LTE的抉擇：PTN向L3功能演進(jìn)

　　中國(guó)移動(dòng)通信研究院 李晗 王磊 王敏學(xué)

　　TD為了驗(yàn)證L3PTN方案的可行性并推進(jìn)其成熟，中國(guó)移動(dòng)先后組織了六輪測(cè)試工作。測(cè)試結(jié)果表明，L3PTN各項(xiàng)功能性能指標(biāo)能夠滿(mǎn)足LTE時(shí)期的各種需求。

　　TD-LTE作為IMT-Advance主流技術(shù)之一，將使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)真正進(jìn)入移動(dòng)寬帶時(shí)代。相比現(xiàn)有2G、3G移動(dòng)通信系統(tǒng)，TD-LTE對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)在高帶寬、低時(shí)延、橫向轉(zhuǎn)發(fā)等方面提出了更高要求。

　　首先，帶寬需求由2G/3G時(shí)期的幾兆、幾十兆發(fā)展到LTE時(shí)期的幾百兆；其次，LTE需要提供靈活的QoS和更嚴(yán)格的端到端時(shí)延，根據(jù)3GPP規(guī)定，對(duì)時(shí)延要求最嚴(yán)格的實(shí)時(shí)游戲類(lèi)業(yè)務(wù)，從用戶(hù)終端到服務(wù)器的端到端單向時(shí)延為50ms，其間傳輸時(shí)延需要在10ms以?xún)?nèi)；第三，LTE引入了相鄰基站間互聯(lián)(X2接口)和基站多歸屬(S1-Flex)需求，導(dǎo)致回傳網(wǎng)絡(luò)由點(diǎn)到點(diǎn)的匯聚型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)的路由型網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有2G/3G回傳網(wǎng)絡(luò)已無(wú)法滿(mǎn)足這種橫向轉(zhuǎn)發(fā)需求。

　　針對(duì)LTE時(shí)期引入的橫向轉(zhuǎn)發(fā)新需求，可采用核心層PTN增加靜態(tài)L3功能和核心層PTN對(duì)接CE路由器兩種解決方案。本文主要分析核心層PTN增加靜態(tài)L3功能的解決方案(即L3PTN方案)，對(duì)L3PTN方案中分組轉(zhuǎn)發(fā)、靜態(tài)L3VPN功能、保護(hù)、網(wǎng)管等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探討，介紹了中國(guó)移動(dòng)在L3PTN可行性研究方面的成果，并對(duì)PTN技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

　　核心層PTN增強(qiáng)L3功能

　　總體方案

　　L3PTN實(shí)現(xiàn)TD-LTE回傳組網(wǎng)如圖所示。L3PTN方案中，PTN匯聚接入設(shè)備仍沿用現(xiàn)有的L2網(wǎng)絡(luò)，僅在核心設(shè)備引入簡(jiǎn)化L3功能，通過(guò)靜態(tài)L3VPN承載S1和X2業(yè)務(wù)。

　　PTN核心設(shè)備引入的L3功能包括L2到L3的橋接功能和靜態(tài)L3路由功能。通常，處于L3PTN網(wǎng)絡(luò)與L2網(wǎng)絡(luò)交界處的設(shè)備需要具備這種L2/L3橋接功能，包括與L2PTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)接的L3PTN設(shè)備和與客戶(hù)側(cè)核心網(wǎng)設(shè)備對(duì)接的L3PTN設(shè)備。另外，靜態(tài)L3路由功能可以由PTN隧道技術(shù)結(jié)合L3VPN路由技術(shù)或IP路由方式實(shí)現(xiàn)，二者在報(bào)文封裝、轉(zhuǎn)發(fā)等方面有較大區(qū)別。而目前TD-LTE規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)中，L3PTN設(shè)備是采用PTN隧道結(jié)合L3VPN路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

　　L3PTN分組轉(zhuǎn)發(fā)和靜態(tài)L3VPN路由

　　在L3PTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，靜態(tài)L3VPN采用報(bào)文封裝，通過(guò)虛擬路由轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)例(VRF)標(biāo)簽與隧道(LSP)標(biāo)簽的封裝方式進(jìn)行路由。L3PTN內(nèi)部設(shè)備仍然采用PTN原有的隧道技術(shù)，根據(jù)LSP標(biāo)簽進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，僅在L2/L3橋接，PTN設(shè)備進(jìn)行PW和VRF之間的關(guān)聯(lián)。在L2/L3橋接點(diǎn)，根據(jù)用戶(hù)IP報(bào)文頭的目的地址信息，查找到VRF標(biāo)簽、LSP標(biāo)簽及下一跳信息，進(jìn)行L3VPN封裝，從而實(shí)現(xiàn)L3PTN網(wǎng)絡(luò)的分組轉(zhuǎn)發(fā)和L3VPN路由功能。

　　L3PTN保護(hù)方案

　　L2PTN保護(hù)機(jī)制靈活多樣，因此L3PTN網(wǎng)絡(luò)天然具有強(qiáng)大的保護(hù)機(jī)制，在原有L2保護(hù)基礎(chǔ)上，結(jié)合L3保護(hù)方式，提供抗多種故障場(chǎng)景的保護(hù)能力。

　　虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP是L3網(wǎng)絡(luò)中的一種IP保護(hù)協(xié)議，一般設(shè)定一個(gè)虛擬IP地址作為默認(rèn)IP網(wǎng)關(guān)，如果主用網(wǎng)關(guān)不可用，這個(gè)虛擬IP地址就會(huì)映射到一個(gè)備用網(wǎng)關(guān)，從而完成主備網(wǎng)關(guān)的保護(hù)。L3PTN中VRRP的保護(hù)主要可分為以下兩個(gè)場(chǎng)景：

　　場(chǎng)景一：面向客戶(hù)側(cè)SGW/MME設(shè)備的主備網(wǎng)關(guān)保護(hù)

　　采用兩端PTN設(shè)備與SGW/MME對(duì)接，并配置為主備網(wǎng)關(guān)，當(dāng)PTN設(shè)備失效和接入鏈路失效時(shí)，如圖3(a)所示，主用網(wǎng)關(guān)將不可達(dá)，此時(shí)VRRP保護(hù)將默認(rèn)網(wǎng)關(guān)IP映射為備用網(wǎng)關(guān)，而SGW/MME設(shè)備并不需要額外機(jī)制配合這種VRRP主備用網(wǎng)關(guān)切換。

　　場(chǎng)景二：基站側(cè)的主備網(wǎng)關(guān)保護(hù)

　　采用匯聚到核心雙掛的方式，L2/L3橋接PTN面向eNB形成主備用網(wǎng)關(guān)，同樣，當(dāng)設(shè)備失效或接入鏈路失效時(shí)，啟用VRRP保護(hù)將默認(rèn)網(wǎng)關(guān)IP指向備用網(wǎng)關(guān)，基站側(cè)也并不需要其他機(jī)制配合VRRP保護(hù)。

　　網(wǎng)元管理配置

　　L3PTN網(wǎng)絡(luò)采用靜態(tài)L3VPN路由方式，路由表配置是通過(guò)網(wǎng)管配置下發(fā)的，因此網(wǎng)元管理配置是L3PTN的重要功能。相比于傳統(tǒng)PTN網(wǎng)管功能，L3PTN網(wǎng)管在配置、故障、性能管理三大部分都需要增加L3相應(yīng)的功能。

　　其中，配置管理主要新增靜態(tài)L3VPN業(yè)務(wù)的配置管理功能、VRRP和VPNFRR保護(hù)配置管理功能等。由于L3VPN業(yè)務(wù)和路由配置量較大，可基于業(yè)務(wù)模板進(jìn)行創(chuàng)建，并借由輔助工具實(shí)現(xiàn)端到端L3VPN路由計(jì)算和路徑建立。故障管理主要新增支持L3保護(hù)的告警上報(bào)、定位功能，L2/L3業(yè)務(wù)信息查詢(xún)及告警上報(bào)功能；為了更好的繼承PTN網(wǎng)絡(luò)端到端的保護(hù)，對(duì)于L2和L3組合業(yè)務(wù)，網(wǎng)管還應(yīng)該具有相關(guān)告警關(guān)聯(lián)分析功能。此外，還需新增VRF的L3VPN業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)流量監(jiān)視及性能統(tǒng)計(jì)。

　　L3PTN組網(wǎng)方案探討

　　本地市內(nèi)的TD-LTE流量，無(wú)論是否跨核心局房，均經(jīng)過(guò)L3PTN轉(zhuǎn)發(fā)。而跨地市組網(wǎng)方案則受到核心網(wǎng)SGW/MME具體布放方案的影響。目前在規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)階段，每地市一對(duì)SGW/MME，尚不涉及跨地市流量，因此尚未涉及跨地市組網(wǎng)的情況。后續(xù)大規(guī)模商用時(shí)，SGW、MME是集中布放在省會(huì)形成大集中，還是SGW、MME分別放置在地市、省會(huì)，以及其數(shù)量、是否組成Pool等問(wèn)題，目前還有待確定。與PTN+CE方案相比，L3PTN對(duì)于本地S1和X2流量不需要經(jīng)過(guò)CE設(shè)備，節(jié)約了投資，并保持了業(yè)務(wù)端到端管理。

　　未來(lái)：滿(mǎn)足LTE及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

　　為了驗(yàn)證L3PTN方案的可行性并推進(jìn)其成熟，中國(guó)移動(dòng)先后組織了六輪測(cè)試工作，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜環(huán)境下，驗(yàn)證了L3PTN方案的L2/L3橋接、L3VPN、保護(hù)、網(wǎng)管功能性能，多廠(chǎng)家PTN設(shè)備互通功能性能以及組網(wǎng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果表明，L3PTN各項(xiàng)功能性能指標(biāo)能夠滿(mǎn)足LTE時(shí)期的各種需求。

　　從運(yùn)維來(lái)看，L3PTN方案還需進(jìn)一步豐富和完善網(wǎng)管功能。此外，L3PTN最重要的工作是推進(jìn)核心層L3設(shè)備的多廠(chǎng)家互通。多廠(chǎng)家互通的需求來(lái)源于中國(guó)移動(dòng)組網(wǎng)的一些特點(diǎn)，eNB沿襲了2G/3G基站插花組網(wǎng)的方式，而PTN網(wǎng)絡(luò)則分區(qū)域組網(wǎng)，因此會(huì)出現(xiàn)同一區(qū)域的eNB歸屬到不同局房的現(xiàn)象，在PTN核心層需要互通。規(guī)模試驗(yàn)網(wǎng)階段已經(jīng)采用了單設(shè)備UNI口對(duì)接的方式進(jìn)行多廠(chǎng)家L3互通，為進(jìn)一步提高對(duì)接的可靠性，還將對(duì)雙設(shè)備對(duì)接的互通方案進(jìn)行完善和優(yōu)化。

　　未來(lái)PTN技術(shù)發(fā)展，將主要滿(mǎn)足LTE及標(biāo)準(zhǔn)化的需求，集中體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

　　1、PTN向更大容量、更高速率接口方向發(fā)展，滿(mǎn)足LTE高帶寬需求；

　　2、PTN在QoS策略方面更加完善，滿(mǎn)足LTE多業(yè)務(wù)靈活QoS需求，確保部分業(yè)務(wù)端到端低時(shí)延傳輸；

　　3、PTN核心設(shè)備支持L3功能，滿(mǎn)足LTE時(shí)期橫向轉(zhuǎn)發(fā)需求；

　　4、推進(jìn)PTN標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)、保護(hù)、OAM、同步、QoS等多層面的互通。為推進(jìn)PTN標(biāo)準(zhǔn)化，中國(guó)移動(dòng)正全面開(kāi)展PTNOAM由現(xiàn)有ITU-TG.8114標(biāo)準(zhǔn)向Y.1731和G.8113.1標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)的工作，現(xiàn)已完成9個(gè)地市的升級(jí)試點(diǎn)，預(yù)計(jì)2011年底前完成全網(wǎng)設(shè)備的OAM升級(jí)。

　　LTE是未來(lái)高速移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展方向。PTN借助其多業(yè)務(wù)承載、QoS和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，充分保證TD-LTE所需高帶寬、低時(shí)延要求，其強(qiáng)大的保護(hù)和OAM能力以及靜態(tài)L3功能，確保TD-LTES1-Flex和X2接口轉(zhuǎn)發(fā)需求，而其對(duì)于頻率和時(shí)間同步的支持，同時(shí)能滿(mǎn)足TD-LTE對(duì)于基站間同步的要求，將成為中國(guó)移動(dòng)TD-LTE回傳網(wǎng)絡(luò)的重要方案。