面向LTE基站回傳的PTN核心層L3網絡組網思路探討

王 健，梁 燦

（中國移動通信集團設計院有限公司上海分公司 上海 200060）

1 前言

隨著TD-LTE標準逐步成熟，TD-LTE已經逐漸步入到了網絡建設運營的階段。由于TD-LTE無線網對承載網絡提出了高帶寬、高靈活性等需求，對于移動運營商而言，傳統(tǒng)的以城域傳送網SDH/PTN進行全程無線業(yè)務承載的二層網絡的組網方式將不再適用，需要通過承載網絡啟用L3功能滿足業(yè)務承載需求。如何簡潔、高效、安全地實現TD-LTE基站業(yè)務的承載，是需要重點考慮的問題。

2 TD-LTE基站業(yè)務對城域承載網絡的流向需求

圖1是TD-LTE無線網（E-UTRAN）的網絡體系架構。TD-LTE在系統(tǒng)組成方面同前代系統(tǒng)相比最大的區(qū)別在于取消了BSC/RNC，eNode B與EPC間通過S1接口直接相連，eNode B與EPC節(jié)點為多對多連接，形成網格網絡，而eNode B之間通過X2接口直接相連。

TD-LTE階段，由于網絡的扁平化，將出現X2電路（eNode B到eNode B之間），X2接口僅存在于相鄰基站之間。目前，由于S1業(yè)務流量占整個RAN流量的比例在97%以上，而X2業(yè)務流量占整個RAN流量的比例小于3%，因此目前主流的部署方式是通過S1業(yè)務的傳輸通道傳遞X2業(yè)務，這樣可以保持傳送網結構的一致性，減少LSP（label switched path）/PW（pseudowire）等資源的額外消耗。

從網絡調度的智能化和自管理化層面來說，TD-LTE無線網要求S1電路具備靈活開通的條件，以利于網絡建設和后期割接等網絡維護，包括S1-Flex等功能。S1-Flex是指單個eNode B連接到多個SGW，支持基于終端用戶的負載均衡、回傳/SGW故障保護，圖2為S1業(yè)務需求。

圖2 S1業(yè)務需求

X2業(yè)務以及S1-Flex業(yè)務對傳輸核心層面的承載提出了靈活性、高效性的要求，需要傳輸PTN實現L3調度功能，調度的方向是相鄰基站之間、基站到各個EPC。

業(yè)界關于PTN L2/L3網絡的范圍有過爭論，如L2管道僅限于接入層，則對于S1/X2電路的調度靈活性大大提高，但對于大型城域網而言將導致VPN范圍過大，從而影響網絡的可維護性。目前對于大型城域網一般僅在核心層設備啟用L3功能。

3 面向LTE基站回傳等業(yè)務的PTN核心層L3網絡組網思路

對于傳輸網的核心層的L3網絡建設，有兩種主要的技術實現方式：方式1為PTN L3方式，即PTN核心層設備啟用L3功能；方式2為PTN+CE路由器方式，即PTN維持L2方式，增加CE實現L3功能。圖3為核心層L3網絡建設方式示意。

以上兩種方式從表1所示的幾個維度進行比較。

圖3 核心層L3網絡建設方式示意

表1 核心層L3網絡建設方式對比

根據上述分析，方式1即PTN啟L3功能的方案對端到端的承載更為有利。

從實現L3功能的方式上，又可以分為L3 VPN和native IP兩種。L3 VPN在轉發(fā)效率、倒換效率、實現業(yè)務隔離、同廠商互通性、端到端管理方面具有較大優(yōu)勢，而native IP則更適用于異廠商設備互通組網的場景。

此外，CE設備的硬件和軟件協議棧均較為復雜，而LTE回傳由于仍是一個面向固定局向的業(yè)務需求，在已采用PTN技術路線的前提下，在現有PTN設備的基礎上通過核心層疊加一個簡化L3 VPN功能 （簡化L3 VPN核心思想是把IP作為一種業(yè)務，承載在TP的靜態(tài)隧道之上，IP業(yè)務和L2的業(yè)務沒有本質區(qū)別）實現L3的調度需求，相對較為合理。這樣，從層次上講，形成了匯聚接入層（L2 VPN）圳核心層（L3 VPN）圳EPC（IP）這樣的實現方式，核心層的橋接設備完成L2 VPN到L3 VPN的轉換。

圖4即為匯聚接入L2VPN+核心層L3VPN的組網方式。

3.1 L2/L3橋接設備組網思路及設備內部結構

TD-LTE基站業(yè)務承載網的關鍵在于核心節(jié)點的L2功能終結/L3功能開啟的設備上，對于每個eNode B的OAM、S1、X2的子接口均需要通過該設備進行分流。如圖5所示，目前從整體組網架構上主要有以下兩種方案。

·方案1。建設各骨干節(jié)點PTN核心層L2/L3橋接設備，與EPC側PTN L3設備配合，形成靈活調度的PTN L3網絡。該結構將L3網絡下沉至各核心節(jié)點，提升了L2網絡的處理能力，同時L3網絡范圍適度擴大，可靈活實現S1-Flex、X2等業(yè)務的靈活調度。本方式適合于大規(guī)模LTE建設的PTN核心層組網。

·方案2。結合EPC局址，建設PTN核心層的L2/L3橋接/落地設備。該結構由于L2/L3橋接點設在EPC落地側，對于LTE大規(guī)模建網，L2網絡存在保護組、OAM能力等處理能力瓶頸。同時，該架構難以實現S1-Flex等業(yè)務的調度。此外，該方式難以適應EPC局址的不確定性及后續(xù)調整的可能性?？傮w而言，本方式適用于LTE初期小規(guī)模建網或小規(guī)模的LTE承載網。

方案1和方案2對比見表2。

圖4 PTN端到端L2 VPN+L3 VPN組網示意

圖5 L2/L3橋接設備組網方案示意

相對而言，方案1較為適合LTE大規(guī)模建網需要，方案2適合在LTE小規(guī)模網絡建設中采用。在此，L2/L3橋接設備主要功能是：L2業(yè)務在橋接點完成終結，節(jié)點內部采用內部虛接口環(huán)回方式，實現L2 VPN到L3 VPN的轉換，再通過核心層L3 VPN轉發(fā)至核心落地節(jié)點。

如圖6所示的橋接設備不同于CE路由器，該實現方式是基于簡化L3 VPN而非復雜的路由協議，是路由器L3功能的一個較小子集。

3.2 EPC側L3落地設備組網思路

針對EPC側落地的PTN L3設備，有兩種具體建設方式。

· 方式1：成對新建PTN L3設備，與各核心節(jié)點L2/L3橋接設備組L3網絡，同時與EPC互聯。

· 方式2：L2/L3橋接設備與L3落地設備共用一套設備，接入EPC。

上述兩種EPC側L3落地設備組網方式示意如圖7所示。

方式1和方式2對比見表3。方式1滿足雙節(jié)點雙路由的組網安全性要求，是目前推薦的主要實現方式。

后續(xù)在EPC局址增加時，可在EPC側增加相應的L3落地設備，與橋接設備連接，保持架構的穩(wěn)定，如圖8所示。

圖6 PTNL2/L3橋接設備內部結構示意

圖7 EPC側L3落地設備組網方式示意

表3 EPC側L3落地設備組網方式比較

圖8 增加EPC局址時網絡結構擴展方式示意

4 面向LTE基站回傳等業(yè)務的PTN核心層L3網絡設計

4.1 L3層網絡內鏈路帶寬測算方式

針對L2/L3橋接設備與L3落地設備間的L3網絡內鏈路帶寬的測算，結合PTN L3網絡的特點，考慮到LTE初期用戶行為的不確定性以及運營經驗的缺乏，為有效降低初期的投資風險（OTN/PTN），建議按照以下方式進行。

面向用戶行為的角度（500 kbit/s/忙時用戶流量）測算L2/L3橋接設備與L3落地設備間連接需求。即按照核心網側的流量需求進行鏈路測算，并在此基礎上結合區(qū)域性流量分布特點適度考慮冗余，與核心網同步實施擴容。

初期部署時，考慮到用戶分布在時間、地域上的不確定性，每個區(qū)域內橋接設備與落地設備之間均按照EPC側帶寬需求作10GE連接。

網絡擴容時，每對橋接設備與落地設備間峰值帶寬利用率達到70%時，考慮增加連接；對應新增連接創(chuàng)建新的VRF（VPN路由轉發(fā)表，也稱VPN實例，是PE為直接相連的設備建立并維護的一個專門實體，下同），修改VRF、物理端口、LSP的映射關系。

4.2 PTN核心層L3網絡設計要點

· 對于TD-LTE基站業(yè)務，L2電路在各骨干匯聚點所在的核心層L2/L3橋接設備上終結，為合理利用橋接設備的L2終結能力 （L2保護組、OAM能力），每個區(qū)域兩個配對核心節(jié)點可分別按照就近原則終結50%站點業(yè)務。L3電路以高效直達為主，從各區(qū)的核心節(jié)點上聯業(yè)務通過本局OTN或IP over WDM疏通至EPC所在局的核心層PTN落地的L3設備，并經PTN交換和整合后與EPC連接。

·PTN核心層L2/L3橋接設備成對設置，分別與各區(qū)域PTN骨干匯聚節(jié)點做10GE連接。L3落地設備成對設置，與L2/L3橋接設備之間作口字形的10GE連接。

·L3落地設備至EPC之間10GE鏈路連接數量根據用戶數估算及用戶行為模型確定。L2/L3橋接設備之間的L2連接數量根據各區(qū)域LTE站點的分布數量決定。

·L3網絡中應以輕載方式確保網絡安全，當網絡口字型連接中峰值帶寬之和超過鏈路總帶寬的70%時，增加10GE連接。

·接入層PTN設備到本區(qū)域L2/L3橋接設備之間采用端到端的LSP 1∶1和雙歸保護方式，工作和保護需規(guī)劃不同路徑，同區(qū)域橋接設備之間設置VRRP。橋接設備至EPC側落地設備之間采用VPN FRR+LSP 1∶1保護方式，落地設備與 EPC之間運行VRRP或IPFRR保護協議。

4.3 有關PTN核心層L3網絡的進一步探討

目前，PTN設備與路由器的區(qū)別主要體現在如下幾個方面。

·應用場景不同：PTN組網網絡層次簡單，業(yè)務流向確定，匯聚型業(yè)務以環(huán)網組網為主，多為傳送管道的要求，不需要太強的路由能力，以2層管道為主；路由器的場景是網絡復雜，業(yè)務流向不確定，以mesh組網為主，需要組建Internet，以動態(tài)協議為主，路由能力要求強。

·硬件配置不同：PTN的硬件設計簡單，路由器的設計復雜。

·協議軟件不同：PTN由于采用靜態(tài)配置的方式，軟件系統(tǒng)精簡，主要是與網管通信，執(zhí)行網管命令，對設備實施配置和管理，是可控、可管的網絡設備；路由器軟件系統(tǒng)相對復雜，包括大量的信令、協議、應用等，代碼規(guī)模大，因此路由器的主控板CPU性能都很高，相對功耗也要稍大。

隨著SDN（其核心技術OpenFlow通過將網絡設備控制面與數據面分離開來，從而實現了網絡流量的靈活控制，為核心網絡及應用的創(chuàng)新提供了良好的平臺）概念的發(fā)展，后續(xù)PTN設備在支持簡化L3 VPN功能的基礎上，將可支持更多的L3功能，結合技術標準和設備的成熟度，網絡結構也可相應地進行mesh化演進，滿足各類L3業(yè)務的承載需求。

1 黃曉慶,唐劍鋒,徐榮.PTN——IP化分組傳送.北京：北京郵電大學出版社，2009

2 龔倩,鄧春勝,王強等.PTN規(guī)劃建設與運維實戰(zhàn).北京：人民郵電出版社，2010

3 Szigeti T,Hattingh C.端到端QoS網絡設計.北京：人民郵電出版社，2007