淺談LTE時代PTN網絡優化

朱飛雄

（中郵建技術有限公司，江蘇 南京210012）

1 PTN網絡背景

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PTN設備入網。基于TDM特性的傳統SDH網絡能很好的支持2G業務，在分組傳送應用方面已經不能滿足3G業務發展要求。而基于分組轉發的PTN網絡則能很好的支持語音數據等大顆粒業務，PTN設備成為業務承載網絡的新寵，最終形成了承載2G業務的SDH網絡和承載3G、4G以及集客專線業務的PTN網絡并存的局面。

當前PTN網絡的組網結構主要采用核心層、匯聚層、接入層的層次化結構，接入點采用雙掛的形式，可以有效避免單節點失效的情況。3G時代，整個PTN網絡長期處于輕載的狀態，主要的數據流量來自TD、OLT上行以及集客專線，但是總體帶寬利用率仍然相當低。

LTE牌照發放后，中國移動掀起TD－LTE的建設熱潮，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網絡覆蓋范圍小以及用戶使用4G網絡需要更換終端等問題，PTN網絡仍然能夠滿足當前帶寬需求。但是隨著網絡覆蓋的不斷增強，用戶數量的不斷增加，目前的網絡整體上不能滿足未來帶寬的需求。

2 TD－LTE業務介紹及承載要求

TD－LTE是TD－SCDMA的后續演進版本，繼承和優化了3G的關鍵技術，相對于3G大幅提升了上網速率，用戶可以隨時隨地的高速接入網絡，極大增強了用戶的數據業務體驗。4G業務目標具備了高速度、低時延、永遠在線三大特點。

4G設計要求20 MHz帶寬內下行峰值速率超過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務體驗。其次4G在3G的基礎上大幅度地降低了接入時延以及端到端業務的時延，能更好地支持實時數據交互業務。同時用戶連接上網絡后，能一直保持在線，這一點在數據業務體驗中尤為重要。

4G業務的三大顯著特點能給用戶帶來更好的數據業務體驗，同時也對承載4G業務的PTN網絡提出了更高的要求。首先，PTN網絡必須為LTE站點提供足夠的帶寬來保證接入用戶的帶寬。其次，PTN網絡必須保證分組交換的低時延以及分組轉發優先級，通過QoS來保證業務傳輸質量。

3 PTN匯聚層優化

匯聚層優化應該從組網以及速率上進行優化。匯聚層優化工作的落后勢必給后期運維帶來巨大的割接工作量，不利于整個網絡穩定有效的運行。匯聚環組網主要受制于匯聚層光纜建設以及波分節點資源，目前PTN匯聚環組網規模普遍較大，單個匯聚環上匯聚節點數量較多，單個匯聚環下掛接入點數量過多。匯聚環組網優先以雙波分節點帶傳輸匯聚節點的模式，每個匯聚環上匯聚節點數量應該控制在6～8個，單個匯聚節點下掛不超過4個接入環。匯聚環與核心環之間組網優先考慮通過OTN承載，在發生光纜故障時可以由OTN網絡倒換來避免PTN網絡大量業務的倒換。

在組網速率上，目前核心層以及匯聚層普遍采用10GE速率組網，PTN網絡主要承載以LTE、TD、OLT、集客業務為主的大顆粒業務。當前的帶寬利用率還比較低，有些環網帶寬利用率甚至在10%以下，只有在有WLAN以及OLT節點的環網，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前業務需求。從長遠看，隨著LTE用戶的不斷增加，至2016年LTE用戶預計將達到9 000萬，數據流量也將比現在呈現爆發式的增長，匯聚環容量提升勢在必行。目前已經有支持40G／100G端口速率的PTN設備，也可以采用4×10GE over OTN捆綁實現40GE的捆綁疊加方案來滿足未來擴容需求。從經濟可行性角度看，目前普通匯聚環擴容可以采用擴容板卡的形式和雙10GE組網，大部分地區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接口速率更具備優勢。因此可以依據未來數據流量帶寬的需求，根據環網帶寬需求以及經濟合理性選擇最適合的擴容方式。

4 PTN接入層優化

接入層優化可以從組網以及提升速率上進行。接入環組網路由以及業務路由應清晰明了，應該嚴格控制接入環中網元數量，盡量避免長鏈以及接入環下掛接入環的不合理組網。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，接入環帶寬利用率不應該超過70%。對于GE接入環，網元數量建議為6個，不超過8個。

目前PTN網絡中以GE接入環為主，優化方案可以選擇通過拆裂環減少接入環中網元個數來保證每個網元的帶寬需求，也可以選擇將環網整體升級為10GE。目前PTN設備廠家都能提供10GE接入設備，第一種方案對光纜等基礎資源要求比較高，第二種方案主要通過設備替換升級來實現。這兩種方案各有利弊，接入層優化中通常綜合采用這兩種方案。在新建工程中，應該按照以上組網原則設計施工，對有OLT節點或者用戶密集地區，接入環應該直接升級為10GE，對后期可能需要升級為10GE接入環的環網，應該盡量采用目前已經支持10GE擴容的設備，后期擴容只需要擴容板卡，減少后期運維壓力。

5 PTN業務優化

PTN業務優化主要包括現網業務的割接優化以及后期業務規劃。現網業務的分攤割接主要是針對LTE、TD等業務的負荷分攤，保證業務均衡。對OLT上行業務則考慮通過波分／OTN承載，對重載站點進行升級改造或者業務分攤，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務。

業務規劃主要是針對LTE業務，要做好本地兩套L2進L3設備的業務分攤，城區環和鄉鎮環應該分別分攤到兩套設備上，盡量保證兩套設備負荷均攤。如果按照理想中每個平面帶8個接入環，每個接入環帶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設備應該保證5G的帶寬。盡管現在LTE流量偏低，但從站點建設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設備應采用10GE帶寬速率，避免后期大量業務割接。

6 PTN網絡QoS應用

基于4G的高速以及低時延的業務需求，匯聚層以及接入層優化、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網絡目前承載的2G、3G、4G以及集客業務，必須提供差別化的服務，才能滿足不同業務的不同需求，特別是LTE以及集客業務的要求。PTN網絡QoS應用致力于解決減少丟包率、降低網絡時延、降低時延抖動、網絡流量管理、避免網絡擁塞等。

傳統的Best－Effort服務模型基于盡可能將所有分組進行轉發，在網絡擁塞時不區分丟棄包，不能保證LTE業務的低時延等要求。DiffServ服務模型解決了Best－Effort服務模型的弊端，能對流量進行分類標記，可以為不同類型的業務流提供差別服務，滿足各種業務流的需求。

PTN網絡在DiffServ域內通過提供層次化的QoS（HQoS），可以針對某個客戶、甚至某一條業務制定一個合適的QoS方案，來提供帶寬保證。在DS邊界節點，PTN設備按照HQoS模型對業務進行分類和多層次的流量調整，從而給不同類型的流量標記不同的PHB服務等級，在DS內部節點，PTN設備基于PHB服務等級對流量進行轉發。

對于承載的運營商2G、TD、LTE、OLT上行等業務，用戶報文的優先級是規劃好的，因此可以完全信任用戶報文的優先級，使用PTN網絡缺省的DiffServ域映射關系，網絡側對Tunnel和PW設置CIR以及PIR，通過CIR保證業務帶寬，通過PIR來實現帶寬的復用。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告警，動態地通過擴容或者分攤調整來調整帶寬，避免了出現擁塞。

對于集客專線業務，用戶報文的優先級是客戶自定義的，因此不能信任用戶報文優先級，針對業務的重要性，設置固定的轉發優先級，同時對Tunnel和PW設置CIR以及PIR，建議設置CIR＝PIR來保證用戶帶寬的穩定性。

對于帶寬占用比較大的 WLAN業務，需要在用戶側配置CAR，對接入用戶的流量進行限速，避免影響網絡上其他用戶。網絡側對Tunnel和PW設置CIR以及PIR，CIR配置取值盡量小，PIR取值盡量大，可以兼顧流量突發和帶寬復用。

QoS配置是PTN網絡優化中極其重要的一個環節，需要考慮到不同業務對承載網絡的要求以及流量高峰的時間段，制定差別的QoS方案，還要關注帶寬利用率以及流量越限告警，控制整體網絡的帶寬利用情況，適時做出網絡調整。

7 結束語

4G建設的腳步越來越快，PTN網絡作為承載網絡的優化工作刻不容緩，后期擁有一個健康穩定的傳輸網絡才能給4G穩定有力的支撐，給用戶提供高質量的體驗。受制于光纜等基礎資源的稀缺，前期建設遺留問題以及規劃進度落后等原因，目前的PTN網絡優化工作落后于工程建設，為更好地支撐LTE等數據業務，保證網絡健康度，PTN網絡的優化工作勢在必行。

［1］ 王曉義，李大為．PTN網絡建設及其應用［M］：北京：人民郵電出版社，2010．