王 健，梁 燦

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司上海分公司 上海 200060）

1 前言

隨著TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)逐步成熟，TD-LTE已經(jīng)逐漸步入到了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)營的階段。由于TD-LTE無線網(wǎng)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)提出了高帶寬、高靈活性等需求，對(duì)于移動(dòng)運(yùn)營商而言，傳統(tǒng)的以城域傳送網(wǎng)SDH/PTN進(jìn)行全程無線業(yè)務(wù)承載的二層網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式將不再適用，需要通過承載網(wǎng)絡(luò)啟用L3功能滿足業(yè)務(wù)承載需求。如何簡(jiǎn)潔、高效、安全地實(shí)現(xiàn)TD-LTE基站業(yè)務(wù)的承載，是需要重點(diǎn)考慮的問題。

2 TD-LTE基站業(yè)務(wù)對(duì)城域承載網(wǎng)絡(luò)的流向需求

圖1是TD-LTE無線網(wǎng)（E-UTRAN）的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。TD-LTE在系統(tǒng)組成方面同前代系統(tǒng)相比最大的區(qū)別在于取消了BSC/RNC，eNode B與EPC間通過S1接口直接相連，eNode B與EPC節(jié)點(diǎn)為多對(duì)多連接，形成網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)，而eNode B之間通過X2接口直接相連。

TD-LTE階段，由于網(wǎng)絡(luò)的扁平化，將出現(xiàn)X2電路（eNode B到eNode B之間），X2接口僅存在于相鄰基站之間。目前，由于S1業(yè)務(wù)流量占整個(gè)RAN流量的比例在97%以上，而X2業(yè)務(wù)流量占整個(gè)RAN流量的比例小于3%，因此目前主流的部署方式是通過S1業(yè)務(wù)的傳輸通道傳遞X2業(yè)務(wù)，這樣可以保持傳送網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一致性，減少LSP（label switched path）/PW（pseudowire）等資源的額外消耗。

從網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的智能化和自管理化層面來說，TD-LTE無線網(wǎng)要求S1電路具備靈活開通的條件，以利于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和后期割接等網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，包括S1-Flex等功能。S1-Flex是指單個(gè)eNode B連接到多個(gè)SGW，支持基于終端用戶的負(fù)載均衡、回傳/SGW故障保護(hù)，圖2為S1業(yè)務(wù)需求。

圖2 S1業(yè)務(wù)需求

X2業(yè)務(wù)以及S1-Flex業(yè)務(wù)對(duì)傳輸核心層面的承載提出了靈活性、高效性的要求，需要傳輸PTN實(shí)現(xiàn)L3調(diào)度功能，調(diào)度的方向是相鄰基站之間、基站到各個(gè)EPC。

業(yè)界關(guān)于PTN L2/L3網(wǎng)絡(luò)的范圍有過爭(zhēng)論，如L2管道僅限于接入層，則對(duì)于S1/X2電路的調(diào)度靈活性大大提高，但對(duì)于大型城域網(wǎng)而言將導(dǎo)致VPN范圍過大，從而影響網(wǎng)絡(luò)的可維護(hù)性。目前對(duì)于大型城域網(wǎng)一般僅在核心層設(shè)備啟用L3功能。

3 面向LTE基站回傳等業(yè)務(wù)的PTN核心層L3網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)思路

對(duì)于傳輸網(wǎng)的核心層的L3網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，有兩種主要的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式：方式1為PTN L3方式，即PTN核心層設(shè)備啟用L3功能；方式2為PTN+CE路由器方式，即PTN維持L2方式，增加CE實(shí)現(xiàn)L3功能。圖3為核心層L3網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式示意。

以上兩種方式從表1所示的幾個(gè)維度進(jìn)行比較。

圖3 核心層L3網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式示意

表1 核心層L3網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式對(duì)比

根據(jù)上述分析，方式1即PTN啟L3功能的方案對(duì)端到端的承載更為有利。

從實(shí)現(xiàn)L3功能的方式上，又可以分為L3 VPN和native IP兩種。L3 VPN在轉(zhuǎn)發(fā)效率、倒換效率、實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離、同廠商互通性、端到端管理方面具有較大優(yōu)勢(shì)，而native IP則更適用于異廠商設(shè)備互通組網(wǎng)的場(chǎng)景。

此外，CE設(shè)備的硬件和軟件協(xié)議棧均較為復(fù)雜，而LTE回傳由于仍是一個(gè)面向固定局向的業(yè)務(wù)需求，在已采用PTN技術(shù)路線的前提下，在現(xiàn)有PTN設(shè)備的基礎(chǔ)上通過核心層疊加一個(gè)簡(jiǎn)化L3 VPN功能 （簡(jiǎn)化L3 VPN核心思想是把IP作為一種業(yè)務(wù)，承載在TP的靜態(tài)隧道之上，IP業(yè)務(wù)和L2的業(yè)務(wù)沒有本質(zhì)區(qū)別）實(shí)現(xiàn)L3的調(diào)度需求，相對(duì)較為合理。這樣，從層次上講，形成了匯聚接入層（L2 VPN）圳核心層（L3 VPN）圳EPC（IP）這樣的實(shí)現(xiàn)方式，核心層的橋接設(shè)備完成L2 VPN到L3 VPN的轉(zhuǎn)換。

圖4即為匯聚接入L2VPN+核心層L3VPN的組網(wǎng)方式。

3.1 L2/L3橋接設(shè)備組網(wǎng)思路及設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)

TD-LTE基站業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的關(guān)鍵在于核心節(jié)點(diǎn)的L2功能終結(jié)/L3功能開啟的設(shè)備上，對(duì)于每個(gè)eNode B的OAM、S1、X2的子接口均需要通過該設(shè)備進(jìn)行分流。如圖5所示，目前從整體組網(wǎng)架構(gòu)上主要有以下兩種方案。

·方案1。建設(shè)各骨干節(jié)點(diǎn)PTN核心層L2/L3橋接設(shè)備，與EPC側(cè)PTN L3設(shè)備配合，形成靈活調(diào)度的PTN L3網(wǎng)絡(luò)。該結(jié)構(gòu)將L3網(wǎng)絡(luò)下沉至各核心節(jié)點(diǎn)，提升了L2網(wǎng)絡(luò)的處理能力，同時(shí)L3網(wǎng)絡(luò)范圍適度擴(kuò)大，可靈活實(shí)現(xiàn)S1-Flex、X2等業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度。本方式適合于大規(guī)模LTE建設(shè)的PTN核心層組網(wǎng)。

·方案2。結(jié)合EPC局址，建設(shè)PTN核心層的L2/L3橋接/落地設(shè)備。該結(jié)構(gòu)由于L2/L3橋接點(diǎn)設(shè)在EPC落地側(cè)，對(duì)于LTE大規(guī)模建網(wǎng)，L2網(wǎng)絡(luò)存在保護(hù)組、OAM能力等處理能力瓶頸。同時(shí)，該架構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)S1-Flex等業(yè)務(wù)的調(diào)度。此外，該方式難以適應(yīng)EPC局址的不確定性及后續(xù)調(diào)整的可能性?？傮w而言，本方式適用于LTE初期小規(guī)模建網(wǎng)或小規(guī)模的LTE承載網(wǎng)。

方案1和方案2對(duì)比見表2。

圖4 PTN端到端L2 VPN+L3 VPN組網(wǎng)示意

圖5 L2/L3橋接設(shè)備組網(wǎng)方案示意

相對(duì)而言，方案1較為適合LTE大規(guī)模建網(wǎng)需要，方案2適合在LTE小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中采用。在此，L2/L3橋接設(shè)備主要功能是：L2業(yè)務(wù)在橋接點(diǎn)完成終結(jié)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部采用內(nèi)部虛接口環(huán)回方式，實(shí)現(xiàn)L2 VPN到L3 VPN的轉(zhuǎn)換，再通過核心層L3 VPN轉(zhuǎn)發(fā)至核心落地節(jié)點(diǎn)。

如圖6所示的橋接設(shè)備不同于CE路由器，該實(shí)現(xiàn)方式是基于簡(jiǎn)化L3 VPN而非復(fù)雜的路由協(xié)議，是路由器L3功能的一個(gè)較小子集。

3.2 EPC側(cè)L3落地設(shè)備組網(wǎng)思路

針對(duì)EPC側(cè)落地的PTN L3設(shè)備，有兩種具體建設(shè)方式。

· 方式1：成對(duì)新建PTN L3設(shè)備，與各核心節(jié)點(diǎn)L2/L3橋接設(shè)備組L3網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)與EPC互聯(lián)。

· 方式2：L2/L3橋接設(shè)備與L3落地設(shè)備共用一套設(shè)備，接入EPC。

上述兩種EPC側(cè)L3落地設(shè)備組網(wǎng)方式示意如圖7所示。

方式1和方式2對(duì)比見表3。方式1滿足雙節(jié)點(diǎn)雙路由的組網(wǎng)安全性要求，是目前推薦的主要實(shí)現(xiàn)方式。

后續(xù)在EPC局址增加時(shí)，可在EPC側(cè)增加相應(yīng)的L3落地設(shè)備，與橋接設(shè)備連接，保持架構(gòu)的穩(wěn)定，如圖8所示。

圖6 PTNL2/L3橋接設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意

圖7 EPC側(cè)L3落地設(shè)備組網(wǎng)方式示意

表3 EPC側(cè)L3落地設(shè)備組網(wǎng)方式比較

圖8 增加EPC局址時(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展方式示意

4 面向LTE基站回傳等業(yè)務(wù)的PTN核心層L3網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

4.1 L3層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)鏈路帶寬測(cè)算方式

針對(duì)L2/L3橋接設(shè)備與L3落地設(shè)備間的L3網(wǎng)絡(luò)內(nèi)鏈路帶寬的測(cè)算，結(jié)合PTN L3網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，考慮到LTE初期用戶行為的不確定性以及運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)的缺乏，為有效降低初期的投資風(fēng)險(xiǎn)（OTN/PTN），建議按照以下方式進(jìn)行。

面向用戶行為的角度（500 kbit/s/忙時(shí)用戶流量）測(cè)算L2/L3橋接設(shè)備與L3落地設(shè)備間連接需求。即按照核心網(wǎng)側(cè)的流量需求進(jìn)行鏈路測(cè)算，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域性流量分布特點(diǎn)適度考慮冗余，與核心網(wǎng)同步實(shí)施擴(kuò)容。

初期部署時(shí)，考慮到用戶分布在時(shí)間、地域上的不確定性，每個(gè)區(qū)域內(nèi)橋接設(shè)備與落地設(shè)備之間均按照EPC側(cè)帶寬需求作10GE連接。

網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)，每對(duì)橋接設(shè)備與落地設(shè)備間峰值帶寬利用率達(dá)到70%時(shí)，考慮增加連接；對(duì)應(yīng)新增連接創(chuàng)建新的VRF（VPN路由轉(zhuǎn)發(fā)表，也稱VPN實(shí)例，是PE為直接相連的設(shè)備建立并維護(hù)的一個(gè)專門實(shí)體，下同），修改VRF、物理端口、LSP的映射關(guān)系。

4.2 PTN核心層L3網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

· 對(duì)于TD-LTE基站業(yè)務(wù)，L2電路在各骨干匯聚點(diǎn)所在的核心層L2/L3橋接設(shè)備上終結(jié)，為合理利用橋接設(shè)備的L2終結(jié)能力 （L2保護(hù)組、OAM能力），每個(gè)區(qū)域兩個(gè)配對(duì)核心節(jié)點(diǎn)可分別按照就近原則終結(jié)50%站點(diǎn)業(yè)務(wù)。L3電路以高效直達(dá)為主，從各區(qū)的核心節(jié)點(diǎn)上聯(lián)業(yè)務(wù)通過本局OTN或IP over WDM疏通至EPC所在局的核心層PTN落地的L3設(shè)備，并經(jīng)PTN交換和整合后與EPC連接。

·PTN核心層L2/L3橋接設(shè)備成對(duì)設(shè)置，分別與各區(qū)域PTN骨干匯聚節(jié)點(diǎn)做10GE連接。L3落地設(shè)備成對(duì)設(shè)置，與L2/L3橋接設(shè)備之間作口字形的10GE連接。

·L3落地設(shè)備至EPC之間10GE鏈路連接數(shù)量根據(jù)用戶數(shù)估算及用戶行為模型確定。L2/L3橋接設(shè)備之間的L2連接數(shù)量根據(jù)各區(qū)域LTE站點(diǎn)的分布數(shù)量決定。

·L3網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)以輕載方式確保網(wǎng)絡(luò)安全，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)口字型連接中峰值帶寬之和超過鏈路總帶寬的70%時(shí)，增加10GE連接。

·接入層PTN設(shè)備到本區(qū)域L2/L3橋接設(shè)備之間采用端到端的LSP 1∶1和雙歸保護(hù)方式，工作和保護(hù)需規(guī)劃不同路徑，同區(qū)域橋接設(shè)備之間設(shè)置VRRP。橋接設(shè)備至EPC側(cè)落地設(shè)備之間采用VPN FRR+LSP 1∶1保護(hù)方式，落地設(shè)備與 EPC之間運(yùn)行VRRP或IPFRR保護(hù)協(xié)議。

4.3 有關(guān)PTN核心層L3網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步探討

目前，PTN設(shè)備與路由器的區(qū)別主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

·應(yīng)用場(chǎng)景不同：PTN組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層次簡(jiǎn)單，業(yè)務(wù)流向確定，匯聚型業(yè)務(wù)以環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)為主，多為傳送管道的要求，不需要太強(qiáng)的路由能力，以2層管道為主；路由器的場(chǎng)景是網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，業(yè)務(wù)流向不確定，以mesh組網(wǎng)為主，需要組建Internet，以動(dòng)態(tài)協(xié)議為主，路由能力要求強(qiáng)。

·硬件配置不同：PTN的硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，路由器的設(shè)計(jì)復(fù)雜。

·協(xié)議軟件不同：PTN由于采用靜態(tài)配置的方式，軟件系統(tǒng)精簡(jiǎn)，主要是與網(wǎng)管通信，執(zhí)行網(wǎng)管命令，對(duì)設(shè)備實(shí)施配置和管理，是可控、可管的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；路由器軟件系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，包括大量的信令、協(xié)議、應(yīng)用等，代碼規(guī)模大，因此路由器的主控板CPU性能都很高，相對(duì)功耗也要稍大。

隨著SDN（其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺(tái)）概念的發(fā)展，后續(xù)PTN設(shè)備在支持簡(jiǎn)化L3 VPN功能的基礎(chǔ)上，將可支持更多的L3功能，結(jié)合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備的成熟度，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也可相應(yīng)地進(jìn)行mesh化演進(jìn)，滿足各類L3業(yè)務(wù)的承載需求。

1 黃曉慶,唐劍鋒,徐榮.PTN——IP化分組傳送.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009

2 龔倩,鄧春勝,王強(qiáng)等.PTN規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)維實(shí)戰(zhàn).北京：人民郵電出版社，2010

3 Szigeti T,Hattingh C.端到端QoS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì).北京：人民郵電出版社，2007