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深圳移动 LTE 试验网建设实例——基于L3-PTN的TD-LTE承载网方案研究

2013-03-14  来源:中国信息产业网  作者:中国移动通信集团广东有限公司深圳分公司,深圳 518048 吴钦雄 王新岱 中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司, 广州 510623 黄剑华 胡志涛

  TD-LTE 是中国移动的未来,TD-LTE 网络也是未来几年工程建设的核心和重点。TD-LTE 对承载网络的扁平化组网、大带宽、大网管理等有着更高要求。与其他承载方案相比,基于 L3-PTN 的 TD-LTE 承载网方案在网络维护、网管能力、保护、同步、安全、时延、网络演进以及投资等方面有一定的优势。

  本文结合深圳移动 LTE 试验网的建设实例,在对TD-LTE 的承载需求分析的基础上,对 L3-PTN 的组网模型进行了研究和梳理。

1 LTE 网络的总体架构

  LTE 网络架构主要由演进型 eNode B(eNB)和接入网关(aGW)两部分构成,与 2G、3G 网络相比,少了 RNC。eNB 除具有原 Node B 功能外,还承担了RNC 的大部分功能。LTE 的网络架构如图 1 所示。

2 TD-LTE 承载需求分析

2.1 电路类型需求

  TD-LTE 基站回传电路主要包括 S1 和 X2 接口电路。

  S1 接口 :eNB 与 EPC(分组核心网)之间的通信接口,负责用户业务的连接承载。

  X2 接口 :实现 eNB 之间的互连互通,用于基站与基站之间的逻辑连接。

2.2 电路带宽需求

  对于 LTE 基站典型配置,S1/X2 逻辑连接对承载带宽需求如下 :

  S1 接口传输峰值带宽 :

  业务峰值带宽需求:下行 336 Mbit/s,上行 45 Mbit/s;

  考虑 PTN 的传输效率(75%),传输峰值带宽 =336/0.75=448 Mbit/s。

  X2 接口带宽需求 :

  按照 S1 流量的 3% 计算,X2 接口传输峰值带宽为13.4 Mbit/s。

  LTE 基站传输带宽需求 :

  宏基站(S1/1/1):最大带宽 450 Mbit/s ;

  室内分布系统(O1):最大带宽 150 Mbit/s。

3 D-LTE 承载网方案

  根据 TD-LTE 的整体架构和承载需求,TD-LTE承载网需提供三层路由功能,实现 X2 电路的横向转发。

3.1 LTE 承载方式介绍

3.1.1 PTN+CE 方案

  接入、汇聚、核心层采用 PTN 组网,负责业务电路由基站至核心节点的传送 ;在 aWG/MME 节点成对部署 CE 路由器,完成 IP 业务的转发。通过 CE 路由器的 L3 VPN 功能,为 S1 提供灵活的调度能力,以及 X2接口的转发能力。

3.1.2 L3-PTN 方案

  采用 PTN 端到端组网,核心层的 PTN 支持简化L3 VPN,提供 IP 转发能力,满足 LTE 承载对 S1 的灵活调度以及 X2 接口的 IP 转发需求。

   对于 S1 流量:经接入层 PTN 统一送到核心层PTN,由核心层 PTN 根据目的 IP 地址(MME/SGW)查找 L3 VPN 的路由表,封装 LSP 和 L3 VPN 的标签,经由核心层设备间的转发到达归属的 MME/SGW。

  对于 X2 流量:经接入层 PTN 统一送到核心层PTN,由核心层 PTN 根据目的 IP 地址(相邻的基站)查找 L3 VPN 的路由表,以决定流量是经由核心层环送往非本地归属的基站 ;或向下转发,经由本地的 L2 VPN 封装送外相邻的基站。

3.2 LTE 承载方式分析比较

  PTN 支持 L3 功能方案优势在于全网同一设备,可以实现端到端的管理,便于统一运维,时延小,另外该方案不需要增加 CE 设备,成本较低,不足在于核心层PTN 需要升级才能支持 L3 功能。

  采用 PTN+CE 方案优势在 CE 设备对 L3 功能支持好,现网 PTN 设备不需要升级,劣势在于保护性能无法满足 50ms 的要求,维护需跨两种专业设备,且建设成本较高。

  PTN 融合简化的 L3 功能,推动 PTN 技术的发展,符合网络融合演进方向。

  通过分析比较,深圳公司采用了 PTN 支持 L3 功能的方案,进行 LTE 的承载。通过 TD-LTE 试验网及扩大规模试验网的建设及测试,成功解决了大规模 LTE 基站的回传,成为国内首例完成 L3-PTN 承载网现网测试与业务承载的应用。

3.3 LTE 承载网网络架构

  TD-LTE 业务中主要的 S1 业务仍为汇聚型业务为主,各接入点数据通过传送网传送至一个或几个业务节点,各接入点在覆盖区域内分散分布,汇聚机房分区覆盖各接入点,因此 TD-LTE 传送网仍采用接入、汇聚和核心三层网络架构。各接入点通过接入环接入各汇聚节点,经汇聚后通过汇聚环至核心节点,各核心节点间业务通过调度环或波分进行调度。接入层和汇聚层仍采用环状结构,核心层采用环状或口字行结构。深圳TD-LTE 试验网网络结构见图 2 所示。

3.4 L3-PTN 设备部署及 X2 电路的转发实现

  从需求分析得知,L3-PTN 方案的关键是 L3 VPN的部署。部署 L3-PTN 设备主要满足 X2 电路的横向转发和 S1 电路的灵活调度,全网部署 L3-PTN 设备成本较高且现网设备升级规模大,困难较大。

  通过对现网结构分析,只需在核心层设备部署 L3-PTN 设备即能实现 X2 电路的有效转发,现网设备只需进行小规模的升级。

需部署 L3-PTN 设备的节点为 :核心层机楼调度设备、核心层落地设备。

  TD-LTE 承载网的 X2 电路转发原则建议为:

  同一接入环接入的基站间的 X2 电路经汇聚节点的L2 VPN 转发。

  同一汇聚环不同接入环接入的基站间 X2 电路经该汇聚节点 L3 VPN 转发。

  不同汇聚环接入的基站间 X2 电路经核心层落地设备 L3 VPN 转发。

  不同厂家传输设备接入基站间 X2 电路经核心层落地设备间互联链路 L3 VPN 转发。

  以上功能均通过 IP 和 VLAN 规划实现。

3.5 组网方案及设备选择

  落地设备及核心层 PTN 设备通过升级方式支持 L3 VPN 功能,落地设备和核心层交叉容量均大于 320 Gbit/s。

  核心层和汇聚层采用 10GE OTN+PTN 组环。

  接入环仍以 GE 设备为主,GE 设备交叉容量不小于 5 Gbit/s,单个 GE 接入环建议接入 4 〜 6 个基站。带宽无法满足需求时,优先通过调整接入环节点数量满足带宽需。

  基站接入 PTN 设备与 eNode B 连接使用 GE 光接口。

3.6 电路需求和带宽规划

  对于 PTN 传输网络的各个层面,需综合考虑业务量的统计分布特性、满足业务质量和传输效益等因素,PTN 系统各层面的带宽规划按照表 1 取定。

  对于有 LTE 基站的 PTN 接入环,在以上预留带宽的基础上,每个接入环再额外预留 240 Mbit/s 带宽,对于只有室分站的接入环,可以再额外预留 87 Mbit/s 带宽,以确保每个接入环的 LTE 基站达到平均带宽的基础上,至少能够保证一个 LTE 基站达到峰值带宽。

  由于 LTE 主要承载的为数据业务,在 PTN 网络中采用收敛方式提高承载效率,核心层收敛比暂时可按照1 :2 进行设置。

3.7 IP 规划方案

  在 TD-LTE 网 络 中,eNode B、EPC 以 及 PTNL3 设备是一张完全独立、封闭的网络,因此可以按照行政区域,以地区为界进行统一 IP 地址总体规划。如表 2 所示。

  X 代表省,一共可以编 32 个省,Y 代表地市,每个省最多可以编 32 个地市,Z 代表该地市部署 L3 VPN 的 PTN 设备组团编号,一共 6 bit,可以对最多64 个 PTN 组团节点编号;

  Q 为 LTE eNode B 或 EPC 网元端口的 IP 地址,又细分为子网编号 + 主机编号,最多可以配置 6 万多个LTE eNode B,完全满足未来 LTE 网络发展需要。

  深圳 TD-LTE 试验网中 IP 地址规划采用全国统一分配方案,IP 地址段为 152.192.0.1 〜 152.255.255.254 ;

VLAN 与子网方面由于专业协调以及项目进度等方面的原因, 采用 1 个子网对应一个VLAN 方式来配置eNode B。

  深圳 TD-LTE 试验网的 IP 规划方案如表 3 所示。

  深圳 TD-LTE 试验网采取的 IP 分配的基本原则为:

  按不同 PTN 厂家设备覆盖区域规划LTE eNode IP 地址;

  厂家 A PTN 设备分配偶数网段, 厂家 B PTN 设备分配奇数网段;

  LTE eNode IP 地址采用 28 bit 子网掩码,即每个子网最多可配置 16 个 IP 地址,每个子网对应一个VLAN ID。

3.8 网络保护

  接入层 PTN 设备到核心层 PTN 设备之间采用端到端的 LSP 1:1 和双归保护方式,工作和保护需规划不同路径,各使用 1 条 LSP,核心层 PTN 设备设置 VRRP。

  不同局址的核心层 PTN 设备采用 FRR 保护方式,核心层 PTN 设备与 SGW 之间运行 VRRP 保护协议。

  L3-PTN 承载网的保护方案如图 3 所示。

3.9 异厂家组网方案

  目前深圳的 PTN 厂家有 2 个,每个厂家选择一对核心层 PTN 设备通过客户侧接口(UNI)进行对接,并采用单节点互连 + 多链路 LAG 保护方式。

  深圳基于 L3-PTN 的 LTE 承载网异厂家组网方案如图 4 所示。

4 结束语

  TD-LTE 与 2G/3G 相比网络结构出现了重大变革,使得网络变得扁平化,这对承载网提出了更高的要求。

L3-PTN 关键技术的启用灵活的解决了 S1/X2 电路的调度问题,保持了原有的可控可管特性,在保持原有运维习惯及配置的同时又满足了新业务的发展需求。

  2011年,深圳 TD-LTE 试验网承载网采用 L3-PTN 组网解决基站回传,并成功应用于大运会火炬传递即摄即传的报道,效果良好,成为国内首例完成 L3 PTN 承载网现网测试与业务承载的应用。

关键词:TD-LTE L3-PTN 中国移动

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