面向4G技術(shù)演進的PTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略研究

陳淵暐 嚴(yán)沁

【摘要】 面向未來LTE-A、LTE-B等無線網(wǎng)技術(shù)演進，本文深入研究了PTN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展策略，著重論述和比較了基于現(xiàn)網(wǎng)逐步改造擴容和新建平面承載4G業(yè)務(wù)兩種策略，對中國移動的傳送網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】 PTN 分平面 LTE LTE-A 4G 5G 發(fā)展策略

一、引言

在移動互聯(lián)網(wǎng)的推動下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求爆發(fā)式增長，面對未來4G技術(shù)的發(fā)展演進，3G時代建設(shè)的現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文主要研究PTN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展策略，使其能夠滿足4G技術(shù)未來向LTE-A、LTE-B演進的承載需求。

二、4G技術(shù)演進淺析

2.1 無線業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

智能手機和移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的飛速發(fā)展，深刻地影響著人們工作生活的方方面面，改變了用戶的移動通信行為，語音不再是最流行的通信業(yè)務(wù)，移動數(shù)據(jù)類通信日趨主流。其中最明顯的變化是移動數(shù)據(jù)流量增長顯著：手機上網(wǎng)用戶比例超過70%；全網(wǎng)流量同比增長47%，手機上網(wǎng)流量增長89%；每用戶DOU同比增長44%達到106M；4G流量占全網(wǎng)總流量的5%并繼續(xù)快速上升，存量用戶換入4G后DOU增長超1倍。中國通信運營商的流量經(jīng)營尚處于初級階段，中國手機用戶DOU落后日韓4-5年。

面向未來，業(yè)務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能終端以及運營商競爭都將推動人類社會信息交互方式的進一步升級，移動數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長大勢所趨。我國5G推進工作組預(yù)測，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來移動通信發(fā)展的兩大主要驅(qū)動力，2010-2020年間中國的移動數(shù)據(jù)流量將增長300倍，北京、上海等大型城市將增長600到1000倍。

2.2 4G技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及演進趨勢

中國移動于2013年獲頒4G（TD-LTE）牌照，2014年中國移動迎來了LTE網(wǎng)絡(luò)的全面發(fā)展，計劃建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)，至年底TD-LTE基站數(shù)超過50萬個，實現(xiàn)主要城市連續(xù)覆蓋。

LTE也稱3.9G，其技術(shù)指標(biāo)與4G非常接近，除最大帶寬、上行峰值速率兩個指標(biāo)略低于4G要求外，其他技術(shù)指標(biāo)都已經(jīng)達到了4G標(biāo)準(zhǔn)的要求。而將LTE正式帶入4G的LTE-A的技術(shù)整體設(shè)計則遠超過了4G的最小需求。在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技術(shù)需求報告，提出了LTE-A的最小需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps。目前LTE-A已經(jīng)在部分國家和地區(qū)（如香港）有試商用的網(wǎng)絡(luò)。在2020年之前，無線的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)主要是LTE-A和LTE-B。

未來的5G技術(shù)目前還沒有具體標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)韓國的5G技術(shù)發(fā)展目標(biāo)，5G數(shù)據(jù)傳送速度將比4G最高快上100倍，而且具備無線傳輸容量擴大、低功率化和連接所有物品等三大條件。我國IMT-2020（5G）推進工作組指出，面向2020年及未來，5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設(shè)備的連接能力，超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動性等多場景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時將為網(wǎng)絡(luò)帶來超百倍的能效提升和比特成本降低，最終實現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

LTE-A可能引入的CoMP等新技術(shù)，要求相鄰小區(qū)之間承載帶寬需求增加至回傳帶寬的十倍、時延嚴(yán)格十倍。在熱點區(qū)域接入容量提升的同時，接入站點數(shù)量同步增長，傳輸覆蓋難度加大，遠端微站密集覆蓋，要求做好傳送網(wǎng)絡(luò)預(yù)覆蓋，以滿足靈活快速接需求。另外，VoLTE、EMMBS等LTE新業(yè)務(wù)對PTN網(wǎng)絡(luò)帶來新的需求，VoLTE拓?fù)鋸?fù)雜，對QoS/告警/性能等可維護性提出新要求，話音業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出更高的要求，PTN網(wǎng)絡(luò)的可維護性面臨新的挑戰(zhàn)，EMMBS組播、IPv6等新業(yè)務(wù)也將對PTN網(wǎng)絡(luò)帶來新的要求。

綜上所述，傳送網(wǎng)PTN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須具備超寬帶、密集覆蓋、易擴展和高質(zhì)量的彈性網(wǎng)絡(luò)特征，以應(yīng)對4G技術(shù)演進帶來的挑戰(zhàn)。

三、PTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略分析

3.1 PTN網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

中國移動自2010年開始，為應(yīng)對3G基站的IP化需求，大規(guī)模推進PTN網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。與3G基站相比，4G回傳的流量明顯增加，以每個接入環(huán)6～8個基站計算，其在接入層的流量可達480～640M，考慮2G/3G和政企專線綜合承載的因素，現(xiàn)有的GE接入環(huán)容量勉強滿足需求，但在熱點區(qū)域需要大量進行GE裂環(huán)、疊環(huán)，個別區(qū)域甚至需要引入10GE接入環(huán)，在匯聚層，已經(jīng)廣泛部署的10GE PTN設(shè)備難以滿足4G大流量的要求，需要通過10GE環(huán)疊加擴容的方式進行網(wǎng)絡(luò)改造。

PTN技術(shù)的發(fā)展至今，通信廠商的設(shè)備型號不斷更新?lián)Q代，如今主流的PTN匯聚層設(shè)備，如中興6500、華為7900等，已支持40G /100G組網(wǎng)，但致命的是，中國移動現(xiàn)網(wǎng)部署的PTN設(shè)備大部分為無法平滑升級的老設(shè)備，如中興6300、華為3900等。

以中國移動某省公司為例，PTN網(wǎng)絡(luò)承載了包括2G、3G、4G、WLAN、政企專線等在內(nèi)的各類業(yè)務(wù)，已建成199個匯聚環(huán)，總配置容量為2.84Tbps，平均單環(huán)帶寬1.4個10GE，規(guī)劃帶寬利用率42%（4G基站按80Mbps測算），接入層以GE環(huán)/鏈為主，部分已疊加成雙GE，尚未規(guī)模部署10GE環(huán)?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在以下幾點問題：

（1）平臺能力不足：現(xiàn)網(wǎng)接入層90%的設(shè)備不支持平滑升級至10G/40G，匯聚層85%的設(shè)備不支持平滑升級至40G/100G，隨著未來數(shù)據(jù)流量爆發(fā)增長，需要大規(guī)模替換。

（2）混合承載、相互影響：需同時滿足4G與專線發(fā)展需求，容易顧此失彼，而且網(wǎng)絡(luò)不斷改造擴容對2G、3G業(yè)務(wù)穩(wěn)定造成較大影響。（3）無法持續(xù)演進：現(xiàn)網(wǎng)無法支持VoLTE、EMBMS、IPv6等新興業(yè)務(wù)。（圖3）

3.2 PTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略

面對4G技術(shù)由LTE向LTE-A和LTE-B演進，PTN網(wǎng)絡(luò)面臨最大的問題就是帶寬瓶頸。長期來看：需要加快100G在城域匯聚的部署，設(shè)備需要具備100G能力，面向400G；10GE是接入環(huán)的主要場景，選擇具備10GE能力的設(shè)備建設(shè)LTE接入環(huán)，是最好的選擇。

（1）LTE

接入環(huán)帶寬（GE）= 基站數(shù) （6）* 每基站平均帶寬（0.8G）。

匯聚環(huán)帶寬（10GE）= 接入環(huán)數(shù)（20）*每接入環(huán)帶寬（0.5G）*收斂比（75%）。

（2）LTE-A

接入環(huán)帶寬（10GE）= 基站數(shù) （6）* 每基站平均帶寬（1G）。

匯聚環(huán)帶寬（100G）= 接入環(huán)數(shù)（20）*每接入環(huán)帶寬（6G）*收斂比（75%）。

（3）LTE-B

接入環(huán)帶寬（40GE）= 基站數(shù) （6）* 每基站平均帶寬（2.5G）。

匯聚環(huán)帶寬（400G）= 接入環(huán)數(shù)（20）*每接入環(huán)帶寬（15G）*收斂比（75%）。（圖4）

為應(yīng)對4G技術(shù)的演進，特別是帶寬需求方面的指數(shù)級增長，從PTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展路線角度來看，目前有兩種可以選擇的發(fā)展策略：

（1）策略一：基于現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)逐年改造擴容，混合承載各類業(yè)務(wù)

近期根據(jù)4G基站配置由S111升級至S222、S333的擴容需求，逐步將現(xiàn)網(wǎng)匯聚環(huán)疊加擴容至20GE/40GE，接入環(huán)進一步拆??；中期隨著基站和政企專線需求快速增長，業(yè)務(wù)密集區(qū)需新建匯聚環(huán)，部分匯聚層設(shè)備需替換為100G，接入層替換為10GE；遠期根據(jù)4G發(fā)展演進要求，設(shè)備整體替換并逐步升級至400GE。（圖5）

以中國移動某省公司為例，根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測，未來PTN網(wǎng)絡(luò)的80%負(fù)載為4G業(yè)務(wù)，15%為政企專線，2018年的總?cè)萘繉⑦_到現(xiàn)網(wǎng)的27倍。今后兩年將是匯聚環(huán)疊加擴容的高峰，需疊加200個環(huán)，2017年開始進行大規(guī)模的設(shè)備替換，需替換160個環(huán)。（圖6）

（2）策略二：新建面向4G未來發(fā)展的大容量專用承載平面，業(yè)務(wù)分平面承載

現(xiàn)網(wǎng)PTN平面：定位在承載2G/3G/集客業(yè)務(wù)；已開通的4G業(yè)務(wù)按需逐步往新平面遷移，減輕現(xiàn)網(wǎng)負(fù)載；現(xiàn)網(wǎng)老型號的設(shè)備保留，資源能力面向政企專線業(yè)務(wù)今后大規(guī)模發(fā)展，原則上不再進行大規(guī)模的改造和擴容。

新建PTN平面：定位在承載4G和未來無線網(wǎng)高質(zhì)量要求業(yè)務(wù)；摒棄以往配套無線網(wǎng)建設(shè)的模式，擺脫網(wǎng)絡(luò)擴容進度滯后的現(xiàn)狀，根據(jù)4G總體規(guī)劃、技術(shù)發(fā)展趨勢以及城域用戶規(guī)模獨立規(guī)劃；端到端一次到位，采用面向未來的核心匯聚400G/接入40G、支持SDN的設(shè)備平臺建設(shè)；提升業(yè)務(wù)精細(xì)化智能化用戶體驗，打造高品質(zhì)承載網(wǎng)絡(luò)。（圖7）

（1）策略比較與建議

鑒于PTN廠商的設(shè)備平臺已非常成熟，具備長期平滑演進的能力，采用現(xiàn)網(wǎng)逐年修補的模式不如一步到位建設(shè)新平面，即保護投資，又降低了工程復(fù)雜度，同時確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定。

表1 策略比較

四、結(jié)束語

移動互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展帶動了移動數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長，中國移動大力建設(shè)4G網(wǎng)絡(luò)，也將進一步帶動4G技術(shù)的發(fā)展演進。面對未來LTE-A單基站1G以上的帶寬需求，以及VoLTE、EMMBS組播、IPv6等新業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)，PTN網(wǎng)絡(luò)必須未雨綢繆、提前規(guī)劃。綜合考慮各方面因素，現(xiàn)階段較為合適的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展策略是新建PTN平面，由多業(yè)務(wù)混合承載逐步轉(zhuǎn)向4G業(yè)務(wù)分離承載，打造面向未來無線網(wǎng)高質(zhì)量要求業(yè)務(wù)的高品質(zhì)傳送網(wǎng)絡(luò)。

參 考 文 獻

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