LTE时代的PTN演进——10GE和40GE技术在城域传送网中的应用
来源：中兴通讯
摘要： 随着移动互联网、高清视频等业务的高速发展，网络带宽压力越发明显，网络容量成为未来业务发展的挑战之一。城域PTN网络主要以承载基站回传业务为主，其最大的带宽压力表现在LTE业务的承载，现有PTN网络将不足以支撑未来LTE业务发展的带宽需求。进一步提升PTN网络带宽已经成为不可回避的问题。我们通过对未来LTE业务带宽需求的定量分析，针对PTN网络汇聚和接入层提出可行的带宽提升方案。
Abstract：
Key words :
随着移动互联网、高清视频等业务的高速发展，网络带宽压力越发明显，网络容量成为未来业务发展的挑战之一。城域PTN网络主要以承载基站回传业务为主，其最大的带宽压力表现在LTE业务的承载，现有PTN网络将不足以支撑未来LTE业务发展的带宽需求。进一步提升PTN网络带宽已经成为不可回避的问题。我们通过对未来LTE业务带宽需求的定量分析，针对PTN网络汇聚和接入层提出可行的带宽提升方案。
LTE对城域传送网的带宽需求
PTN在现网已经得到了广泛应用，其优势主要体现在IP化基站、大客户专线等小颗粒业务的灵活接入和汇聚。随着3G和LTE基站的进一步规模部署，PTN网络容量需求进一步增大，现网采用的接入层GE、汇聚10GE的组网模型，已不能满足未来实际业务需求。
LTE典型单基站带宽需求达到均值80M，峰值320M，基站与接入层PTN采用GE光口对接，相对于GSM与TD-SCDMA时代的带宽需求以及E1/FE的接口配置，有了数量级的跨越。接入层需要根据实际业务需求选择GE或者10GE组网，业务密集地区PTN接入环也将由现在的GE环过渡到10GE环。PTN汇聚层带宽需求在LTE部署初期就将突破现网10GE端口的极限，中后期将达到30G左右带宽需求，10GE汇聚环已经难以为继。LTE时期PTN网络带宽预测如图1所示。
PTN 40GE技术提升城域汇聚层网络容量
针对未来LTE业务的大带宽需求，可以采用在现网10GE汇聚层环基础上继续叠加10GE系统的方案，或者直接采用PTN 40GE接口技术进行组网。PTN 40GE方案可以满足未来无线、大客户等高价值业务回传带宽需求，端到端采用PTN技术组网，可以不用叠加OTN网络，组网单一，对业务质量保证效果更好，实际维护更简单；如果采用PTN 10GE叠加方案，考虑到光纤资源利用等问题，一般会叠加OTN网络以节省光纤，相对网络性能指标稍差，实际维护更复杂。两种方案各具优势，实际应用应该从技术可行性、成本、网络演进等因素进行综合考虑。
PTN 40GE和PTN 10GE叠加方案技术比较
LTE初级阶段，承载网络汇聚层带宽需求将超过20G，中后期汇聚层带宽需求则增长到接近40G。从技术角度看，PTN 10GE叠加组网存在的问题较多。采用10GE叠加方案，核心层L3 VPN节点之间涉及到多个10G链路的捆绑，Hash算法会导致乱序问题，链路的带宽利用率较难保持均衡，容易发生拥塞；而40GE方案不存在此问题，40GE方案较10GE叠加方案，具有带宽使用效率高、故障点少、网络可靠性高、业务时延小等特点。
PTN 40GE和PTN 10GE叠加方案成本比较
PTN 40GE方案，可以满足全业务初期需求，不需OTN下沉到汇聚层，单独通过PTN网络进行基站回传、大客户专线、OLT上行等业务的统一承载。如果采用10GE PTN叠加方案，则PTN网络可以只进行基站回传、大客户等高价值业务的承载，同时建设OTN网络进行PTN和固定宽带业务的承载，本方案网络容量超前发展，满足长期业务发展需求。
40GE方案核心、汇聚层端口数量比较少，配置相对简单。10GE叠加方案端口多，业务配置工作量相对较大、较复杂。按照常规模型进行成本计算，每个接入环8个节点、每个汇聚环6个节点，每个汇聚节点带2个接入环，汇聚环按照1/3比例对PIR（Peak Information Rate）进行收敛。根据业界设备成本综合考虑，两种方案中，PTN 40GE方案相比PTN 4×10GE over OTN方案更具备成本优势（见图2）。随着PTN 40GE技术的规模商用，其成本优势将更加明显。
PTN 40GE方案的应用场景
对于投资敏感地区，可以考虑通过引入PTN 40GE进行2G/3G/LTE、WLAN、OLT上联、大客户等业务的综合承载，充分发挥PTN广覆盖、低成本的优势；后期随着宽带业务、大客户业务的进一步发展，在业务密集区域适当建设OTN满足业务带宽需求。此方案分步实施，具有投资小、收益高的特点。
随着3G/LTE网络的大规模部署及多业务发展战略的推进，无线宽带化趋势越来越明显，IP化业务的承载需求成为主导，对承载网的技术构架、承载效率、调度灵活性、成本和服务质量等提出了新的要求。到LTE阶段，基站带宽需求将达到GE量级，承载网接入将采用10GE组环，而PTN 40GE技术刚好满足了汇聚环带宽进一步增加的需求。
PTN 40GE技术成熟，可规模商用
在40GE高速接口标准方面，技术标准由IEEE组织制定，所有相关技术标准规范包含在IEEE802.3ba标准计划中。在城域传输方面定义了40GBASE-FR（2km）、40GBASE-LR4（10km）和40GBASE-ER4（40km）标准。2012年3月的IEEE802.3全会上，40GBASE-ER4标准经过投票已经正式作为802.3_100GNGOPTX项目组的目标，成为该项目的研究内容。2010年6月，IEEE 802.3ba标准获得IEEE通过。
在产业链方面，40GE芯片和光模块都已经具备了成熟的商用能力。40GE光模块主要采用CFP 装，40GBASE-LR4和40GBASE-ER4主要用于线路侧。40GE-ER4光模块采用4路10G的光反向复用技术，主要用于长距离传输。
目前各主流PTN厂家均已支持40GE接口，产品已具备规模商用能力。PTN 40GE组网在网络带宽提供、网络综合成本、未来业务需求和技术演进趋势等方面相比PTN 10GE组网更具优势。
PTN 10GE提升接入层网络容量
如前所述，随着LTE的规模部署，GE速率已经不能满足带宽需求。业界存在两种带宽提升思路：一种是现有接入环进行拆环处理，减少接入环节点数量，这种方法存在耗费光纤资源、接入环数目增多不便于管理的问题；另一种思路是提升接入环速率，采用10GE设备组网，这样不会改变现网拓扑结构，而且满足了业务带宽需求，更具优势。
接入层网络演进思路如图3所示：业务发展初期，在部分热点区域，根据接入点实际物理位置，在新站址机房、光缆配套资源具备的情况下新建具备10GE组网能力PTN设备，可以选择GE或者10GE环组网；业务发展中后期，随着业务量的进一步增长，一方面，将新建GE环升级为10GE环，另一方面，将原有GE能力PTN设备环网进行拆环、缩环以及将部分节点直接下挂至10GE环，提升GE能力PTN设备环网每个节点的接入带宽能力。这样可以做到网络的平滑演进，对现网冲击小，而且保护了网络投资。
随着LTE的规模部署，PTN网络带宽将面临巨大的挑战，如何进行网络平滑演进和带宽提速，将关系到全业务能否顺利开展。核心汇聚层引入PTN 40GE组网，满足了LTE带宽需求，避免了N×10GE环路的大量叠加，不需要OTN下沉至汇聚，降低了网络成本和运维难度。在接入层引入10GE技术组网，不改变网络拓扑结构，对现网冲击小，避免了接入层频繁拆环对现网业务的冲击。本文方案全面提升了整网容量，对业务冲击小，满足了业务长期的带宽需求，更符合运营商平滑演进的要求。
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