面向TD-LTE的城域傳送網(wǎng)承載策略研究

白鷺, 揭攝

(1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司, 合肥 230041; 2 解放軍電子工程學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程系, 合肥 230037）

中國(guó)移動(dòng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試情況和傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展體制，最終選擇了PTN L3 VPN作為TD-LTE基站回傳的傳輸方案，即充分利用現(xiàn)有匯聚、接入層的PTN網(wǎng)絡(luò)，在核心層將PTN設(shè)備升級(jí)為具備支持簡(jiǎn)化L3 VPN的能力，能夠進(jìn)行基于IP地址的轉(zhuǎn)發(fā)，以滿足TD-LTE基站對(duì)S1的靈活調(diào)度以及對(duì)X2的IP轉(zhuǎn)發(fā)的需求。因此，及早將TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)向TD-LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，提升中國(guó)移動(dòng)在未來寬帶移動(dòng)市場(chǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是中國(guó)移動(dòng)新時(shí)期應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)、保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的重要舉措之一。

1 TD-LTE對(duì)傳送網(wǎng)的新挑戰(zhàn)

作為所有業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡(luò)，TD-LTE對(duì)傳送網(wǎng)而言只是一種新業(yè)務(wù)，只是這種新業(yè)務(wù)與GSM、TDSCDMA相比，在帶寬、流向、時(shí)延、同步和QoS等方面有不同的要求。目前以PTN為主要承載方式的傳送網(wǎng)，已經(jīng)初步具備了IP化業(yè)務(wù)的承載能力，同時(shí)其良好的QoS功能、強(qiáng)大的OAM能力、精準(zhǔn)的時(shí)間同步方案也基本符合LTE的承載需要，但在靈活性和高寬帶上有所不足。綜合來看，TD-LTE對(duì)傳送網(wǎng)的新挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

1.1 要求傳送網(wǎng)更靈活

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)扁平化的架構(gòu)主要由eNode B和接入網(wǎng)關(guān)aGW兩部分構(gòu)成，而其中aGW作為核心網(wǎng)的一部分，包括三種功能實(shí)體：移動(dòng)管理實(shí)體MME、服務(wù)網(wǎng)關(guān)SGW和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)PGW。

對(duì)于傳送網(wǎng)，主要需要考慮兩種接口，即S1和X2。

S1是eNode B和MME/SGW之間的接口，由于TD-LTE引入了MME-Pool和SGW-Pool的功能，因此要求eNode B和MME/SGW之間能夠創(chuàng)建多條采用多歸方式的S1連接，從而使得eNode B可以同時(shí)歸屬于多個(gè)不同的MME和SGW。這對(duì)目前傳送網(wǎng)端到端的靜態(tài)電路配置提出了挑戰(zhàn)。

由于eNode B承擔(dān)了部分RNC的功能，當(dāng)用戶在相鄰eNode B之間漫游時(shí)，要求能夠在eNode B之間直接進(jìn)行切換，因此在相鄰eNode B之間建立了X2接口。雖然X2接口的帶寬不大，通常為整個(gè)RAN帶寬的3%～5%左右，但對(duì)目前傳送網(wǎng)自下而上的縱向集中型組網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，要求傳送網(wǎng)還應(yīng)具備一定的橫向溝通的能力，或者達(dá)到“看似橫向”的效果。

1.2 要求傳送網(wǎng)帶寬更大

在TD-LTE基站各小區(qū)的空口帶寬基礎(chǔ)上再考慮一定的傳輸封裝效率（通常按照75%考慮），可以得出典型站型的傳輸帶寬需求，如表1所示。

表1 典型TD-LTE站型的傳輸帶寬需求

考慮到TD-LTE網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)展是一個(gè)漸進(jìn)增長(zhǎng)的過程，在初期用戶較少情況下很難同時(shí)達(dá)到峰值帶寬，因此應(yīng)按照基站的平均帶寬來進(jìn)行傳送網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。同時(shí)為了保證每個(gè)接入環(huán)的TD-LTE基站達(dá)到平均帶寬的基礎(chǔ)上，至少能夠保證一個(gè)TD-LTE基站達(dá)到峰值帶寬，則每個(gè)接入環(huán)還需額外預(yù)留240 Mbit/s帶寬。

由于TD-LTE主要承載的是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且PTN網(wǎng)絡(luò)具備統(tǒng)計(jì)復(fù)用的功能，所以帶寬應(yīng)在傳送網(wǎng)的三層上進(jìn)行逐層收斂。如果按照接入、匯聚和核心層2:1.5:1的收斂比考慮，表1中的典型站型對(duì)傳送網(wǎng)各層面的平均帶寬需求如表2所示。

表2 典型TD-LTE站型對(duì)傳送網(wǎng)各層面的平均帶寬需求

即使在傳輸上采用了平均帶寬和統(tǒng)計(jì)復(fù)用的方法對(duì)TD-LTE的帶寬需求進(jìn)行了限制和收斂，但相比于GSM和TD-SCDMA幾兆比特每秒、十幾兆比特每秒的帶寬，幾十兆比特每秒的TD-LTE帶寬還是不容忽視的，再加上重要集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)，甚至家庭客戶業(yè)務(wù)，傳送網(wǎng)接入層和匯聚層的帶寬壓力變得非常明顯。

2 面向TD-LTE的城域傳送網(wǎng)解決方案

既然TD-LTE對(duì)城域傳送網(wǎng)的挑戰(zhàn)主要體現(xiàn)在靈活性和高帶寬方面，那么現(xiàn)階段，面向TD-LTE的城域傳送網(wǎng)解決方案就必須從這兩方面入手。簡(jiǎn)單說來，靈活性主要針對(duì)PTN的核心層，高帶寬則主要針對(duì)PTN的匯聚層和接入層。

2.1 采用L3 VPN PTN提高靈活性

隨著PTN+CE和L3 VPN PTN孰優(yōu)孰劣的討論聲逐漸平息之后，中移動(dòng)采用L3 VPN PTN方案已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。但在這一大方向下，基于各地維護(hù)力量、核心網(wǎng)元局址設(shè)置、傳送網(wǎng)架構(gòu)的不同，L3 VPN PTN的具體實(shí)施方案還是需要認(rèn)真考慮的。

以某市L3 VPN PTN組網(wǎng)方案為例，目前主要有以下兩種方案。

背景：MME/SGW只設(shè)置在核心節(jié)點(diǎn)W；城域傳送網(wǎng)采用PTN+OTN的組網(wǎng)架構(gòu)，即自下而上采用PTN接入環(huán)+PTN匯聚環(huán)+OTN匯聚環(huán)+OTN核心環(huán)+PTN落地設(shè)備。

2.1.1 方案1

(1) 方案描述（如圖1所示）。

① 分區(qū)域選擇核心節(jié)點(diǎn)D、核心節(jié)點(diǎn)Y、核心節(jié)點(diǎn)W三個(gè)節(jié)點(diǎn)新增L3 PTN設(shè)備，使得每個(gè)區(qū)域的L2 LTE電路在匯聚層OTN上即可終結(jié)；

② 在核心節(jié)點(diǎn)D、核心節(jié)點(diǎn)Y、核心節(jié)點(diǎn)W三個(gè)節(jié)點(diǎn)的L3 PTN設(shè)備之間，新建10 GE PTN核心環(huán)，主要用于調(diào)度各區(qū)域內(nèi)LTE基站之間的X2電路（X2電路帶寬很小，一個(gè)10GE環(huán)可以滿足要求）；

③ 在核心節(jié)點(diǎn)D、核心節(jié)點(diǎn)Y、核心節(jié)點(diǎn)W的L3 PTN設(shè)備和L3 PTN落地設(shè)備之間新建直達(dá)鏈路，主要用于上傳各區(qū)域至MME/SGW的S1電路（通過核心層OTN承載）。

圖1 L3 VPN PTN組網(wǎng)方案1

(2) 主要的優(yōu)點(diǎn)：

① L2 LTE電路在匯聚層OTN上即可終結(jié)；

② X2電路只在OTN匯聚層和PTN核心環(huán)上調(diào)度，不占用核心層OTN的帶寬；

③ L3的處理能力多套設(shè)備分擔(dān)；

④ 核心層L3域搭建完成之后，核心層保持相對(duì)穩(wěn)定，MME/SGW設(shè)置局點(diǎn)的變化對(duì)傳送網(wǎng)不造成影響。

(3) 存在的不足：

① L3域較大，對(duì)于初次引入L3概念的傳送網(wǎng)，不確定的風(fēng)險(xiǎn)較大；

② 核心節(jié)點(diǎn)D、核心節(jié)點(diǎn)Y、核心節(jié)點(diǎn)W存在單節(jié)點(diǎn)失效業(yè)務(wù)全阻的風(fēng)險(xiǎn)，即使L3 PTN可以設(shè)置一對(duì)，但OTN還是單節(jié)點(diǎn)。

2.1.2 方案2

(1) 方案描述（如圖2所示）：只在核心節(jié)點(diǎn)W新增一對(duì)L3 PTN落地設(shè)備，啟用三層功能。

圖2 L3 VPN PTN組網(wǎng)方案2

(2) 主要的優(yōu)點(diǎn)：

① L3域小，對(duì)于初次引入L3概念的傳送網(wǎng)較為穩(wěn)妥；

② 現(xiàn)有傳送網(wǎng)各層結(jié)構(gòu)不變，只在核心節(jié)點(diǎn)W新增一對(duì)L3 PTN落地設(shè)備即可。

(3) 存在的不足：

① 對(duì)核心節(jié)點(diǎn)W的L3 VPN PTN設(shè)備處理能力要求較高；

② X2電路要經(jīng)過所層面，最終到核心落地設(shè)備上轉(zhuǎn)接，效率不高；

③ 如MME/SGW更換或新增局址，則方案二需要向方案一演進(jìn)；

④ 兩套設(shè)備依然存在風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.3 方案比較

兩種方案在技術(shù)上都是可行的，主要差異在于L3域的部署范圍上。方案1在主要核心節(jié)點(diǎn)的PTN上都啟用了L3功能，使得網(wǎng)絡(luò)更加靈活高效，但代價(jià)是維護(hù)難度的加大；方案2只在設(shè)置了MME/SGW的核心節(jié)點(diǎn)的PTN上啟用了L3功能，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于管理和維護(hù)，但網(wǎng)絡(luò)靈活性和可擴(kuò)展性不足。

因此，對(duì)于核心機(jī)房眾多且維護(hù)力量雄厚的大型城市，可考慮采用方案1；而對(duì)于只有1～2個(gè)核心機(jī)房且維護(hù)力量較弱的中小型城市，可先考慮采用方案2，后期可根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際發(fā)展情況向方案一演進(jìn)。

2.2 通過各種手段提高匯聚、接入層的承載能力

2.2.1 匯聚層

以一個(gè)匯聚環(huán)接入80個(gè)LTE宏站和60個(gè)LTE室分為例，則匯聚環(huán)的新增帶寬就達(dá)到了7 500 Mbit/s，由此可以預(yù)見，對(duì)于密集城區(qū)的10 GE PTN匯聚環(huán)是難以滿足LTE接入需求的。目前比較可行的解決方案有增加PTN匯聚環(huán)數(shù)量和OTN延伸覆蓋兩種。

早在2009年的《中國(guó)移動(dòng)全業(yè)務(wù)城域傳送網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見（試行）》中就已明確，PTN網(wǎng)絡(luò)是承載以IP為主的2G/TD-SCDMA/TD-LTE及QoS等級(jí)高的集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)的主要平臺(tái)，但目前很多匯聚層，甚至接入層還承載了一些家庭用戶和QoS等級(jí)較低的集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)吞噬了PTN網(wǎng)絡(luò)大量的帶寬資源。因此為了保證TD-LTE這一必須由PTN來承載的業(yè)務(wù)的接入需求，當(dāng)務(wù)之急是通過OTN的延伸覆蓋，將OLT的上行電路直接接入OTN系統(tǒng)，而無需借道PTN，從而釋放PTN的帶寬資源。

剩下的各類基站業(yè)務(wù)，以及QoS等級(jí)高的集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)，則可以采用同路由雙10GE匯聚環(huán)和不同路由新建10GE匯聚環(huán)的方法，提高匯聚層的承載能力。

2.2.2 接入層

以一個(gè)接入環(huán)接入8個(gè)LTE宏站和6個(gè)LTE室分為例，則接入環(huán)的新增帶寬就達(dá)到了1 000 Mbit/s，由此可以預(yù)見，對(duì)于密集城區(qū)的GE PTN接入環(huán)是難以滿足LTE接入需求的。除去全新建，目前比較可行的解決方案有拆環(huán)、雙GE接入環(huán)、升級(jí)為10GE接入環(huán)3種。拆環(huán)和雙GE接入環(huán)均需要再占用1對(duì)纖芯；拆環(huán)和升級(jí)為10 GE接入環(huán)均需要影響到現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)；雙GE接入環(huán)和升級(jí)為10 GE接入環(huán)均需要考慮設(shè)備端口和性能是否滿足要求。

由此可見，沒有一種解決方案是百利而無一害的，都有限制條件和影響程度。綜合來說，個(gè)人建議按照如下優(yōu)先級(jí)考慮：

(1) 具備升級(jí)條件的，優(yōu)先選擇升級(jí)為10GE接入環(huán)的方案；

(2) 如不具備升級(jí)條件，接入環(huán)總帶寬在2 GE以內(nèi)，且具備光纖資源的，選擇雙GE接入環(huán)方案；

(3) 如不具備升級(jí)條件，接入環(huán)總帶寬在2 GE以上，或不具備光纖資源的，則需要新建部分光纜段落，從原接入環(huán)上摘出一些站點(diǎn)，結(jié)合新建站點(diǎn)重新組建接入環(huán)，新建接入環(huán)應(yīng)是10GE的；

(4) 對(duì)于某些特殊光纜結(jié)構(gòu)，也可采用對(duì)半拆環(huán)的方法，但隔點(diǎn)拆環(huán)的方法不推薦。

3 困難與建議

上述解決方案是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基礎(chǔ)資源的，能夠滿足當(dāng)前和今后一定時(shí)期內(nèi)LTE的承載需求；相比于全新建LTE承載網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的優(yōu)化和擴(kuò)容具有投資較低、工期較短的優(yōu)勢(shì)，但有些困難是難以避免的，這也是傳送網(wǎng)在發(fā)展過程中無法回避的陣痛。

3.1 設(shè)備改造、網(wǎng)絡(luò)升級(jí)難度大

無論是L3 PTN設(shè)備升級(jí)，接入環(huán)拆環(huán)，還是升級(jí)為10GE接入環(huán)，都是對(duì)現(xiàn)網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。PTN本身的復(fù)雜性以及我們對(duì)PTN相關(guān)操作的不熟練，都將加大工程難度。

3.2 管線資源緊張

通過2009年引入PTN、2010年大規(guī)模發(fā)展全業(yè)務(wù)，市區(qū)的管道和纖芯資源消耗嚴(yán)重，而提高匯聚、接入層的承載能力，必須以充足的管線資源作為保障。另一方面，市區(qū)某些站點(diǎn)光纖接入困難，一直采用微波方式解決2G、TD-SCDMA的傳輸問題，但面對(duì)LTE的IP化傳輸需求則顯得無能為力。

3.3 電源、承重、機(jī)房空間等配套系統(tǒng)壓力大

隨著SDH/MSTP、PTN、OTN、OLT等多套設(shè)備的疊加，電源和機(jī)房空間問題日益凸顯，電源改造又對(duì)承重提出了更高的要求。

面對(duì)這些困難，我們建議設(shè)備廠家能盡快研發(fā)出具備批處理功能的工具軟件來提高網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造的效率，通過IP化的微波解決沒有光纖的問題，生產(chǎn)更緊湊、更節(jié)能的設(shè)備來緩解配套系統(tǒng)的壓力。

4 結(jié)束語(yǔ)

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)相比TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出更高的帶寬、更精細(xì)的QoS策略、更復(fù)雜的業(yè)務(wù)調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)自組織等特性，對(duì)傳送網(wǎng)提出了更高的要求。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，傳送網(wǎng)必須向具有高帶寬、三層功能、靈活業(yè)務(wù)控制的方向演進(jìn)。本文通過對(duì)于面向TD-LTE城域傳送網(wǎng)的承載策略的探討，希望可以拋磚引玉，對(duì)大規(guī)模展開的TD-LTE傳送網(wǎng)建設(shè)有所借鑒。

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