LTE承载网解决方案研究.pdf

1引言 随着近年来移动宽带数据业务的迅速发展， 原有2G/3G 技术已经无法满足日益增长的高速率数据传输要求。3GPP 组织引入LTE （Long Term Evolution， 长期演进） ， 其高带宽、 低时延和全IP化的特点， 能够为用户提供更加丰富的移动互 联网业务， 从而获得全球多家运营商的广泛支持。 2LTE网络结构 LTE的网络结构主要由eNodeB （演进型基站） 和aGW （接入网关） 构成。和3G网络比较， 少了RNC （无线网络控制 器） 。eNodeB除具有原NodeB功能外， 还承担了RNC的大 部分功能。aGW作为核心网的一部分， 包括3种功能实体 MME （移动管理实体） 、 SGW （服务网关） 和PGW （分组数据 网网关） 。 同时， LTE引入了两个特殊的接口S1和X2， 其中SI接口 为每个基站与aGW之间的接口， 并支持eNodeB和aGW之间 的多对多连接， 主要负责多种用户业务的连接承载。X2接 口为相邻基站之间的接口， 采用Mesh型网络结构， 需要在相 邻基站之间建立逻辑连接， 主要负责用户在不同基站间漫游 时， 用户数据可以在基站之间直接进行交换。 3LTE对承载网的要求 LTE网络要满足移动宽带数据业务需求、 扁平化网络架 构等特征， 因此对承载网提出了一些新的需求， 主要包括以 下几个方面。 (1) 接入带宽 随着用户数据业务量的不断提升， LTE基站传输带宽需 求将是3G基站带宽的十几倍， 这就要求LTE承载网具有较 高的带宽。 (2) 接口支持 对于S1接口， 一个eNodeB可以同时归属于多个aGW， 如果为每个基站建立多条单独的路径归属到不同aGW会导 致连接数量的急剧增加， 同样地， 对于X2接口， 相邻eNodeB 之间因X2连接会产生的N平方连接问题， 因此需要在承载 网中引入IP路由转发功能， 从而避免组网的高度复杂性和高 昂成本。 (3) 网络结构 相邻基站间逻辑上采用MESH组网， 而基站和网关间采 用多归属的组网方式， 导致回传网络由点到点的汇聚型网络 转变为点到多点或多点到多点的路由型网络。 (4) 传输时延 对于S1流量， 要求510ms的传输时延， 而X2流量， 要 求1020ms的传输时延。 (5) QoS LTE将业务的QoS等级划分为9类， 每类对应不同的时 延和丢包率， 要求承载网具备较强的QoS调度能力， 并且要 求承载网具备层次化QoS （H-QoS） 保障能力， 针对不同等级 业务提供不同的QoS服务。 (6) 时间同步 LTE 需要满足时间同步， 可以通过 GPS 或者 IEEE 1588V2来满足要求， 精度为15us。 (7) 网络保护 LTE需要承载网提供高可靠性的电信级保护， 其保护倒 换时间小于50ms。 4LTE承载网解决方案 PTN是点到点 （多点） 的面向连接网络， 自身具备多业务 承载能力、 灵活的L3功能、 完善的IEEE1588V2时间同步、 精 细化的QoS管理和电信级保护等优势， 已经成为LTE承载网 的优先选择。针对LTE对承载网的要求， 同时考虑到网络的 可靠性和安全性， 目前业界形成了两种主流方案， 即 L2VPN+CE方案和L2VPN+L3VPN方案， 下面分别对这两种 方案进行描述和分析对比。 41L2VPN+CE方案 该方案中， 承载网接入层、 汇聚层采用现有的L2VPN分 组转发功能， 为X2接口和S1接口提供EVPL （Ethernet Virtu- al Private Line， 以太网虚拟专线业务） ， 在核心层采用路由器 CE完成IP路由转发处理。其网络结构如图1所示。 在PTN接入层和汇聚层， 报文采用PW （伪线） 标签与 LSP （隧道） 标签的封装方式， 而在 PTN 核心层， 报文采用 LTE承载网解决方案研究 王小玲 （武汉科技大学文法与经济学院， 湖北武汉430081） 摘要分析了LTE的业务特点和承载需求， 详细描述了L2VPN+CE和L2VPN+L3VPN方案的实现方式， 相比于 L2VPN+CE方案， L2VPN+L3VPN方案在PTN设备上集成简化L3功能实现端到端的IP化LTE承载， 具有明显的优势。 关键词长期演进； 承载； 分组传送网 作者简介： 王小玲， 女， 湖北武汉人， 硕士。研究方向： 计算机应用。 2014年第1-2期 学术探讨网络与通信 - 41 VRF （虚拟路由转发实例） 标签与LSP标签的封装方式， 而在 路由器CE设备进行IP报文封装。 采用路由器构建L3 VPN网络， 应在核心PTN节点之间 建立LSP作为L3 VPN业务的承载隧道。PE之间的VRF （虚 拟路由转发表） 路由通过MP-BGP （多协议扩展边界网关协 议） 或者网管静态配置静态路由来完成。PE和CE之间的路 由通过RIP （路由信息协议） 、 OSPF （开放最短路径优先路） 、 ISIS （中间系统到中间系统） 等路由协议来完成路由的发布 和学习。 S1和X2流量通过EVPL业务承载， 在核心PTN节点终 结接入汇聚的EVPL业务， 剥离LSP和PW标签， 还原IP数据 信息送往CE路由器， 在CE路由器检测IP首部校验和字段的 合法性， 校验通过后， 根据实例VRF和IP数据信息中的目的 IP地址查找IP路由转发表， 查找到下一跳信息， 通过下一跳 信息获取出接口。CE路由器负责S1和X1流量的转发操作， 其中对于S1流量， 根据出接口信息将IP报文转发给MME/ SGW； 而对于X2流量， 根据出接口信息将IP报文转发给相 邻基站。 该方案保持PTN现网的主体， 与原有2G/3G业务无冲 突， 通过引入具有L3处理能力的路由器CE， 能满足X2和S1 流量的灵活调度和低时延的要求。 图1 L2VPN+CE方案网络结构图 42L2VPN+L3VPN方案 该方案中， 承载网接入层、 汇聚层仍采用现有的L2VPN 分组转发功能， 为X2接口和S1接口提供EVPL， 实现基站业 务到核心 PTN 节点的点到点传送。核心 PTN 节点支持 L3VPN能力， 在核心PTN节点终结接入汇聚的EVPL业务 后， 内部完成L2到L3的桥接， 进入到L3VPN转发处理。其 网络结构如图2所示。 在PTN接入层和汇聚层， 报文采用PW （伪线） 标签与 LSP （隧道） 标签的封装方式， 而在 PTN 核心层， 报文采用 VRF （虚拟路由转发实例） 标签与LSP标签的封装方式， 而在 L2/L3桥接PTN设备进行PW和VRF之间的关联。PE之间 的VRF路由通过MP-BGP或者网管静态配置静态路由来完 成。 S1和X2流量通过EVPL业务承载， 在核心PTN节点终 结接入汇聚的EVPL业务， 剥离LSP和PW标签， 还原IP数据 信息并检测IP首部校验和字段的合法性， 校验通过后， 根据 实例VRF和IP数据信息中的目的IP地址查找IP路由转发 表， 查找到VRF标签、 LSP标签和下一跳信息， 其中通过下一 跳信息获取出接口类型。核心PTN节点负责S1和X1流量 的转发和封装操作， 其中对于S1流量， 如果出接口连接本地 的MME/SGW， 则直接对IP报文进行转发； 如果出接口连接 远端的MME/SGW， 则对IP报文进行L3VPN封装， 添加VRF 标签和LSP标签后进行转发。而对于X2流量， 如果出接口 连接本地的eNodeB， 则对IP报文进行L2VPN封装， 添加以 太网首部、 PW标签和LSP标签后进行转发； 如果出接口连接 远端的eNodeB， 则对IP报文进行L3VPN封装， 添加VRF标 签和LSP标签后进行转发。 该方案采用全PTN的设备组网方式， 能实现PTN端到 端同一网管管理， 采用L2/L3桥接使组网规模不受限制， 同时 能够提供强大的保护和时间同步能力， 并提供灵活的业务转 发和调度能力。 图2 L2VPN+L3VPN方案网络结构图 43两种方案比较 采用L2VPN+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， 劣势为保护性能无法满足电信级 保护50ms倒换时间的要求， OAM和时间同步功能也不完 善， 网络维护需要跨域两种专业设备， 配置复杂， 且建设成本 较高。该方案由于引入了核心路由器而割裂了回传网络， 不 利于回传网络的融合演进。 采用L2VPN+L3VPN方案优势在于全网同一设备， 可以 实现端到端的管理， 配置简单， 便于统一维护， 保护性能满足 电信级保护50ms倒换时间的要求， 能够完美提供全网高精 度的1588 V2时钟时间同步， 业务路径都在PTN网络内， 时 延最小， 另外该方案不需要增加CE设备， 成本较低， 仅通过 升级现有PTN网络， 加载L3功能， 推动PTN技术的前进， 符 合网络演进方向， 不足之处在于核心层PTN需要通过软件升 级才能支持L3功能。 5结束语 LTE作为全球高速移动通信系统的发展方向， 引进了全 新的S1和X2接口， 也对承载网络提出了特殊的需求。PTN 网络拥有完善的多业务承载能力、 灵活的L3功能、 完善的 IEEE1588V2时间同步、 精细化的QoS管理和电信级保护功 能， 能够满足LTE网络的需求， 是LTE承载网络的重要解决 方案。相比于L2VPN+CE方案， L2VPN+L3VPN方案在PTN 设备上集成简化L3功能实现端到端的IP化LTE承载， 具有 明显的优势， 成为LTE承载发展的方向。 参考文献： 1 赵翎LTE承载PTN大有可为J电信科学， 2011， 27(9) (下转第49页) P T N 核心层核心层核心层核心层 P T N 接入接入接入接入/ 汇聚层汇聚层汇聚层汇聚层 P T N 接入接入接入接入/ 汇聚层汇聚层汇聚层汇聚层 S 1 X 2 e N o d e B S G W/ MMEC E 路由器 路由器路由器路由器 P E 节点节点节点节点 e N o d e B e N o d e B e N o d e B e N o d e B P E 节点节点节点节点 P T N 核心层核心层核心层核心层 P T N 接入接入接入接入/ 汇聚层汇聚层汇聚层汇聚层 P T N 接入接入接入接入/ 汇聚层汇聚层汇聚层汇聚层 S 1 X 2 e N o d e B S G W/ MME P E 节点节点节点节点 e N o d e B e N o d e B e N o d e B e N o d e B P E 节点节点节点节点 2014年第1-2期 学术探讨网络与通信 - 42 参考文献： 1 郭婉云. 江门移动核心网 IP 化改造研究与实施J.信息通信， 2011， 3： 130. Analysis on the Project Implementation of IPTransformation at MC, NC Interface Wang Lei (China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei) 【AbstractAbstract】 This article starts with the actual network connections and the drawbacks of the current MC/NC port, mainly analyzes the optimization model on various networking conditions and solutions. Combining with the local network of Yichang, it imple- ments the project of IP transformation at MC, NC interface of mobile core network. And it realizes to detect the transmission quality of two transmission plane through the coordination of function. By transforming, network robustness has been promoted in a great extent. 【KeywordsKeywords】 project management; mobile core network; MC/NC port; IP transformation; optimization; transmission plane (上接第42页) 2 乐垠， 梅仪国， 孙运明面向TD-LTE的城域传送网建设策略研 究J移动通信2011， 35(21) 3 朱丹烽火分组承载解决方案助力全业务运营J电信科学， 2010， 26(12) 4 代文军. LTE承载网解决方案浅析J通信与信息技术， 2011(4) 5 陈晓明TD-LTE RAN承载网技术方案研究J电信工程技术 与标准话， 2010(11) Research on LTE-Backhaul Solution Wang Xiaoling （Wuhan University Of Science and Technology, Wuhan 430081, Hubei） 【AbstractAbstract 】 This article analyzes the characteristic of LTE and demand of LTE-backhaul network, and focuses on two main solu- tions: L2VPN+CE, L2VPN+L3VPN. Compared with the L2VPN+CE, the solution of L2VPN+L3VPN has obvious advantages, it in- tegrates simplified L3 in the PTN device to realize the end-to-end IP in LTE-Backhaul network. 【KeywordsKeywords】 LTE； backhaul； PTN