10GE和40GE在城域傳送網中的應用

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隨著移動互聯網、高清視頻等業務的高速發展，網絡帶寬壓力越發明顯，網絡容量成為未來業務發展的挑戰之一。城域PTN網絡主要以承載基站回傳業務為主，其最大的帶寬壓力表現在LTE業務的承載，現有PTN網絡將不足以支撐未來LTE業務發展的帶寬需求。進一步提升PTN網絡帶寬已經成為不可回避的問題。我們通過對未來LTE業務帶寬需求的定量分析，針對PTN網絡匯聚和接入層提出可行的帶寬提升方案。LTE對城域傳送網的帶寬需求PTN在現網已經得到了廣泛應用，其優勢主要體現在IP化基站、大客戶專線等小顆粒業務的靈活接入和匯聚。隨著3G和LTE基站的進一步規模部署，PTN網絡容量需求進一步增大，現網采用的接入層GE、匯聚10GE的組網模型，已不能滿足未來實際業務需求。LTE典型單基站帶寬需求達到均值80M，峰值320M，基站與接入層PTN采用GE光口對接，相對于GSM與TD-SCDMA時代的帶寬需求以及E1/FE的接口配置，有了數量級的跨越。接入層需要根據實際業務需求選擇GE或者10GE組網，業務密集地區PTN接入環也將由現在的GE環過渡到10GE環。PTN匯聚層帶寬需求在LTE部署初期就將突破現網10GE端口的極限，中后期將達到30G左右帶寬需求，10GE匯聚環已經難以為繼。LTE時期PTN網絡帶寬預測如圖1所示。

PTN 40GE技術提升城域匯聚層網絡容量針對未來LTE業務的大帶寬需求，可以采用在現網10GE匯聚層環基礎上繼續疊加10GE系統的方案，或者直接采用PTN 40GE接口技術進行組網。PTN  40GE方案可以滿足未來無線、大客戶等高價值業務回傳帶寬需求，端到端采用PTN技術組網，可以不用疊加OTN網絡，組網單一，對業務質量保證效果更好，實際維護更簡單;如果采用PTN  10GE疊加方案，考慮到光纖資源利用等問題，一般會疊加OTN網絡以節省光纖，相對網絡性能指標稍差，實際維護更復雜。兩種方案各具優勢，實際應用應該從技術可行性、成本、網絡演進等因素進行綜合考慮。PTN 40GE和PTN 10GE疊加方案技術比較LTE初級階段，承載網絡匯聚層帶寬需求將超過20G，中后期匯聚層帶寬需求則增長到接近40G。從技術角度看，PTN  10GE疊加組網存在的問題較多。采用10GE疊加方案，核心層L3  VPN節點之間涉及到多個10G鏈路的捆綁，Hash算法會導致亂序問題，鏈路的帶寬利用率較難保持均衡，容易發生擁塞;而40GE方案不存在此問題，40GE方案較10GE疊加方案，具有帶寬使用效率高、故障點少、網絡可靠性高、業務時延小等特點。PTN 40GE和PTN 10GE疊加方案成本比較PTN  40GE方案，可以滿足全業務初期需求，不需OTN下沉到匯聚層，單獨通過PTN網絡進行基站回傳、大客戶專線、OLT上行等業務的統一承載。如果采用10GE  PTN疊加方案，則PTN網絡可以只進行基站回傳、大客戶等高價值業務的承載，同時建設OTN網絡進行PTN和固定寬帶業務的承載，本方案網絡容量超前發展，滿足長期業務發展需求。40GE方案核心、匯聚層端口數量比較少，配置相對簡單。10GE疊加方案端口多，業務配置工作量相對較大、較復雜。按照常規模型進行成本計算，每個接入環8個節點、每個匯聚環6個節點，每個匯聚節點帶2個接入環，匯聚環按照1/3比例對PIR(Peak  Information Rate)進行收斂。根據業界設備成本綜合考慮，兩種方案中，PTN 40GE方案相比PTN 4×10GE over  OTN方案更具備成本優勢(見圖2)。隨著PTN 40GE技術的規模商用，其成本優勢將更加明顯。

PTN 40GE方案的應用場景對于投資敏感地區，可以考慮通過引入PTN  40GE進行2G/3G/LTE、WLAN、OLT上聯、大客戶等業務的綜合承載，充分發揮PTN廣覆蓋、低成本的優勢;后期隨著寬帶業務、大客戶業務的進一步發展，在業務密集區域適當建設OTN滿足業務帶寬需求。此方案分步實施，具有投資小、收益高的特點。隨著3G/LTE網絡的大規模部署及多業務發展戰略的推進，無線寬帶化趨勢越來越明顯，IP化業務的承載需求成為主導，對承載網的技術構架、承載效率、調度靈活性、成本和服務質量等提出了新的要求。到LTE階段，基站帶寬需求將達到GE量級，承載網接入將采用10GE組環，而PTN  40GE技術剛好滿足了匯聚環帶寬進一步增加的需求。PTN 40GE技術成熟，可規模商用在40GE高速接口標準方面，技術標準由IEEE組織制定，所有相關技術標準規范包含在IEEE802.3ba標準計劃中。在城域傳輸方面定義了40GBASE-FR(2km)、40GBASE-LR4(10km)和40GBASE-ER4(40km)標準。2012年3月的IEEE802.3全會上，40GBASE-ER4標準經過投票已經正式作為802.3_100GNGOPTX項目組的目標，成為該項目的研究內容。2010年6月，IEEE  802.3ba標準獲得IEEE通過。在產業鏈方面，40GE芯片和光模塊都已經具備了成熟的商用能力。40GE光模塊主要采用CFP  裝，40GBASE-LR4和40GBASE-ER4主要用于線路側。40GE-ER4光模塊采用4路10G的光反向復用技術，主要用于長距離傳輸。目前各主流PTN廠家均已支持40GE接口，產品已具備規模商用能力。PTN  40GE組網在網絡帶寬提供、網絡綜合成本、未來業務需求和技術演進趨勢等方面相比PTN 10GE組網更具優勢。PTN 10GE提升接入層網絡容量如前所述，隨著LTE的規模部署，GE速率已經不能滿足帶寬需求。業界存在兩種帶寬提升思路：一種是現有接入環進行拆環處理，減少接入環節點數量，這種方法存在耗費光纖資源、接入環數目增多不便于管理的問題;另一種思路是提升接入環速率，采用10GE設備組網，這樣不會改變現網拓撲結構，而且滿足了業務帶寬需求，更具優勢。接入層網絡演進思路如圖3所示：業務發展初期，在部分熱點區域，根據接入點實際物理位置，在新站址機房、光纜配套資源具備的情況下新建具備10GE組網能力PTN設備，可以選擇GE或者10GE環組網;業務發展中后期，隨著業務量的進一步增長，一方面，將新建GE環升級為10GE環，另一方面，將原有GE能力PTN設備環網進行拆環、縮環以及將部分節點直接下掛至10GE環，提升GE能力PTN設備環網每個節點的接入帶寬能力。這樣可以做到網絡的平滑演進，對現網沖擊小，而且保護了網絡投資。

隨著LTE的規模部署，PTN網絡帶寬將面臨巨大的挑戰，如何進行網絡平滑演進和帶寬提速，將關系到全業務能否順利開展。核心匯聚層引入PTN  40GE組網，滿足了LTE帶寬需求，避免了N×10GE環路的大量疊加，不需要OTN下沉至匯聚，降低了網絡成本和運維難度。在接入層引入10GE技術組網，不改變網絡拓撲結構，對現網沖擊小，避免了接入層頻繁拆環對現網業務的沖擊。本文方案全面提升了整網容量，對業務沖擊小，滿足了業務長期的帶寬需求，更符合運營商平滑演進的要求。