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【摘要】 面向未来LTE-A、LTE-B等无线网技术演进，本文深入研究了PTN网络的发展策略，着重论述和比较了基于现网逐步改造扩容和新建平面承载4G业务两种策略，对中国移动的传送网规划建设有一定的指导和借鉴作用。
【关键词】 PTN 分平面 LTE LTE-A 4G 5G 发展策略
一、引言
在移动互联网的推动下，数据业务需求爆发式增长，面对未来4G技术的发展演进，3G时代建设的现有PTN网络将面临严峻挑战。本文主要研究PTN网络的发展策略，使其能够满足4G技术未来向LTE-A、LTE-B演进的承载需求。
二、4G技术演进浅析
2.1 无线业务发展现状及趋势
智能手机和移动互联网应用的飞速发展，深刻地影响着人们工作生活的方方面面，改变了用户的移动通信行为，语音不再是最流行的通信业务，移动数据类通信日趋主流。其中最明显的变化是移动数据流量增长显著：手机上网用户比例超过70%；全网流量同比增长47%，手机上网流量增长89%；每用户DOU同比增长44%达到106M；4G流量占全网总流量的5%并继续快速上升，存量用户换入4G后DOU增长超1倍。中国通信运营商的流量经营尚处于初级阶段，中国手机用户DOU落后日韩4-5年。
面向未来，业务应用、网络技术、智能终端以及运营商竞争都将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，移动数据流量爆发式增长大势所趋。我国5G推进工作组预测，移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，2010-2020年间中国的移动数据流量将增长300倍，北京、上海等大型城市将增长600到1000倍。
2.2 4G技术发展现状及演进趋势
中国移动于2013年获颁4G（TD-LTE）牌照，2014年中国移动迎来了LTE网络的全面发展，计划建成全球最大的4G网络，至年底TD-LTE基站数超过50万个，实现主要城市连续覆盖。
LTE也称3.9G，其技术指标与4G非常接近，除最大带宽、上行峰值速率两个指标略低于4G要求外，其他技术指标都已经达到了4G标准的要求。而将LTE正式带入4G的LTE-A的技术整体设计则远超过了4G的最小需求。在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技术需求报告，提出了LTE-A的最小需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps。目前LTE-A已经在部分国家和地区（如香港）有试商用的网络。在2020年之前，无线的目标网络主要是LTE-A和LTE-B。
未来的5G技术目前还没有具体标准。根据韩国的5G技术发展目标，5G数据传送速度将比4G最高快上100倍，而且具备无线传输容量扩大、低功率化和连接所有物品等三大条件。我国IMT-2020（5G）推进工作组指出，面向2020年及未来，5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。
LTE-A可能引入的CoMP等新技术，要求相邻小区之间承载带宽需求增加至回传带宽的十倍、时延严格十倍。在热点区域接入容量提升的同时，接入站点数量同步增长，传输覆盖难度加大，远端微站密集覆盖，要求做好传送网络预覆盖，以满足灵活快速接需求。另外，VoLTE、EMMBS等LTE新业务对PTN网络带来新的需求，VoLTE拓扑复杂，对QoS/告警/性能等可维护性提出新要求，话音业务对网络质量提出更高的要求，PTN网络的可维护性面临新的挑战，EMMBS组播、IPv6等新业务也将对PTN网络带来新的要求。
综上所述，传送网PTN网络架构必须具备超宽带、密集覆盖、易扩展和高质量的弹性网络特征，以应对4G技术演进带来的挑战。
三、PTN网络发展策略分析
3.1 PTN网络现状分析
中国移动自2010年开始，为应对3G基站的IP化需求，大规模推进PTN网络的建设。与3G基站相比，4G回传的流量明显增加，以每个接入环6～8个基站计算，其在接入层的流量可达480～640M，考虑2G/3G和政企专线综合承载的因素，现有的GE接入环容量勉强满足需求，但在热点区域需要大量进行GE裂环、叠环，个别区域甚至需要引入10GE接入环，在汇聚层，已经广泛部署的10GE PTN设备难以满足4G大流量的要求，需要通过10GE环叠加扩容的方式进行网络改造。
PTN技术的发展至今，通信厂商的设备型号不断更新换代，如今主流的PTN汇聚层设备，如中兴6500、华为7900等，已支持40G /100G组网，但致命的是，中国移动现网部署的PTN设备大部分为无法平滑升级的老设备，如中兴6300、华为3900等。
以中国移动某省公司为例，PTN网络承载了包括2G、3G、4G、WLAN、政企专线等在内的各类业务，已建成199个汇聚环，总配置容量为2.84Tbps，平均单环带宽1.4个10GE，规划带宽利用率42%（4G基站按80Mbps测算），接入层以GE环/链为主，部分已叠加成双GE，尚未规模部署10GE环。现有网络存在以下几点问题：
（1）平台能力不足：现网接入层90%的设备不支持平滑升级至10G/40G，汇聚层85%的设备不支持平滑升级至40G/100G，随着未来数据流量爆发增长，需要大规模替换。
（2）混合承载、相互影响：需同时满足4G与专线发展需求，容易顾此失彼，而且网络不断改造扩容对2G、3G业务稳定造成较大影响。（3）无法持续演进：现网无法支持VoLTE、EMBMS、IPv6等新兴业务。（图3） 3.2 PTN网络发展策略
面对4G技术由LTE向LTE-A和LTE-B演进，PTN网络面临最大的问题就是带宽瓶颈。长期来看：需要加快100G在城域汇聚的部署，设备需要具备100G能力，面向400G；10GE是接入环的主要场景，选择具备10GE能力的设备建设LTE接入环，是最好的选择。
（1）LTE
接入环带宽（GE）= 基站数 （6）* 每基站平均带宽（0.8G）。
汇聚环带宽（10GE）= 接入环数（20）*每接入环带宽（0.5G）*收敛比（75%）。
（2）LTE-A
接入环带宽（10GE）= 基站数 （6）* 每基站平均带宽（1G）。
汇聚环带宽（100G）= 接入环数（20）*每接入环带宽（6G）*收敛比（75%）。
（3）LTE-B
接入环带宽（40GE）= 基站数 （6）* 每基站平均带宽（2.5G）。
汇聚环带宽（400G）= 接入环数（20）*每接入环带宽（15G）*收敛比（75%）。（图4）
为应对4G技术的演进，特别是带宽需求方面的指数级增长，从PTN网络发展路线角度来看，目前有两种可以选择的发展策略：
（1）策略一：基于现有PTN网络逐年改造扩容，混合承载各类业务
近期根据4G基站配置由S111升级至S222、S333的扩容需求，逐步将现网汇聚环叠加扩容至20GE/40GE，接入环进一步拆小；中期随着基站和政企专线需求快速增长，业务密集区需新建汇聚环，部分汇聚层设备需替换为100G，接入层替换为10GE；远期根据4G发展演进要求，设备整体替换并逐步升级至400GE。（图5）
以中国移动某省公司为例，根据业务预测，未来PTN网络的80%负载为4G业务，15%为政企专线，2018年的总容量将达到现网的27倍。今后两年将是汇聚环叠加扩容的高峰，需叠加200个环，2017年开始进行大规模的设备替换，需替换160个环。（图6）
（2）策略二：新建面向4G未来发展的大容量专用承载平面，业务分平面承载
现网PTN平面：定位在承载2G/3G/集客业务；已开通的4G业务按需逐步往新平面迁移，减轻现网负载；现网老型号的设备保留，资源能力面向政企专线业务今后大规模发展，原则上不再进行大规模的改造和扩容。
新建PTN平面：定位在承载4G和未来无线网高质量要求业务；摒弃以往配套无线网建设的模式，摆脱网络扩容进度滞后的现状，根据4G总体规划、技术发展趋势以及城域用户规模独立规划；端到端一次到位，采用面向未来的核心汇聚400G/接入40G、支持SDN的设备平台建设；提升业务精细化智能化用户体验，打造高品质承载网络。（图7）
（1）策略比较与建议
鉴于PTN厂商的设备平台已非常成熟，具备长期平滑演进的能力，采用现网逐年修补的模式不如一步到位建设新平面，即保护投资，又降低了工程复杂度，同时确保网络安全稳定。
表1 策略比较
四、结束语
移动互联网的蓬勃发展带动了移动数据流量的爆发式增长，中国移动大力建设4G网络，也将进一步带动4G技术的发展演进。面对未来LTE-A单基站1G以上的带宽需求，以及VoLTE、EMMBS组播、IPv6等新业务的挑战，PTN网络必须未雨绸缪、提前规划。综合考虑各方面因素，现阶段较为合适的网络发展策略是新建PTN平面，由多业务混合承载逐步转向4G业务分离承载，打造面向未来无线网高质量要求业务的高品质传送网络。
参 考 文 献
[1] 中国移动互联网发展报告（2014）. 人民网研究院，2014.
[2] 5G愿景与需求白皮书. IMT-2020（5G）推进组，2014.
[3] 韩国5G技术发展东向. 产业情报研究所（MIC），2012.
[4] 刘健. POTN-后LTE时代的传送网络演进趋势[J]. 科技风， 2014， （14）.
[5] 黄海峰. LTE移动承载面临新挑战 华为推智能SPTN方案[J]. 通信世界， 2013， （27）.
[6] 赵建树. 4G时代中国移动PTN本地传输网优化思路探析[J]. 电子世界， 2014， （16）.
[7] 孙磊. LTE时代移动承载网演进中PTN的解决方案分析[J]. 中国新通信， 2013， （23）.
【关键词】 PTN 分平面 LTE LTE-A 4G 5G 发展策略
一、引言
在移动互联网的推动下，数据业务需求爆发式增长，面对未来4G技术的发展演进，3G时代建设的现有PTN网络将面临严峻挑战。本文主要研究PTN网络的发展策略，使其能够满足4G技术未来向LTE-A、LTE-B演进的承载需求。
二、4G技术演进浅析
2.1 无线业务发展现状及趋势
智能手机和移动互联网应用的飞速发展，深刻地影响着人们工作生活的方方面面，改变了用户的移动通信行为，语音不再是最流行的通信业务，移动数据类通信日趋主流。其中最明显的变化是移动数据流量增长显著：手机上网用户比例超过70%；全网流量同比增长47%，手机上网流量增长89%；每用户DOU同比增长44%达到106M；4G流量占全网总流量的5%并继续快速上升，存量用户换入4G后DOU增长超1倍。中国通信运营商的流量经营尚处于初级阶段，中国手机用户DOU落后日韩4-5年。
面向未来，业务应用、网络技术、智能终端以及运营商竞争都将推动人类社会信息交互方式的进一步升级，移动数据流量爆发式增长大势所趋。我国5G推进工作组预测，移动互联网和物联网是未来移动通信发展的两大主要驱动力，2010-2020年间中国的移动数据流量将增长300倍，北京、上海等大型城市将增长600到1000倍。
2.2 4G技术发展现状及演进趋势
中国移动于2013年获颁4G（TD-LTE）牌照，2014年中国移动迎来了LTE网络的全面发展，计划建成全球最大的4G网络，至年底TD-LTE基站数超过50万个，实现主要城市连续覆盖。
LTE也称3.9G，其技术指标与4G非常接近，除最大带宽、上行峰值速率两个指标略低于4G要求外，其他技术指标都已经达到了4G标准的要求。而将LTE正式带入4G的LTE-A的技术整体设计则远超过了4G的最小需求。在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技术需求报告，提出了LTE-A的最小需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps。目前LTE-A已经在部分国家和地区（如香港）有试商用的网络。在2020年之前，无线的目标网络主要是LTE-A和LTE-B。
未来的5G技术目前还没有具体标准。根据韩国的5G技术发展目标，5G数据传送速度将比4G最高快上100倍，而且具备无线传输容量扩大、低功率化和连接所有物品等三大条件。我国IMT-2020（5G）推进工作组指出，面向2020年及未来，5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。
LTE-A可能引入的CoMP等新技术，要求相邻小区之间承载带宽需求增加至回传带宽的十倍、时延严格十倍。在热点区域接入容量提升的同时，接入站点数量同步增长，传输覆盖难度加大，远端微站密集覆盖，要求做好传送网络预覆盖，以满足灵活快速接需求。另外，VoLTE、EMMBS等LTE新业务对PTN网络带来新的需求，VoLTE拓扑复杂，对QoS/告警/性能等可维护性提出新要求，话音业务对网络质量提出更高的要求，PTN网络的可维护性面临新的挑战，EMMBS组播、IPv6等新业务也将对PTN网络带来新的要求。
综上所述，传送网PTN网络架构必须具备超宽带、密集覆盖、易扩展和高质量的弹性网络特征，以应对4G技术演进带来的挑战。
三、PTN网络发展策略分析
3.1 PTN网络现状分析
中国移动自2010年开始，为应对3G基站的IP化需求，大规模推进PTN网络的建设。与3G基站相比，4G回传的流量明显增加，以每个接入环6～8个基站计算，其在接入层的流量可达480～640M，考虑2G/3G和政企专线综合承载的因素，现有的GE接入环容量勉强满足需求，但在热点区域需要大量进行GE裂环、叠环，个别区域甚至需要引入10GE接入环，在汇聚层，已经广泛部署的10GE PTN设备难以满足4G大流量的要求，需要通过10GE环叠加扩容的方式进行网络改造。
PTN技术的发展至今，通信厂商的设备型号不断更新换代，如今主流的PTN汇聚层设备，如中兴6500、华为7900等，已支持40G /100G组网，但致命的是，中国移动现网部署的PTN设备大部分为无法平滑升级的老设备，如中兴6300、华为3900等。
以中国移动某省公司为例，PTN网络承载了包括2G、3G、4G、WLAN、政企专线等在内的各类业务，已建成199个汇聚环，总配置容量为2.84Tbps，平均单环带宽1.4个10GE，规划带宽利用率42%（4G基站按80Mbps测算），接入层以GE环/链为主，部分已叠加成双GE，尚未规模部署10GE环。现有网络存在以下几点问题：
（1）平台能力不足：现网接入层90%的设备不支持平滑升级至10G/40G，汇聚层85%的设备不支持平滑升级至40G/100G，随着未来数据流量爆发增长，需要大规模替换。
（2）混合承载、相互影响：需同时满足4G与专线发展需求，容易顾此失彼，而且网络不断改造扩容对2G、3G业务稳定造成较大影响。（3）无法持续演进：现网无法支持VoLTE、EMBMS、IPv6等新兴业务。（图3） 3.2 PTN网络发展策略
面对4G技术由LTE向LTE-A和LTE-B演进，PTN网络面临最大的问题就是带宽瓶颈。长期来看：需要加快100G在城域汇聚的部署，设备需要具备100G能力，面向400G；10GE是接入环的主要场景，选择具备10GE能力的设备建设LTE接入环，是最好的选择。
（1）LTE
接入环带宽（GE）= 基站数 （6）* 每基站平均带宽（0.8G）。
汇聚环带宽（10GE）= 接入环数（20）*每接入环带宽（0.5G）*收敛比（75%）。
（2）LTE-A
接入环带宽（10GE）= 基站数 （6）* 每基站平均带宽（1G）。
汇聚环带宽（100G）= 接入环数（20）*每接入环带宽（6G）*收敛比（75%）。
（3）LTE-B
接入环带宽（40GE）= 基站数 （6）* 每基站平均带宽（2.5G）。
汇聚环带宽（400G）= 接入环数（20）*每接入环带宽（15G）*收敛比（75%）。（图4）
为应对4G技术的演进，特别是带宽需求方面的指数级增长，从PTN网络发展路线角度来看，目前有两种可以选择的发展策略：
（1）策略一：基于现有PTN网络逐年改造扩容，混合承载各类业务
近期根据4G基站配置由S111升级至S222、S333的扩容需求，逐步将现网汇聚环叠加扩容至20GE/40GE，接入环进一步拆小；中期随着基站和政企专线需求快速增长，业务密集区需新建汇聚环，部分汇聚层设备需替换为100G，接入层替换为10GE；远期根据4G发展演进要求，设备整体替换并逐步升级至400GE。（图5）
以中国移动某省公司为例，根据业务预测，未来PTN网络的80%负载为4G业务，15%为政企专线，2018年的总容量将达到现网的27倍。今后两年将是汇聚环叠加扩容的高峰，需叠加200个环，2017年开始进行大规模的设备替换，需替换160个环。（图6）
（2）策略二：新建面向4G未来发展的大容量专用承载平面，业务分平面承载
现网PTN平面：定位在承载2G/3G/集客业务；已开通的4G业务按需逐步往新平面迁移，减轻现网负载；现网老型号的设备保留，资源能力面向政企专线业务今后大规模发展，原则上不再进行大规模的改造和扩容。
新建PTN平面：定位在承载4G和未来无线网高质量要求业务；摒弃以往配套无线网建设的模式，摆脱网络扩容进度滞后的现状，根据4G总体规划、技术发展趋势以及城域用户规模独立规划；端到端一次到位，采用面向未来的核心汇聚400G/接入40G、支持SDN的设备平台建设；提升业务精细化智能化用户体验，打造高品质承载网络。（图7）
（1）策略比较与建议
鉴于PTN厂商的设备平台已非常成熟，具备长期平滑演进的能力，采用现网逐年修补的模式不如一步到位建设新平面，即保护投资，又降低了工程复杂度，同时确保网络安全稳定。
表1 策略比较
四、结束语
移动互联网的蓬勃发展带动了移动数据流量的爆发式增长，中国移动大力建设4G网络，也将进一步带动4G技术的发展演进。面对未来LTE-A单基站1G以上的带宽需求，以及VoLTE、EMMBS组播、IPv6等新业务的挑战，PTN网络必须未雨绸缪、提前规划。综合考虑各方面因素，现阶段较为合适的网络发展策略是新建PTN平面，由多业务混合承载逐步转向4G业务分离承载，打造面向未来无线网高质量要求业务的高品质传送网络。
参 考 文 献
[1] 中国移动互联网发展报告（2014）. 人民网研究院，2014.
[2] 5G愿景与需求白皮书. IMT-2020（5G）推进组，2014.
[3] 韩国5G技术发展东向. 产业情报研究所（MIC），2012.
[4] 刘健. POTN-后LTE时代的传送网络演进趋势[J]. 科技风， 2014， （14）.
[5] 黄海峰. LTE移动承载面临新挑战 华为推智能SPTN方案[J]. 通信世界， 2013， （27）.
[6] 赵建树. 4G时代中国移动PTN本地传输网优化思路探析[J]. 电子世界， 2014， （16）.
[7] 孙磊. LTE时代移动承载网演进中PTN的解决方案分析[J]. 中国新通信， 2013， （23）.