城域传输网能力平滑升级扩容方案探讨

文｜江淮

城域传输网能力平滑升级扩容方案探讨

文｜江淮

一、引言

在网络技术和计算机技术快速发展的今天，由传输设备、传输光缆等传输介质构成的传输网络在各个方向都有不同程度的延伸，以满足用户的多样性需求，特别是在LTE网络、数据专线网络以及家庭宽带网络等方面。可见加强对城域传输网络能力的规划，必将推动着通信运营服务朝着更加先进和优良的方向发展。

二、城域传输网的组成和发展

传输网是实现将用户信息双向或者单向的从一点传送到另一些点的网络，主要实现传送功能和控制功能。传送动能是实现信息从点对点或者点对多点的传输，控制功能是实现辅助业务和网络的操作、管理、维护和指配功能。在激烈的市场竞争环境下，目前城域传输网络已经发展到一定的规模，形成核心层、汇聚层、接入层三个方面的分组化城域传送网络结构。就目前市场上传输网络组成而言，主要由SDH、PTN、OTN和GPON多种组网方式共同维护传输网的稳定运行。

（一）SDH技术

1988年CCITT接受了美国贝尔通信研究所首先提出的同步网络SONET体制，并重命名为同步数字体系SDH。SDH可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。

SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM－N（Synchronous Transport Mode，N=1,4,16,64）。四个STM－1同步复用构成STM－4，16个STM－1或四个 STM－4同步复用构成STM－16，四个STM－16同步复用构成STM－64，甚至四个STM－64同步复用构成STM－256；

SDH采用块状的帧结构来承载信息，每帧由纵向9行和横向 270×N列字节组成，每个字节含8bit，整个帧结构分成段开销区、STM－N净负荷区和管理单元指针区三个区域，其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送，它又分为再生段开销（Regenerator Section OverHead，RSOH）和复用段开销（Multiplex Section OverHead， MSOH）；净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节；管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在STM－N帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。

SDH传输网络技术在2009年左右的时候以其标准化的光接口、强大的网络能力、灵活的网络拓扑和高可靠性的优势，在促进GSM网络和集客2M业务方面有着不可替代的作用。但是随着人们对传输网络的需求越来越高，4G网络时代的到来以及家宽集客业务的大幅度发展，155M的传输速率已远远不能满足传输网络的需求。

（二）PTN技术

不断增长的IP数据、语音、图像等多种业务传送需求使得用户接入及驻地网的宽带化技术迅速普及，同时也促进了传输骨干网的大规模建设。由于业务的传送环境发生了巨大变化，原先以承载话音为主要目的的SDH城域网在容量以及接口能力方面上都已经无法满足业务传输与汇聚的要求。于是，分组传送网PTN营运而生，PTN是目前城域传输网最主要的实现方法之一。

PTN支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；具备丰富的保护方式，遇到网络故障时能够实现基于50ms的电信级业务保护倒换，实现传输级别的业务保护和恢复；继承了SDH技术的操作、 管理和维护机制（OAM），具有点对点连接的完美OAM体系，保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控能力；完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；网管系统可以控制连接信道的建立和设置，实现了业务QoS的区分和保证，灵活提供SLA等优点。

另外，它可利用各种底层传输通道（如SDH/Ethernet/ OTN）。总之，它具有完善的OAM机制，精确的故障定位和严格的业务隔离功能，最大限度地管理和利用光纤资源，保证了业务安全性，在结合GMPLS后，可实现资源的自动配置及网状网的高生存性。

（三）OTN技术

OTN（光传送网，OpticalTransportNetwork），是以波分复用技术为基础、在光层组织网络的传送网，是下一代的骨干传送网。OTN处理的基本对象是波长级业务，它将传送网推进到真正的多波长光网络阶段。由于结合了光域和电域处理的优势，OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到端波长/子波长连接以及电信级的保护，是传送宽带大颗粒业务的最优技术。OTN的主要优点是完全向后兼容，它可以建立在现有的SONET/SDH管理功能基础上，不仅提供了存在的通信协议的完全透明，而且还为WDM提供端到端的连接和组网能力，它为ROADM提供光层互联的规范，并补充了子波长汇聚和疏导能力。

（四）GPON技术

无源光网络PON的发展解决了当前传输带宽速率低的难题，降低了敷设和运行的维护成本，采用光纤传输提高了接入层的覆盖半径，提供的多种组网规划和应用场景促进了家宽业务和专线业务的迅猛发展。

三、目前较为常见的城域传输网络业务承载方式介绍

城域传输网的发展要根据当地的网路需求，合理平滑过渡和扩容。就目前的传输网路结构来看，网路通信已由原来的SDH网路向OTN传送网、PTN分组交换网和GPON接入网过渡，主要业务承载能力如下表：

表1 城域网业务承载能力

SDH网络以其稳定的设备和成熟的技术负责为GSM语音网络以及部分政府、集团专线提供电路和扩容，缺点是业务配置程序较为繁琐以及故障定位较为困难。

PTN网络目前主要承载2G基站、3G基站、FDD站、LTE站以及大流量的家客OLT和集团专线业务。业务配置以及故障定位相比于SDH较为简单。缺点是随着业务发展速度的加快，PTN设备不断升级更新，设备板卡的互不兼容导致业务不能平缓割接，现网PTN业务存在多种类型设备混合承载。

GPON网络主要为小区、办公楼以及集团用户等客户集中的地区提供宽带接入，综合支持完善，满足用户对带宽业务的需求。缺点是专线业务目前不能实现自动下发，专线用户扩容割接时需手动修改IP地址。

OTN网络更适合大颗粒业务的传输，目前主要是提供市到县，县到县本地网电路以及集团专用网络电路的承载。

四、搭建环网流量预算模型构建城域传输网的升级扩容方案

（一）“五要素法”搭建环网流量预测模型

根据中兴ZXDNA流量工具选取某地市当天的流量进行分析，可以看出LTE基站业务、集客家客业务影响流量最大。

图1 业务按类型流量对比图

可以将总流量定义为基站流量、家宽流量和集客流量的总和（3G逐渐退网，2G基站带宽配置恒定），构建“五要素法”进行环网流量的预测。

用户并发率指同时在线用户与总用户数的比例；数据并发率指在线用户同时进行数据流量交互的占比；带宽利用率指在线用户数据流量与总上联带宽的收敛比例；忙时错峰收敛率指忙时业务带宽相对于其他业务峰值带宽的比例。

根据五要素法以某市LTE数据分别从汇聚层和接入层进行流量预测可以看出，2016～2018两年之内LTE流量将翻倍增长。

表2 汇聚层LTE流量增长预估情况

图2 “五要素法”

按照目标汇聚区内的现网物理站点数以及2016～2020年滚动规划无线专业预测增长的站点数目为基础计算汇聚层LTE流量。

图3 接入层LTE流量预估情况

由于接入环所带站点较少，按100%并发考虑，预算带宽按照CIR（保证带宽）考虑。

从此可见，未来电信各类业务将一定会呈大宽带、高流量趋势，等2020年5G的业务部署上线，将带来的是MBB流量成20倍增长，用户的业务体验对时延和丢包的要求将更为严格。而根据目前传输网的组网方式，PTN环网的接入链路主要以GE或者2GE方式承载，汇聚层以10GE方式承载。GPON主要是以4G+4G的上联主备聚合方式接入传输PTN的GE链路，LTE是以PTN站点所带方式，承载隧道经过PTN的GE链路。这样的城域传输承载方式以必然不能满足用户的所需，急需构建新的城域传输网络架构，推进城域传输网的平滑升级。

（二）城域传输网的升级扩容方案

1. 接入层平滑升级方案

因城区接入环承载着较大的LTE以及专线流量，直接将业务扩成10GE环；对于乡镇、农村，接入环网络平缓的进行双GE过渡，将家客业务、LTE业务逐步迁移成10GE环，动环、集客、监控，2M业务可以继续在现有传输系统承载最终实现，逐步实现全网接入环的10GE升级扩容。

同时为家宽OLT上行搭建的独立10G接入环，保持家客集客上网流量的中长期稳定。

图4 接入层的平滑架构

2. 汇聚层平滑升级方案

采用100G PTN组成汇聚环，满足业务的发展，主要用于承载家宽、大颗粒集客业务和4G基站。

波分网络：核心层采用10G、100G WDM/OTN承载，核心节点到骨干汇聚节点采用OTN承载。

PTN网络：已建10GE、100GE 平面，10GE平面承载2/3/4G、集客业务，100GE平面承载4G、家宽业务。

图5 汇聚层的平滑架构

五、总结

不断提高的业务需求将导致传输城域网与业务网越来越紧密，随着下一代通信技术的发展，通信运营商必将相应的调整传输城域网络的更新升级，确保传输网络具备动态智能调度、提供、保障和恢复业务的能力，使其向更大颗粒度、分组化、智能化的方向发展。

作者单位：中国移动通信集团安徽有限公司六安分公司