TD-LTE承載需求

 

　　與2G、3G網絡相比，TD-LTE網絡具有扁平化、All IP、Mesh化特點。2G、3G網絡中的BTS/BSC或者NodeB/RNC，在TD-LTE網絡中統一由eNodeB實現，HLR和AUC統一由HSS實現，S-GW和P-GW可以由aGW統一實現，這種結構的扁平化使網絡更為簡化，網元層次的減少也減小了網絡時延。TD-LTE網絡中只有PS（分組交換）域而沒有CS（電路交換）域，全IP化的EPC兼容各種技術的統一接入。eNodeB可以同時歸屬于多個MME/aGW，eNodeB之間也通過X2接口相互連接，形成Mesh形的網絡結構，這樣的結構使UE能在整個網絡中自由移動，保證無縫切換。

 

　　TD-LTE網絡的如上特點對傳輸承載網提出了更高的要求，它應該具備高帶寬、低時延、靈活的業務調度和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對承載網絡提出了前所未有的高帶寬要求，據2011年工信部在廣州、深圳、上海、南京、杭州、廈門開展的TD-LTE網絡規模試驗中測得，主測區域單宏基站的峰值帶寬要求為640Mbps。

 

　　● 低時延：S1-U接口的時延要求為5ms，X2接口的時延要求為10ms，S1-C接口的時延要求為100ms，可見S1-U對時延的要求最為嚴格，應是網絡設計保障的重點。

 

　　● 靈活的業務調度：X2接口的引入使得移動業務回傳從多點對點模式轉變為多點對多點模式，而且X2接口的數量隨著eNodeB數量的增加是呈指數上升的；另外，S1-flex接口的引入，使得eNodeB和MME/aGW交界處的路由隨時都可能發生變化；所有這些都要求傳送網絡必須具有更加靈活的業務調度能力。

 

　　● H-QoS保障：TD-LTE將促進諸如交互類、流媒體類、視頻類等業務的迅猛發展，QoS等級劃分也更加細致，因此要求傳送網具備層次化QoS（H-QoS）保障能力，針對不同等級業務提供不同的QoS服務。eNodeB承載有兩個關鍵的要求：一是保障高等級業務優先轉發；二是保障擁塞發生時重要基站業務的可用性。

　　基于PTN的承載方式

 

　　根據TD-LTE網絡的承載需求，各科研機構提出了各種承載網組網方案，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。該方案的可擴展性差，對運維要求高，網絡規模受限，且路由器網絡的保護能力、OAM能力比PTN網絡差，不適用于大規模的網絡。aGW路由方案中，傳送網采用端到端L2 PTN網絡，利用L2 VPN（二層虛擬專用網）實現X2接口業務轉發，利用aGW的集成L3功能實現S1接口業務的靈活調度。該方案中aGW執行IP路由處理和S1接口高度，這勢必嚴重影響其業務處理能力，且需要對EPC進行擴容，成本較高。PTN+CE和L3PTN是中國移動重點關注的兩種TD-LTE承載網組網方案，他們很好地利用了已有的PTN網絡，有利于PTN網絡向TD-LTE傳送網的平滑演進，同時具有很強的可擴展性和安全性。下面將對這兩種承載方案進行分析研究。

 

　　PTN+CE承載方案

 

　　在PTN+CE組網方式中，傳送網的接入層和匯聚層采用PTN構建L2網絡，為X2接口和S1接口提供E-Line專線業務，而核心層采用路由器CE構建L3 VPN網絡，實現X2接口業務的轉發和S1接口業務的靈活調度。CE路由器負責將X2接口信息按照IP地址轉發相鄰基站，將S1接口信息按照IP地址轉發給S-GW/MME或S-GW/MME pool中相應的S-GW、MME，以實現多歸屬需求。兩臺CE之間運行虛擬路由器冗余協議（VRRP），通過設定一個虛擬IP地址作為默認網關，在主用網關不可用時，這個虛擬IP地址就會映射到一個備用網關，從而實現主備網關的保護，如圖1所示。

 

　　采用路由器構建L3 VPN網絡，應在骨干網邊緣路由器（PE）之間建立標簽交換路徑（LSP）作為L3 VPN業務的承載隧道。PE之間通過多協議擴展邊界網關協議（MP-BGP）發布虛擬路由轉發表（VRF），實現VPN路由。PE和CE之間通過路由信息協議（RIP）、開放最短路徑優先（OSPF）路由協議、中間系統到中間系統（IS-IS）路由協議等內部網關協議（IGP）完成路由的發布和學習。

 

　　接入層和匯聚層采用已有的PTN網絡，且只需要提供L2功能，技術較為成熟。核心層的路由器自身具有L3處理能力，能滿足X2、S1業務的靈活調度和低時延的要求。同時，L3功能的引入有效地防止廣播風暴的產生。

 

　　L3PTN承載方案

 

　　在L3PTN組網方式中，整個傳送網采用端到端PTN網絡，接入層和匯聚層仍采用L2 VPN功能，在核心層引入L3功能，實現X2接口業務的IP轉發和S1接口業務的靈活調度，如圖2所示。核心層PTN設備引入的L3功能包括L2到L3的橋接功能和靜態L3路由功能。一般要求處于L3PTN網絡和L2網絡交界處的設備，包括與L2PTN網絡對接的L3PTN設備和與核心網設備對接的L3PTN設備，必須具備L2到L3的橋接功能。而目前TD-LTE規模試驗網中，L3PTN設備的靜態L3路由功能是由PTN隧道技術結合L3 VPN路由技術實現。接入層和匯聚層通過PWE3封裝，采用E-Line專線將X2、S1業務傳送到核心層PTN節點，在其內部進行L2到L3的橋接，核心節點之間采用L3 VPN封裝。VPN路由有兩種配置方式：網管靜態配置或者MP-BGP（多協議-邊界網關協議）。

 

 

　　S1業務經核心層PTN設備根據目的IP地址查找L3 VPN路由表，封裝LSP和L3 VPN標簽，由核心層網絡轉發到達歸屬的MME/aGW；X2業務經核心層PTN設備根據目的IP地址查找L3 VPN路由表，向下轉發并經本地L2 VPN封裝送往相鄰基站，或者由核心層送往非本地基站。L3PTN網絡能夠在原有靈活多樣的L2保護機制基礎上，結合L3保護方式，提供強大的保護能力。

 

　　PTN+CE和L3PTN的比較

 

　　在網絡管理和維護方面，PTN+CE方案由于采用多專業設備混合組網，存在維護界面接口，故障定位存在困難；無法實現統一網管，其業務開放和網絡維護需要聯合多專業開展，網絡管理困難。L3PTN方案由于整個回傳網絡采用PTN組網，可以實現全網的統一管理和維護，在網絡安全性和可維護性方面具有較大優勢。

 

　　在網絡的保護能力方面，PTN+CE方案需要PTN網絡和路由器網絡配合完成保護功能，由于路由器網絡的保護能力比PTN差，兩者互通的保護機制也不完善，從而降低了整個PTN+CE網絡的保護效果。L3PTN方案采用PTN端到端的組網，保護能力較強。

 

　　在時鐘同步方面，由于目前路由器尚不支持1588v2技術，PTN+CE方案時鐘同步能力較差；而L3PTN方案可以實現全網PTN設備的1588v2時鐘同步支持。在時延方面，L3PTN方案由于業務路徑都在PTN網絡內，時延較小。

 

　　在信息安全方面，PTN+CE方案中接入層和匯聚層采用E-Line業務，能有效地隔離廣播風暴。L3PTN方案的匯聚接入采用LSP專線開放，由核心層PTN設備通過L3轉發來支持X2接口業務，實現徹底的業務隔離。

 

　　在網絡平滑演進方面，PTN+CE方案由于引入了核心路由器而割裂了回傳網絡，不利于回傳網絡的融合演進。L3PTN方案則通過升級現有PTN網絡，加載L3功能，推動PTN技術的前進，符合網絡演進方向。

 

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

 

　　PTN+CE方案和L3PTN方案的比較可歸納如表1。

 

 

　　LTE是全球高速移動通信系統的發展方向，TD-LTE是LTE的一個重要分支。TD-LTE網絡引進了全新的S1接口和X2接口，也對承載網絡提出了前所未有的高帶寬、低時延以及靈活的業務轉發和調度能力之要求。PTN網絡擁有完善的多業務承載、QoS和統計復用功能，能夠滿足TD-LTE網絡的高帶寬、低時延要求，其強大的OAM能力和靜態L3功能可滿足S1、 X2接口業務的靈活調度需求，是TD-LTE承載網絡的重要解決方案。相比于PTN+CE方案，L3PTN方案在PTN設備上集成簡化L3功能實現端到端的IP化LTE承載，具有明顯的優勢，尤其對于已經建成大量PTN承載網的網絡建議采用。