浅析PTNLTE网络承载方案

浅析PTNLTE网络承载方案

麦振峰

中国移动通信集团广东有限公司佛山分公司528000

摘要：LTE是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进，采用OFDM和多天线MIMO等关键传输技术，频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖显著提升。LTE无线网络架构更加扁平化，具有高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容等特点。在降低用户感知时延的同时，也对现有承载网提出了更高的要求。

关键词：PTN；LTE；组网方案

一、PTN、LTE关键技术简介

1.1PTN技术发展

随着LTE技术的迅猛发展，4G发展趋势日发迅猛。中国移动、中国电信、中国联通、三大运营商也全面开展了LTE移动承载网技术的研究和网络布置。中国移动已经开始研究包括在PTN基础之上，启用三层路由功能的承载方案。而在中国移动的现网中，PTN已经广泛应用并大规模推广，目前已经成为中国移动承载网的主流技术。中国电信也着力于LTE承载测试，在端到端的技术层面和保护方案方面，L3的功能PTN也有很多优势。对于网络平滑演进方面的部署情况也取得了较大的成功。中国联通也在致力于研究IPRAN技术和PTN技术的承载解决方案。

1.2PTN网络现状和面临的挑战

1.2.1PTN网络现状

中国移动的前期PTN承载网络主要用于对TD-SCDMA业务、重点集团客户业务及基站IP化业务的承载。在当今的发展形势下，中国移动已经大规模的使用了PTN设备，形成了以核心层、汇聚层、接入层为结构的模型。其中核心层以|10GEPTN部署，汇聚层以10GEPTN组件，接入层以10GEPTN环为主。

1.2.2PTN技术及特点

PTN分组传送网是基于分组交换技术的，是结合于数据技术和传输技术，是多业务统一面向连接的传输技术。PTN不仅能较好的适应于电信级ETHI业务，满足高可靠性、高标准化业务、严格的QoS管理、灵活扩展性、简便运行管理维护、完善的0AM检测机制等六大基本属性。同时兼顾承载了传统的ATM和TDM业务，保留了原有SDH网络的图形化操作界面及业务端到端配置功能。

业务模型：城域网的业务流向大致可分为以下几类：点到多点（P2MP模式）和点到点（P2P模式），中间节点不需要路由功能，业务流向相对稳定，主要为

1.2.2PTN技术及特点

PTN分组传送网是基于分组交换技术的，是结合于数据技术和传输技术，是多业务统一面向连接的传输技术。PTN不仅能较好的适应于电信级ETHI业务，满足高可靠性、高标准化业务、严格的QoS管理、灵活扩展性、简便运行管理维护、完善的0AM检测机制等六大基本属性。同时兼顾承载了传统的ATM和TDM业务，保留了原有SDH网络的图形化操作界面及业务端到端配置功能。

业务模型：城域网的业务流向大致可分为以下几类：点到多点（P2MP模式）和点到点（P2P模式），中间节点不需要路由功能，业务流向相对稳定，主要为汇聚模型业务接入节点至核心/汇聚侧的业务交换控制点。

多业务承载：基站回传的ATM/TDM、CES业务、ETH业务、集团重要专线业务。

严格的QOS管理：ATM/TDM和高级别数据业务要求带宽保证、低抖动和低时延，在ATM业务配置方面，PTN设备的QoS控制是通过以下方式进行控制的：支持配置ATM的业务类型、修改ATM业务的流量参数（即ATM策略），同时为适应于各类业务场景的ATM业务指定相对应的ATM策略：对于IP、ETH等业务，PTN采用DiffServ方式进行端到端的QoS控制。不同的ATM需要映射到不同的PHB等级进行处理，由此可是达到对Q0S端对端的控制：对于CES业务，PTN直接将其在PHB等级中处理，免去对其Q0S的配置。

网络成本扩展性和可控制性：移动城域网中有上百个业务汇聚节点和上千个业务接入点，可具备网络低成本、可维护、统一管理性。在城域范围内，要求具有较强的网络扩展性来分布密集、广泛的业务。

1.3LTE技术简介

1.3.1LTE技术及特点

LTE（LongTermEvolution）俗称为3.9G技术，被称为“准4G技术”，是由3GPP定义、通过标准化的电信通信演进技术形成，是国际主流三大3G技术之一。

LTE采用正交频分复用技术和多进多出等先进的物理层网络技术为核心，增强和改进了3G接口技术，在带宽资源频谱为2*2MIM0、20MH情况下，可向用户提供下行为100Mbit/s的理论峰值速率及上行为50Mbit/s的峰值理论速率，向承载高速率LTE业务的分组传输承载网络，提供了一个更为灵活和简单的组网络架构。

LTE具有百兆的数据下载能力，是未来所有2G/3G/3.5G技术不断演进的趋势，且具有如下技术特点：

（1）较高的传输速率和质量

LTE能够承载高带宽、大颗粒移动数据业务，具有100Mbt/s的峰值传输速率，非对称的上下行速率、区域连续性覆盖、较低的比特开销等功能、较完善QoS机制。

（2）灵活多样的业务功能

LTE系统能使各类媒体业务、通信设备、主机连同网络之间进行“无缝式”对接，使得用户可以随心所欲、自由地在各种网络模式环境间“无缝”漫游，并感知不到网络顿挫的变化。

（3）开放的平台

LTE在通过移动终端、业务节点、移动网络模式上都具有“开放性”，从而使用户能够自由选择网络应用和协议。使APP提供商能够提供独立操作的业务及内容。使计费信息、定位信息能够在各类应用和网络之间共享。

（4）高度智能化的网络

LTE是一个高度自适应的网络，具有很好的自治性、可交性、重构性、自组织性等特点，从而便于满足不同用户在各类环境下的多样化通信需求。

（5）高度可靠的鉴权机制

LTE是一个基于分组传输承载的数据网络。确保用户对整个网络的信任程度及数据安全的可靠性。

1.3.2LTE移动回传技术

所谓的移动回传（Mo-bileBackhaul）就是从移动核心网至基站间信息两传输过程。它在移动通信网络中，充当着重要的角色。回传技术通过过多种物理媒介，从基站控制器侧（BSC）和基站（BTS）间建立一个安全可靠的信号传送手段。从TDM技术、ATM技术，移动回传技术已经发展到IP技术。基站多样化的上行接口也应运而生。相比于2G/3G网络，移动回传技术对承载网提出了更高的要求。

首先，相比于3G技术，LTE技术要求的带宽更宽。并且可支持很多大颗粒、高带宽的业务需求，例如：P2P下载、高清视频播放、在线游戏等等。其次，LTE在网络需求上，网络延时更低：最后，从业务流向上，LTE与现有网络相比发生了根本的改变。目前当网络发展到LTE阶段，LTE核心网演化成为EPC，RNC/BSC的功能已下移到基站侧，已经将RNC/BSC和基站合并为eNB。在回传技术方面，增加了X2流量，在基站侧与基站侧之间建立X2接口连接，而X2流量的带宽仅有S1流量带宽的3%到5%。等待后期引入S1-Flex接口后，基站将可对进行多个MME/SGW进行归属，从基站的安全方面增加了业务的多维度。

1.3.3LTE承载网的演进

作为运营商网络的基础，承载网的建设和规划应在促使支撑业务网络的前提下超前于运营商业务网络的发展，这样才能促使业务网的发展。在LTE商业化网络建设初期，面向LTE承载网的演化势必显得尤为重要。而LET承载网在IP化演进过程中，需要考虑一下几个方面的问题：

1.对于现有SDH/MSTP网络技术，大量分组业务的网络冲击：2.电信级要求，对现有以太网分组传输技术带来了挑战：3.时间同步技术需求，对承载网络带了全新的挑战。

LTE必定成为全球最主要、最广域的宽带移动通信系统，未来所有的2G/3G/3.5G技术都将殊途同归，最终统一演化到LTE。

二、LTE对承载网的需求

LTE网络引入了S1和X2接口，取消了原有2G/3G网络中的RNC。在核心网引入了SGWpool和MMEpool，一个eNB同时归属于多个SGW、MME，以此来实现负载均衡、负载重分配、过载控制等。

LTE网络架构的扁平化、IP化，需要承载网提供三层路由功能实现X2的横向转发；提升端到端网络容量满足大带宽及大规模组网需求；50ms以内的保护倒换时间。图1为LTE网络架构模型图。

三、L3PTN承载LTE方案

LTE阶段，PTN网络提供三层路由功能目前主要有L3PTN方案和PTN+CE方案。从目前来看，L3PTN方案设备配置比较简单，可以通过PTN统一组网实现，PTN+CE方案需要在网络中引入路由器，增加了网络成本以及系统复杂度；L3PTN方案核心层设备可以通过软件升级支持三层路由转发功能，PTN+CE方案虽然可以通过新增路由器实现该功能，但PTN与CE的互通保护机制尚不完善；L3PTN方案采用端到端管理，能够保证50ms以内的保护倒换时间，而PTN+CE方案由于采用分段管理，需要PTN和路由器配合，故无法保证。L3PTN方案网络维护仅需传输专业人员，PTN+CE方案则还需要数据专业人员。综上可得，L3PTN在保护倒换功能、成本和端到端维护等方面更有优势，业界目前倾向于选择该方案。

中国移动已明确表示新启动的TD-LTE实验网建设采用L3PTN方案，即核心层PTN设备引入L3功能，汇聚和接入层仍然采用L2VPN。以下为该方案各层的组网方案。

3.1接入层组网方案

LTE网络建设初期，基站带宽需求还未达到最大值，PTN接入层建设以GE接入环为主，环路节点数一般不超过12个，所有接入环均以双节点接入。当现网带宽不足时，应优先考虑调整接入环节点数，主要方法有以下两种：

（1）跳点组环：保持原有结构不变，通过多用一对纤芯，将接入环原有的多个节点跳点组环。该方法主要用于接入环有剩余纤芯的应用场景。

（2）裂环组环：充分利用主干接入光缆或新建主干光缆，通过对某些节点进行跳纤，变多节点的接入环为较少节点的接入环，减少环上原有节点数量，满足业务接入需求。该方法主要用于接入环没有剩余纤芯或纤芯紧张的应用场景。

对于局部业务密集区或LTE网络建设中后期，当GE环满足不了LTE带宽需求时，考虑将接入层GE环升级为10GE环。

3.2汇聚层组网方案

汇聚层仍然采用L2-VPN分组转发功能，以10GE光口组环，环路节点数一般为4-8个，节点交换容量不小于160G，汇聚环带宽利用率不应超过70%。主要方案有以下两种：

（1）N*10GE方案：叠加PTN10GE环承载2G、3G和LTE业务，OTN下沉至汇聚层进行OLT上行业务和PTN业务承载。短期内该方案可以利用现有网络中的10GE环网进行组网。后期需考虑多个10GE环的叠加，维护工作量大、难度较高，以及与OTN联合组网涉及到的诸多问题。

（2）40GEPTN方案：新建PTN40GE汇聚环承载LTE和OLT业务，后期跟据业务量需求可考虑OTN下沉至汇聚层。40GEPTN方案相对网络投资成本较低，短期内不用考虑新建OTN网络即可满足网络承载需求。后期可根据网络需求，将OTN下沉至汇聚层。

两种方案各具利弊，实际应用中应根据投资成本、承载需求和技术可行性等因素进行选择。

3.3核心层组网方案

现网核心层设备（包括业务落地的PTN设备）通过升级支持L3VPN功能，实现基于IP地址的电路调度。核心层PTN设备交换容量不小于320G。核心层采用PTN+OTN组网架构，LTE建设初期仍然组建10GE环网，后期根据带宽需求，考虑组建40GEPTN环网。

4IP地址、VLAN和网络保护规划方案

IP地址规划以省为单位，采用IPV4地址。每个LTE基站分配两个不同网段的IP地址，分别用于网管和业务（S1和X2）。其中网管地址由各省自行规划，业务地址由总部统一分配。

一个LTE基站规划两个VLAN，其中一个分配给网管，另一个分配给业务。建议一个VLAN对应一个PW，一个基站的2个PW对应2个LSP。

接入层到核心层之间的PTN设备采用LSP1：1保护，不同站址的核心层PTN之间采用VPNFRR保护方式，两个核心节点之间运行VRRP。

结束语：

随着移动电视、移动下载、高清视频点播和视频监控等业务需求的增长，原有3G网络已无法支持这些业务。引入LTE，不仅在带宽方面可以满足上述业务的发展，同时还可以真正实现无线宽带化。PTN作为下一代传送网的主流技术，已大规模商用。LTE时代的到来以及多业务统一承载的需求，分组业务带宽需求将进一步增长。PTN对LTE网络的承载是目前热点的话题。PTN现有的简化三层功能还有待进一步的加强以及通过40GE/100GEPTN设备的引入提升网络带宽，以满足LTE后期更高带宽的需求。

参考文献：

[1]孙凌.面向TD-LTE时代的移动城域传送网建设思路2017.6

[2]沈娇.基于城域PTN的TD-LTE承载网方案研究2017

[3]陈孟奇.配套TD-LTE—深圳移动PTNL3承载网经验漫谈2016