TD-LTE傳送網(wǎng)保護方案

陳曉明，高軍詩

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

1 前言

中國移動2011年在6城市開展TD-LTE規(guī)模試驗以來，經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)試驗驗證和論證研究，已經(jīng)確定PTN核心層支持L3功能為TD-LTE回傳網(wǎng)解決方案。在PTN核心層引入了L3功能后，PTN網(wǎng)絡具備了基于IP地址轉(zhuǎn)發(fā)的基本3層功能，同時也具備了一些基本的IP網(wǎng)絡保護功能，而PTN的接入和匯聚層仍然維持2層功能，使用2層的網(wǎng)絡保護功能，如何使PTN網(wǎng)絡的2層和3層保護功能協(xié)調(diào)工作，提供完備的抗鏈路故障、抗節(jié)點故障的保護方案，是TD-LTE傳送網(wǎng)研究的重點。在TD-LTE規(guī)模試驗網(wǎng)階段為解決核心網(wǎng)集中化設置需要建設跨地市的支持L3的PTN省內(nèi)干線，網(wǎng)絡的保護要從城域網(wǎng)延伸到省內(nèi)干線，無疑又為TD-LTE的傳送網(wǎng)保護方案提出了新的要求。

2 TD-LTE傳送網(wǎng)保護方案整體架構(gòu)

eNode B經(jīng)過城域PTN網(wǎng)絡的接入?yún)R聚層到核心層，再經(jīng)過跨廠家轉(zhuǎn)接至PTN省內(nèi)干線，最后經(jīng)過落地PTN與核心網(wǎng)網(wǎng)元連接，LTE數(shù)據(jù)流經(jīng)過了PTN網(wǎng)絡的各個層面，綜合考慮各個層面支持的協(xié)議、跨廠家對接以及核心網(wǎng)網(wǎng)元支持情況等的各種因素，TDLTE傳送網(wǎng)絡保護方案的整體框架如圖1所示。

3 網(wǎng)絡保護方案

從TD-LTE傳送網(wǎng)網(wǎng)絡保護方案整體架構(gòu)可以看出，在網(wǎng)絡的不同層面采取的保護方案不完全相同，下面就分別對各個層面的保護方案進行介紹。

3.1 eNode B至接入層PTN

eNode B設備與基站內(nèi)接入層PTN設備之間直接用光纖連接，由于在同一機房內(nèi)部，安全等級相對較高，因此eNode B和PTN之間沒有采用保護手段。需要說明的是對接采用的是GE光接口，這也是由于LTE接入速率高帶來的新要求。

3.2 接入層PTN至L3核心層PTN

3.2.1 保護方案

圖1 TD-LTE傳送網(wǎng)網(wǎng)絡保護方案整體架構(gòu)示意圖

接入層PTN經(jīng)過匯聚層至L3核心層PTN，這之間還是屬于2層網(wǎng)絡，保護方式還是主要基于2層的保護，但由于L3 PTN是作為eNode B的網(wǎng)關(guān)，兩者之間也采用了基于L3的保護方案。按照圖1的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具體配置方案如下：

（1）A配置A-B和A-C兩條LSP，在這兩條LSP中的PW配置為雙歸保護，其中A-B設置為工作PW，A-C配置為保護PW。

（2）A配置A-C-B的LSP，與A-B的LSP配置為LSP 1:1，其中A-B設置為主用LSP，A-B-C配置為備用LSP。

（3）B和C之間配置VRRP，其中B設置為主用，C設置為備用。從簡化配置及管理考慮，也可使用部署相同IP/MAC方案。

這里需要說明的是，以上配置為雙歸和VRRP組合保護的一種配置方式，可能還有其他的配置方式實現(xiàn)該組合保護。

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協(xié)議）是屬于IP網(wǎng)絡的一種保護協(xié)議，由于是基于IP的保護，所以在PTN網(wǎng)絡引入3層功能之前沒有在傳輸送網(wǎng)中應用過。該協(xié)議將2個（或多個）設備組成為一個虛擬設備，對外使用一個IP地址，內(nèi)部各個主機再設置不同的IP地址，例如對外使用10.100.0.1的虛擬IP地址，主機B為Master，使用10.100.0.2地址，主機C為Backup，使用10.100.0.3地址，兩者之間通過心跳報文，獲取對方狀態(tài)信息，在主機B故障的情況下，由主機C接管，但對外仍使用10.100.0.1的地址，使下掛的網(wǎng)元沒有感知。

由于VRRP協(xié)議設置較為復雜，為簡化配置和管理，也可以將B和C設置為同IP/同MAC，由于B和C不處在同一廣播域，相同的IP地址和MAC地址也不會造成沖突，下掛的基站也不需要與傳輸網(wǎng)內(nèi)部的各種保護關(guān)聯(lián)，只將對外的虛擬IP地址設為網(wǎng)關(guān)地址就可以。

3.2.2 故障分析

基于以上配置，從接入層PTN到核心層PTN之間可以形成一個抗鏈路失效和抗節(jié)點失效的網(wǎng)絡。下面分析一下各種故障發(fā)生后，網(wǎng)絡保護方案如何生效：

（1）鏈路失效：A-B之間鏈路故障，啟動LSP 1:1保護，切換到A-C-B的LSP上。同樣其他鏈路故障也是先啟用LSP 1:1保護。

（2）節(jié)點故障：B節(jié)點故障，C節(jié)點通過VRRP接管B，數(shù)據(jù)分組通過A-C的PW切換C節(jié)點。

這里需要說明的是，為不造成帶寬的浪費，雙歸保護和LSP 1:1保護可以共享保護帶寬。

3.3 核心層L3 PTN之間

3.3.1 保護方案

核心層L3 PTN之間應該部署一個全Mesh的邏輯網(wǎng)絡，各個節(jié)點之間均應該配置LSP，還要啟用VPN FRR和LSP 1:1的保護策略。按照圖1的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具體配置方案如下：

（1）配置VPN FRR：

B節(jié)點：B-D工作，B-C-E保護；

C節(jié)點：C-E工作，C-B-D保護；

D節(jié)點：D-B工作，D-E-C保護；

E節(jié)點：E-C工作，E-D-B保護。

（2）配置LSP 1:1：四個節(jié)點之間均配置LSP，并配置LSP 1:1。

3.3.2 故障分析

基于以上配置，在核心 L3 PTN之間可以形成一個抗鏈路失效和抗節(jié)點失效的網(wǎng)絡。下面分析一下各種故障發(fā)生后，網(wǎng)絡保護方案如何生效：

（1）鏈路失效：B-D之間鏈路故障，啟動LSP 1:1保護，切換到B-C-E-D的保護LSP上。其他鏈路的故障也會啟動LSP 1:1保護。

（2）節(jié)點故障：B節(jié)點故障，這時接入?yún)R聚層至PTN L3的保護會聯(lián)動，VRRP和雙歸保護啟動，C節(jié)點接管了B節(jié)點，向上的數(shù)據(jù)流經(jīng)過C節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)至E節(jié)點，E節(jié)點再根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)；D至B向下的數(shù)據(jù)分組由于B節(jié)點故障，這時VPN FRR啟動，數(shù)據(jù)分組經(jīng)過保護路徑D-E-C至C節(jié)點，這樣向上和向下的數(shù)據(jù)流都得到疏通和保護。

D節(jié)點故障，這時會啟動VPN FRR保護，B發(fā)給D的數(shù)據(jù)分組通過保護路徑B-C-E發(fā)給了E，E收到后再根據(jù)IP地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，而這時，向下的數(shù)據(jù)分組E節(jié)點收到后，可以在工作路徑E-C-B發(fā)給B。D節(jié)點故障會引起向上連接的D、E、F、G節(jié)點之間的IP FRR保護。

同樣，為不造成帶寬的浪費，VPN FRR和LSP 1:1保護可以共享保護帶寬。

3.4 跨廠家PTN間

3.4.1 保護方案

跨廠家PTN之間由于各自廠家之間的信令、參數(shù)和報文格式不一致，會導致通過NNI對接無法實現(xiàn)，所以在跨廠家PTN對接時建議采用UNI對接，PTN設備對接的接口輸出的都是“裸”IP報文。跨廠家對接建議采用雙節(jié)點的“口”字型對接，采用IP FRR保護，而由于跨廠家之間只能通過802.3ae或有光無光檢測故障，所以建議在同一機房內(nèi)部通過光纖進行跨廠家對接。

按照圖1的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具體IP FRR配置如下：

D節(jié)點：主用下一跳：F，備用下一跳：E；

E節(jié)點：主用下一跳：G，備用下一跳：D；

F節(jié)點：主用下一跳：D，備用下一跳：G；

G節(jié)點：主用下一跳：E，備用下一跳：F。

3.4.2 故障分析

（1）鏈路失效：D-F之間鏈路故障，IP FRR保護啟動，D節(jié)點的數(shù)據(jù)分組切換到D-E上，同樣F節(jié)點的數(shù)據(jù)分組也切換到F-G上，E和G收到數(shù)據(jù)分組后根據(jù)IP地址進行轉(zhuǎn)發(fā)。

（2）節(jié)點故障：D節(jié)點故障，相鄰的F和E節(jié)點檢測到故障后，會啟動IP FRR。F節(jié)點會切換到保護路徑F-G上，F(xiàn)節(jié)點至D的數(shù)據(jù)分組會經(jīng)過G節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到E，而E節(jié)點這時會與核心層PTN的VPN FRR保護聯(lián)動，下層到D的數(shù)據(jù)分組會發(fā)送到E，E收到后根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)。

F節(jié)點故障，相鄰的D和G節(jié)點檢測到故障后，會啟動IP FRR。D節(jié)點會切換到保護路徑D-E上，這時向下的數(shù)據(jù)分組會通過上層的VPN FRR倒換到G節(jié)點，G節(jié)點會把數(shù)據(jù)分組通過工作路徑發(fā)給E，E收到后會根據(jù)IP地址進行轉(zhuǎn)發(fā)。F節(jié)點至D的數(shù)據(jù)分組會經(jīng)過G節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到E，而E節(jié)點這時會在核心層PTN之間通過VPN FRR的工作路徑E-C發(fā)給C。而D向上的數(shù)據(jù)會在保護路徑D-E上發(fā)送，E在工作路徑E-G上發(fā)給G，G節(jié)點再PTN省內(nèi)干線上通過VPN FRR設置好的工作路徑轉(zhuǎn)發(fā)。

3.5 跨地市PTN間

3.5.1 保護方案

跨地市PTN應該是由同廠家PTN組成的一張省內(nèi)干線網(wǎng)絡，可以配置VPN FRR的保護?？绲厥蠵TN的保護與核心層L3 PTN之間的保護類似。按照圖1的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，具體配置方案如下：

（1）配置VPN FRR：

F節(jié)點：F-H工作，F(xiàn)-G-I保護；

G節(jié)點：G-I工作，G-F-H保護；

H節(jié)點：H-F工作，H-I-G保護；

I節(jié)點：I-G工作，I-H-F保護。

（2）配置LSP 1:1：由于省內(nèi)干線PTN網(wǎng)絡應該是一個雙星型的網(wǎng)絡，因此F、G到H、I節(jié)點都應建立LSP，并配置LSP 1:1，即:

F-H工作，F(xiàn)-G-I-H保護；

F-G-I工作，F(xiàn)-H-I保護；

G-I工作，G-F-H-I保護；

G-F-H工作，G-I-H保護。

3.5.2 故障分析

（1）鏈路失效：F-H之間鏈路故障，啟動LSP 1:1保護，切換到F-G-I-H的保護LSP上。其他鏈路的故障也會啟動LSP 1:1保護。

（2）節(jié)點故障：F節(jié)點故障，根據(jù)前面介紹的保護方案，向上的數(shù)據(jù)分組會切換到G轉(zhuǎn)發(fā)，而G會將數(shù)據(jù)在VPN FRR的工作路徑G-I上發(fā)送給I節(jié)點，I節(jié)點會根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)到SGW或MME。H點到F向下的數(shù)據(jù)分組，會通過VPN FRR啟用保護路徑H-I-G，數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)給G，G會根據(jù)IP地址進行數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)。

H節(jié)點故障，這時會啟動VPN FRR保護，H發(fā)給F的數(shù)據(jù)分組通過保護路徑H-I-G發(fā)給了G，G收到后再根據(jù)IP地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，而這時，向上的數(shù)據(jù)分組F節(jié)點收到后，可以在保護路徑F-G-I發(fā)給I，I節(jié)點會根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)到SGW或MME。

同樣，為不造成帶寬的浪費，VPN FRR和LSP 1:1保護可以共享保護帶寬。

3.6 PTN落地設備與核心網(wǎng)網(wǎng)元間

為提高網(wǎng)絡安全性，SGW和MME建議分別與兩臺PTN落地設備連接。兩個落地PTN節(jié)點之間運行VRRP，SGW/MME上運行主、備方式保護。而由于SGW通常使用多鏈路雙歸接入核心PTN，考慮到核心網(wǎng)SGW需要部署負載分擔，且某些核心網(wǎng)設備上不同端口的IP地址不能設置為同一網(wǎng)段，使得VRRP不能啟用，這時核心層PTN可通過IP FRR方式提供雙歸保護，SGW上可配置主備路由。

4 結(jié)束語

通過上面的介紹，可以看出TD-LTE傳送網(wǎng)的保護比以往的傳送網(wǎng)保護復雜許多，在不同層面的保護方案也不同，而且不同層面之間的保護需要相互聯(lián)動，之間任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將會導致整體網(wǎng)絡的保護失效。同時，TD-LTE傳送網(wǎng)的保護還與IP地址和路由表的配置有直接關(guān)系，在某些節(jié)點故障時會導致收發(fā)不同路徑，是否會造成1588V2的收發(fā)時延不一致還需要研究。TD-LTE傳送網(wǎng)的保護方案中雖然沒有創(chuàng)新技術(shù)的應用，但各種技術(shù)之間的組合使用還是屬于首次應用，因此需要在更大規(guī)模的網(wǎng)絡中進行驗證，以發(fā)現(xiàn)其中的問題并改進。