城域网典型架构及LTE承载演进探讨

杨斌，刘海涛，高乐文

（中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司, 哈尔滨 150080）

1 前言

LTE网络发展至今，回传技术选择、网络保护方式、网络互通方案、核心层组网技术选择等相关课题研究均取得一定成果。网络发展方向日趋明朗，相关产业软、硬件模型也日趋成熟。取得这些成绩的同时，LTE的大带宽带给城域网的承载压力也迅猛增加。现有的城域网的承载瓶颈在哪里？如何演进才能适应LTE的高带宽的需求？怎样才能将现网业务影响降到最低？这些都是本文将要关注的核心问题。

2 PTN城域网典型架构

PTN城域网网络建设已多年，传输网基本实现PTN全覆盖。PTN城域网典型架构包括核心层、汇聚层、接入层3层主要结构。详见图1城域网典型结构图。

2.1 核心层

核心层网络内部细化为两层结构，局间调度层和局内调度层。

图1 城域网典型结构图

局内调度层设备安装在各核心局内，通常每局由一对设备构成。该设备向下通过核心层OTN网络与各局间调度设备连接，向上与本局落地设备连接。主要功能为区分2G、TD-SCDMA、数据、动环等业务类型，将不同类型业务输送至相应落地扩展设备。

局间调度层由各核心局PTN设备环网构成，在网络中起到承上启下的作用。向下与汇聚层设备连接，向上与各核心局局内调度设备连接。主要功能为对汇聚层上传的业务在各核心局之间进行疏导和调度。

2.2 汇聚层

汇聚层建设目前有两种网络架构供参考，传统汇聚环组网和区域汇聚节点组网。

2.2.1 传统汇聚环组网

在业务区域内选取若干节点作为接入汇聚节点，安装10 GE PTN设备，根据光缆路由等实际情况形成10 GE环路，10 GE PTN汇聚环双节点上联至核心汇聚节点。接入环跨接至接入汇聚节点，通过此汇聚环承载接入层业务。

2.2.2 区域汇聚节点组网

在业务区域内选取若干节点作为区域汇聚节点，安装10GE PTN设备和OTN设备。区域汇聚节点之间组建汇聚层OTN系统环，OTN系统环双节点连接至核心汇聚节点。每个区域汇聚节点配置10 GE波道分别连接至对应核心汇聚节点，实现本节点10 GE PTN设备与对应核心局的局间调度层设备直连，形成汇聚容量“V字型”上发结构。接入环双上连跨接至区域汇聚节点。

区域汇聚节点组网方式较传统汇聚环组网有如下明显优势：节省汇聚层光缆资源；汇聚层容量扩容便捷；网络层级扁平化。

鉴于以上优点，传统汇聚环组网结构应逐步淘汰，向区域汇聚节点组网结构转变。部分地区由于机房条件、改造进度等客观因素限制，存在两种结构并行的情况。

2.3 接入层

接入层以GE设备组建环路为主，少量支链结构为辅。网络规划较完善的省份已完成接入层环路优化工作，控制每接入环环上节点在8个以内，同时实现双汇聚节点上联。接入层网络目前主要负责2G、TD-SCDMA基站业务回传和部分数据业务承载。

本文以下所讨论问题均依据上述网络结构为基础。

3 LTE典型网络结构

核心层承载采用新增PTN方式承载LTE业务。主体结构采用“口字型”组网，即核心层新增二端L2-L3设备和二端L3设备，四端设备组成“口字型”网络。见图2所示。

此结构向下通过L2-L3设备与城域网“局间调度”连接，向上通过L3设备与MME/SGW等核心交换设备连接。 参考现有城域网层次划分，“L2-L3设备”对照“局内调度”层面，“L3设备”对照“落地”层面。

图2 LTE核心层网络架构图

4 LTE需求及城域网承载瓶颈

4.1 LTE带宽及核心层端口需求

根据《中国移动TD-LTE扩大规模试验网工程传送网建设要求》的建议， TD-LTE主要承载数据业务，在PTN网络中采用逐级收敛方式提高承载效率，接入/汇聚/核心收敛比按照4:3:2进行设置。每个LTE宏基站带宽规划值参照表1。

表1 LTE基站带宽规划表

LTE核心层设备端口需求参考如下方式计算。

L2-L3设备入口流量计算公式为：M=接入层单站流量×基站数量×3/4；考虑负荷分担，每台L2-L3设备入口带宽需要M/2，向上取整得到10 GE端口需求数量N；考虑业务保护，每设备需要2N个10 GE端口；L2-L3设备出口流量计算公式为：m=接入层单站流量×基站数量×2/4；每台L2-L3设备出口带宽需要m/2，向上取整得到10GE端口数量需求n；考虑业务保护，每设备需要2n个10 GE端口；两台L2-L3设备之间需要的端口数量是N。

综上，每L2-L3设备共计需要配置2N+N+n个10 GE端口。

L3设备端口配置与L2-L3设备配置相匹配。

4.2 城域网承载瓶颈分析

4.2.1 城域网承载瓶颈一：局间调度层

局间调度层瓶颈主要体现在设备端口数量和接入能力上。

局间调度设备端口占用统计如表2所示。

表2 局间调度设备10GE端口占用统计表

根据上节L2-L3设备端口需求计算方式可知局间调度设备端口需求如表3所示。

表3 局间调度设备与L2-L3设备对接端口统计表

对比现网主流PTN设备（华为OptiX PTN3900、烽火CiTRANS 660、中兴ZXCTN 6300）端口能力，中、高等级地市设备端口均已接近满配，低等级地市设备尚有端口扩容空间。

4.2.2 城域网承载瓶颈二：汇聚层

根据流量规划，每汇聚环只能承载约80～140个宏基站。根据现有宏基站分布，考虑未来LTE网络全覆盖，几乎所有汇聚环容量均不满足未来需求。部分承载基站数量较多汇聚环甚至超过规划容量3倍以上。

4.2.3 城域网承载瓶颈三：接入层

根据容量测算，目前每GE接入环只能承载LTE宏基站约8个。接入环可以通过拆环、裂环、升级等方式解决承载问题。接入层相关解决方案本文暂不过多分析。

5 网络改造思路

5.1 总体思路

现有网络的局内调度层设备和落地层设备不需改造。

针对局间调度层和汇聚层网络改造我们给出两种建设思路。建设思路一：LTE业务混传建设；建设思路二：LTE业务独立传送建设。

5.2 LTE业务混传建设

LTE建设初期汇聚环建设主要以需求为准，精确分析LTE建设站点分布，精确统计汇聚环容量占用情况。对于汇聚环容量不足或剩余容量不足30%的汇聚环扩容改造。

传统汇聚环主要采取叠加的方式实现容量扩展，不建议汇聚环拆分。区域汇聚节点采取扩容上发波道的方式实现容量扩展。叠加及扩容波道数量依据网络实际需求而定。

为满足汇聚环扩容和L2-L3设备对接需求，局间调度设备需要大量10 GE端口资源。对于局间调度层设备端口扩容能力尚充足的地市，采用扩容板卡的方式满足端口需求。对于局间调度层设备端口能力不足情况，可以通过两种方式解决。

（1）新增同级别局间调度设备，实现设备端口扩展。

新增同级别扩展设备，向上与现有各局局内调度设备以及新增L2-L3设备均完成连接。将原有局间调度设备承载的一半汇聚环连接割接至此设备，实现新增局间调度设备与原有局间调度设备的业务分担。

（2）替换高级别局间调度设备，通过提升设备能力方式实现端口扩展。

新增高级别PTN设备替换原有局间调度设备，向上与现有各局局内调度设备以及新增L2-L3设备均完成连接。向下将全部汇聚环连接割接至此设备，替换原有设备。可参考设备选型有华为OptiX PTN 6900-16、烽火CiTRANS 680、中兴ZXCTN 9008。

以上两种途径均可解决局间调度层设备端口能力不足的问题。改造后，局间调度层以下2G、TD、LTE等业务承载在同一网络。LTE业务在局间调度设备分离，2G、TD业务在局内调度设备分离。

表4 建设思路对比

5.3 LTE业务分离建设

局间调度层新增高级别局间调度设备，原有局间调度设备不做业务调整。新增设备向上只与L2-L3设备连接，新增L2-L3设备向下也只与此设备连接。

同时，LTE业务相关全部现有传统汇聚环叠加至新增局间调度设备，LTE业务相关现有全部区域汇聚节点扩容波道至新增局间调度设备。

网络搭建完成后，LTE业务在接入层与其他业务混合传送，经过接入汇聚节点或区域汇聚节点后实现业务分离，实现LTE业务汇聚层以上独立传送。

5.4 方案比选

两种建设思路各有特点，分别适应不同的建设环境。第一种思路适合小型网络，现网业务量及LTE建设量均较小的情况；第二种思路适合大、中型网络，现网业务量及LTE建设量均较大的情况。对比分析详见表4。

6 结束语

随着LTE基站的大规模建设，LTE基站带宽需求激增。传统城域网从架构到容量均已不能满足业务需求，城域网改造建设势在必行。既要保证LTE大容量、高安全性的要求，又要保证现有业务不受影响；既要建设一个满足远期需求的精品传送网络，又要综合考虑工程建设投资和实施难度。