面向4G技術(shù)演進(jìn)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(lái)LTE-A、LTE-B等無(wú)線網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)，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(kuò)容和新建平面承載4G業(yè)務(wù)兩種策略，對(duì)中國(guó)移動(dòng)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，面對(duì)未來(lái)4G技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)，3G時(shí)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(lái)向LTE-A、LTE-B演進(jìn)的承載需求。

二、4G技術(shù)演進(jìn)淺析

2.1 無(wú)線業(yè)務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

智能手機(jī)和移動(dòng)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(dòng)通信行為，語(yǔ)音不再是最流行的通信業(yè)務(wù)，移動(dòng)數(shù)據(jù)類通信日趨主流。其中最明顯的變化是移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)顯著：手機(jī)上網(wǎng)用戶比例超過(guò)70%；全網(wǎng)流量同比增長(zhǎng)47%，手機(jī)上網(wǎng)流量增長(zhǎng)89%；每用戶DOU同比增長(zhǎng)44%達(dá)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(zhǎng)超1倍。中國(guó)通信運(yùn)營(yíng)商的流量經(jīng)營(yíng)尚處于初級(jí)階段，中國(guó)手機(jī)用戶DOU落后日韓4-5年。

面向未來(lái)，業(yè)務(wù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能終端以及運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)都將推動(dòng)人類社會(huì)信息交互方式的進(jìn)一步升級(jí)，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長(zhǎng)大勢(shì)所趨。我國(guó)5G推進(jìn)工作組預(yù)測(cè)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的兩大主要驅(qū)動(dòng)力，2010-2020年間中國(guó)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長(zhǎng)300倍，北京、上海等大型城市將增長(zhǎng)600到1000倍。

2.2 4G技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及演進(jìn)趨勢(shì)

中國(guó)移動(dòng)于2013年獲頒4G（TD-LTE）牌照，2014年中國(guó)移動(dòng)迎來(lái)了LTE網(wǎng)絡(luò)的全面發(fā)展，計(jì)劃建成全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)，至年底TD-LTE基站數(shù)超過(guò)50萬(wàn)個(gè)，實(shí)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(gè)指標(biāo)略低于4G要求外，其他技術(shù)指標(biāo)都已經(jīng)達(dá)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(jì)則遠(yuǎn)超過(guò)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(bào)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(guó)家和地區(qū)（如香港）有試商用的網(wǎng)絡(luò)。在2020年之前，無(wú)線的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)主要是LTE-A和LTE-B。

未來(lái)的5G技術(shù)目前還沒(méi)有具體標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)韓國(guó)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(wú)線傳輸容量擴(kuò)大、低功率化和連接所有物品等三大條件。我國(guó)IMT-2020（5G）推進(jìn)工作組指出，面向2020年及未來(lái)，5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時(shí)延的使用體驗(yàn)，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(dòng)性等多場(chǎng)景的一致服務(wù)，業(yè)務(wù)及用戶感知的智能優(yōu)化，同時(shí)將為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)超百倍的能效提升和比特成本降低，最終實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬(wàn)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(shí)延嚴(yán)格十倍。在熱點(diǎn)區(qū)域接入容量提升的同時(shí)，接入站點(diǎn)數(shù)量同步增長(zhǎng)，傳輸覆蓋難度加大，遠(yuǎn)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(duì)PTN網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)新的需求，VoLTE拓?fù)鋸?fù)雜，對(duì)QoS/告警/性能等可維護(hù)性提出新要求，話音業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出更高的要求，PTN網(wǎng)絡(luò)的可維護(hù)性面臨新的挑戰(zhàn)，EMMBS組播、IPv6等新業(yè)務(wù)也將對(duì)PTN網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)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(kuò)展和高質(zhì)量的彈性網(wǎng)絡(luò)特征，以應(yīng)對(duì)4G技術(shù)演進(jìn)帶來(lái)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(guó)移動(dòng)自2010年開(kāi)始，為應(yīng)對(duì)3G基站的IP化需求，大規(guī)模推進(jìn)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(gè)接入環(huán)6～8個(gè)基站計(jì)算，其在接入層的流量可達(dá)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(qiáng)滿足需求，但在熱點(diǎn)區(qū)域需要大量進(jìn)行GE裂環(huán)、疊環(huán)，個(gè)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(guò)10GE環(huán)疊加擴(kuò)容的方式進(jìn)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(hào)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(guó)移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)部署的PTN設(shè)備大部分為無(wú)法平滑升級(jí)的老設(shè)備，如中興6300、華為3900等。

以中國(guó)移動(dòng)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(gè)匯聚環(huán)，總配置容量為2.84Tbps，平均單環(huán)帶寬1.4個(gè)10GE，規(guī)劃帶寬利用率42%（4G基站按80Mbps測(cè)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)。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

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

（2）混合承載、相互影響：需同時(shí)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(kuò)容對(duì)2G、3G業(yè)務(wù)穩(wěn)定造成較大影響。（3）無(wú)法持續(xù)演進(jìn)：現(xiàn)網(wǎng)無(wú)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(duì)4G技術(shù)由LTE向LTE-A和LTE-B演進(jìn)，PTN網(wǎng)絡(luò)面臨最大的問(wèn)題就是帶寬瓶頸。長(zhǎng)期來(lái)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(chǎng)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(duì)4G技術(shù)的演進(jìn)，特別是帶寬需求方面的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，從PTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展路線角度來(lái)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(kuò)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(jí)至S222、S333的擴(kuò)容需求，逐步將現(xiàn)網(wǎng)匯聚環(huán)疊加擴(kuò)容至20GE/40GE，接入環(huán)進(jìn)一步拆小；中期隨著基站和政企專線需求快速增長(zhǎng)，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(yuǎn)期根據(jù)4G發(fā)展演進(jìn)要求，設(shè)備整體替換并逐步升級(jí)至400GE。（圖5）

以中國(guó)移動(dòng)某省公司為例，根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測(cè)，未來(lái)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_(dá)到現(xiàn)網(wǎng)的27倍。今后兩年將是匯聚環(huán)疊加擴(kuò)容的高峰，需疊加200個(gè)環(huán)，2017年開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備替換，需替換160個(gè)環(huán)。（圖6）

（2）策略二：新建面向4G未來(lái)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(kāi)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(hào)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(jìn)行大規(guī)模的改造和擴(kuò)容。

新建PTN平面：定位在承載4G和未來(lái)無(wú)線網(wǎng)高質(zhì)量要求業(yè)務(wù)；摒棄以往配套無(wú)線網(wǎng)建設(shè)的模式，擺脫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容進(jìn)度滯后的現(xiàn)狀，根據(jù)4G總體規(guī)劃、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及城域用戶規(guī)模獨(dú)立規(guī)劃；端到端一次到位，采用面向未來(lái)的核心匯聚400G/接入40G、支持SDN的設(shè)備平臺(tái)建設(shè)；提升業(yè)務(wù)精細(xì)化智能化用戶體驗(yàn)，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(tái)已非常成熟，具備長(zhǎng)期平滑演進(jìn)的能力，采用現(xiàn)網(wǎng)逐年修補(bǔ)的模式不如一步到位建設(shè)新平面，即保護(hù)投資，又降低了工程復(fù)雜度，同時(shí)確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定。

表1 策略比較

四、結(jié)束語(yǔ)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，中國(guó)移動(dòng)大力建設(shè)4G網(wǎng)絡(luò)，也將進(jìn)一步帶動(dòng)4G技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)。面對(duì)未來(lái)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(lái)無(wú)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(xiàn)

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