葉亞偉

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5G承載對PTN網(wǎng)絡(luò)的改造思路分析及演進策略研究

葉亞偉

中國通信建設(shè)集團設(shè)計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450052

5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，峰值理論傳輸速度可達每秒數(shù)十GB，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍。隨著5G技術(shù)的誕生，萬物互聯(lián)，用智能終端分享3D電影、游戲以及超高畫質(zhì)（UHD）節(jié)目的時代已漸行漸近。由此帶來了對承載網(wǎng)高流量、大帶寬、低時延、高可靠性的承載要求。PTN網(wǎng)絡(luò)是中國移動自2010年建設(shè)的全球最大的分組傳送網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過近十年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，已成為中國移動2G/3G/4G基站、重要集團客戶的主要承載平臺?？梢灶A(yù)想，從投資節(jié)約角度考慮，在5G建網(wǎng)初期，PTN網(wǎng)絡(luò)將成為5G承載的首選。

5G；PTN；核心層；匯聚層；接入層

1 總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進目標(biāo)

5G建設(shè)初期，首先考慮的承載平臺為PTN網(wǎng)絡(luò)。長距離、大帶寬傳輸時選擇OTN網(wǎng)絡(luò)進行綜合承載。

在考慮OTN+PTN方式組網(wǎng)時，近期PTN以環(huán)路形式收斂業(yè)務(wù)流量。中遠期自上而下考慮口字形直連。OTN則提供傳送通道，強調(diào)帶寬保障、結(jié)構(gòu)扁平化、多業(yè)務(wù)承載[1]。規(guī)劃的整體目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)示意圖見圖1。

2 核心層

PTN核心層中，L2/L3目前已部署至各郊縣中心機房，且以1×10G口字形上聯(lián)樞紐樓L3設(shè)備。近期規(guī)劃擬將L2/L3也下沉至綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)城區(qū)骨機房，并將L2/L3至L3鏈路升級為100?GE，以滿足4.5G站部署時的S1帶寬需求；中遠期擬將100G帶寬升級為400G，因此骨干匯聚層L2/L3設(shè)備及L3設(shè)備均應(yīng)支持向400G平滑演進。

骨干匯聚層OTN作為PTN的承載通道，應(yīng)將城域波分及市到縣波分升級為100G，并考慮此種設(shè)備應(yīng)具備向400G平滑演進的能力[2]。PTN核心層目標(biāo)架構(gòu)示意圖見圖2。

3 匯聚層

匯聚層作為承上啟下層，演進變化應(yīng)跟隨接入層進思路。PTN環(huán)近期仍以10?GE為主，中遠期升級為100?GE環(huán)；至于OTN匯聚環(huán)，應(yīng)下沉至每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并按需擴容現(xiàn)有匯聚環(huán)，滿足業(yè)務(wù)調(diào)度需求。

根據(jù)PTN帶寬評估以及收斂原則分析，單個匯聚環(huán)平均帶寬近期需求13～17?GE，遠期需求在22?GE以上。

可以看出，隨著4G雙載波技術(shù)引入和寬帶用戶提速進度加快，PTN傳輸系統(tǒng)需要提升整體容量，但現(xiàn)有PTN匯聚環(huán)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本不變，近期主要進行優(yōu)化調(diào)整：拆環(huán)或按需升級100?GE。隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，中遠期實現(xiàn)匯聚層100?GE系統(tǒng)，骨干匯聚層升級至400G系統(tǒng)[3]，并引入SDN實現(xiàn)整網(wǎng)控制。PTN匯聚層目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)演進示意圖見圖3。

4 接入層

4.5G、5G、集客、家客業(yè)務(wù)需求，對傳輸系統(tǒng)帶寬及時延要求越來越高，導(dǎo)致PTN接入層由GE為主升級為10?GE為主，具備40G端口能力。OLT逐漸從GPON向10GPON、波分PON演進，上聯(lián)逐漸從PTN系統(tǒng)分離，采用裸纖或OTN方式承載。接入層基站開始出現(xiàn)C-RAN機房，BBU集中部署。

通過對無線、集客、家寬業(yè)務(wù)需求分析，匯總出無線、集客和家寬通過PTN承載的流量明細，然后根據(jù)接入層環(huán)鏈數(shù)量，計算出接入環(huán)平均帶寬需求：近期2～3?GE，中遠期4G以上[4]。

（1）近期演進目標(biāo)方案

對于LTE X2時延，近期通過L2/L3設(shè)備下沉至郊縣中心機房，可滿足時延要求；中遠期無線引入4.5G/5G業(yè)務(wù)，X2時延提高，達到100～150?μs級，要求網(wǎng)絡(luò)扁平化，減少跳點，此時L2/L3設(shè)備需進一步下沉至普通匯聚機房。對于網(wǎng)元數(shù)超過12個及以上且所帶業(yè)務(wù)量不大的接入環(huán)進行拆環(huán)優(yōu)化[5]。具體接入層建設(shè)方案如圖4所示。

對于新建4G站組環(huán)，一步到位，直接建設(shè)10?GE環(huán)路，不建議先建設(shè)GE環(huán)，后期再調(diào)整升級，增加維護成本。

圖1 整體目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)示意圖

圖2 PTN核心層目標(biāo)架構(gòu)示意圖

圖3 PTN接入層目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)演進

圖4 PTN接入層規(guī)劃方案

近期實現(xiàn)接入層成環(huán)率在96%以上，雙規(guī)比在98%以上，實現(xiàn)L2層單環(huán)接入網(wǎng)元不超過6個?；韭酚山Y(jié)合一張光纜網(wǎng)進行就近接入[6]。

（2）中遠期目標(biāo)網(wǎng)方案

針對5G業(yè)務(wù)，基站接入將演進為10?GE端口對接，時延要求更低，因此PTN接入層組網(wǎng)需全面升級10?GE，控制節(jié)點數(shù)量，并且結(jié)構(gòu)扁平化、減少網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)。另外，通過引入SDN實現(xiàn)更高效的資源管理[7]。

未來信息化消費能力，主要表現(xiàn)在隨時隨地高速接入，要求PTN接入層的承載需求具備如下特征：隨機、突發(fā)、隨時隨地連接、低時延，與5G業(yè)務(wù)需求匹配，一并考慮。PTN接入層目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)演進見圖5。

圖5 PTN接入層目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)演進

[1]楊峰義，張建敏，王海寧. 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[2]劉光毅，黃宇紅，向際鷹，等. 5G移動通信系統(tǒng)：從演進到革命[M]. 北京：人民郵電出版社，2016.

[3]楊學(xué)志. 通信之道：從微積分到5G[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[4]遲永生，王元杰，楊宏博，等. 電信網(wǎng)分組傳送技術(shù)IPRAN/PTN[M]. 北京：人民郵電出版社，2017.

[5]中國移動通信集團. 中國移動家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)指導(dǎo)意見（2017版）[A]. 2017.

[6]中國移動通信集團. 中國移動家庭寬帶末端覆蓋及接入場景建設(shè)方案（2016版）[A]. 2016.

[7]中國通信企業(yè)協(xié)會. 2017～2018中國信息通信業(yè)發(fā)展分析報告[R]. 北京：人民郵電出版社，2018：163-215.

Analysis of Transformation Ideas and Evolution Strategy of 5G Bearer to PTN Network

Ye Yawei

The Fourth Branch of China Communications Construction Group Design Institute Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450052

As the fifth-generation mobile communication network, 5G network has a peak theoretical transmission speed of tens of GB per second, which is hundreds of times faster than that of 4G network. With the birth of 5G technology, the Internet of Everything, the era of sharing 3D movies, games and ultra-high definition (UHD) programs with smart terminals has gradually approached. Therefore, the bearer requirements for high traffic, large bandwidth, low latency, and high reliability of the bearer network are brought about. The PTN network is the world’s largest packet transmission network built by China Mobile since 2010. After nearly ten years of network construction, it has become the main carrier platform for China Mobile’s 2G/3G/4G base stations and important group customers. It can be expected that from the perspective of investment saving, in the initial stage of 5G network construction, PTN network will become the first choice for 5G bearer.

5G; PTN; core layer; convergence layer; access layer

TN929.5

A

葉亞偉，男，西安交通大學(xué)工程碩士，現(xiàn)任中國通信建設(shè)集團設(shè)計院有限公司第四分公司傳輸部設(shè)計五室主任，E-mail：yeyawei@139.com。