浅谈LTE时代PTN网络优化

朱飞雄

（中邮建技术有限公司，江苏 南京210012）

1 PTN网络背景

2008年中国移动开始试点TD－SCDMA（以下简称3G）试商用，2009年工信部批准PTN设备入网。基于TDM特性的传统SDH网络能很好的支持2G业务，在分组传送应用方面已经不能满足3G业务发展要求。而基于分组转发的PTN网络则能很好的支持语音数据等大颗粒业务，PTN设备成为业务承载网络的新宠，最终形成了承载2G业务的SDH网络和承载3G、4G以及集客专线业务的PTN网络并存的局面。

当前PTN网络的组网结构主要采用核心层、汇聚层、接入层的层次化结构，接入点采用双挂的形式，可以有效避免单节点失效的情况。3G时代，整个PTN网络长期处于轻载的状态，主要的数据流量来自TD、OLT上行以及集客专线，但是总体带宽利用率仍然相当低。

LTE牌照发放后，中国移动掀起TD－LTE的建设热潮，4G的高速体验使得4G用户越来越多，带宽需求也越来越大。考虑到目前4G网络覆盖范围小以及用户使用4G网络需要更换终端等问题，PTN网络仍然能够满足当前带宽需求。但是随着网络覆盖的不断增强，用户数量的不断增加，目前的网络整体上不能满足未来带宽的需求。

2 TD－LTE业务介绍及承载要求

TD－LTE是TD－SCDMA的后续演进版本，继承和优化了3G的关键技术，相对于3G大幅提升了上网速率，用户可以随时随地的高速接入网络，极大增强了用户的数据业务体验。4G业务目标具备了高速度、低时延、永远在线三大特点。

4G设计要求20 MHz带宽内下行峰值速率超过100 Mbps，上行峰值速率超过50 Mbps，能为用户提供真正意义上的移动宽带业务体验。其次4G在3G的基础上大幅度地降低了接入时延以及端到端业务的时延，能更好地支持实时数据交互业务。同时用户连接上网络后，能一直保持在线，这一点在数据业务体验中尤为重要。

4G业务的三大显著特点能给用户带来更好的数据业务体验，同时也对承载4G业务的PTN网络提出了更高的要求。首先，PTN网络必须为LTE站点提供足够的带宽来保证接入用户的带宽。其次，PTN网络必须保证分组交换的低时延以及分组转发优先级，通过QoS来保证业务传输质量。

3 PTN汇聚层优化

汇聚层优化应该从组网以及速率上进行优化。汇聚层优化工作的落后势必给后期运维带来巨大的割接工作量，不利于整个网络稳定有效的运行。汇聚环组网主要受制于汇聚层光缆建设以及波分节点资源，目前PTN汇聚环组网规模普遍较大，单个汇聚环上汇聚节点数量较多，单个汇聚环下挂接入点数量过多。汇聚环组网优先以双波分节点带传输汇聚节点的模式，每个汇聚环上汇聚节点数量应该控制在6～8个，单个汇聚节点下挂不超过4个接入环。汇聚环与核心环之间组网优先考虑通过OTN承载，在发生光缆故障时可以由OTN网络倒换来避免PTN网络大量业务的倒换。

在组网速率上，目前核心层以及汇聚层普遍采用10GE速率组网，PTN网络主要承载以LTE、TD、OLT、集客业务为主的大颗粒业务。当前的带宽利用率还比较低，有些环网带宽利用率甚至在10%以下，只有在有WLAN以及OLT节点的环网，带宽利用率才比较高。LTE对带宽的需求还有很大空间，目前10GE的带宽仍然能够满足当前业务需求。从长远看，随着LTE用户的不断增加，至2016年LTE用户预计将达到9 000万，数据流量也将比现在呈现爆发式的增长，汇聚环容量提升势在必行。目前已经有支持40G／100G端口速率的PTN设备，也可以采用4×10GE over OTN捆绑实现40GE的捆绑叠加方案来满足未来扩容需求。从经济可行性角度看，目前普通汇聚环扩容可以采用扩容板卡的形式和双10GE组网，大部分地区完全能满足扩容需求，如果需要更高速率，从综合成本考虑，直接采用40GE接口速率更具备优势。因此可以依据未来数据流量带宽的需求，根据环网带宽需求以及经济合理性选择最适合的扩容方式。

4 PTN接入层优化

接入层优化可以从组网以及提升速率上进行。接入环组网路由以及业务路由应清晰明了，应该严格控制接入环中网元数量，尽量避免长链以及接入环下挂接入环的不合理组网。按照LTE单站带宽平均需求80 M，峰值带宽为320 M ，3G单站带宽需求20 M，OLT单上行带宽需求500 M，2G单站带宽需求平均10 M计算，接入环带宽利用率不应该超过70%。对于GE接入环，网元数量建议为6个，不超过8个。

目前PTN网络中以GE接入环为主，优化方案可以选择通过拆裂环减少接入环中网元个数来保证每个网元的带宽需求，也可以选择将环网整体升级为10GE。目前PTN设备厂家都能提供10GE接入设备，第一种方案对光缆等基础资源要求比较高，第二种方案主要通过设备替换升级来实现。这两种方案各有利弊，接入层优化中通常综合采用这两种方案。在新建工程中，应该按照以上组网原则设计施工，对有OLT节点或者用户密集地区，接入环应该直接升级为10GE，对后期可能需要升级为10GE接入环的环网，应该尽量采用目前已经支持10GE扩容的设备，后期扩容只需要扩容板卡，减少后期运维压力。

5 PTN业务优化

PTN业务优化主要包括现网业务的割接优化以及后期业务规划。现网业务的分摊割接主要是针对LTE、TD等业务的负荷分摊，保证业务均衡。对OLT上行业务则考虑通过波分／OTN承载，对重载站点进行升级改造或者业务分摊，降低主备用方向的带宽利用率配合QoS配置，避免倒换时因为保护带宽不足而中断重要业务。

业务规划主要是针对LTE业务，要做好本地两套L2进L3设备的业务分摊，城区环和乡镇环应该分别分摊到两套设备上，尽量保证两套设备负荷均摊。如果按照理想中每个平面带8个接入环，每个接入环带6～8个点，按照保证带宽和峰值带宽计算流量，每个平面上行至L2进L3设备应该保证5G的带宽。尽管现在LTE流量偏低，但从站点建设和用户增长趋势可以判断未来对带宽的需求，因此每个平面上行至L2进L3设备应采用10GE带宽速率，避免后期大量业务割接。

6 PTN网络QoS应用

基于4G的高速以及低时延的业务需求，汇聚层以及接入层优化、本地汇聚层和LTE核心层上行带宽扩容能满足群路需要的高带宽。针对PTN网络目前承载的2G、3G、4G以及集客业务，必须提供差别化的服务，才能满足不同业务的不同需求，特别是LTE以及集客业务的要求。PTN网络QoS应用致力于解决减少丢包率、降低网络时延、降低时延抖动、网络流量管理、避免网络拥塞等。

传统的Best－Effort服务模型基于尽可能将所有分组进行转发，在网络拥塞时不区分丢弃包，不能保证LTE业务的低时延等要求。DiffServ服务模型解决了Best－Effort服务模型的弊端，能对流量进行分类标记，可以为不同类型的业务流提供差别服务，满足各种业务流的需求。

PTN网络在DiffServ域内通过提供层次化的QoS（HQoS），可以针对某个客户、甚至某一条业务制定一个合适的QoS方案，来提供带宽保证。在DS边界节点，PTN设备按照HQoS模型对业务进行分类和多层次的流量调整，从而给不同类型的流量标记不同的PHB服务等级，在DS内部节点，PTN设备基于PHB服务等级对流量进行转发。

对于承载的运营商2G、TD、LTE、OLT上行等业务，用户报文的优先级是规划好的，因此可以完全信任用户报文的优先级，使用PTN网络缺省的DiffServ域映射关系，网络侧对Tunnel和PW设置CIR以及PIR，通过CIR保证业务带宽，通过PIR来实现带宽的复用。同时对端口配置流量门限，通过端口带宽利用率以及流量越限相应告警，动态地通过扩容或者分摊调整来调整带宽，避免了出现拥塞。

对于集客专线业务，用户报文的优先级是客户自定义的，因此不能信任用户报文优先级，针对业务的重要性，设置固定的转发优先级，同时对Tunnel和PW设置CIR以及PIR，建议设置CIR＝PIR来保证用户带宽的稳定性。

对于带宽占用比较大的 WLAN业务，需要在用户侧配置CAR，对接入用户的流量进行限速，避免影响网络上其他用户。网络侧对Tunnel和PW设置CIR以及PIR，CIR配置取值尽量小，PIR取值尽量大，可以兼顾流量突发和带宽复用。

QoS配置是PTN网络优化中极其重要的一个环节，需要考虑到不同业务对承载网络的要求以及流量高峰的时间段，制定差别的QoS方案，还要关注带宽利用率以及流量越限告警，控制整体网络的带宽利用情况，适时做出网络调整。

7 结束语

4G建设的脚步越来越快，PTN网络作为承载网络的优化工作刻不容缓，后期拥有一个健康稳定的传输网络才能给4G稳定有力的支撑，给用户提供高质量的体验。受制于光缆等基础资源的稀缺，前期建设遗留问题以及规划进度落后等原因，目前的PTN网络优化工作落后于工程建设，为更好地支撑LTE等数据业务，保证网络健康度，PTN网络的优化工作势在必行。

［1］ 王晓义，李大为．PTN网络建设及其应用［M］：北京：人民邮电出版社，2010．