無線接入網(wǎng)IP化在長期演進(jìn)業(yè)務(wù)承載上的應(yīng)用

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司 阮 勇

0 引言

隨著寬帶無線接入的出現(xiàn)，接入移動化、寬帶化的業(yè)務(wù)需求越來越高，用戶對移動通信網(wǎng)絡(luò)的速率要求越來越高，為此，3GPP（第三代合作伙伴計劃）就制定了長期演進(jìn)計劃LTE（長期演進(jìn)），LTE改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的無線接入技術(shù)，并作為無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)前國內(nèi)大部分的省市，針對3G業(yè)務(wù)的承載已逐步改造割接為IP（網(wǎng)際協(xié)議）化的無線接入網(wǎng)，IP化無線接入網(wǎng)能夠很好地承載移動回傳業(yè)務(wù)，同時具有網(wǎng)絡(luò)調(diào)整簡單、帶寬利用率高等優(yōu)點(diǎn)，許多設(shè)備廠商、運(yùn)營商和標(biāo)準(zhǔn)組織相繼提出了各種分組傳送的解決方案。

1 LTE業(yè)務(wù)需求分析

然而與傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)相比，LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加扁平化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能也更加復(fù)雜。省去了RNC（無線網(wǎng)絡(luò)控制器）一層，原有RNC部分功能上移至EPC（演進(jìn)的分組核心）設(shè)備，而另外一部分功能則下移至eNB（演進(jìn)型基站）設(shè)備。這種架構(gòu)使得eNB承擔(dān)了原有RNC的部分控制功能，網(wǎng)絡(luò)資源分配、網(wǎng)絡(luò)切換直接由eNB完成，并定義了幾個新的接口。LTE回傳業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

從圖1中可見，LTE相對于3G網(wǎng)絡(luò)，其最大特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)扁平化，只有一個網(wǎng)元eNB，同時引入了S1和X2接口業(yè)務(wù)回傳，LTE回傳業(yè)務(wù)主要包括如下：

·S1接口是eNB與EPC之間的通信接口。S1接口分為控制面和用戶面，其中S1-MME（移動管理實體）為控制面接口，S1-U為用戶面接口。

·X2接口是eNB之間的通信接口，包括X2_C（控制面）、X2_U（用戶面），分別傳送用戶數(shù)據(jù)和控制信令。

·eNB到O&M（操作與維護(hù)）系統(tǒng)之間操作維護(hù)接口主要用于對基站進(jìn)行操作維護(hù)的命令發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸，需要的帶寬通常較小，一般在1Mb/s以下。

對于當(dāng)前LTE業(yè)務(wù)的承載，工信部對各運(yùn)營商已經(jīng)發(fā)放TDD（時分雙工）-LTE牌照，主要以承載TDD-LTE業(yè)務(wù)為主。因此，對于承載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)接入側(cè)的TDD基站，需要1個GE（千兆以太網(wǎng)）口接入IPRAN（無線接入網(wǎng)IP化）分組傳送網(wǎng)。TDD-LTE業(yè)務(wù)承載組網(wǎng)總帶寬配置要求如表1所示。

?

2 IPRAN業(yè)務(wù)承載方案

目前運(yùn)營商的2G、3G業(yè)務(wù)大部分都是利用MSTP（多業(yè)務(wù)傳送平臺）實現(xiàn)基站到基站控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸。MSTP基于SDH（同步數(shù)字體系）平臺，同時實現(xiàn)TDM（時分復(fù)用）業(yè)務(wù)、ATM（異步轉(zhuǎn)移模式）業(yè)務(wù)、Eth（以太網(wǎng)）業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，并提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。MSTP存在著成本較高、帶寬利用率低、擴(kuò)容困難以及配置不夠靈活等弊端。

IP數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是當(dāng)前數(shù)據(jù)通信的主流方式，且具備豐富的接入方式、龐大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等特點(diǎn)。為了最大限度地保護(hù)運(yùn)營商的投資成本、減少建網(wǎng)投資并向LTE網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，產(chǎn)生了在RAN中引入IPRAN解決方案。

IPRAN方案采用邊緣路由器和匯聚/核心路由器構(gòu)建的無線接入網(wǎng)，具備優(yōu)秀FMC（固定網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)融合）承載能力和簡單靈活的組網(wǎng)形式。CSG（基站側(cè)網(wǎng)關(guān)）到RSG（無線業(yè)務(wù)側(cè)網(wǎng)關(guān)）之間采用分層的設(shè)計，適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)承載。采用邊緣路由器作為CSG組成接入網(wǎng)，采用匯聚路由器作為ASG（匯聚側(cè)網(wǎng)關(guān)）和RSG組成匯聚網(wǎng)，可以根據(jù)2G、3G和LTE業(yè)務(wù)的承載需求進(jìn)行靈活部署，全業(yè)務(wù)承載如圖2所示。

根據(jù)LTE業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求，分組承載傳送網(wǎng)主要是對S1接口、X2接口的流量進(jìn)行承載。LTE基站是純IP基站，業(yè)務(wù)類型屬于以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，因此，LTE業(yè)務(wù)承載部署方案可以采用PWE3（邊緣到邊緣的偽線仿真）加L3VPN（三層虛擬專用網(wǎng)）（L2VPN加L3VPN）方案，即接入層（二層結(jié)構(gòu)）、匯聚核心（三層結(jié)構(gòu)）的組網(wǎng)模型。LTE業(yè)務(wù)接入端口為GE，將其當(dāng)作以太網(wǎng)業(yè)務(wù)看待，在構(gòu)建的三層分組承載網(wǎng)絡(luò)中，通過接入一段二層通道和一段三層通道進(jìn)行業(yè)務(wù)承載，其業(yè)務(wù)都承載在MPLSTE（多協(xié)議標(biāo)簽交換流量工程）隧道?；緲I(yè)務(wù)和管理采用同一GE接口接入，采用不同的VLAN（虛擬局域網(wǎng)）來區(qū)分業(yè)務(wù)。

3 IPRAN承載架構(gòu)分析

3.1 優(yōu)化承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

任何一個大型的IP網(wǎng)絡(luò)，都會設(shè)置一對RR（反射路由器）角色的設(shè)備來簡化IP網(wǎng)絡(luò)的部署。對于承載LTE業(yè)務(wù)的IPRAN網(wǎng)絡(luò)，同樣需要設(shè)置RR網(wǎng)元的角色。針對省會或大區(qū)地市，考慮新建獨(dú)立RR組網(wǎng)，形成標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模組網(wǎng)；對于小地市則可以考慮兼做。兼做與獨(dú)立新建其邏輯結(jié)構(gòu)一致，只不過在物理上多兩臺設(shè)備而已。

新增兩臺獨(dú)立RR，分別連接到兩個不同的機(jī)房的一對RSG設(shè)備上，在鏈路上和節(jié)點(diǎn)上都存在雙保護(hù)，新增RR部署的組網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ腿鐖D3所示。

新增RR部署后，不論針對3G業(yè)務(wù)還是LTE業(yè)務(wù)的承載，需要本地網(wǎng)的所有ASG、RSG都只需要和這兩臺RR建立BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）鄰居關(guān)系。同時，基于路由策略，可以規(guī)劃3G和LTE流量引導(dǎo)到不同的核心RSG設(shè)備來落地。在對RR發(fā)布路由的時候，考慮3G、LTE的業(yè)務(wù)引導(dǎo)方向，同時又保證VPN FRR（快速重路由）的形成。即對于3G流量模型不做任何變動，仍然引導(dǎo)到主RSG上去，而LTE流量模型引導(dǎo)到備的RSG上去。其IPRAN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部BGP路由按上述目標(biāo)規(guī)劃進(jìn)行設(shè)計部署。

3.2 LTE業(yè)務(wù)承載保護(hù)

針對LTE業(yè)務(wù)在業(yè)務(wù)承載方案中采用PWE3加L3VPN方案承載，分層規(guī)劃部署了BFD（雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測）技術(shù)，同時在接入層部署PW（偽線）冗余，在匯聚核心層部署VPNFRR的保護(hù)技術(shù)，在核心接入側(cè)部署VRRP（虛擬路由器冗余協(xié)議）或主備路由的保護(hù)方式。端到端的部署方案可以保證鏈路故障的保護(hù)倒換時間在50 ms以內(nèi)，節(jié)點(diǎn)故障的保護(hù)倒換時間在200ms以內(nèi)，如圖4所示。LTE業(yè)務(wù)承載保護(hù)模式要求如表2所示。

3.3 LTE業(yè)務(wù)承載流量模型

IPRAN內(nèi)部分組網(wǎng)的VPNFRR關(guān)系部署決定了業(yè)務(wù)流量的走向。針對LTE業(yè)務(wù)的流量規(guī)劃目標(biāo)，要求下行流量實現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)，以提高網(wǎng)絡(luò)側(cè)帶寬的利用率，降低建網(wǎng)的投資成本。對于上行，由于流量較小，暫時不考慮負(fù)載分擔(dān)等需求。

按照目標(biāo)BGP路由發(fā)布策略部署之后，由于分組網(wǎng)內(nèi)部BGP路由策略的部署是使ASG都優(yōu)選主LTE-RSG的路由，因此，上行的流量都引導(dǎo)至主LTE-RSG出口，所有eNB的上行流量均到主RSG，經(jīng)本地IP承載網(wǎng)到MME/SGW（業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)），其上行流量模型如圖5所示。

按照目標(biāo)BGP路由發(fā)布策略部署之后，IPRAN的流量模型在外部本地IP承載網(wǎng)DCE（區(qū)域/匯聚用戶邊緣設(shè)備）雙負(fù)載分擔(dān)設(shè)計的驅(qū)動下，在內(nèi)部下行同樣可以實現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)。

按照規(guī)劃部署，對于RSG的路由優(yōu)選，在原有3G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上新增RR后，其調(diào)整后路由規(guī)劃、路由優(yōu)選的結(jié)果同樣使無論3G、LTE業(yè)務(wù)承載下，其主備RSG都優(yōu)選各自一側(cè)的ASG，因此LTE承載時，分組網(wǎng)的流量模型在外部本地IP承載網(wǎng)DCE雙負(fù)載分擔(dān)設(shè)計的驅(qū)動下，在內(nèi)部下行同樣可以實現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)，提高了網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，降低了建設(shè)成本。其下行流量模型如圖6所示。

4 小結(jié)

目前LTE業(yè)務(wù)的帶寬和用戶的感知體現(xiàn)需求越來越高，基于IPRAN的LTE業(yè)務(wù)承載方案，采用L2VPN加L3VPN方案進(jìn)行業(yè)務(wù)部署，在分組網(wǎng)內(nèi)部有效調(diào)整匯聚層BGP路由發(fā)布策略，實現(xiàn)LTE業(yè)務(wù)上下行業(yè)務(wù)流量的合理承載，提高了承載網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，在現(xiàn)有投資建設(shè)成本條件下，以獲取更好的用戶感知和實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)營利益的最大化。