5G承载对PTN网络的改造思路分析及演进策略研究

叶亚伟



5G承载对PTN网络的改造思路分析及演进策略研究

叶亚伟

中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450052

5G网络作为第五代移动通信网络，峰值理论传输速度可达每秒数十GB，比4G网络的传输速度快数百倍。随着5G技术的诞生，万物互联，用智能终端分享3D电影、游戏以及超高画质（UHD）节目的时代已渐行渐近。由此带来了对承载网高流量、大带宽、低时延、高可靠性的承载要求。PTN网络是中国移动自2010年建设的全球最大的分组传送网络。经过近十年的网络建设，已成为中国移动2G/3G/4G基站、重要集团客户的主要承载平台。可以预想，从投资节约角度考虑，在5G建网初期，PTN网络将成为5G承载的首选。

5G；PTN；核心层；汇聚层；接入层

1 总体网络结构演进目标

5G建设初期，首先考虑的承载平台为PTN网络。长距离、大带宽传输时选择OTN网络进行综合承载。

在考虑OTN+PTN方式组网时，近期PTN以环路形式收敛业务流量。中远期自上而下考虑口字形直连。OTN则提供传送通道，强调带宽保障、结构扁平化、多业务承载[1]。规划的整体目标网架构示意图见图1。

2 核心层

PTN核心层中，L2/L3目前已部署至各郊县中心机房，且以1×10G口字形上联枢纽楼L3设备。近期规划拟将L2/L3也下沉至综合业务接入区城区骨机房，并将L2/L3至L3链路升级为100 GE，以满足4.5G站部署时的S1带宽需求；中远期拟将100G带宽升级为400G，因此骨干汇聚层L2/L3设备及L3设备均应支持向400G平滑演进。

骨干汇聚层OTN作为PTN的承载通道，应将城域波分及市到县波分升级为100G，并考虑此种设备应具备向400G平滑演进的能力[2]。PTN核心层目标架构示意图见图2。

3 汇聚层

汇聚层作为承上启下层，演进变化应跟随接入层进思路。PTN环近期仍以10 GE为主，中远期升级为100 GE环；至于OTN汇聚环，应下沉至每个乡镇，并按需扩容现有汇聚环，满足业务调度需求。

根据PTN带宽评估以及收敛原则分析，单个汇聚环平均带宽近期需求13～17 GE，远期需求在22 GE以上。

可以看出，随着4G双载波技术引入和宽带用户提速进度加快，PTN传输系统需要提升整体容量，但现有PTN汇聚环网络架构基本不变，近期主要进行优化调整：拆环或按需升级100 GE。随着业务发展，中远期实现汇聚层100 GE系统，骨干汇聚层升级至400G系统[3]，并引入SDN实现整网控制。PTN汇聚层目标网架构演进示意图见图3。

4 接入层

4.5G、5G、集客、家客业务需求，对传输系统带宽及时延要求越来越高，导致PTN接入层由GE为主升级为10 GE为主，具备40G端口能力。OLT逐渐从GPON向10GPON、波分PON演进，上联逐渐从PTN系统分离，采用裸纤或OTN方式承载。接入层基站开始出现C-RAN机房，BBU集中部署。

通过对无线、集客、家宽业务需求分析，汇总出无线、集客和家宽通过PTN承载的流量明细，然后根据接入层环链数量，计算出接入环平均带宽需求：近期2～3 GE，中远期4G以上[4]。

（1）近期演进目标方案

对于LTE X2时延，近期通过L2/L3设备下沉至郊县中心机房，可满足时延要求；中远期无线引入4.5G/5G业务，X2时延提高，达到100～150 μs级，要求网络扁平化，减少跳点，此时L2/L3设备需进一步下沉至普通汇聚机房。对于网元数超过12个及以上且所带业务量不大的接入环进行拆环优化[5]。具体接入层建设方案如图4所示。

对于新建4G站组环，一步到位，直接建设10 GE环路，不建议先建设GE环，后期再调整升级，增加维护成本。

图1 整体目标网架构示意图

图2 PTN核心层目标架构示意图

图3 PTN接入层目标网架构演进

图4 PTN接入层规划方案

近期实现接入层成环率在96%以上，双规比在98%以上，实现L2层单环接入网元不超过6个。基站路由结合一张光缆网进行就近接入[6]。

（2）中远期目标网方案

针对5G业务，基站接入将演进为10 GE端口对接，时延要求更低，因此PTN接入层组网需全面升级10 GE，控制节点数量，并且结构扁平化、减少网络跳数。另外，通过引入SDN实现更高效的资源管理[7]。

未来信息化消费能力，主要表现在随时随地高速接入，要求PTN接入层的承载需求具备如下特征：随机、突发、随时随地连接、低时延，与5G业务需求匹配，一并考虑。PTN接入层目标网架构演进见图5。

图5 PTN接入层目标网架构演进

[1]杨峰义，张建敏，王海宁. 5G网络架构[M]. 北京：电子工业出版社，2017.

[2]刘光毅，黄宇红，向际鹰，等. 5G移动通信系统：从演进到革命[M]. 北京：人民邮电出版社，2016.

[3]杨学志. 通信之道：从微积分到5G[M]. 北京：电子工业出版社，2016.

[4]迟永生，王元杰，杨宏博，等. 电信网分组传送技术IPRAN/PTN[M]. 北京：人民邮电出版社，2017.

[5]中国移动通信集团. 中国移动家庭宽带网络规划建设指导意见（2017版）[A]. 2017.

[6]中国移动通信集团. 中国移动家庭宽带末端覆盖及接入场景建设方案（2016版）[A]. 2016.

[7]中国通信企业协会. 2017～2018中国信息通信业发展分析报告[R]. 北京：人民邮电出版社，2018：163-215.

Analysis of Transformation Ideas and Evolution Strategy of 5G Bearer to PTN Network

Ye Yawei

The Fourth Branch of China Communications Construction Group Design Institute Co., Ltd., Henan Zhengzhou 450052

As the fifth-generation mobile communication network, 5G network has a peak theoretical transmission speed of tens of GB per second, which is hundreds of times faster than that of 4G network. With the birth of 5G technology, the Internet of Everything, the era of sharing 3D movies, games and ultra-high definition (UHD) programs with smart terminals has gradually approached. Therefore, the bearer requirements for high traffic, large bandwidth, low latency, and high reliability of the bearer network are brought about. The PTN network is the world’s largest packet transmission network built by China Mobile since 2010. After nearly ten years of network construction, it has become the main carrier platform for China Mobile’s 2G/3G/4G base stations and important group customers. It can be expected that from the perspective of investment saving, in the initial stage of 5G network construction, PTN network will become the first choice for 5G bearer.

5G; PTN; core layer; convergence layer; access layer

TN929.5

A

叶亚伟，男，西安交通大学工程硕士，现任中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司传输部设计五室主任，E-mail：yeyawei@139.com。