PTN網(wǎng)絡(luò)承載eMBMS業(yè)務(wù)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)部署方案

王迎春，李勇（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

?

PTN網(wǎng)絡(luò)承載eMBMS業(yè)務(wù)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)部署方案

王迎春，李勇
（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

摘 要eMBMS業(yè)務(wù)被提上了日程，作為承載eMBMS業(yè)務(wù)的PTN回傳網(wǎng)絡(luò)同樣需考慮支持多播業(yè)務(wù)。本文針對網(wǎng)絡(luò)部署進行了分析和研究，并提出了PTN支持多播業(yè)務(wù)的技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞eMBMS；PTN；多播

1 背景

隨著LTE的部署，無線寬帶業(yè)務(wù)種類越加豐富，其中eMBMS業(yè)務(wù)被提上了日程，eMBMS是LTE協(xié)議中引入的演進型多媒體廣播/多播業(yè)務(wù)，通過占用一份空口資源被一個小區(qū)的所有UE接收，極大地節(jié)省了珍貴的空口帶寬，被越來越多的移動運營商認(rèn)可；其中eMBMS信令是單播的，可以沿用目前的承載方案；但eMBMS數(shù)據(jù)是多播數(shù)據(jù)，需要承載網(wǎng)具有多播承載能力，但目前PTN網(wǎng)絡(luò)不支持多播，為此需研究PTN網(wǎng)支持多播業(yè)務(wù)的技術(shù)方案。

2 PTN支持多播業(yè)務(wù)技術(shù)方案

2.1 概述

目前的PTN網(wǎng)絡(luò)以二層的單播業(yè)務(wù)為主，為了保證網(wǎng)絡(luò)的兼容性，在部署PTN多播業(yè)務(wù)時，不應(yīng)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行大的調(diào)整，即PTN多播業(yè)務(wù)應(yīng)是端到端多播承載解決方案，兼容現(xiàn)有PTN單播承載解決方案，在部署多播業(yè)務(wù)時，不應(yīng)對單播業(yè)務(wù)進行大量調(diào)整或業(yè)務(wù)割接；PTN多播承載部署應(yīng)兼容現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備硬件，不應(yīng)對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進行大量板件和設(shè)備的替換，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備通過軟件升級可支持多播業(yè)務(wù)部署；同時，為節(jié)約IP和VLAN資源，PTN多播部署時應(yīng)盡可能減少對IP地址和VLAN資源的消耗，同時需要避免因為多播業(yè)務(wù)部署，而增加大量的業(yè)務(wù)承載LSP和PW；在節(jié)約帶寬資源方面，應(yīng)盡可能的在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實現(xiàn)按需轉(zhuǎn)發(fā)多播業(yè)務(wù)，減少多播業(yè)務(wù)復(fù)制份數(shù)，但應(yīng)避免多播業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)出現(xiàn)環(huán)路；另外，多播業(yè)務(wù)應(yīng)支持快速保護倒換，提供可靠的多播轉(zhuǎn)發(fā)路徑，支持多播業(yè)務(wù)的QoS策略，以提高多播業(yè)務(wù)的安全可靠性和質(zhì)量。

2.2 L2 PTN端到端多播技術(shù)方案

PTN二層端到端多播承載技術(shù)是利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的P2P點到點PW技術(shù)來實現(xiàn)P2MP點到多點多播業(yè)務(wù)，通過多播業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)模型進行多播業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)和復(fù)制，從而實現(xiàn)PTN多播業(yè)務(wù)的快速部署。

首先在二層靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)指定多播源的Root和多播葉子Leaf，在多播源Root和多播葉子Leaf之間建立PW P2MP的多播轉(zhuǎn)發(fā)路徑。PW P2MP多播轉(zhuǎn)發(fā)路徑由網(wǎng)管靜態(tài)配置，不依賴于協(xié)議建立，多播路徑可控。多播業(yè)務(wù)完全隔離在建立的多播轉(zhuǎn)發(fā)邏輯通道上，與單播業(yè)務(wù)邏輯通道進行隔離，多播業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)與單播業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)表項無關(guān)，且不受單播邏輯通道故障的影響。多播邏輯通道依賴自身的OAM進行故障檢測。

多播業(yè)務(wù)沿PW P2MP通道進行轉(zhuǎn)發(fā)，在建立的轉(zhuǎn)發(fā)通道內(nèi)，同一個多播業(yè)務(wù)只存在一份數(shù)據(jù)流，多播數(shù)據(jù)流往多播葉子Leaf進行傳送。在多播路徑上的分叉節(jié)點上，完成到不同方向的多播數(shù)據(jù)流的復(fù)制，保證在同一個下游方向只存在一份多播數(shù)據(jù)流。

多播業(yè)務(wù)在多播葉子Leaf節(jié)點進行IGMP Snooping偵聽，只有相應(yīng)的多播請求時，多播葉子Leaf節(jié)點才會將多播數(shù)據(jù)復(fù)制推送到相應(yīng)的主機（這里的主機可以是一個IGMP客戶端，或者一個IGMP申請網(wǎng)絡(luò)）。

多播源或者多播源下行的路由器/三層PTN設(shè)備需要部署在二層靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的多播源Root節(jié)點，多播葉子Leaf節(jié)點可以在多播源Root節(jié)點之后的任意位置進行部署。

3 PTN支持多播網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

3.1 網(wǎng)絡(luò)部署舉例

以圖1為例，詳細(xì)說明在實際網(wǎng)絡(luò)中的部署過程。

選定端到端PW P2MP多播源Root節(jié)點，一般選定網(wǎng)絡(luò)的核心邊緣節(jié)點（路由器或二轉(zhuǎn)三PTN設(shè)備）作為多播源的Root節(jié)點（如圖1中的G和H節(jié)點）和上行于多播的網(wǎng)絡(luò)接口。

根據(jù)用戶需要，選定需要接入多播主機的多播葉子Leaf節(jié)點和多播業(yè)務(wù)下行網(wǎng)絡(luò)接口。

端到端靜態(tài)網(wǎng)管根據(jù)部署的多播Root節(jié)點和多播Leaf節(jié)點，自動在節(jié)點間建立多播工作路徑（圖1中綠色路徑）；為了部署多播業(yè)務(wù)的快速保護，同時在多播Root節(jié)點和多播Leaf節(jié)點之間，自動建立保護路徑（圖1中的藍(lán)色路徑）。

為避免多播業(yè)務(wù)形成環(huán)路，應(yīng)規(guī)劃好主備用多播路徑；以ECABDFE環(huán)網(wǎng)為例，主用多播路徑為E→C→A→B→D；備用多播路徑為：F→D→B→A→C；總之經(jīng)過多播路徑的建立，多播路徑的所有節(jié)點上工作路徑入端口為工作Root，保護路徑入端口為保護Root，每個節(jié)點只能有且只有一個工作Root端口和一個保護Root端口，同時，工作Root端口對應(yīng)唯一一個工作Leaf端口，保護Root端口對應(yīng)唯一一個保護Leaf端口。除此之外，節(jié)點上的其它網(wǎng)絡(luò)接口均為帶工作和保護選擇器的端口（如圖1中紅色選擇器端口），工作和保護選擇器狀態(tài)由工作通道和保護通道的APS狀態(tài)機來決定狀態(tài)。

多播業(yè)務(wù)建立完成后，工作通道和保護通道的APS狀態(tài)機狀態(tài)為工作時，工作Root端口收到多播業(yè)務(wù)固定往工作Leaf端口以及其它所有帶選擇器端口發(fā)送，保護Root端口收到多播業(yè)務(wù)固定往保護Leaf端口發(fā)送；而當(dāng)工作通道和保護通道的APS狀態(tài)機狀態(tài)為保護時，工作Root端口收到多播業(yè)務(wù)固定只往工作Leaf端口發(fā)送，保護Root端口收到多播業(yè)務(wù)往保護Leaf端口以及其它所有帶選擇器端口發(fā)送。

針對以上網(wǎng)絡(luò)部署，PTN網(wǎng)絡(luò)多播路徑建立后，針對某條具體的多播業(yè)務(wù)，其在PTN網(wǎng)絡(luò)中處理流程如圖2所示。

3.1.1 多播源到多播客戶端方向

圖1 網(wǎng)絡(luò)部署示意圖

從多播源到多播客戶端方向，發(fā)送單向多播業(yè)務(wù)流。

(1) 多播源服務(wù)器發(fā)送出來的報文是ETH封裝的多播IP報文，目的IP是一個多播IP地址范圍內(nèi)的地址，報文的DMAC是多播IP映射后的多播MAC地址。

(2) L2多播網(wǎng)絡(luò)的Root節(jié)點識別多播業(yè)務(wù)報文，將多播業(yè)務(wù)報文轉(zhuǎn)發(fā)到P2MP多播業(yè)務(wù)通道，并完成多播業(yè)務(wù)的MPLS封裝。多播業(yè)務(wù)在P2MP通道內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)時攜帶封裝隧道和偽線標(biāo)簽，以及外層的以太封裝。

(3) L2多播網(wǎng)絡(luò)的Leaf節(jié)點解封裝，彈出隧道偽線封裝，以及外層的以太網(wǎng)頭，還原多播業(yè)務(wù)報文，從對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送多播業(yè)務(wù)到多播客戶端。

(4) 多播源發(fā)送的IGMP協(xié)議報文在不啟用IGMP Snooping時，跟隨業(yè)務(wù)報文同樣轉(zhuǎn)發(fā)。啟用IGMP Snooping時，報文會被偵聽且轉(zhuǎn)發(fā)到多播葉子。

3.1.2 多播客戶端到多播源方向

對于多播客戶端到多播源方向，多播客戶端口發(fā)送的IGMP協(xié)議報文在不啟用IGMP SNOOPING時，跟隨業(yè)務(wù)報文同樣轉(zhuǎn)發(fā)。啟用IGMP SNOOPING時，報文會被偵聽且轉(zhuǎn)發(fā)到多播源。

根據(jù)以上過程，PTN網(wǎng)絡(luò)逐跳完成多播業(yè)務(wù)的復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2 多播業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)保護方案

多播業(yè)務(wù)作為多個UE共享資源，其業(yè)務(wù)的重要性不言而喻，因此也需考慮PTN網(wǎng)絡(luò)對其業(yè)務(wù)的保護方案。對于二層PTN網(wǎng)絡(luò)來說，可采用P2MP多播1+1通道保護方案，支持多播通道內(nèi)鏈路故障和節(jié)點故障的快速保護，保護倒換依賴PW OAM快速檢測和APS狀態(tài)切換，可實現(xiàn)單節(jié)點50 ms的快速倒換。

如圖3所示，在接入層和匯聚層間配置靜態(tài)P2MP多播承載通道，在核心層配置PIM-SSM協(xié)議和L3公網(wǎng)多播接口。通過對網(wǎng)絡(luò)的配置，實現(xiàn)對多播業(yè)務(wù)的保護倒換。

圖2 多播業(yè)務(wù)流量路徑示意圖

對于二層PTN多播設(shè)備，首先分別從2個多播Root節(jié)點(PTN1/PTN2)建立主備多播P2MP通道，P2MP通道由逐段PW組成，均需要配置連通性檢測；任意節(jié)點故障和鏈路故障會觸發(fā)當(dāng)前環(huán)的下游節(jié)點進行主備業(yè)務(wù)選擇。然后網(wǎng)絡(luò)中多播的各個節(jié)點(PTN1/PTN2/PTN3/PTN4/PTN5/PTN7/ PTN6/PTN8)創(chuàng)建多播業(yè)務(wù)模型，選擇多播主備Root端口和Leaf端口（包括所有的Leaf端口）。由于多播業(yè)務(wù)的發(fā)送依賴硬件APS狀態(tài)機來進行選擇，相當(dāng)于多播業(yè)務(wù)在節(jié)點的工作Root端口和保護Root之間進行選擇接收，流量在節(jié)點上形成1+1備份，因此一旦網(wǎng)絡(luò)中鏈路中斷或節(jié)點故障，節(jié)點可通過選擇另外一份流量可迅速完成多播業(yè)務(wù)的快速保護切換。

對于PTN網(wǎng)來說，由于涉及到多個保護配合，需配置相應(yīng)的OAM檢測時間，保證故障時倒換效率。多播承載建議只配置L2層網(wǎng)絡(luò)的P2MP多播保護，無需配置多層保護耦合，防止多次倒換。

3.3 多播業(yè)務(wù)的OAM機制

PTN網(wǎng)絡(luò)多播業(yè)務(wù)的OAM檢測過程以圖4為例說明如下。

圖3 端到端PTN多播承載保護方案

圖4 多播OAM機制

(1) 多播業(yè)務(wù)的故障檢測過程：多播工作通道和保護通道各自獨立的進行快速OAM檢測，工作Root和保護Root端口所在通道分別檢測到故障，需要分別在相應(yīng)的工作Leaf和保護Leaf通道插入故障指示，下游根據(jù)故障指示決定是否進行多播業(yè)務(wù)的切換，當(dāng)滿足切換條件時，進行主備業(yè)務(wù)的切換。

(2) 工作Root和保護Root通道同時故障時，節(jié)點上所有帶選擇器端口在其下游多播通道插入故障指示，下游根據(jù)故障指示情況，選擇較好的一個通道進行傳輸。

(3) 多播承載節(jié)點間配置PW OAM，與單播通道的PW OAM機制一樣。

(4) 以太業(yè)務(wù)OAM，在多播Root和Leaf節(jié)點UNI之間配置以太業(yè)務(wù)的OAM，其檢測方式同單播以太業(yè)務(wù)OAM機制一致。

3.4 eMBMS多播業(yè)務(wù)的QoS機制

3.4.1 eMBMS多播業(yè)務(wù)QoS要求

對于eMBMS業(yè)務(wù)來說，其帶寬必須得到保證，以視頻業(yè)務(wù)為例，一旦發(fā)生分組丟失或誤碼將可能導(dǎo)致終端用戶顯示花屏或者黑屏，影響用戶體驗，因此eMBMS業(yè)務(wù)指標(biāo)要求如表1所示。

3.4.2 多播業(yè)務(wù)QoS設(shè)計原則

對于多播業(yè)務(wù)來說，通過配置CIR/PIR以保證業(yè)務(wù)的帶寬，對于在L2多播網(wǎng)絡(luò)上給P2MP通道的Tunnel配置帶寬CIR=PIR，CIR是多播業(yè)務(wù)的平均速率。通過物理鏈路上流量的監(jiān)控，通過性能、告警方式給出擁塞預(yù)警，提醒客戶提前擴容或調(diào)整業(yè)務(wù)路徑。

表1 eMBMS業(yè)務(wù)QoS要求

多播業(yè)務(wù)的QoS優(yōu)先級可與現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)配置相一致，以便于PTN網(wǎng)絡(luò)的維護管理。

4 結(jié)束語

隨著各種新型業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，PTN網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，除了需要支持eMBMS業(yè)務(wù)外，其它的多播業(yè)務(wù)也會相繼出現(xiàn)；PTN網(wǎng)絡(luò)如何選擇一種合適的多播解決方案，將直接影響網(wǎng)絡(luò)的部署、投資、運維管理等多方面。本文針對PTN網(wǎng)絡(luò)支持多播功能提出了技術(shù)方案和部署的解決思路，隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，未來的方案將會進一步完善，以更好地支撐多播業(yè)務(wù)的發(fā)展。

PTN bears the eMBMS service and network deployment

WANG Ying-chun, LI Yong
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

AbstractThe PTN backhaul network, bearing the eMBMS service which has been in the agenda, needs to support the multicasting service. Based on the analysis and research of the , this paper proposes the technical scheme of PTN supporting multicasting service.

KeywordseMBMS; PTN; multicast

中圖分類號TN915

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1008-5599（2016）04-0078-04

收稿日期：2016-01-01