城域傳輸網(wǎng)能力平滑升級(jí)擴(kuò)容方案探討

文｜江淮

城域傳輸網(wǎng)能力平滑升級(jí)擴(kuò)容方案探討

文｜江淮

一、引言

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，由傳輸設(shè)備、傳輸光纜等傳輸介質(zhì)構(gòu)成的傳輸網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)方向都有不同程度的延伸，以滿足用戶的多樣性需求，特別是在LTE網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)專線網(wǎng)絡(luò)以及家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)等方面?？梢娂訌?qiáng)對城域傳輸網(wǎng)絡(luò)能力的規(guī)劃，必將推動(dòng)著通信運(yùn)營服務(wù)朝著更加先進(jìn)和優(yōu)良的方向發(fā)展。

二、城域傳輸網(wǎng)的組成和發(fā)展

傳輸網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)將用戶信息雙向或者單向的從一點(diǎn)傳送到另一些點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，主要實(shí)現(xiàn)傳送功能和控制功能。傳送動(dòng)能是實(shí)現(xiàn)信息從點(diǎn)對點(diǎn)或者點(diǎn)對多點(diǎn)的傳輸，控制功能是實(shí)現(xiàn)輔助業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的操作、管理、維護(hù)和指配功能。在激烈的市場競爭環(huán)境下，目前城域傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到一定的規(guī)模，形成核心層、匯聚層、接入層三個(gè)方面的分組化城域傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。就目前市場上傳輸網(wǎng)絡(luò)組成而言，主要由SDH、PTN、OTN和GPON多種組網(wǎng)方式共同維護(hù)傳輸網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（一）SDH技術(shù)

1988年CCITT接受了美國貝爾通信研究所首先提出的同步網(wǎng)絡(luò)SONET體制，并重命名為同步數(shù)字體系SDH。SDH可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效管理、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、不同廠商設(shè)備間的互通等多項(xiàng)功能，能大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、降低管理及維護(hù)費(fèi)用、實(shí)現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)。

SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)稱為同步傳送模塊STM－N（Synchronous Transport Mode，N=1,4,16,64）。四個(gè)STM－1同步復(fù)用構(gòu)成STM－4，16個(gè)STM－1或四個(gè) STM－4同步復(fù)用構(gòu)成STM－16，四個(gè)STM－16同步復(fù)用構(gòu)成STM－64，甚至四個(gè)STM－64同步復(fù)用構(gòu)成STM－256；

SDH采用塊狀的幀結(jié)構(gòu)來承載信息，每幀由縱向9行和橫向 270×N列字節(jié)組成，每個(gè)字節(jié)含8bit，整個(gè)幀結(jié)構(gòu)分成段開銷區(qū)、STM－N凈負(fù)荷區(qū)和管理單元指針區(qū)三個(gè)區(qū)域，其中段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、維護(hù)及指配以保證信息能夠正常靈活地傳送，它又分為再生段開銷（Regenerator Section OverHead，RSOH）和復(fù)用段開銷（Multiplex Section OverHead， MSOH）；凈負(fù)荷區(qū)用于存放真正用于信息業(yè)務(wù)的比特和少量的用于通道維護(hù)管理的通道開銷字節(jié)；管理單元指針用來指示凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的信息首字節(jié)在STM－N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置以便接收時(shí)能正確分離凈負(fù)荷。

SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在2009年左右的時(shí)候以其標(biāo)準(zhǔn)化的光接口、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)能力、靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透呖煽啃缘膬?yōu)勢，在促進(jìn)GSM網(wǎng)絡(luò)和集客2M業(yè)務(wù)方面有著不可替代的作用。但是隨著人們對傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高，4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來以及家寬集客業(yè)務(wù)的大幅度發(fā)展，155M的傳輸速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求。

（二）PTN技術(shù)

不斷增長的IP數(shù)據(jù)、語音、圖像等多種業(yè)務(wù)傳送需求使得用戶接入及駐地網(wǎng)的寬帶化技術(shù)迅速普及，同時(shí)也促進(jìn)了傳輸骨干網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)。由于業(yè)務(wù)的傳送環(huán)境發(fā)生了巨大變化，原先以承載話音為主要目的的SDH城域網(wǎng)在容量以及接口能力方面上都已經(jīng)無法滿足業(yè)務(wù)傳輸與匯聚的要求。于是，分組傳送網(wǎng)PTN營運(yùn)而生，PTN是目前城域傳輸網(wǎng)最主要的實(shí)現(xiàn)方法之一。

PTN支持多種基于分組交換業(yè)務(wù)的雙向點(diǎn)對點(diǎn)連接通道，具有適合各種粗細(xì)顆粒業(yè)務(wù)、端到端的組網(wǎng)能力，提供了更加適合于IP業(yè)務(wù)特性的“柔性”傳輸管道；具備豐富的保護(hù)方式，遇到網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)基于50ms的電信級(jí)業(yè)務(wù)保護(hù)倒換，實(shí)現(xiàn)傳輸級(jí)別的業(yè)務(wù)保護(hù)和恢復(fù)；繼承了SDH技術(shù)的操作、 管理和維護(hù)機(jī)制（OAM），具有點(diǎn)對點(diǎn)連接的完美OAM體系，保證網(wǎng)絡(luò)具備保護(hù)切換、錯(cuò)誤檢測和通道監(jiān)控能力；完成了與IP/MPLS多種方式的互連互通，無縫承載核心IP業(yè)務(wù)；網(wǎng)管系統(tǒng)可以控制連接信道的建立和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)QoS的區(qū)分和保證，靈活提供SLA等優(yōu)點(diǎn)。

另外，它可利用各種底層傳輸通道（如SDH/Ethernet/ OTN）?？傊?，它具有完善的OAM機(jī)制，精確的故障定位和嚴(yán)格的業(yè)務(wù)隔離功能，最大限度地管理和利用光纖資源，保證了業(yè)務(wù)安全性，在結(jié)合GMPLS后，可實(shí)現(xiàn)資源的自動(dòng)配置及網(wǎng)狀網(wǎng)的高生存性。

（三）OTN技術(shù)

OTN（光傳送網(wǎng)，OpticalTransportNetwork），是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。OTN處理的基本對象是波長級(jí)業(yè)務(wù)，它將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長光網(wǎng)絡(luò)階段。由于結(jié)合了光域和電域處理的優(yōu)勢，OTN可以提供巨大的傳送容量、完全透明的端到端波長/子波長連接以及電信級(jí)的保護(hù)，是傳送寬帶大顆粒業(yè)務(wù)的最優(yōu)技術(shù)。OTN的主要優(yōu)點(diǎn)是完全向后兼容，它可以建立在現(xiàn)有的SONET/SDH管理功能基礎(chǔ)上，不僅提供了存在的通信協(xié)議的完全透明，而且還為WDM提供端到端的連接和組網(wǎng)能力，它為ROADM提供光層互聯(lián)的規(guī)范，并補(bǔ)充了子波長匯聚和疏導(dǎo)能力。

（四）GPON技術(shù)

無源光網(wǎng)絡(luò)PON的發(fā)展解決了當(dāng)前傳輸帶寬速率低的難題，降低了敷設(shè)和運(yùn)行的維護(hù)成本，采用光纖傳輸提高了接入層的覆蓋半徑，提供的多種組網(wǎng)規(guī)劃和應(yīng)用場景促進(jìn)了家寬業(yè)務(wù)和專線業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展。

三、目前較為常見的城域傳輸網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載方式介紹

城域傳輸網(wǎng)的發(fā)展要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)路需求，合理平滑過渡和擴(kuò)容。就目前的傳輸網(wǎng)路結(jié)構(gòu)來看，網(wǎng)路通信已由原來的SDH網(wǎng)路向OTN傳送網(wǎng)、PTN分組交換網(wǎng)和GPON接入網(wǎng)過渡，主要業(yè)務(wù)承載能力如下表：

表1 城域網(wǎng)業(yè)務(wù)承載能力

SDH網(wǎng)絡(luò)以其穩(wěn)定的設(shè)備和成熟的技術(shù)負(fù)責(zé)為GSM語音網(wǎng)絡(luò)以及部分政府、集團(tuán)專線提供電路和擴(kuò)容，缺點(diǎn)是業(yè)務(wù)配置程序較為繁瑣以及故障定位較為困難。

PTN網(wǎng)絡(luò)目前主要承載2G基站、3G基站、FDD站、LTE站以及大流量的家客OLT和集團(tuán)專線業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)配置以及故障定位相比于SDH較為簡單。缺點(diǎn)是隨著業(yè)務(wù)發(fā)展速度的加快，PTN設(shè)備不斷升級(jí)更新，設(shè)備板卡的互不兼容導(dǎo)致業(yè)務(wù)不能平緩割接，現(xiàn)網(wǎng)PTN業(yè)務(wù)存在多種類型設(shè)備混合承載。

GPON網(wǎng)絡(luò)主要為小區(qū)、辦公樓以及集團(tuán)用戶等客戶集中的地區(qū)提供寬帶接入，綜合支持完善，滿足用戶對帶寬業(yè)務(wù)的需求。缺點(diǎn)是專線業(yè)務(wù)目前不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下發(fā)，專線用戶擴(kuò)容割接時(shí)需手動(dòng)修改IP地址。

OTN網(wǎng)絡(luò)更適合大顆粒業(yè)務(wù)的傳輸，目前主要是提供市到縣，縣到縣本地網(wǎng)電路以及集團(tuán)專用網(wǎng)絡(luò)電路的承載。

四、搭建環(huán)網(wǎng)流量預(yù)算模型構(gòu)建城域傳輸網(wǎng)的升級(jí)擴(kuò)容方案

（一）“五要素法”搭建環(huán)網(wǎng)流量預(yù)測模型

根據(jù)中興ZXDNA流量工具選取某地市當(dāng)天的流量進(jìn)行分析，可以看出LTE基站業(yè)務(wù)、集客家客業(yè)務(wù)影響流量最大。

圖1 業(yè)務(wù)按類型流量對比圖

可以將總流量定義為基站流量、家寬流量和集客流量的總和（3G逐漸退網(wǎng)，2G基站帶寬配置恒定），構(gòu)建“五要素法”進(jìn)行環(huán)網(wǎng)流量的預(yù)測。

用戶并發(fā)率指同時(shí)在線用戶與總用戶數(shù)的比例；數(shù)據(jù)并發(fā)率指在線用戶同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)流量交互的占比；帶寬利用率指在線用戶數(shù)據(jù)流量與總上聯(lián)帶寬的收斂比例；忙時(shí)錯(cuò)峰收斂率指忙時(shí)業(yè)務(wù)帶寬相對于其他業(yè)務(wù)峰值帶寬的比例。

根據(jù)五要素法以某市LTE數(shù)據(jù)分別從匯聚層和接入層進(jìn)行流量預(yù)測可以看出，2016～2018兩年之內(nèi)LTE流量將翻倍增長。

表2 匯聚層LTE流量增長預(yù)估情況

圖2 “五要素法”

按照目標(biāo)匯聚區(qū)內(nèi)的現(xiàn)網(wǎng)物理站點(diǎn)數(shù)以及2016～2020年滾動(dòng)規(guī)劃無線專業(yè)預(yù)測增長的站點(diǎn)數(shù)目為基礎(chǔ)計(jì)算匯聚層LTE流量。

圖3 接入層LTE流量預(yù)估情況

由于接入環(huán)所帶站點(diǎn)較少，按100%并發(fā)考慮，預(yù)算帶寬按照CIR（保證帶寬）考慮。

從此可見，未來電信各類業(yè)務(wù)將一定會(huì)呈大寬帶、高流量趨勢，等2020年5G的業(yè)務(wù)部署上線，將帶來的是MBB流量成20倍增長，用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)對時(shí)延和丟包的要求將更為嚴(yán)格。而根據(jù)目前傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)方式，PTN環(huán)網(wǎng)的接入鏈路主要以GE或者2GE方式承載，匯聚層以10GE方式承載。GPON主要是以4G+4G的上聯(lián)主備聚合方式接入傳輸PTN的GE鏈路，LTE是以PTN站點(diǎn)所帶方式，承載隧道經(jīng)過PTN的GE鏈路。這樣的城域傳輸承載方式以必然不能滿足用戶的所需，急需構(gòu)建新的城域傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，推進(jìn)城域傳輸網(wǎng)的平滑升級(jí)。

（二）城域傳輸網(wǎng)的升級(jí)擴(kuò)容方案

1. 接入層平滑升級(jí)方案

因城區(qū)接入環(huán)承載著較大的LTE以及專線流量，直接將業(yè)務(wù)擴(kuò)成10GE環(huán)；對于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村，接入環(huán)網(wǎng)絡(luò)平緩的進(jìn)行雙GE過渡，將家客業(yè)務(wù)、LTE業(yè)務(wù)逐步遷移成10GE環(huán)，動(dòng)環(huán)、集客、監(jiān)控，2M業(yè)務(wù)可以繼續(xù)在現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)承載最終實(shí)現(xiàn)，逐步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)接入環(huán)的10GE升級(jí)擴(kuò)容。

同時(shí)為家寬OLT上行搭建的獨(dú)立10G接入環(huán)，保持家客集客上網(wǎng)流量的中長期穩(wěn)定。

圖4 接入層的平滑架構(gòu)

2. 匯聚層平滑升級(jí)方案

采用100G PTN組成匯聚環(huán)，滿足業(yè)務(wù)的發(fā)展，主要用于承載家寬、大顆粒集客業(yè)務(wù)和4G基站。

波分網(wǎng)絡(luò)：核心層采用10G、100G WDM/OTN承載，核心節(jié)點(diǎn)到骨干匯聚節(jié)點(diǎn)采用OTN承載。

PTN網(wǎng)絡(luò)：已建10GE、100GE 平面，10GE平面承載2/3/4G、集客業(yè)務(wù)，100GE平面承載4G、家寬業(yè)務(wù)。

圖5 匯聚層的平滑架構(gòu)

五、總結(jié)

不斷提高的業(yè)務(wù)需求將導(dǎo)致傳輸城域網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)越來越緊密，隨著下一代通信技術(shù)的發(fā)展，通信運(yùn)營商必將相應(yīng)的調(diào)整傳輸城域網(wǎng)絡(luò)的更新升級(jí)，確保傳輸網(wǎng)絡(luò)具備動(dòng)態(tài)智能調(diào)度、提供、保障和恢復(fù)業(yè)務(wù)的能力，使其向更大顆粒度、分組化、智能化的方向發(fā)展。

作者單位：中國移動(dòng)通信集團(tuán)安徽有限公司六安分公司