PTN L3組網(wǎng)承載TD-LTE業(yè)務(wù)的可靠性規(guī)劃探討

陳孟奇

【摘要】文章結(jié)合中國移動TD-LTE試驗網(wǎng)深圳區(qū)域承載網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的經(jīng)驗，首先簡單介紹PTN支持靜態(tài)L3的LTE承載解決方案和承載網(wǎng)PTN組網(wǎng)架構(gòu)，然后在此基礎(chǔ)上對PTN L3組網(wǎng)承載業(yè)務(wù)的可靠性規(guī)劃展開深入探討。

【關(guān)鍵詞】TD-LTE承載網(wǎng)PTN L3組網(wǎng)可靠性規(guī)劃

1前言

在LTE推進(jìn)過程中，運(yùn)營商越來越重視承載網(wǎng)的建設(shè)，承載網(wǎng)作為電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，其規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)優(yōu)先于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與演進(jìn)。設(shè)備商提供了PTN靜態(tài)L3VPN方案和PTN+CE方案，以適應(yīng)LTE時代S1 Flex、X2業(yè)務(wù)靈活調(diào)度、基站IP靈活調(diào)整等新需求。

2011年中國移動通信集團(tuán)在全國六個地市開展TD-LTE試驗網(wǎng)，深圳區(qū)域采用PTN L3組網(wǎng)的方案來實現(xiàn)LTE基站業(yè)務(wù)回傳，并按時完成集團(tuán)公司相關(guān)規(guī)范的測試以及220個LTE基站業(yè)務(wù)開通。本文結(jié)合本次試驗網(wǎng)深圳區(qū)域承載網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的經(jīng)驗，對TD-LTE承載PTN L3組網(wǎng)可靠性規(guī)劃進(jìn)行探討。

2PTN支持靜態(tài)L3的LTE承載解決方案

在網(wǎng)絡(luò)接入?yún)R聚層仍然采用L2VPN的組網(wǎng)技術(shù)，核心PTN節(jié)點需要支持L3VPN能力。

對于S1接口，通過接入?yún)R聚層的管道送到核心PTN節(jié)點，然后再通過L3VPN(包括本地轉(zhuǎn)發(fā)和遠(yuǎn)端VPN轉(zhuǎn)發(fā))轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的SGW／MME，包括本地的和遠(yuǎn)端的。

對于X2接口，先通過接入?yún)R聚層的管道送到核心PTN節(jié)點，然后再通過L3VPN(包括本地轉(zhuǎn)發(fā)和遠(yuǎn)端VPN轉(zhuǎn)發(fā))轉(zhuǎn)發(fā)到匯聚層的管道，向下傳送目的基站。

其中L2的功能要求是終結(jié)ETH PW后，能夠進(jìn)入L2的VSI換實例中，先完成一次收斂功能，再進(jìn)入L3的VRF虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)實例中做L3處理。其優(yōu)勢如下：

◆減少運(yùn)維的網(wǎng)段劃分；

◆減少核心網(wǎng)路由的配置量，只需要做網(wǎng)段路由配置；

◆降低核心層VRF的邏輯端口數(shù)量的壓力；確保網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的可實施性；

◆降低核心層VRF的ARP能力要求，確保路徑保護(hù)時，對ARP的實時刷新要求，以保證50ms的倒換保護(hù)。

3承載網(wǎng)PTN組網(wǎng)架構(gòu)

本文采用了接入層PTN+匯聚層PTN／OTN+骨干層OTN+樓內(nèi)PTN組網(wǎng)方式進(jìn)行分析，具體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

承載網(wǎng)組網(wǎng)方式沿用SDH組網(wǎng)方式，接入層采用單雙歸方式歸屬匯聚機(jī)房、骨干匯聚層采用雙歸方式歸屬到骨干機(jī)樓組網(wǎng)，具體組網(wǎng)特點如表1所示。

4LTE承載網(wǎng)可靠性規(guī)劃

4.1概述

TD-LTE的承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)繼承傳統(tǒng)的電信級承載網(wǎng)的可靠性，同樣要求端到端的電信級可靠性，主要包括設(shè)備級保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)級保護(hù)。

(1)設(shè)備級保護(hù)需求

為保證設(shè)備的可靠性，在軟件或硬件發(fā)生錯誤時不造成網(wǎng)絡(luò)中斷，要求設(shè)備具有一定的冗余保護(hù)能力，包括：電源模塊冗余保護(hù)、主控模塊冗余保護(hù)、交換模塊冗余保護(hù)等。

(2)網(wǎng)絡(luò)級保護(hù)需求

為防止因傳輸鏈路中斷或設(shè)備節(jié)點故障而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷，LTE承載網(wǎng)絡(luò)需要滿足電信級運(yùn)營特點。保護(hù)倒換時間小于50ms，并提供多種手段對整網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)。其中UNI側(cè)保護(hù)包括LAG、IMA、MC-APS、MC-LAG等，NNI側(cè)保護(hù)則包括路徑保護(hù)(MPLS-TP隧道保護(hù))、環(huán)網(wǎng)保護(hù)、VPN FRR保護(hù)、VRRP保護(hù)等。

4.2PTN保護(hù)方式

在PTN規(guī)劃應(yīng)用中，PTN與SDH在保護(hù)方式上存在差異，SDH采用復(fù)用段保護(hù)方式，而PTN以路徑1：1為保護(hù)方式。

(1)線性保護(hù)倒換

線性保護(hù)倒換方式也稱為路徑1：1保護(hù)方式，主用工作通道任意一點出現(xiàn)中斷時，業(yè)務(wù)通過工作／保護(hù)路徑上首尾節(jié)點的保護(hù)動作恢復(fù)正常；當(dāng)主用路徑上任意一點出現(xiàn)中斷時，業(yè)務(wù)倒換到備用路徑上承載。

(2)分段保護(hù)方式

在接入層組網(wǎng)單歸模式下采用MS-PW方式承載業(yè)務(wù)，并在接入層和匯聚層次分別配置LSP隧道保護(hù)。當(dāng)匯聚環(huán)與接入環(huán)同時出現(xiàn)某一點中斷時，業(yè)務(wù)可以分別通過接入層的LSP保護(hù)和匯聚層的LSP保護(hù)得到恢復(fù)。

(3)環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換

在接入環(huán)與匯聚環(huán)采用雙節(jié)點互連組網(wǎng)方式下，在接入環(huán)和匯聚環(huán)分別配置環(huán)保護(hù)，并與主用LSP隧道綁定，在業(yè)務(wù)的上下點之間配置一個隧道線性保護(hù)，為接入環(huán)的站點與RNC之間配置隧道的1：1路徑保護(hù)。當(dāng)匯聚環(huán)與接入環(huán)同時出現(xiàn)某一點中斷，或者匯聚點單點失效時，業(yè)務(wù)依然可以得到保護(hù)。

4.3承載網(wǎng)與其它設(shè)備連接可靠性保護(hù)規(guī)劃

在LTE系統(tǒng)中，eNode B、承載網(wǎng)、aGW等設(shè)備之間也有保護(hù)需要。

(1)接入到核心三層采用VRRP雙歸保護(hù)技術(shù)

為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，在核心機(jī)房都部署雙節(jié)點。以保護(hù)節(jié)點失效的情況，此時業(yè)務(wù)流向有基站雙歸到兩個核心節(jié)點、SGW雙歸到兩個核心節(jié)點兩個方向需要保護(hù)方式。

由圖2可知：

◆每個eNode B配置工作和保護(hù)PW到主備核心節(jié)點；

◆核心節(jié)點之間運(yùn)行VRRP，對基站而言，其下一跳為VRRP保護(hù)組的虛擬IP地址；

◆當(dāng)主用VRRP網(wǎng)關(guān)節(jié)點故障時，通過VRRP主備切換，以及PW保護(hù)切換，基站將流量發(fā)送至備用VRRP網(wǎng)關(guān)。

(2)核心設(shè)備到SGW／MME設(shè)備采用VRRP雙歸保護(hù)技術(shù)

由圖3可知：

◆aGW雙歸到主備核心節(jié)點，核心節(jié)點在aGW方向運(yùn)行VRRP；

◆通過PTN的快速OAM和VRRP綁定的方式，提高VRRP的保護(hù)倒換效率。

(3)核心層L3VPN網(wǎng)絡(luò)采用L3 VPN FRR保護(hù)技術(shù)

在核心機(jī)房之間，通過L3VPN轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)時，需要在路由層面提供雙節(jié)點保護(hù)能力，如圖4所示。

當(dāng)S1或者X2需要跨核心節(jié)點的時候，需要通過核心節(jié)點之間的L3VPN轉(zhuǎn)發(fā)，需要支持VPN FRR，對于遠(yuǎn)端同一條VPN路由，由于雙節(jié)點配置時，本地NE可以從兩個遠(yuǎn)端NE收到相同的路由，并形成主備關(guān)系，當(dāng)主用遠(yuǎn)端NE節(jié)點故障時，主備路由發(fā)生快速切換，從而保證業(yè)務(wù)的快速倒換。

對于L3VPN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的故障，采用4.2節(jié)所述的線性保護(hù)或環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)。

4.4PTN承載L3 VPN的端到端業(yè)務(wù)保護(hù)

根據(jù)不同組網(wǎng)方式，我們總結(jié)出5種網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備端到端保護(hù)方式，以確保網(wǎng)絡(luò)安全。

(1)L3VPN邊緣接入鏈路故障

由圖5可知：

◆對于下行業(yè)務(wù)，由sGW／MME進(jìn)行切換；

◆對于上行業(yè)務(wù)，由NE4在本地進(jìn)行靜態(tài)路由保護(hù)切換，通過NE5轉(zhuǎn)發(fā)給sGW／MME。

(2)L3VPN邊緣接入NE故障

由圖6可知：

◆對于下行流量，當(dāng)NE4故障時，NE5通過VRRP切換成為主用，會給sGW／MME發(fā)送免費(fèi)ARP報文，刷新sGW／MME的ARP表，下行流量切換到NE2；

◆對于上行流量，NE2檢測到NE11故障后，通過L3VPN FRR，把流量切換到NE2。

(3)L3VPN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)故障

由圖7可知，L3VPN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)故障，通過PTN的隧道保護(hù)進(jìn)行流量保護(hù)，可以通過線性1：1或者1+1實現(xiàn)，也可以通過環(huán)網(wǎng)保護(hù)實現(xiàn)。

(4)L2到L3橋接節(jié)點故障

由圖8可知：

◆對于下行流量，當(dāng)L2到L3的橋接NE2故障時，NE4檢測到NE2故障后，通過L3VPN FRR，把下行流量切換到備用NE3。

◆對于上行流量，當(dāng)NE11檢測到NE2故障后，通過PW倒換，把L2專線業(yè)務(wù)切換到NE3，同時NE3檢測到NE2故障后，啟動VRRP主備倒換，NE3變?yōu)橹饔?，終結(jié)NE11倒換過來的L2業(yè)務(wù)。

(5)L2VPN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)故障(如圖9所示)

L2網(wǎng)絡(luò)內(nèi)故障時，通過PTN的隧道保護(hù)進(jìn)行流量保護(hù)，可以通過線性1：1或者1+1實現(xiàn)，也可以通過環(huán)網(wǎng)保護(hù)實現(xiàn)。

4.5PTN和OTN的保護(hù)拖延設(shè)置

PTN作為OTN的業(yè)務(wù)層，OTN作為PTN的物理傳送層，如果發(fā)生保護(hù)倒換，則優(yōu)先由OTN進(jìn)行物理層的保護(hù)倒換，即OTN保護(hù)倒換優(yōu)先于PTN的保護(hù)倒換。

4.6跨廠家靜態(tài)L3 VPN組網(wǎng)

對于PTN靜態(tài)三層組網(wǎng)方案，核心層PTN設(shè)備支持跨廠家互通功能。

(1)基于UNI接口Native IP單設(shè)備對接互通方式

PTN設(shè)備支持基于UNI接口Native IP實現(xiàn)與其他廠家的單設(shè)備對接，對接PTN設(shè)備之間的靜態(tài)Native IP應(yīng)采用LAG負(fù)載分擔(dān)方式，保證對接設(shè)備間鏈路的可靠性，如圖10所示。

(2)基于NNI接口的PTN設(shè)備對接互通方式

PTN設(shè)備應(yīng)支持基于NNI接口與其他廠家對接，對接PTN設(shè)備應(yīng)支持LSP主備保護(hù)和VPN FRR保護(hù)功能，實現(xiàn)對接設(shè)備失效或?qū)釉O(shè)備間鏈路失效時的保護(hù)，如圖11所示。

5結(jié)束語

總體而言，在分組傳送設(shè)備PTN中引入L3功能是傳送網(wǎng)發(fā)展歷程中一個里程碑式的事件，它標(biāo)志著傳送網(wǎng)與IP網(wǎng)絡(luò)的融合正走向深入，標(biāo)志著傳送網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)的關(guān)系從簡單的上下層服務(wù)關(guān)系，向平等協(xié)商、統(tǒng)籌一致、深度結(jié)合方向轉(zhuǎn)變。

在研究PTN L3組網(wǎng)應(yīng)用過程中，也需要研究網(wǎng)絡(luò)安全性，從初期規(guī)模建設(shè)開始、需要關(guān)注安全性(設(shè)備性能、OAM應(yīng)用)等，以確保網(wǎng)絡(luò)安全，從而提升TD-LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，更好地服務(wù)用戶。