淺談LTE時代PTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

朱飛雄

（中郵建技術(shù)有限公司，江蘇 南京210012）

1 PTN網(wǎng)絡(luò)背景

2008年中國移動開始試點TD－SCDMA（以下簡稱3G）試商用，2009年工信部批準(zhǔn)PTN設(shè)備入網(wǎng)?；赥DM特性的傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)能很好的支持2G業(yè)務(wù)，在分組傳送應(yīng)用方面已經(jīng)不能滿足3G業(yè)務(wù)發(fā)展要求。而基于分組轉(zhuǎn)發(fā)的PTN網(wǎng)絡(luò)則能很好的支持語音數(shù)據(jù)等大顆粒業(yè)務(wù)，PTN設(shè)備成為業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)的新寵，最終形成了承載2G業(yè)務(wù)的SDH網(wǎng)絡(luò)和承載3G、4G以及集客專線業(yè)務(wù)的PTN網(wǎng)絡(luò)并存的局面。

當(dāng)前PTN網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要采用核心層、匯聚層、接入層的層次化結(jié)構(gòu)，接入點采用雙掛的形式，可以有效避免單節(jié)點失效的情況。3G時代，整個PTN網(wǎng)絡(luò)長期處于輕載的狀態(tài)，主要的數(shù)據(jù)流量來自TD、OLT上行以及集客專線，但是總體帶寬利用率仍然相當(dāng)?shù)汀?/p>

LTE牌照發(fā)放后，中國移動掀起TD－LTE的建設(shè)熱潮，4G的高速體驗使得4G用戶越來越多，帶寬需求也越來越大。考慮到目前4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小以及用戶使用4G網(wǎng)絡(luò)需要更換終端等問題，PTN網(wǎng)絡(luò)仍然能夠滿足當(dāng)前帶寬需求。但是隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不斷增強，用戶數(shù)量的不斷增加，目前的網(wǎng)絡(luò)整體上不能滿足未來帶寬的需求。

2 TD－LTE業(yè)務(wù)介紹及承載要求

TD－LTE是TD－SCDMA的后續(xù)演進版本，繼承和優(yōu)化了3G的關(guān)鍵技術(shù)，相對于3G大幅提升了上網(wǎng)速率，用戶可以隨時隨地的高速接入網(wǎng)絡(luò)，極大增強了用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗。4G業(yè)務(wù)目標(biāo)具備了高速度、低時延、永遠(yuǎn)在線三大特點。

4G設(shè)計要求20 MHz帶寬內(nèi)下行峰值速率超過100 Mbps，上行峰值速率超過50 Mbps，能為用戶提供真正意義上的移動寬帶業(yè)務(wù)體驗。其次4G在3G的基礎(chǔ)上大幅度地降低了接入時延以及端到端業(yè)務(wù)的時延，能更好地支持實時數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)。同時用戶連接上網(wǎng)絡(luò)后，能一直保持在線，這一點在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗中尤為重要。

4G業(yè)務(wù)的三大顯著特點能給用戶帶來更好的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗，同時也對承載4G業(yè)務(wù)的PTN網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。首先，PTN網(wǎng)絡(luò)必須為LTE站點提供足夠的帶寬來保證接入用戶的帶寬。其次，PTN網(wǎng)絡(luò)必須保證分組交換的低時延以及分組轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級，通過QoS來保證業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量。

3 PTN匯聚層優(yōu)化

匯聚層優(yōu)化應(yīng)該從組網(wǎng)以及速率上進行優(yōu)化。匯聚層優(yōu)化工作的落后勢必給后期運維帶來巨大的割接工作量，不利于整個網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定有效的運行。匯聚環(huán)組網(wǎng)主要受制于匯聚層光纜建設(shè)以及波分節(jié)點資源，目前PTN匯聚環(huán)組網(wǎng)規(guī)模普遍較大，單個匯聚環(huán)上匯聚節(jié)點數(shù)量較多，單個匯聚環(huán)下掛接入點數(shù)量過多。匯聚環(huán)組網(wǎng)優(yōu)先以雙波分節(jié)點帶傳輸匯聚節(jié)點的模式，每個匯聚環(huán)上匯聚節(jié)點數(shù)量應(yīng)該控制在6～8個，單個匯聚節(jié)點下掛不超過4個接入環(huán)。匯聚環(huán)與核心環(huán)之間組網(wǎng)優(yōu)先考慮通過OTN承載，在發(fā)生光纜故障時可以由OTN網(wǎng)絡(luò)倒換來避免PTN網(wǎng)絡(luò)大量業(yè)務(wù)的倒換。

在組網(wǎng)速率上，目前核心層以及匯聚層普遍采用10GE速率組網(wǎng)，PTN網(wǎng)絡(luò)主要承載以LTE、TD、OLT、集客業(yè)務(wù)為主的大顆粒業(yè)務(wù)。當(dāng)前的帶寬利用率還比較低，有些環(huán)網(wǎng)帶寬利用率甚至在10%以下，只有在有WLAN以及OLT節(jié)點的環(huán)網(wǎng)，帶寬利用率才比較高。LTE對帶寬的需求還有很大空間，目前10GE的帶寬仍然能夠滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)需求。從長遠(yuǎn)看，隨著LTE用戶的不斷增加，至2016年LTE用戶預(yù)計將達到9 000萬，數(shù)據(jù)流量也將比現(xiàn)在呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長，匯聚環(huán)容量提升勢在必行。目前已經(jīng)有支持40G／100G端口速率的PTN設(shè)備，也可以采用4×10GE over OTN捆綁實現(xiàn)40GE的捆綁疊加方案來滿足未來擴容需求。從經(jīng)濟可行性角度看，目前普通匯聚環(huán)擴容可以采用擴容板卡的形式和雙10GE組網(wǎng)，大部分地區(qū)完全能滿足擴容需求，如果需要更高速率，從綜合成本考慮，直接采用40GE接口速率更具備優(yōu)勢。因此可以依據(jù)未來數(shù)據(jù)流量帶寬的需求，根據(jù)環(huán)網(wǎng)帶寬需求以及經(jīng)濟合理性選擇最適合的擴容方式。

4 PTN接入層優(yōu)化

接入層優(yōu)化可以從組網(wǎng)以及提升速率上進行。接入環(huán)組網(wǎng)路由以及業(yè)務(wù)路由應(yīng)清晰明了，應(yīng)該嚴(yán)格控制接入環(huán)中網(wǎng)元數(shù)量，盡量避免長鏈以及接入環(huán)下掛接入環(huán)的不合理組網(wǎng)。按照LTE單站帶寬平均需求80 M，峰值帶寬為320 M ，3G單站帶寬需求20 M，OLT單上行帶寬需求500 M，2G單站帶寬需求平均10 M計算，接入環(huán)帶寬利用率不應(yīng)該超過70%。對于GE接入環(huán)，網(wǎng)元數(shù)量建議為6個，不超過8個。

目前PTN網(wǎng)絡(luò)中以GE接入環(huán)為主，優(yōu)化方案可以選擇通過拆裂環(huán)減少接入環(huán)中網(wǎng)元個數(shù)來保證每個網(wǎng)元的帶寬需求，也可以選擇將環(huán)網(wǎng)整體升級為10GE。目前PTN設(shè)備廠家都能提供10GE接入設(shè)備，第一種方案對光纜等基礎(chǔ)資源要求比較高，第二種方案主要通過設(shè)備替換升級來實現(xiàn)。這兩種方案各有利弊，接入層優(yōu)化中通常綜合采用這兩種方案。在新建工程中，應(yīng)該按照以上組網(wǎng)原則設(shè)計施工，對有OLT節(jié)點或者用戶密集地區(qū)，接入環(huán)應(yīng)該直接升級為10GE，對后期可能需要升級為10GE接入環(huán)的環(huán)網(wǎng)，應(yīng)該盡量采用目前已經(jīng)支持10GE擴容的設(shè)備，后期擴容只需要擴容板卡，減少后期運維壓力。

5 PTN業(yè)務(wù)優(yōu)化

PTN業(yè)務(wù)優(yōu)化主要包括現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的割接優(yōu)化以及后期業(yè)務(wù)規(guī)劃?，F(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的分?jǐn)偢罱又饕轻槍TE、TD等業(yè)務(wù)的負(fù)荷分?jǐn)?，保證業(yè)務(wù)均衡。對OLT上行業(yè)務(wù)則考慮通過波分／OTN承載，對重載站點進行升級改造或者業(yè)務(wù)分?jǐn)?，降低主備用方向的帶寬利用率配合QoS配置，避免倒換時因為保護帶寬不足而中斷重要業(yè)務(wù)。

業(yè)務(wù)規(guī)劃主要是針對LTE業(yè)務(wù)，要做好本地兩套L2進L3設(shè)備的業(yè)務(wù)分?jǐn)?，城區(qū)環(huán)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)應(yīng)該分別分?jǐn)偟絻商自O(shè)備上，盡量保證兩套設(shè)備負(fù)荷均攤。如果按照理想中每個平面帶8個接入環(huán)，每個接入環(huán)帶6～8個點，按照保證帶寬和峰值帶寬計算流量，每個平面上行至L2進L3設(shè)備應(yīng)該保證5G的帶寬。盡管現(xiàn)在LTE流量偏低，但從站點建設(shè)和用戶增長趨勢可以判斷未來對帶寬的需求，因此每個平面上行至L2進L3設(shè)備應(yīng)采用10GE帶寬速率，避免后期大量業(yè)務(wù)割接。

6 PTN網(wǎng)絡(luò)QoS應(yīng)用

基于4G的高速以及低時延的業(yè)務(wù)需求，匯聚層以及接入層優(yōu)化、本地匯聚層和LTE核心層上行帶寬擴容能滿足群路需要的高帶寬。針對PTN網(wǎng)絡(luò)目前承載的2G、3G、4G以及集客業(yè)務(wù)，必須提供差別化的服務(wù)，才能滿足不同業(yè)務(wù)的不同需求，特別是LTE以及集客業(yè)務(wù)的要求。PTN網(wǎng)絡(luò)QoS應(yīng)用致力于解決減少丟包率、降低網(wǎng)絡(luò)時延、降低時延抖動、網(wǎng)絡(luò)流量管理、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞等。

傳統(tǒng)的Best－Effort服務(wù)模型基于盡可能將所有分組進行轉(zhuǎn)發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)擁塞時不區(qū)分丟棄包，不能保證LTE業(yè)務(wù)的低時延等要求。DiffServ服務(wù)模型解決了Best－Effort服務(wù)模型的弊端，能對流量進行分類標(biāo)記，可以為不同類型的業(yè)務(wù)流提供差別服務(wù)，滿足各種業(yè)務(wù)流的需求。

PTN網(wǎng)絡(luò)在DiffServ域內(nèi)通過提供層次化的QoS（HQoS），可以針對某個客戶、甚至某一條業(yè)務(wù)制定一個合適的QoS方案，來提供帶寬保證。在DS邊界節(jié)點，PTN設(shè)備按照HQoS模型對業(yè)務(wù)進行分類和多層次的流量調(diào)整，從而給不同類型的流量標(biāo)記不同的PHB服務(wù)等級，在DS內(nèi)部節(jié)點，PTN設(shè)備基于PHB服務(wù)等級對流量進行轉(zhuǎn)發(fā)。

對于承載的運營商2G、TD、LTE、OLT上行等業(yè)務(wù)，用戶報文的優(yōu)先級是規(guī)劃好的，因此可以完全信任用戶報文的優(yōu)先級，使用PTN網(wǎng)絡(luò)缺省的DiffServ域映射關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)側(cè)對Tunnel和PW設(shè)置CIR以及PIR，通過CIR保證業(yè)務(wù)帶寬，通過PIR來實現(xiàn)帶寬的復(fù)用。同時對端口配置流量門限，通過端口帶寬利用率以及流量越限相應(yīng)告警，動態(tài)地通過擴容或者分?jǐn)傉{(diào)整來調(diào)整帶寬，避免了出現(xiàn)擁塞。

對于集客專線業(yè)務(wù)，用戶報文的優(yōu)先級是客戶自定義的，因此不能信任用戶報文優(yōu)先級，針對業(yè)務(wù)的重要性，設(shè)置固定的轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級，同時對Tunnel和PW設(shè)置CIR以及PIR，建議設(shè)置CIR＝PIR來保證用戶帶寬的穩(wěn)定性。

對于帶寬占用比較大的 WLAN業(yè)務(wù)，需要在用戶側(cè)配置CAR，對接入用戶的流量進行限速，避免影響網(wǎng)絡(luò)上其他用戶。網(wǎng)絡(luò)側(cè)對Tunnel和PW設(shè)置CIR以及PIR，CIR配置取值盡量小，PIR取值盡量大，可以兼顧流量突發(fā)和帶寬復(fù)用。

QoS配置是PTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中極其重要的一個環(huán)節(jié)，需要考慮到不同業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)絡(luò)的要求以及流量高峰的時間段，制定差別的QoS方案，還要關(guān)注帶寬利用率以及流量越限告警，控制整體網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用情況，適時做出網(wǎng)絡(luò)調(diào)整。

7 結(jié)束語

4G建設(shè)的腳步越來越快，PTN網(wǎng)絡(luò)作為承載網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作刻不容緩，后期擁有一個健康穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)才能給4G穩(wěn)定有力的支撐，給用戶提供高質(zhì)量的體驗。受制于光纜等基礎(chǔ)資源的稀缺，前期建設(shè)遺留問題以及規(guī)劃進度落后等原因，目前的PTN網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作落后于工程建設(shè)，為更好地支撐LTE等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，保證網(wǎng)絡(luò)健康度，PTN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作勢在必行。

［1］ 王曉義，李大為．PTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及其應(yīng)用［M］：北京：人民郵電出版社，2010．