TD-LTE承載需求

 

　　與2G、3G網(wǎng)絡(luò)相比，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)具有扁平化、All IP、Mesh化特點(diǎn)。2G、3G網(wǎng)絡(luò)中的BTS/BSC或者NodeB/RNC，在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一由eNodeB實(shí)現(xiàn)，HLR和AUC統(tǒng)一由HSS實(shí)現(xiàn)，S-GW和P-GW可以由aGW統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)的扁平化使網(wǎng)絡(luò)更為簡(jiǎn)化，網(wǎng)元層次的減少也減小了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中只有PS（分組交換）域而沒有CS（電路交換）域，全I(xiàn)P化的EPC兼容各種技術(shù)的統(tǒng)一接入。eNodeB可以同時(shí)歸屬于多個(gè)MME/aGW，eNodeB之間也通過X2接口相互連接，形成Mesh形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)使UE能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中自由移動(dòng)，保證無縫切換。

 

　　TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的如上特點(diǎn)對(duì)傳輸承載網(wǎng)提出了更高的要求，它應(yīng)該具備高帶寬、低時(shí)延、靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度和H-QoS保障。

 

　　● 高帶寬：相比于BTS/NodeB幾兆到幾十兆的傳輸帶寬要求，eNodeB對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)提出了前所未有的高帶寬要求，據(jù)2011年工信部在廣州、深圳、上海、南京、杭州、廈門開展的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模試驗(yàn)中測(cè)得，主測(cè)區(qū)域單宏基站的峰值帶寬要求為640Mbps。

 

　　● 低時(shí)延：S1-U接口的時(shí)延要求為5ms，X2接口的時(shí)延要求為10ms，S1-C接口的時(shí)延要求為100ms，可見S1-U對(duì)時(shí)延的要求最為嚴(yán)格，應(yīng)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)保障的重點(diǎn)。

 

　　● 靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度：X2接口的引入使得移動(dòng)業(yè)務(wù)回傳從多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎帱c(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，而且X2接口的數(shù)量隨著eNodeB數(shù)量的增加是呈指數(shù)上升的；另外，S1-flex接口的引入，使得eNodeB和MME/aGW交界處的路由隨時(shí)都可能發(fā)生變化；所有這些都要求傳送網(wǎng)絡(luò)必須具有更加靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力。

 

　　● H-QoS保障：TD-LTE將促進(jìn)諸如交互類、流媒體類、視頻類等業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，QoS等級(jí)劃分也更加細(xì)致，因此要求傳送網(wǎng)具備層次化QoS（H-QoS）保障能力，針對(duì)不同等級(jí)業(yè)務(wù)提供不同的QoS服務(wù)。eNodeB承載有兩個(gè)關(guān)鍵的要求：一是保障高等級(jí)業(yè)務(wù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)；二是保障擁塞發(fā)生時(shí)重要基站業(yè)務(wù)的可用性。

　　基于PTN的承載方式

 

　　根據(jù)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的承載需求，各科研機(jī)構(gòu)提出了各種承載網(wǎng)組網(wǎng)方案，主流的有IP RAN路由方案、aGW路由方案、PTN+CE方案和PTN核心層支持L3 VPN方案（簡(jiǎn)稱L3PTN方案）。

 

　　IP RAN路由方案是一種端到端的路由器解決方案。該方案的可擴(kuò)展性差，對(duì)運(yùn)維要求高，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限，且路由器網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力、OAM能力比PTN網(wǎng)絡(luò)差，不適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。aGW路由方案中，傳送網(wǎng)采用端到端L2 PTN網(wǎng)絡(luò)，利用L2 VPN（二層虛擬專用網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)X2接口業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，利用aGW的集成L3功能實(shí)現(xiàn)S1接口業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。該方案中aGW執(zhí)行IP路由處理和S1接口高度，這勢(shì)必嚴(yán)重影響其業(yè)務(wù)處理能力，且需要對(duì)EPC進(jìn)行擴(kuò)容，成本較高。PTN+CE和L3PTN是中國(guó)移動(dòng)重點(diǎn)關(guān)注的兩種TD-LTE承載網(wǎng)組網(wǎng)方案，他們很好地利用了已有的PTN網(wǎng)絡(luò)，有利于PTN網(wǎng)絡(luò)向TD-LTE傳送網(wǎng)的平滑演進(jìn)，同時(shí)具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性和安全性。下面將對(duì)這兩種承載方案進(jìn)行分析研究。

 

　　PTN+CE承載方案

 

　　在PTN+CE組網(wǎng)方式中，傳送網(wǎng)的接入層和匯聚層采用PTN構(gòu)建L2網(wǎng)絡(luò)，為X2接口和S1接口提供E-Line專線業(yè)務(wù)，而核心層采用路由器CE構(gòu)建L3 VPN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)X2接口業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)和S1接口業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。CE路由器負(fù)責(zé)將X2接口信息按照IP地址轉(zhuǎn)發(fā)相鄰基站，將S1接口信息按照IP地址轉(zhuǎn)發(fā)給S-GW/MME或S-GW/MME pool中相應(yīng)的S-GW、MME，以實(shí)現(xiàn)多歸屬需求。兩臺(tái)CE之間運(yùn)行虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP），通過設(shè)定一個(gè)虛擬IP地址作為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，在主用網(wǎng)關(guān)不可用時(shí)，這個(gè)虛擬IP地址就會(huì)映射到一個(gè)備用網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)主備網(wǎng)關(guān)的保護(hù)，如圖1所示。

 

　　采用路由器構(gòu)建L3 VPN網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)在骨干網(wǎng)邊緣路由器（PE）之間建立標(biāo)簽交換路徑（LSP）作為L(zhǎng)3 VPN業(yè)務(wù)的承載隧道。PE之間通過多協(xié)議擴(kuò)展邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（MP-BGP）發(fā)布虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)表（VRF），實(shí)現(xiàn)VPN路由。PE和CE之間通過路由信息協(xié)議（RIP）、開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）路由協(xié)議、中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（IS-IS）路由協(xié)議等內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）完成路由的發(fā)布和學(xué)習(xí)。

 

　　接入層和匯聚層采用已有的PTN網(wǎng)絡(luò)，且只需要提供L2功能，技術(shù)較為成熟。核心層的路由器自身具有L3處理能力，能滿足X2、S1業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度和低時(shí)延的要求。同時(shí)，L3功能的引入有效地防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。

 

　　L3PTN承載方案

 

　　在L3PTN組網(wǎng)方式中，整個(gè)傳送網(wǎng)采用端到端PTN網(wǎng)絡(luò)，接入層和匯聚層仍采用L2 VPN功能，在核心層引入L3功能，實(shí)現(xiàn)X2接口業(yè)務(wù)的IP轉(zhuǎn)發(fā)和S1接口業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，如圖2所示。核心層PTN設(shè)備引入的L3功能包括L2到L3的橋接功能和靜態(tài)L3路由功能。一般要求處于L3PTN網(wǎng)絡(luò)和L2網(wǎng)絡(luò)交界處的設(shè)備，包括與L2PTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)接的L3PTN設(shè)備和與核心網(wǎng)設(shè)備對(duì)接的L3PTN設(shè)備，必須具備L2到L3的橋接功能。而目前TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)中，L3PTN設(shè)備的靜態(tài)L3路由功能是由PTN隧道技術(shù)結(jié)合L3 VPN路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)。接入層和匯聚層通過PWE3封裝，采用E-Line專線將X2、S1業(yè)務(wù)傳送到核心層PTN節(jié)點(diǎn)，在其內(nèi)部進(jìn)行L2到L3的橋接，核心節(jié)點(diǎn)之間采用L3 VPN封裝。VPN路由有兩種配置方式：網(wǎng)管靜態(tài)配置或者M(jìn)P-BGP（多協(xié)議-邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）。

 

 

　　S1業(yè)務(wù)經(jīng)核心層PTN設(shè)備根據(jù)目的IP地址查找L3 VPN路由表，封裝LSP和L3 VPN標(biāo)簽，由核心層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)歸屬的MME/aGW；X2業(yè)務(wù)經(jīng)核心層PTN設(shè)備根據(jù)目的IP地址查找L3 VPN路由表，向下轉(zhuǎn)發(fā)并經(jīng)本地L2 VPN封裝送往相鄰基站，或者由核心層送往非本地基站。L3PTN網(wǎng)絡(luò)能夠在原有靈活多樣的L2保護(hù)機(jī)制基礎(chǔ)上，結(jié)合L3保護(hù)方式，提供強(qiáng)大的保護(hù)能力。

 

　　PTN+CE和L3PTN的比較

 

　　在網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)方面，PTN+CE方案由于采用多專業(yè)設(shè)備混合組網(wǎng)，存在維護(hù)界面接口，故障定位存在困難；無法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管，其業(yè)務(wù)開放和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)需要聯(lián)合多專業(yè)開展，網(wǎng)絡(luò)管理困難。L3PTN方案由于整個(gè)回傳網(wǎng)絡(luò)采用PTN組網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的統(tǒng)一管理和維護(hù)，在網(wǎng)絡(luò)安全性和可維護(hù)性方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

 

　　在網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力方面，PTN+CE方案需要PTN網(wǎng)絡(luò)和路由器網(wǎng)絡(luò)配合完成保護(hù)功能，由于路由器網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)能力比PTN差，兩者互通的保護(hù)機(jī)制也不完善，從而降低了整個(gè)PTN+CE網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)效果。L3PTN方案采用PTN端到端的組網(wǎng)，保護(hù)能力較強(qiáng)。

 

　　在時(shí)鐘同步方面，由于目前路由器尚不支持1588v2技術(shù)，PTN+CE方案時(shí)鐘同步能力較差；而L3PTN方案可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)PTN設(shè)備的1588v2時(shí)鐘同步支持。在時(shí)延方面，L3PTN方案由于業(yè)務(wù)路徑都在PTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，時(shí)延較小。

 

　　在信息安全方面，PTN+CE方案中接入層和匯聚層采用E-Line業(yè)務(wù)，能有效地隔離廣播風(fēng)暴。L3PTN方案的匯聚接入采用LSP專線開放，由核心層PTN設(shè)備通過L3轉(zhuǎn)發(fā)來支持X2接口業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)徹底的業(yè)務(wù)隔離。

 

　　在網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)方面，PTN+CE方案由于引入了核心路由器而割裂了回傳網(wǎng)絡(luò)，不利于回傳網(wǎng)絡(luò)的融合演進(jìn)。L3PTN方案則通過升級(jí)現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)，加載L3功能，推動(dòng)PTN技術(shù)的前進(jìn)，符合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方向。

 

　　在投資方面，PTN+CE方案需要在核心層新增路由器，或者在核心網(wǎng)路由器上增加新的板卡，成本較高。L3PTN方案通過對(duì)核心層PTN設(shè)備進(jìn)行軟件升級(jí)加載L3功能，無需設(shè)備硬件投資，成本較低。

 

　　PTN+CE方案和L3PTN方案的比較可歸納如表1。

 

 

　　LTE是全球高速移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向，TD-LTE是LTE的一個(gè)重要分支。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)引進(jìn)了全新的S1接口和X2接口，也對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)提出了前所未有的高帶寬、低時(shí)延以及靈活的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)度能力之要求。PTN網(wǎng)絡(luò)擁有完善的多業(yè)務(wù)承載、QoS和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，能夠滿足TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、低時(shí)延要求，其強(qiáng)大的OAM能力和靜態(tài)L3功能可滿足S1、 X2接口業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度需求，是TD-LTE承載網(wǎng)絡(luò)的重要解決方案。相比于PTN+CE方案，L3PTN方案在PTN設(shè)備上集成簡(jiǎn)化L3功能實(shí)現(xiàn)端到端的IP化LTE承載，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其對(duì)于已經(jīng)建成大量PTN承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)建議采用。