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1、可演进到LTE承载要求的PTN组网探讨 摘 要 经过近几年的建设和优化，PTN城域传送网已经较好地满足了现有3G业务对IP数据业务的需求。但网络向LTE演进是必然的趋势，基于LTE技术对移动回传网提出的新要求，现有单纯以提供L2VPN通道的PTN网显然不满足新的要求。原有PTN组网模型显现出一定的局限性，针对提供L3功能的新PTN技术，本文分析了LTE对PTN网提出的新需求，针对原有组网模型的瓶颈所在，并提出了可平滑演进到未来LTE承载所需的PTN组网思路，新的演进型思路通过SGW/MME分区，增加核心调度设备来建立立体式调度网等方式收敛核心层结构，增强模型的可扩展性，可维护性及可管理性，为运
2、营商建设平滑演进的大型LTE城域回传网提供有力的参考依据。关键词 LTE L3VPN PTN OTN 灵活调度 一、LTE技术的特点及对传送网的新要求PTN技术在传送网IP化发展中解决了带宽高效利用、QOS、网络安全性、高精度时钟传送,时间同步等需求，在承载基站回传业务和集团大客户，WLAN等业务的功能、性能方面，得到了很好的实际验证。LTE技术对传送网提出了新的要求，首先，带宽需求已达到几百兆；其次，LTE需要提供灵活的QoS和更严格的端到端时延,其传输时延需要在20ms以内；第三，LTE引入了相邻基站间互联(X2接口)和基站多归属(S1)需求，导致回传网络由点到点的汇聚型网络转变为点到多点
3、或多点到多点的路由型网络，现有2G/3G回传网络已无法满足这种横向转发需求。基站之间通过X2接口互相连接，形成了所谓网状网络，这种变化源于网络结构中没有了RNC，原有的树型分支结构被扁平化，使得基站承担更多的无线资源管理责任，需要更多地和其相邻的基站直接对话，从而保证用户在整个网络中的无缝切换。而S1接口需要灵活的调度能力，使eNodeB可以灵活的归属到多个SGW/MME。针对LTE时期引入的横向转发新需求，中国移动采用端到端PTN组网，接入、汇聚PTN设备采用二层态隧道，在核心层PTN增加静态L3VPN功能的解决方案。PTN核心设备引入的L3功能包括L2到L3的桥接功能和静态L3路由功能。通
4、常，处于L3PTN网络与L2网络交界处的设备需要具备这种L2/L3桥接功能，在网络接入汇聚层仍然采用L2 VPN的组网技术，实现基站业务到核心PTN节点的点到点传送。核心PTN节点需要支持L3VPN能力，在核心PTN节点终结接入汇聚的Line业务后，内部完成L2到L3的桥接，进入到L3VPN转发处理。目前L3PTN设备是采用PTN隧道结合L3VPN路由技术实现的。在L3PTN网络内，静态L3VPN采用报文封装，通过虚拟路由转发实例(VRF)标签与隧道(LSP)标签的封装方式进行路由。L3PTN内部设备仍然采用PTN原有的隧道技术，根据LSP标签进行转发，仅在L2/L3桥接，PTN设备进行PW和
5、VRF之间的关联。在L2/L3桥接点，根据用户IP报文头的目的地址信息，查找到VRF标签、LSP标签及下一跳信息，进行L3VPN封装，从而实现L3PTN网络的分组转发和L3VPN路由功能。对于S1流量，通过接入汇聚层的传送管道送到核心PTN节点，然后在通过PTN核心节点的基于静态IP PW的L3VPN转发到相应的sGW或者MME，包括本地的和远端的。对于X2接口，先通过接入汇聚层的传送管道送到核心PTN节点，然后再通过基于静态IP PW L3VPN（包括本地转发和远端VPN转发）转发到接入汇聚层的传送管道，向下传送到目的基站。另一方面， 50ms保护倒换能力是衡量网络可靠性的一个重要指标。城域
6、网覆盖范围大、节点多，通过网管建立连接和保护，能够更好地满足时延、抖动和保护倒换时间要。城域传送网内的TD-LTE流量，均经过L3PTN转发。eNodeB沿袭了2G/3G基站时代的组网方式，而PTN网络则分区域组网，因此会出现同一区域的eNodeB归属到不同局房的现象，在PTN核心层需要互通。传统城域网业务是典型的汇聚型业务，交换和路由功能一般在核心层或汇聚层以上完成，而S1和X2接口则有Full Mesh组网的需求，因此对灵活性的要求也越来越高。因存在相邻基站的通信需求，所以网络必须在核心层进行融合，并且核心层的设备数量越少，其L3VPN容易实现，所以目前已SDH网络模型来建起来的PTN网络
7、显然不能满足要求。二、现有组网的缺点现有PTN组网模型沿袭了SDH的组网模式，其在承载2G/3G业务时，架构上的合理性、运维上的便利性已在目前的现网运维中得到了充分印证。1、现有组网模型的特点现有组网模型中，承载的主要业务是来自3G和WLAN节点的端到端指向RNC或AC的集中型业务，另外还承担着部分大客户专线、集团客户等点到点、点到多点的数据业务，主要是基于3G基站业务接入、传输，汇聚和落地需求。如图l所示。TD基站业务经过接入汇聚后，在骨干节点处根据基站业务RNC归属情况，每基站以1：l LSP端到端开放至所属机房的PTN扩展设备，每端PTN扩展设备与同机房的RNC以全链接的方式进行1+1G
8、E光口保护备份。网络一般分区域建设，例如分为市区网，郊县网等。普遍采用的PTN组网模型图l2、现有组网模型缺点分析以上现有组网模型可在中等网络规模的3G或LTE网络，拥有多个核心交换机房， SGW/MME/RNC分布较均匀，业务规划合理时的一种理想解决方案。但现实组网过程中，往往因为机房规模条件所限制，或者无线侧规划不确定等因素，极有可能造成SGW/MME/RNC、PTN扩展设备大量集中于同一机房的情况，且因分区域建设造成核心层设设备的分散，导致网络无灵活的调度层。此时如果采用上述组网模型，易造成如下几个方面的问题。2.1 SGW（Serving GW）/MME（Mobility Manage
9、ment Entity）/RNC设备能力的局限性SGW/MME/RNC设备与每端PTN扩展设备通过1+1 GE光口相连，同时考虑到SGW/MME/RNC还需配置面向核心网的光口资源，全连接的方式会造成SGW/MME/RNC设备光口资源的快速耗尽，从而成为网络发展的瓶颈。2.2 PTN扩展设备能力的局限性每端扩展PTN设备都需要与所有SGW/MME/RNC相连，随着基站数量的增多，上行所需GE端口数量就多起来，并且对于目前PTN设备而言，全部配置为GE端口时交叉资源很快耗尽。随着基站数量的增加，GE链接光口数量的增长速度明显加快，也就是说对大型的城域传输网而言，随着网络规模的持续扩大，SGW/M
10、ME/RNC及PTN扩展设备能力将面临GE光口数急剧增加的问题。2.3 汇聚环核心机房骨干节点设备上行光口压力根据现有组网模型中骨干节点上行GE链路配置的原则，汇聚环骨干节点设备必须与所有扩展设备互连，而且核心机房每新增1端扩展设备，骨干节点需要至少4条GE链路（主备双跨）与其形成互连，以实现业务的保护的落地，因此核心节点越多、扩展设备数量越多，骨干节点上行GE光口数量压力越大,同时造成核心OTN设备的交叉资源的压力，且给通路组织维护带来诸多不便。2.4 无法满足大型3G业务网络的局间业务灵活调度城域网各交换机房间存在大量业务调整、调度的需求，现有组网模型是按每个汇聚区域与骨干节点相连，通常分
11、为市区网和郊县网，调度时只能在相应汇聚环上增加其他局的扩展架来进行业务调度，因没有强大的调度系统所以无法完成任意局间的灵活调度。2.5 无法满足LTE的S1和X2业务的灵活调度需求LTE对承载的要求是对于S1接口，需要支持SGW POOL和MME POOL,即一个eNodeB需要归属到多个SGW和MME。对于X2接口，任意两个eNodeB之间都存在交互的需要。跨核心机房的S1和X2业务通过静态IP PW在核心节点间调度。也就是eNodeB到核心节点的业务首先在一个SGW/MME局的核心PTN设备上收敛，通过静态IP PW来进行跨局或跨汇聚环基站的业务调度。现有的组网一般为分区域进行汇聚，并且与
12、RNC连接的业务扩展设备随着业务的增加将会多起来，核心局的业务PTN设备之间没有直接的连接，业务是通过业务扩展架实现不同局的调度，但是S1和X2需要灵活的核心局之间的直达静态路由，基于现有组网的特点，组建灵活的调度环时只能将汇聚环的骨干设备串接起来或将业务扩展子架串接起来。串接汇聚环骨干节点时因汇聚和核心的混合组网将带来网络结构的复杂和不清晰，如果利用扩展设备串接方式时，因业务扩展设备数量的不平衡会导致多设备串接带来的双归属保护（VRRP保护）实现的难度，同时多设备串接会带来容量和扩容的不便性。所以没有足够强大的调度系统，将无法满足LTE的要求。三、适合大型3G组网和可平滑演进到LTE承载需求
13、的PTN组网分析适合大型3G组网和后期能平滑演进到LTE承载需求的组网模式是增加核心调度PTN设备，核心调度设备下行通过OTN的10GE连接各个汇聚环，上行通过10GE尾纤直连业务扩展PTN设备，横向连接其他核心机房的PTN核心调度设备，建立类似立体化的调度系统，且同机房SGW/MME和PTN业务扩展设备划区域进行业务承载。这种新组网的优点体现在以下几个方面，如图2所示。3.1 SGW/MME/RNC及PTN业务扩展设备压力的降低组网中首先将同一机房的SGW/MME/RNC所属的PTN业务扩展设备进行逻辑分组,如城域西城，城域东城，本地地XX县等，每组业务扩展PTN设备负责的SGW/MME/R
14、NC是相对固定的，且不需要和其它组的SGW/MME/RNC互连，从而有效避免了PTN业务扩展设备需要与同机房所有SGW/MME/RNC全连接的情况，减轻了PTN业务扩展设备上行和SGW/MME/RNC下行光口的压力。 图2 PTN新型组网模型3.2 汇聚环核心局骨干节点设备压力降低每个核心局新增2端核心调度设备，并和核心局骨干节点间采用口子型连接，相对于现有组网模型，骨干节点上行链路的数量降低了近7成，骨干节点的压力也降低了。同时，由于降低了链路数量，核心调度设备的下行可使用基于OTN的10GE速率的光口，提高了PTN设备交叉容量的利用率，减少了OTN交叉压力。3.3 局间业务调度灵活性的提高
15、对大型3G网络，业务割接及归属调整非常频繁，当某一节点业务有调整到另外一个核心机房落地的需求时，只需在骨干节点更改配置即可实现(如图3示)，保证了核心层网络结构和配置的相对稳定性。便于业务跨汇聚环调度（比如集体专线业务），骨干层采用MESH组网，调度效率高。汇聚层可以叠加环来提升容量。图33.4 网络安全性方面的保证首先从业务方面，尽管增加了核心调度设备，但整个网络架构的安全性并没有降低，接入点端到端的保护依然可以灵活配置，而且核心调度设备对业务是透明的，不会受到现有LSP保护对数量瓶颈的限制。业务全程双路由保护，使得核心调度设备因为容量问题需要升级替换时，也不会影响业务的中断。核心调度设备充
16、当着同机房或机房间业务转发和调度的角色，性能要求很高，必须具备大容量的10GE光口接入能力和大的交叉容量，实现业务流量的快速调度转发。其次利用OTN 10GE调度提升路由安全：传输网双节点双路由优化实现复杂，考虑因素多，例如XX本地网5个汇聚环，两个进出城区的汇聚层光缆必须不同路由，而且此两条光缆的任何一条与局间2段或更多段光缆不能同路由，这样仅凭某地的五个汇聚环来说必须考虑（2段汇聚+2段核心）X5段光缆的不同路由，路由安全规划复杂。为了简化光缆路由将核心局间光缆限定在核心调度层中，与汇聚层光缆网分离，这样核心层只考虑核心层内路由，汇聚层只考虑汇聚层内路由，大大简化路由信息。这种分离一般有两种形式：一是核心层保护引入OTN子波长保护技术，核心层的光缆段落都实现基于OTN的自动保护。 电层子波长级1+
