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，網絡容量成為了未來業務發展的挑戰之一。城域PTN網絡則主要以基站回傳業務為主，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網絡帶寬已經成為了不可回避的問題。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。
1. 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，如圖1所示。
圖1 LTE時期PTN網絡帶寬預測
2. PTN 40GE技術提升城域匯聚層網絡容量
針對于未來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接口技術進行組網兩種方案。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，采用端到端采用PTN技術組網，可以不用疊加OTN網絡，相對組網單一，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。
1) 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。
圖2 PTN 40GE與PTN 4x10G的成本比較
2) 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進行收斂，如圖2所示。
根據業界設備成本綜合考慮，兩種方案中，PTN 40GE方案相比PTN 4x10GE Over OTN方案更具備成本優勢，隨著PTN 40GE技術的規模商用，PTN 40GE方案成本優勢將更加明顯。
3) 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。此方案具有兩步走，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需求。
4) 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，40GE以太網模型如圖3所示。2012年3月份的IEEE802.3的全會上，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。
圖3 40GE以太網層網絡模型
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封裝，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。
3. PTN 10GE提升接入層網絡容量
隨著LTE的規模部署，接入層帶寬需求急劇上升，典型單基站帶寬需求達到均值80M，峰值320M，每個接入環按6-8個節點計算，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，但是這樣存在耗費光纖資源嚴重、接入環數目增多兒不便于管理的問題；另外一種思路是提升接入環速率，采用10GE設備進行組網，這樣不會改變現網拓撲結構，而且滿足了業務帶寬需求，優勢更明顯。
接入層網絡演進思路如圖4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，提升接入能力；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。
圖4 PTN接入層網絡演進方案
4. 總結
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，很好滿足了LTE時代帶寬需求，避免了Nx10GE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。