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