李志強+邢守壯+劉銳

如何建設省干PTN網絡進行LTE業(yè)務承載，已經成為當前PTN發(fā)展的主要課題。通過對TD-LTE省干回傳組網架構的分析，比較了各種方案的優(yōu)劣，在此基礎上探討了LTE承載的主要保護方式，并對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行研究。最后，通過故障分析對各種保護模型進行比較，探討了各種保護模型的優(yōu)劣。

TD-LTE 組網架構 保護方案 故障分析

Study of Provincial Trunk Backhaul Network Protection in TD-LTE

LI Zhi-qiang1， XING Shou-zhuang2， LIU Rui1

（1. Huaxin Consulting and Designing Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310014， China；

2. China Mobile Group Zhejiang Co.， Ltd.， Taizhou Branch， Taizhou 318001， China）

How to build the PTN provincial trunk network for LTE transmission has become the main topic of the PTN development. By the analysis of the networking architecture of provincial trunk backhaul network in TD-LTE， the advantages and disadvantages of various schemes are compared. On this basis， the main protection for LTE transmission is discussed， and the protection scheme between provincial trunk and local network is studied. Finally， the comparison of various protection models is made by fault analysis， and the advantages and disadvantages of them also are discussed.

TD-LTE networking architecture protection scheme fault analysis

1 引言

TD-LTE建設初期，SGW（Serving Gateway，服務網關）/MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）一般在省中心集中部署，LTE流量需跨越省干回傳。目前省內干線LTE回傳網絡有單廠家省干PTN和單/多廠家落地PTN兩種建議方案，而各省城域PTN傳輸設備至少在兩家以上，無論哪種建議方案都涉及不同廠家設備該如何對接以及PTN網絡該如何保護的問題，這已成為LTE時代PTN網絡建設的熱點問題。本文在省干建議組網模式下，探討PTN網絡的各種保護方案，重點對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行研究。

2 TD-LTE省干回傳組網架構

目前省內干線LTE回傳網絡建議組網方案有兩種，分別是單廠家省干PTN和單/多廠家落地PTN，這兩種方案各有優(yōu)劣。

單廠家省內干線PTN方案組網架構如圖1所示。省干PTN系統(tǒng)使用同一廠家設備，拓撲建議采用口字型結構，因為省干跨距較長且已建設比較完善的OTN系統(tǒng)，同時考慮到維護、保護、投資等因素，省干PTN應承載在OTN上，OTN層面不配置保護。由于省內城域傳輸設備至少在兩家以上，所以在地市城域網核心層與省干PTN間需考慮異廠家互通。

（1）2G/3G業(yè)務直接在城域落地，不用跨省干回傳。

（2）對于跨省干LTE回傳，不同廠家之間建議采用口字型組網，預防節(jié)點失效。

（3）省干和城域核心PTN網絡均啟用L3功能，以應對S1/X2流量轉發(fā)。

（4）推薦省干和本地網對接采用UNI（User Networks Interface，用戶網絡接口）接口、IP FRR（Fast ReRoute，快速重路由）保護方案。

（5）此方案的優(yōu)點為省網與城域網的界面清晰，方便管理和維護；缺點為設備數量多，投資相對較大。

單/多廠家落地PTN方案組網架構如圖2所示。省干不用單獨建設PTN系統(tǒng)，只需在省公司增加PTN下載設備即可，地市核心層L3設備直接通過省干OTN與下載設備直連。

（1）城域核心PTN設備與省干下載PTN設備之間采用口字型組網。

（2）如采用單廠家落地PTN方案，下載設備采用單一廠家，必會存在與部分地市城域PTN設備是異廠家，建議統(tǒng)一采用UNI接口，IP FRR保護方案。

（3）如采用多廠家落地PTN方案，省干下載設備與城域PTN設備是同一廠家，采用NNI接口，啟用3層VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網絡）和OAM（Operation Administration and Maintenance，操作、管理和維護）。若同一地市城域網有不同PTN設備廠家，則該地市需對應多對省干不同廠家落地設備。

（4）單廠家落地PTN方案比單廠家省干PTN方案需求PTN設備數量大大減少，節(jié)省大量投資。

（5）多廠家落地PTN方案的優(yōu)點為采用NNI接口，實現PTN全程端到端管理和業(yè)務承載，保護倒換安全可靠，且需求PTN設備數量比單廠家省干PTN方案略少，投資相對節(jié)??；缺點為省干和城域網的界面不清晰，同一設備在不同網管中管理，存在管理難題，且與SGW/MME對接的設備多，給核心網的端口帶來了一定壓力。endprint

從上文分析可知，單/多廠家落地PTN方案的組網結構比單廠家省干PTN方案簡單。由于本文主要探討LTE承載的保護方式，為了模擬最復雜的場景，將統(tǒng)一采用單廠家省干PTN方案進行網絡保護分析，所以本文的結論同樣適用于單/多廠家落地PTN方案的場景。

3 TD-LTE保護方案

對于2G/3G業(yè)務，PTN網絡采用類SDH 1+1和1：1 LSP（Label Switched Path，標簽交換路徑）保護，PTN L3功能引入后，保護將更加靈活和復雜。LTE業(yè)務的保護方式如圖3所示，下面將分別對各個層面的保護方案進行介紹。

3.1 SGW/MME與PTN下載設備

SGW/MME和兩臺PTN下載設備之間目前運用較多的是VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協議）、IP FRR兩種保護方式，無論是VRRP還是IP FRR保護，SGW/MME都是采用主備方式工作，即主用路由或端口故障，則備用路由或端口開始工作。此外，考慮到核心網SGW/MME的負載分擔需求，SGW/MME與PTN下載設備之間建議部署ECMP（Equal-Cost Multipath Routing，等價多路徑路由）保護，主備路由同時工作，利于網絡效率的最大化，但ECMP保護需要SGW/MME設備支持該協議。

在到一個目的地有幾條相同開銷路徑的網絡環(huán)境中，若采用VRRP或者IP FRR協議，發(fā)往該目的地址的數據包只能利用其中的一條鏈路，其它鏈路處于備份狀態(tài)或無效狀態(tài)；若使用ECMP協議，IP包可在這幾個鏈路上輪流發(fā)送，可見ECMP有效地增加了傳輸帶寬，提高了傳送效率。

ECMP有逐包和逐流兩種基本方式。逐包方式是只根據目的地址來輪流發(fā)送，而逐流方式是根據不同的數據“流”來分擔，考慮到逐包方式可能導致報文亂序，SGW/MME和兩臺PTN下載設備之間需運行逐流的ECMP協議，即根據基站業(yè)務IP地址轉發(fā)，強制根據接收路由，保證上下行業(yè)務路徑一致。

3.2 省干PTN L3設備之間

省干PTN L3設備之間應同時部署LSP 1：1和VPN FRR保護，其中LSP 1：1保護鏈路故障，VPN FRR保護節(jié)點故障。根據SGW/MME與PTN下載設備之間保護協議的不同，省干設備L3 VPN的設置也會有所不同。按照圖3的網絡結構，具體配置方案如下：

（1）若SGW/MME與PTN下載設備之間部署VRRP/IP FRR保護，省干設備VPN FRR配置如下：

H節(jié)點：H-J-L工作，H-I-K-M保護；

I節(jié)點：I-H-J-L工作，I-K-M保護；

L節(jié)點：L-J-H工作，L-M-K-I保護；

M節(jié)點：M-L-J-H工作，M-K-I保護；

J、K節(jié)點：不用設置。

（2）若SGW/MME與PTN下載設備之間部署ECMP保護，省干設備VPN FRR配置如下：

H節(jié)點：H-J-L工作，H-I-K-M保護；

I節(jié)點：I-K-M工作，I-H-J-L保護；

L節(jié)點：L-J-H工作，L-M-K-I保護；

M節(jié)點：M-K-I工作，M-L-J-H保護；

J、K節(jié)點：不用設置。

（3）LSP配置：

H、I、L、M四個節(jié)點間均需配置LSP，每條L3 VPN均需配置主備兩條LSP。

從上述配置方案可以看出，在SGW/MME和兩臺PTN下載設備之間運行ECMP協議時，上下VPN路由一致，相對于VRRP或IP FRR模式下的上下行L3 VPN路由不一致，ECMP模式下的業(yè)務規(guī)劃更加簡單有序。

當然，VRRP或IP FRR模式下也可規(guī)劃成與ECMP模式一樣的對稱L3 VPN路由，但這種路由在一些場景下可能導致業(yè)務丟包，即由于上行業(yè)務流可能從備用節(jié)點M直接轉發(fā)數據包至SGW/MME備用端口，而此時SGW/MME備用端口不工作，導致業(yè)務丟失。

3.3 省干PTN L3設備與城域核心L3設備

由于省干和城域PTN設備可能異廠家，各廠家之間的信令、參數的不一致可能導致NNI對接無法實現，因此建議采用口字型組網、UNI接口、IP FRR保護方案。按照圖3的網絡結構，具體配置方案如下：

F節(jié)點：主用下一跳為H，備用下一跳為G；

G節(jié)點：主用下一跳為I，備用下一跳為F；

H節(jié)點：主用下一跳為F，備用下一跳為I；

I節(jié)點：主用下一跳為G，備用下一跳為H。

3.4 核心層PTN L3設備之間

此部分為純L3域，保護設置與省干L3設備之間相同，需同時部署LSP 1：1和VPN FRR保護。按照圖3的網絡結構，具體配置方案如下：

（1）若SGW/MME與PTN下載設備之間部署VRRP/IP FRR保護，核心層L3設備VPN FRR配置如下：

D節(jié)點：D-F工作，D-E-G保護；

E節(jié)點：E-D-F工作，E-G保護；

F節(jié)點：F-D工作，F-G-E保護；

G節(jié)點：G-F-D工作，G-E保護。

（2）若SGW/MME與PTN下載設備之間部署ECMP保護，核心層L3設備VPN FRR配置如下：

D節(jié)點：D-F工作，D-E-G保護；

E節(jié)點：E-G工作，E-D-F保護；

F節(jié)點：F-D工作，F-G-E保護；

G節(jié)點：G-E工作，G-F-D保護。

（3）LSP配置：

D、E、F、G四個節(jié)點間均需配置LSP，每條L3 VPN均需配置主備兩條LSP。endprint

3.5 L2層（匯聚、接入層）保護

L2層（匯聚、接入層）需要雙節(jié)點互連，部署PW（Pseudo Wire，偽線）雙歸保護解決節(jié)點故障，盡量避免同時部署PW、LSP雙層保護。若廠家方案需要同時部署雙層保護，則需要考慮帶寬規(guī)劃、雙層倒換時間的配合。

雙歸L3節(jié)點（D和E）作為eNodeB的網關，應支持保護。當主節(jié)點故障時，備節(jié)點應能自動接替網關工作，不影響eNodeB的正常轉發(fā)。在雙歸L3節(jié)點上可部署VRRP實現網關保護功能，采用專線+L3 VPN方式組網時，從簡化配置及管理考慮，也可使用部署相同IP/MAC。

目前主流廠家對于L2保護選擇不一，有主推單層PW保護，也有主推LSP+PW雙層保護，雖然實現機理不同，但考慮到PTN L2層網絡均是同一廠家設備，不存在互通問題，且PTN L2網絡部署多年，網絡保護機制已比較成熟，這里不再詳述。

4 TD-LTE保護倒換性能分析

由于PTN L2層保護機制已比較成熟，本文將重點對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行研究。網絡故障示意圖如圖4所示。

針對圖4所示的PTN組網架構，對故障點1至故障點7進行保護性能分析，單點故障倒換分析如表1所示。由于L2層和L3層保護相對獨立，當L3層故障時，L2層無論選取單層還是雙層保護方式，對倒換結果影響不大，唯一的區(qū)別就是倒換后L2層的業(yè)務流向不同。

表1 單故障模擬分析

故障

點 SGW/MME非負載分擔

（VRRP或IP FRR） SGW/MME負載分擔（ECMP）

保護方式 倒換時間/ms 保護

方式 倒換時間/ms

1 LSP APS 50 LSP APS 50

2 VPN FRR/IPFRR/LSP APS 50 VPN FRR 50

3 無感知，

不切換 50 無感知，

不切換 50

4 IP FRR 50 IP FRR 50

5 IP FRR/LSP APS/VPN FRR 50 IP FRR 50

6 無感知，

不切換 50 無感知，

不切換 50

7 LSP APS 50 LSP APS 50

從表1可以看出，無論是VRRP、IP FRR還是ECMP協議，在PTN網絡單點故障時都可以有效地保護業(yè)務避免中斷。

由于核心/匯聚機房很可能有多個光方向而只有兩個物理上的出口路由，因此可能會存在多光方向同路由的情況。針對圖4所示的PTN典型組網架構，對單點故障引起多處斷纖場景下的保護方式進行模擬分析，多處故障時的保護方式及倒換時間如表2所示。其中涉及到一些業(yè)務中斷的場景，如1、3同時中斷將導致業(yè)務中斷，后期可以考慮通過相應的故障檢測聯動機制來解決。

表2 多故障模擬分析

故障

點 SGW/MME非負載分擔（VRRP或IP FRR） SGW/MME負載分擔（ECMP）

保護方式 倒換時間/ms 保護方式 倒換時間/ms

1和3 下行中斷 VPN FRR 50

1和4 LSP APS/IP FRR 50 LSP APS/IP FRR 50

3和4 上行中斷 上行中斷

4和6 下行中斷 IP FRR 50

4和7 LSP APS/IP FRR 50 IP FRR 50

6和7 上行中斷 上行中斷

從表2可以看出，相對于VRRP/IP FRR模式，ECMP保護有效減少了故障中斷的場景，大大提高了網絡安全性。目前有較多廠家的SGW/MME支持ECMP協議，其實際應用已不是問題。

5 總結

與2G/3G業(yè)務在本地落地不同，TD-LTE業(yè)務初期需要經過省干回傳，其網絡架構與原有傳送網不同；同時，TD-LTE傳送網的保護也比以往的SDH、PTN L2傳送網的保護更加復雜和靈活，不同層面可選的保護方案很多。本文詳細分析了各個層面主流的保護方式，并對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行重點研究，最后通過故障分析對各種保護模型進行比較，結果表明SGW/MME與PTN下載設備之間部署ECMP保護比VRRP/IP FRR保護更能減少業(yè)務中斷場景，極大地提高了網絡安全性，對LTE時代的PTN組網具有參考意義。

參考文獻：

[1] 王曉東，張炎炎，趙旭凇. TD-LTE關鍵技術與網絡規(guī)劃策略[J]. 電信工程技術與標準化， 2012（7）： 1-5.

[2] 錢逸群，張正風. LTE重傳機制下混合式中繼的路徑選擇與調度策略研究[J]. 電信科學， 2013（2）： 36-42.

[3] 門少杰，安扣成，李永濤. 面向LTE的PTN傳送網承載方案研究[J]. 電信技術， 2013（6）： 88-92.

[4] 代謝寅，章小軍. 面向LTE的分組傳送網解決方案[J]. 郵電設計技術， 2013（3）： 62-64.

[5] 王義濤，郭曉非，袁秀森. PTN承載LTE業(yè)務適應性分析[J]. 郵電設計技術， 2012（8）： 57-62.

[6] 陳曉明，高軍詩. TD-LTE傳送網保護方案[J]. 電信工程技術與標準化， 2013（1）： 42-45.endprint

3.5 L2層（匯聚、接入層）保護

L2層（匯聚、接入層）需要雙節(jié)點互連，部署PW（Pseudo Wire，偽線）雙歸保護解決節(jié)點故障，盡量避免同時部署PW、LSP雙層保護。若廠家方案需要同時部署雙層保護，則需要考慮帶寬規(guī)劃、雙層倒換時間的配合。

雙歸L3節(jié)點（D和E）作為eNodeB的網關，應支持保護。當主節(jié)點故障時，備節(jié)點應能自動接替網關工作，不影響eNodeB的正常轉發(fā)。在雙歸L3節(jié)點上可部署VRRP實現網關保護功能，采用專線+L3 VPN方式組網時，從簡化配置及管理考慮，也可使用部署相同IP/MAC。

目前主流廠家對于L2保護選擇不一，有主推單層PW保護，也有主推LSP+PW雙層保護，雖然實現機理不同，但考慮到PTN L2層網絡均是同一廠家設備，不存在互通問題，且PTN L2網絡部署多年，網絡保護機制已比較成熟，這里不再詳述。

4 TD-LTE保護倒換性能分析

由于PTN L2層保護機制已比較成熟，本文將重點對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行研究。網絡故障示意圖如圖4所示。

針對圖4所示的PTN組網架構，對故障點1至故障點7進行保護性能分析，單點故障倒換分析如表1所示。由于L2層和L3層保護相對獨立，當L3層故障時，L2層無論選取單層還是雙層保護方式，對倒換結果影響不大，唯一的區(qū)別就是倒換后L2層的業(yè)務流向不同。

表1 單故障模擬分析

故障

點 SGW/MME非負載分擔

（VRRP或IP FRR） SGW/MME負載分擔（ECMP）

保護方式 倒換時間/ms 保護

方式 倒換時間/ms

1 LSP APS 50 LSP APS 50

2 VPN FRR/IPFRR/LSP APS 50 VPN FRR 50

3 無感知，

不切換 50 無感知，

不切換 50

4 IP FRR 50 IP FRR 50

5 IP FRR/LSP APS/VPN FRR 50 IP FRR 50

6 無感知，

不切換 50 無感知，

不切換 50

7 LSP APS 50 LSP APS 50

從表1可以看出，無論是VRRP、IP FRR還是ECMP協議，在PTN網絡單點故障時都可以有效地保護業(yè)務避免中斷。

由于核心/匯聚機房很可能有多個光方向而只有兩個物理上的出口路由，因此可能會存在多光方向同路由的情況。針對圖4所示的PTN典型組網架構，對單點故障引起多處斷纖場景下的保護方式進行模擬分析，多處故障時的保護方式及倒換時間如表2所示。其中涉及到一些業(yè)務中斷的場景，如1、3同時中斷將導致業(yè)務中斷，后期可以考慮通過相應的故障檢測聯動機制來解決。

表2 多故障模擬分析

故障

點 SGW/MME非負載分擔（VRRP或IP FRR） SGW/MME負載分擔（ECMP）

保護方式 倒換時間/ms 保護方式 倒換時間/ms

1和3 下行中斷 VPN FRR 50

1和4 LSP APS/IP FRR 50 LSP APS/IP FRR 50

3和4 上行中斷 上行中斷

4和6 下行中斷 IP FRR 50

4和7 LSP APS/IP FRR 50 IP FRR 50

6和7 上行中斷 上行中斷

從表2可以看出，相對于VRRP/IP FRR模式，ECMP保護有效減少了故障中斷的場景，大大提高了網絡安全性。目前有較多廠家的SGW/MME支持ECMP協議，其實際應用已不是問題。

5 總結

與2G/3G業(yè)務在本地落地不同，TD-LTE業(yè)務初期需要經過省干回傳，其網絡架構與原有傳送網不同；同時，TD-LTE傳送網的保護也比以往的SDH、PTN L2傳送網的保護更加復雜和靈活，不同層面可選的保護方案很多。本文詳細分析了各個層面主流的保護方式，并對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行重點研究，最后通過故障分析對各種保護模型進行比較，結果表明SGW/MME與PTN下載設備之間部署ECMP保護比VRRP/IP FRR保護更能減少業(yè)務中斷場景，極大地提高了網絡安全性，對LTE時代的PTN組網具有參考意義。

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[5] 王義濤，郭曉非，袁秀森. PTN承載LTE業(yè)務適應性分析[J]. 郵電設計技術， 2012（8）： 57-62.

[6] 陳曉明，高軍詩. TD-LTE傳送網保護方案[J]. 電信工程技術與標準化， 2013（1）： 42-45.endprint

3.5 L2層（匯聚、接入層）保護

L2層（匯聚、接入層）需要雙節(jié)點互連，部署PW（Pseudo Wire，偽線）雙歸保護解決節(jié)點故障，盡量避免同時部署PW、LSP雙層保護。若廠家方案需要同時部署雙層保護，則需要考慮帶寬規(guī)劃、雙層倒換時間的配合。

雙歸L3節(jié)點（D和E）作為eNodeB的網關，應支持保護。當主節(jié)點故障時，備節(jié)點應能自動接替網關工作，不影響eNodeB的正常轉發(fā)。在雙歸L3節(jié)點上可部署VRRP實現網關保護功能，采用專線+L3 VPN方式組網時，從簡化配置及管理考慮，也可使用部署相同IP/MAC。

目前主流廠家對于L2保護選擇不一，有主推單層PW保護，也有主推LSP+PW雙層保護，雖然實現機理不同，但考慮到PTN L2層網絡均是同一廠家設備，不存在互通問題，且PTN L2網絡部署多年，網絡保護機制已比較成熟，這里不再詳述。

4 TD-LTE保護倒換性能分析

由于PTN L2層保護機制已比較成熟，本文將重點對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行研究。網絡故障示意圖如圖4所示。

針對圖4所示的PTN組網架構，對故障點1至故障點7進行保護性能分析，單點故障倒換分析如表1所示。由于L2層和L3層保護相對獨立，當L3層故障時，L2層無論選取單層還是雙層保護方式，對倒換結果影響不大，唯一的區(qū)別就是倒換后L2層的業(yè)務流向不同。

表1 單故障模擬分析

故障

點 SGW/MME非負載分擔

（VRRP或IP FRR） SGW/MME負載分擔（ECMP）

保護方式 倒換時間/ms 保護

方式 倒換時間/ms

1 LSP APS 50 LSP APS 50

2 VPN FRR/IPFRR/LSP APS 50 VPN FRR 50

3 無感知，

不切換 50 無感知，

不切換 50

4 IP FRR 50 IP FRR 50

5 IP FRR/LSP APS/VPN FRR 50 IP FRR 50

6 無感知，

不切換 50 無感知，

不切換 50

7 LSP APS 50 LSP APS 50

從表1可以看出，無論是VRRP、IP FRR還是ECMP協議，在PTN網絡單點故障時都可以有效地保護業(yè)務避免中斷。

由于核心/匯聚機房很可能有多個光方向而只有兩個物理上的出口路由，因此可能會存在多光方向同路由的情況。針對圖4所示的PTN典型組網架構，對單點故障引起多處斷纖場景下的保護方式進行模擬分析，多處故障時的保護方式及倒換時間如表2所示。其中涉及到一些業(yè)務中斷的場景，如1、3同時中斷將導致業(yè)務中斷，后期可以考慮通過相應的故障檢測聯動機制來解決。

表2 多故障模擬分析

故障

點 SGW/MME非負載分擔（VRRP或IP FRR） SGW/MME負載分擔（ECMP）

保護方式 倒換時間/ms 保護方式 倒換時間/ms

1和3 下行中斷 VPN FRR 50

1和4 LSP APS/IP FRR 50 LSP APS/IP FRR 50

3和4 上行中斷 上行中斷

4和6 下行中斷 IP FRR 50

4和7 LSP APS/IP FRR 50 IP FRR 50

6和7 上行中斷 上行中斷

從表2可以看出，相對于VRRP/IP FRR模式，ECMP保護有效減少了故障中斷的場景，大大提高了網絡安全性。目前有較多廠家的SGW/MME支持ECMP協議，其實際應用已不是問題。

5 總結

與2G/3G業(yè)務在本地落地不同，TD-LTE業(yè)務初期需要經過省干回傳，其網絡架構與原有傳送網不同；同時，TD-LTE傳送網的保護也比以往的SDH、PTN L2傳送網的保護更加復雜和靈活，不同層面可選的保護方案很多。本文詳細分析了各個層面主流的保護方式，并對省干與本地網對接區(qū)域的保護方案進行重點研究，最后通過故障分析對各種保護模型進行比較，結果表明SGW/MME與PTN下載設備之間部署ECMP保護比VRRP/IP FRR保護更能減少業(yè)務中斷場景，極大地提高了網絡安全性，對LTE時代的PTN組網具有參考意義。

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[6] 陳曉明，高軍詩. TD-LTE傳送網保護方案[J]. 電信工程技術與標準化， 2013（1）： 42-45.endprint