接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)，安裝10 GE PTN設(shè)備，根據(jù)光纜路由等實(shí)際情況形成10 GE環(huán)路，10 GE PTN匯聚環(huán)雙節(jié)點(diǎn)上聯(lián)至核心匯聚節(jié)點(diǎn)。接入環(huán)跨接至接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)，通過(guò)此匯聚環(huán)承載接入層業(yè)務(wù)。

2.2.2 區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)

在業(yè)務(wù)區(qū)域內(nèi)選取若干節(jié)點(diǎn)作為區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)，安裝10GE PTN設(shè)備和OTN設(shè)備。區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)之間組建匯聚層OTN系統(tǒng)環(huán)，OTN系統(tǒng)環(huán)雙節(jié)點(diǎn)連接至核心匯聚節(jié)點(diǎn)。每個(gè)區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)配置10 GE波道分別連接至對(duì)應(yīng)核心匯聚節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本節(jié)點(diǎn)10 GE PTN設(shè)備與對(duì)應(yīng)核心局的局間調(diào)度層設(shè)備直連，形成匯聚容量“V字型”上發(fā)結(jié)構(gòu)。接入環(huán)雙上連跨接至區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)。

區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)方式較傳統(tǒng)匯聚環(huán)組網(wǎng)有如下明顯優(yōu)勢(shì)：節(jié)省匯聚層光纜資源；匯聚層容量擴(kuò)容便捷；網(wǎng)絡(luò)層級(jí)扁平化。

鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)匯聚環(huán)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)逐步淘汰，向區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。部分地區(qū)由于機(jī)房條件、改造進(jìn)度等客觀因素限制，存在兩種結(jié)構(gòu)并行的情況。

2.3 接入層

接入層以GE設(shè)備組建環(huán)路為主，少量支鏈結(jié)構(gòu)為輔。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃較完善的省份已完成接入層環(huán)路優(yōu)化工作，控制每接入環(huán)環(huán)上節(jié)點(diǎn)在8個(gè)以內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙匯聚節(jié)點(diǎn)上聯(lián)。接入層網(wǎng)絡(luò)目前主要負(fù)責(zé)2G、TD-SCDMA基站業(yè)務(wù)回傳和部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載。

本文以下所討論問(wèn)題均依據(jù)上述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。

3 LTE典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

核心層承載采用新增PTN方式承載LTE業(yè)務(wù)。主體結(jié)構(gòu)采用“口字型”組網(wǎng)，即核心層新增二端L2-L3設(shè)備和二端L3設(shè)備，四端設(shè)備組成“口字型”網(wǎng)絡(luò)。見(jiàn)圖2所示。

此結(jié)構(gòu)向下通過(guò)L2-L3設(shè)備與城域網(wǎng)“局間調(diào)度”連接，向上通過(guò)L3設(shè)備與MME/SGW等核心交換設(shè)備連接。 參考現(xiàn)有城域網(wǎng)層次劃分，“L2-L3設(shè)備”對(duì)照“局內(nèi)調(diào)度”層面，“L3設(shè)備”對(duì)照“落地”層面。

圖2 LTE核心層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4 LTE需求及城域網(wǎng)承載瓶頸

4.1 LTE帶寬及核心層端口需求

根據(jù)《中國(guó)移動(dòng)TD-LTE擴(kuò)大規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)工程傳送網(wǎng)建設(shè)要求》的建議， TD-LTE主要承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在PTN網(wǎng)絡(luò)中采用逐級(jí)收斂方式提高承載效率，接入/匯聚/核心收斂比按照4:3:2進(jìn)行設(shè)置。每個(gè)LTE宏基站帶寬規(guī)劃值參照表1。

表1 LTE基站帶寬規(guī)劃表

LTE核心層設(shè)備端口需求參考如下方式計(jì)算。

L2-L3設(shè)備入口流量計(jì)算公式為：M=接入層單站流量×基站數(shù)量×3/4；考慮負(fù)荷分擔(dān)，每臺(tái)L2-L3設(shè)備入口帶寬需要M/2，向上取整得到10 GE端口需求數(shù)量N；考慮業(yè)務(wù)保護(hù)，每設(shè)備需要2N個(gè)10 GE端口；L2-L3設(shè)備出口流量計(jì)算公式為：m=接入層單站流量×基站數(shù)量×2/4；每臺(tái)L2-L3設(shè)備出口帶寬需要m/2，向上取整得到10GE端口數(shù)量需求n；考慮業(yè)務(wù)保護(hù)，每設(shè)備需要2n個(gè)10 GE端口；兩臺(tái)L2-L3設(shè)備之間需要的端口數(shù)量是N。

綜上，每L2-L3設(shè)備共計(jì)需要配置2N+N+n個(gè)10 GE端口。

L3設(shè)備端口配置與L2-L3設(shè)備配置相匹配。

4.2 城域網(wǎng)承載瓶頸分析

4.2.1 城域網(wǎng)承載瓶頸一：局間調(diào)度層

局間調(diào)度層瓶頸主要體現(xiàn)在設(shè)備端口數(shù)量和接入能力上。

局間調(diào)度設(shè)備端口占用統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 局間調(diào)度設(shè)備10GE端口占用統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)上節(jié)L2-L3設(shè)備端口需求計(jì)算方式可知局間調(diào)度設(shè)備端口需求如表3所示。

表3 局間調(diào)度設(shè)備與L2-L3設(shè)備對(duì)接端口統(tǒng)計(jì)表

對(duì)比現(xiàn)網(wǎng)主流PTN設(shè)備（華為OptiX PTN3900、烽火CiTRANS 660、中興ZXCTN 6300）端口能力，中、高等級(jí)地市設(shè)備端口均已接近滿配，低等級(jí)地市設(shè)備尚有端口擴(kuò)容空間。

4.2.2 城域網(wǎng)承載瓶頸二：匯聚層

根據(jù)流量規(guī)劃，每匯聚環(huán)只能承載約80～140個(gè)宏基站。根據(jù)現(xiàn)有宏基站分布，考慮未來(lái)LTE網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，幾乎所有匯聚環(huán)容量均不滿足未來(lái)需求。部分承載基站數(shù)量較多匯聚環(huán)甚至超過(guò)規(guī)劃容量3倍以上。

4.2.3 城域網(wǎng)承載瓶頸三：接入層

根據(jù)容量測(cè)算，目前每GE接入環(huán)只能承載LTE宏基站約8個(gè)。接入環(huán)可以通過(guò)拆環(huán)、裂環(huán)、升級(jí)等方式解決承載問(wèn)題。接入層相關(guān)解決方案本文暫不過(guò)多分析。

5 網(wǎng)絡(luò)改造思路

5.1 總體思路

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的局內(nèi)調(diào)度層設(shè)備和落地層設(shè)備不需改造。

針對(duì)局間調(diào)度層和匯聚層網(wǎng)絡(luò)改造我們給出兩種建設(shè)思路。建設(shè)思路一：LTE業(yè)務(wù)混傳建設(shè)；建設(shè)思路二：LTE業(yè)務(wù)獨(dú)立傳送建設(shè)。

5.2 LTE業(yè)務(wù)混傳建設(shè)

LTE建設(shè)初期匯聚環(huán)建設(shè)主要以需求為準(zhǔn)，精確分析LTE建設(shè)站點(diǎn)分布，精確統(tǒng)計(jì)匯聚環(huán)容量占用情況。對(duì)于匯聚環(huán)容量不足或剩余容量不足30%的匯聚環(huán)擴(kuò)容改造。

傳統(tǒng)匯聚環(huán)主要采取疊加的方式實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展，不建議匯聚環(huán)拆分。區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)采取擴(kuò)容上發(fā)波道的方式實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展。疊加及擴(kuò)容波道數(shù)量依據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求而定。

為滿足匯聚環(huán)擴(kuò)容和L2-L3設(shè)備對(duì)接需求，局間調(diào)度設(shè)備需要大量10 GE端口資源。對(duì)于局間調(diào)度層設(shè)備端口擴(kuò)容能力尚充足的地市，采用擴(kuò)容板卡的方式滿足端口需求。對(duì)于局間調(diào)度層設(shè)備端口能力不足情況，可以通過(guò)兩種方式解決。

（1）新增同級(jí)別局間調(diào)度設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備端口擴(kuò)展。

新增同級(jí)別擴(kuò)展設(shè)備，向上與現(xiàn)有各局局內(nèi)調(diào)度設(shè)備以及新增L2-L3設(shè)備均完成連接。將原有局間調(diào)度設(shè)備承載的一半?yún)R聚環(huán)連接割接至此設(shè)備，實(shí)現(xiàn)新增局間調(diào)度設(shè)備與原有局間調(diào)度設(shè)備的業(yè)務(wù)分擔(dān)。

（2）替換高級(jí)別局間調(diào)度設(shè)備，通過(guò)提升設(shè)備能力方式實(shí)現(xiàn)端口擴(kuò)展。

新增高級(jí)別PTN設(shè)備替換原有局間調(diào)度設(shè)備，向上與現(xiàn)有各局局內(nèi)調(diào)度設(shè)備以及新增L2-L3設(shè)備均完成連接。向下將全部匯聚環(huán)連接割接至此設(shè)備，替換原有設(shè)備。可參考設(shè)備選型有華為OptiX PTN 6900-16、烽火CiTRANS 680、中興ZXCTN 9008。

以上兩種途徑均可解決局間調(diào)度層設(shè)備端口能力不足的問(wèn)題。改造后，局間調(diào)度層以下2G、TD、LTE等業(yè)務(wù)承載在同一網(wǎng)絡(luò)。LTE業(yè)務(wù)在局間調(diào)度設(shè)備分離，2G、TD業(yè)務(wù)在局內(nèi)調(diào)度設(shè)備分離。

表4 建設(shè)思路對(duì)比

5.3 LTE業(yè)務(wù)分離建設(shè)

局間調(diào)度層新增高級(jí)別局間調(diào)度設(shè)備，原有局間調(diào)度設(shè)備不做業(yè)務(wù)調(diào)整。新增設(shè)備向上只與L2-L3設(shè)備連接，新增L2-L3設(shè)備向下也只與此設(shè)備連接。

同時(shí)，LTE業(yè)務(wù)相關(guān)全部現(xiàn)有傳統(tǒng)匯聚環(huán)疊加至新增局間調(diào)度設(shè)備，LTE業(yè)務(wù)相關(guān)現(xiàn)有全部區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容波道至新增局間調(diào)度設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，LTE業(yè)務(wù)在接入層與其他業(yè)務(wù)混合傳送，經(jīng)過(guò)接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)或區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)后實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分離，實(shí)現(xiàn)LTE業(yè)務(wù)匯聚層以上獨(dú)立傳送。

5.4 方案比選

兩種建設(shè)思路各有特點(diǎn)，分別適應(yīng)不同的建設(shè)環(huán)境。第一種思路適合小型網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)量及LTE建設(shè)量均較小的情況；第二種思路適合大、中型網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)量及LTE建設(shè)量均較大的情況。對(duì)比分析詳見(jiàn)表4。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著LTE基站的大規(guī)模建設(shè)，LTE基站帶寬需求激增。傳統(tǒng)城域網(wǎng)從架構(gòu)到容量均已不能滿足業(yè)務(wù)需求，城域網(wǎng)改造建設(shè)勢(shì)在必行。既要保證LTE大容量、高安全性的要求，又要保證現(xiàn)有業(yè)務(wù)不受影響；既要建設(shè)一個(gè)滿足遠(yuǎn)期需求的精品傳送網(wǎng)絡(luò)，又要綜合考慮工程建設(shè)投資和實(shí)施難度。