基于L3-PTN的TD-LTE承載網(wǎng)方案研究

吳欽雄，王新岱，黃劍華，胡志濤

（1 中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司，深圳 518048；2 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司廣東分公司, 廣州 510623）

TD-LTE是中國移動的未來，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)也是未來幾年工程建設(shè)的核心和重點。TD-LTE對承載網(wǎng)絡(luò)的扁平化組網(wǎng)、大帶寬、大網(wǎng)管理等有著更高要求。與其他承載方案相比，基于L3-PTN的TD-LTE承載網(wǎng)方案在網(wǎng)絡(luò)維護、網(wǎng)管能力、保護、同步、安全、時延、網(wǎng)絡(luò)演進以及投資等方面有一定的優(yōu)勢。

本文結(jié)合深圳移動LTE試驗網(wǎng)的建設(shè)實例，在對TD-LTE的承載需求分析的基礎(chǔ)上，對L3-PTN的組網(wǎng)模型進行了研究和梳理。

1 LTE網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)

LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由演進型eNode B（eNB）和接入網(wǎng)關(guān)（aGW）兩部分構(gòu)成，與2G、3G網(wǎng)絡(luò)相比，少了RNC。eNB除具有原Node B功能外，還承擔(dān)了RNC的大部分功能。LTE的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2 TD-LTE承載需求分析

2.1 電路類型需求

TD-LTE基站回傳電路主要包括S1和X2接口電路。

S1接口：eNB與 EPC（分組核心網(wǎng)）之間的通信接口，負責(zé)用戶業(yè)務(wù)的連接承載。

X2接口：實現(xiàn)eNB之間的互連互通，用于基站與基站之間的邏輯連接。

2.2 電路帶寬需求

對于LTE基站典型配置，S1/X2邏輯連接對承載帶寬需求如下：

S1接口傳輸峰值帶寬：

業(yè)務(wù)峰值帶寬需求：下行336 Mbit/s，上行45 Mbit/s；

考慮PTN的傳輸效率（75%），傳輸峰值帶寬=336/0.75=448 Mbit/s。

X2接口帶寬需求:

按照S1流量的3%計算，X2接口傳輸峰值帶寬為

13.4 Mbit/s。

LTE基站傳輸帶寬需求：

宏基站（S1/1/1）：最大帶寬450 Mbit/s；

室內(nèi)分布系統(tǒng)（O1）：最大帶寬150 Mbit/s。

3 TD-LTE承載網(wǎng)方案

根據(jù)TD-LTE的整體架構(gòu)和承載需求，TD-LTE承載網(wǎng)需提供三層路由功能，實現(xiàn)X2電路的橫向轉(zhuǎn)發(fā)。

3.1 LTE承載方式介紹

3.1.1 PTN+CE方案

接入、匯聚、核心層采用PTN 組網(wǎng)，負責(zé)業(yè)務(wù)電路由基站至核心節(jié)點的傳送；在aWG/MME節(jié)點成對部署CE路由器，完成IP業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。通過CE路由器的L3 VPN功能，為S1提供靈活的調(diào)度能力，以及X2接口的轉(zhuǎn)發(fā)能力。

3.1.2 L3-PTN方案

采用PTN端到端組網(wǎng)，核心層的PTN支持簡化L3 VPN，提供IP轉(zhuǎn)發(fā)能力，滿足LTE承載對S1的靈活調(diào)度以及X2接口的IP轉(zhuǎn)發(fā)需求。

對于S1流量：經(jīng)接入層PTN統(tǒng)一送到核心層PTN，由核心層PTN根據(jù)目的IP地址（MME/SGW）查找L3 VPN的路由表，封裝LSP和L3 VPN的標簽，經(jīng)由核心層設(shè)備間的轉(zhuǎn)發(fā)到達歸屬的MME/SGW。

對于X2流量：經(jīng)接入層PTN統(tǒng)一送到核心層PTN，由核心層PTN根據(jù)目的IP地址（相鄰的基站）查找L3 VPN的路由表，以決定流量是經(jīng)由核心層環(huán)送往非本地歸屬的基站；或向下轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)由本地的L2 VPN封裝送外相鄰的基站。

3.2 LTE承載方式分析比較

PTN支持L3功能方案優(yōu)勢在于全網(wǎng)同一設(shè)備，可以實現(xiàn)端到端的管理，便于統(tǒng)一運維，時延小，另外該方案不需要增加CE設(shè)備，成本較低，不足在于核心層PTN需要升級才能支持L3功能。

采用PTN+CE方案優(yōu)勢在CE設(shè)備對L3功能支持好，現(xiàn)網(wǎng)PTN設(shè)備不需要升級，劣勢在于保護性能無法滿足50ms的要求，維護需跨兩種專業(yè)設(shè)備，且建設(shè)成本較高。

PTN融合簡化的L3功能，推動PTN技術(shù)的發(fā)展，符合網(wǎng)絡(luò)融合演進方向。

通過分析比較，深圳公司采用了PTN支持L3功能的方案，進行LTE的承載。通過TD-LTE試驗網(wǎng)及擴大規(guī)模試驗網(wǎng)的建設(shè)及測試，成功解決了大規(guī)模LTE基站的回傳，成為國內(nèi)首例完成L3-PTN承載網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)測試與業(yè)務(wù)承載的應(yīng)用。

3.3 LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

TD-LTE業(yè)務(wù)中主要的S1業(yè)務(wù)仍為匯聚型業(yè)務(wù)為主，各接入點數(shù)據(jù)通過傳送網(wǎng)傳送至一個或幾個業(yè)務(wù)節(jié)點，各接入點在覆蓋區(qū)域內(nèi)分散分布，匯聚機房分區(qū)覆蓋各接入點，因此TD-LTE傳送網(wǎng)仍采用接入、匯聚和核心三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各接入點通過接入環(huán)接入各匯聚節(jié)點，經(jīng)匯聚后通過匯聚環(huán)至核心節(jié)點，各核心節(jié)點間業(yè)務(wù)通過調(diào)度環(huán)或波分進行調(diào)度。接入層和匯聚層仍采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，核心層采用環(huán)狀或口字行結(jié)構(gòu)。深圳TD-LTE試驗網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

3.4 L3-PTN設(shè)備部署及X2電路的轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)

從需求分析得知，L3-PTN方案的關(guān)鍵是L3 VPN的部署。部署L3-PTN設(shè)備主要滿足X2電路的橫向轉(zhuǎn)發(fā)和S1電路的靈活調(diào)度，全網(wǎng)部署L3-PTN設(shè)備成本較高且現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備升級規(guī)模大，困難較大。

圖2 深圳L3-PTN承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通過對現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析，只需在核心層設(shè)備部署L3-PTN設(shè)備即能實現(xiàn)X2電路的有效轉(zhuǎn)發(fā)，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備只需進行小規(guī)模的升級。

需部署L3-PTN設(shè)備的節(jié)點為：核心層機樓調(diào)度設(shè)備、核心層落地設(shè)備。

TD-LTE承載網(wǎng)的X2電路轉(zhuǎn)發(fā)原則建議為：

同一接入環(huán)接入的基站間的X2電路經(jīng)匯聚節(jié)點的L2 VPN轉(zhuǎn)發(fā)。

同一匯聚環(huán)不同接入環(huán)接入的基站間X2電路經(jīng)該匯聚節(jié)點L3 VPN轉(zhuǎn)發(fā)。

不同匯聚環(huán)接入的基站間X2電路經(jīng)核心層落地設(shè)備L3 VPN轉(zhuǎn)發(fā)。

不同廠家傳輸設(shè)備接入基站間X2電路經(jīng)核心層落地設(shè)備間互聯(lián)鏈路L3 VPN轉(zhuǎn)發(fā)。

以上功能均通過IP和VLAN規(guī)劃實現(xiàn)。

3.5 組網(wǎng)方案及設(shè)備選擇

落地設(shè)備及核心層PTN設(shè)備通過升級方式支持L3 VPN功能，落地設(shè)備和核心層交叉容量均大于320 Gbit/s。

核心層和匯聚層采用10GE OTN+PTN組環(huán)。

接入環(huán)仍以GE設(shè)備為主，GE設(shè)備交叉容量不小于5 Gbit/s，單個GE接入環(huán)建議接入4～6個基站。帶寬無法滿足需求時，優(yōu)先通過調(diào)整接入環(huán)節(jié)點數(shù)量滿足帶寬需。

基站接入PTN設(shè)備與eNode B連接使用GE光接口。

3.6 電路需求和帶寬規(guī)劃

對于PTN傳輸網(wǎng)絡(luò)的各個層面，需綜合考慮業(yè)務(wù)量的統(tǒng)計分布特性、滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量和傳輸效益等因素，PTN系統(tǒng)各層面的帶寬規(guī)劃按照表1取定。

表1 LTE基站規(guī)劃帶寬

對于有LTE基站的PTN接入環(huán)，在以上預(yù)留帶寬的基礎(chǔ)上，每個接入環(huán)再額外預(yù)留240 Mbit/s帶寬，對于只有室分站的接入環(huán)，可以再額外預(yù)留87 Mbit/s帶寬，以確保每個接入環(huán)的LTE基站達到平均帶寬的基礎(chǔ)上，至少能夠保證一個LTE基站達到峰值帶寬。

由于LTE主要承載的為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在PTN網(wǎng)絡(luò)中采用收斂方式提高承載效率，核心層收斂比暫時可按照1：2進行設(shè)置。

3.7 IP規(guī)劃方案

在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中，eNode B、EPC以及PTN L3設(shè)備是一張完全獨立、封閉的網(wǎng)絡(luò)，因此可以按照行政區(qū)域，以地區(qū)為界進行統(tǒng)一IP地址總體規(guī)劃。如表2所示。

表2 IP地址總體規(guī)劃

X代表省，一共可以編32個省，Y代表地市，每個省最多可以編32個地市， Z代表該地市部署L3 VPN的PTN設(shè)備組團編號，一共6 bit，可以對最多64個PTN組團節(jié)點編號；

Q為LTE eNode B或EPC網(wǎng)元端口的IP地址，又細分為子網(wǎng)編號+主機編號，最多可以配置6萬多個LTE eNode B，完全滿足未來LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要。

深圳TD-LTE試驗網(wǎng)中IP地址規(guī)劃采用全國統(tǒng)一分配方案，IP地址段為152.192.0.1～152.255.255.254；VLAN與子網(wǎng)方面由于專業(yè)協(xié)調(diào)以及項目進度等方面的原因，采用1個子網(wǎng)對應(yīng)一個VLAN方式來配置eNode B。

深圳TD-LTE試驗網(wǎng)的IP規(guī)劃方案如表3所示。

深圳TD-LTE試驗網(wǎng)采取的IP分配的基本原則為：

按不同PTN廠家設(shè)備覆蓋區(qū)域規(guī)劃LTE eNode IP地址；

廠家A PTN設(shè)備分配偶數(shù)網(wǎng)段,廠家B PTN設(shè)備分配奇數(shù)網(wǎng)段；

LTE eNode IP地址采用28 bit子網(wǎng)掩碼，即每個子網(wǎng)最多可配置16個IP地址，每個子網(wǎng)對應(yīng)一個VLAN ID。

表3 深圳TD-LTE試驗網(wǎng)IP規(guī)劃方案

3.8 網(wǎng)絡(luò)保護

接入層PTN設(shè)備到核心層PTN設(shè)備之間采用端到端的LSP 1:1和雙歸保護方式，工作和保護需規(guī)劃不同路徑，各使用1條LSP，核心層PTN設(shè)備設(shè)置VRRP。

不同局址的核心層PTN設(shè)備采用FRR保護方式，核心層PTN設(shè)備與SGW之間運行VRRP保護協(xié)議。

L3-PTN承載網(wǎng)的保護方案如圖3所示。

3.9 異廠家組網(wǎng)方案

目前深圳的PTN廠家有2個，分別是華為和中興，每個廠家選擇一對核心層PTN設(shè)備通過客戶側(cè)接口（UNI）進行對接，并采用單節(jié)點互連+多鏈路LAG保護方式。

圖3 L3-PTN承載網(wǎng)保護方案

圖4 L3-PTN異廠家組網(wǎng)方案

深圳基于L3-PTN的LTE承載網(wǎng)異廠家組網(wǎng)方案如圖4所示。

4 結(jié)束語

TD-LTE與2G/3G相比網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變革，使得網(wǎng)絡(luò)變得扁平化，這對承載網(wǎng)提出了更高的要求。L3-PTN關(guān)鍵技術(shù)的啟用靈活的解決了S1/X2電路的調(diào)度問題，保持了原有的可控可管特性，在保持原有運維習(xí)慣及配置的同時又滿足了新業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

2011年，深圳TD-LTE試驗網(wǎng)承載網(wǎng)采用L3-PTN組網(wǎng)解決基站回傳，并成功應(yīng)用于大運會火炬?zhèn)鬟f即攝即傳的報道，效果良好，成為國內(nèi)首例完成L3-PTN承載網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)測試與業(yè)務(wù)承載的應(yīng)用。

[1] 高峰, 高澤華, 豐雷等. TD-LTE技術(shù)標準與實踐[M]. 北京:人民郵電出版社，2011.

[2] 陳曉明, 高軍詩, 李勇等. TD-LTE RAN承載網(wǎng)技術(shù)方案研究[J].電信工程技術(shù)與標準化，2011(11).