TD-LTE回傳網(wǎng)絡(luò )和時(shí)間同步解決方案研究

1 引言

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。相比現有2G，3G移動(dòng)通信系統，TD-LTE對回傳網(wǎng)絡(luò )在高帶寬、低時(shí)延、橫向轉發(fā)、時(shí)間同步地面傳送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和更嚴格的端到端時(shí)延，根據3GPP規定，對時(shí)延要求最嚴格的實(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)取?/p>

●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，導致回傳網(wǎng)絡(luò )由點(diǎn)到點(diǎn)的匯聚型網(wǎng)絡(luò )轉變?yōu)辄c(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)的路由型網(wǎng)絡(luò )，現有2G/3G回傳網(wǎng)絡(luò )已無(wú)法滿(mǎn)足這種橫向轉發(fā)需求。

●第四，TD-LTE空中接口需要高精度時(shí)間同步，要求不同小區間空口同步偏差不大于3?s，因此需要在TD-LTE回傳網(wǎng)絡(luò )中傳送高精度的時(shí)間同步信號。

分組傳送網(wǎng)（PTN）能夠提供高效率的多業(yè)務(wù)承載，具備強大的保護，OAM和網(wǎng)管功能，靈活的統計復用和QoS能力，滿(mǎn)足TD-LTE高帶寬、低時(shí)延的要求，還可為T(mén)D-LTE系統提供精確時(shí)間和頻率同步信息傳送，因此中國移動(dòng)已選擇PTN作為T(mén)D-LTE回傳主要解決方案。另一方面，TD-LTE時(shí)期，OTN設備可能逐漸下沉至城域匯聚機房，需進(jìn)一步推進(jìn)OTN支持1588v2時(shí)間同步技術(shù)，實(shí)現OTN+PTN的時(shí)間同步地面傳送組網(wǎng)。

本文面向TD-LTE回傳網(wǎng)絡(luò )需求，提出了各項關(guān)鍵問(wèn)題解決方案：

●首先，為滿(mǎn)足高帶寬需求，提出PTN向更大容量、更高速率接口方向發(fā)展。

●其次，為滿(mǎn)足橫向轉發(fā)的需求，PTN提供核心層增強L3功能和核心層對接CE路由器兩種解決方案。

●第三，為滿(mǎn)足TD-LTE回傳組網(wǎng)需求，提出PTN在業(yè)務(wù)，OAM，保護，QoS和同步實(shí)現全面互通。

●第四，為滿(mǎn)足高精度時(shí)間同步的需求，提出OTN和PTN共同組網(wǎng)提供時(shí)間同步地面傳送方案。中國移動(dòng)已在以上4方面開(kāi)展了大量的研究、測試和試點(diǎn)工作。

2 高速接口PTN引入分析

TD-LTE時(shí)期假設每基站保證帶寬和峰值帶寬分別為120M和450M，每接入環(huán)6節點(diǎn)、每匯聚環(huán)6節點(diǎn)，每匯聚節點(diǎn)帶6個(gè)接入環(huán)，則匯聚環(huán)帶寬總需求為6×6×（6×120M+330M）=37.8G，現有10GE接口速率PTN無(wú)法滿(mǎn)足需求。對于40G/100G接口技術(shù)，可從標準、產(chǎn)品成熟度和成本三方面衡量其成熟度。

●在國際標準方面

2010年6月，針對40G/100G以太網(wǎng)技術(shù)的IEEE 802.3ba標準獲得IEEE通過(guò)，該標準規定了4×40GBased LR4即40G傳輸10km的具體要求，4×100GBased-ER4和4×100GBased-LR4即100G傳輸40km和10km的具體要求，對于40G傳輸40km的標準，暫時(shí)沒(méi)有相應的國際標準規范。據悉，多個(gè)單位均在著(zhù)力推進(jìn)4×40GBased ER4即40G傳輸40km的國際標準。

●在產(chǎn)品成熟度方面

40GE推出時(shí)間普遍要早于100GE，主要原因是在芯片、光模塊、系統架構等方面，40GE較100GE更易于實(shí)現。

●在成本方面

100GE接口價(jià)格需等一個(gè)較長(cháng)周期后才能成為市場(chǎng)接受的價(jià)格。此外，在具體考慮影響40G/100G應用的因素時(shí)，還需要著(zhù)眼于網(wǎng)絡(luò )的全局，除了傳輸網(wǎng)絡(luò )設備外，還有客戶(hù)端設備、核心網(wǎng)設備等，同時(shí)要考慮對現有網(wǎng)絡(luò )的兼容性。

鑒于以上分析，40G系統可滿(mǎn)足TD-LTE初期匯聚層帶寬需求，且近期100G系統技術(shù)成熟度較低、成本較高，因此初步建議下一代大容量PTN設備首先引入40G接口。

目前，PTN設備40G接口技術(shù)主要有3種，即4×10GE端口聚合，40GE（并聯(lián)、串聯(lián)）和40G OTU3方式。4×10GE端口聚合方式從原理上就決定了無(wú)法提供理想的速率倍增，并且消耗光纖資源；40G OTU3方式價(jià)格偏高，與OTN下沉至匯聚層方案相比，優(yōu)勢不大；而40GE方式在以太網(wǎng)功能、傳輸距離、成本方面具有一定優(yōu)勢。綜合考慮，40GE接口更易于與低速率PTN設備組網(wǎng)，且成本較低，當前應推動(dòng)40km傳輸標準和技術(shù)成熟。

3 基于PTN的TD-LTE回傳方案

為滿(mǎn)足LTE時(shí)期相鄰基站間X2接口互聯(lián)和基站多歸屬（S1-Flex）的需求，PTN提供了核心層增強L3功能（PTN L3）和核心層對接CE路由器兩種解決方案，核心層增強L3功能的方案中由PTN完成橫向流量的轉發(fā)，核心層對接CE路由器的方案由CE路由器完成橫向流量的轉發(fā)。3.1 核心層PTN增強L3功能技術(shù)方案L3 PTN實(shí)現TD-LTE回傳組網(wǎng)圖1所示。L3 PTN方案中，PTN匯聚接入設備仍沿用現有的L2網(wǎng)絡(luò )，僅在核心設備引入簡(jiǎn)化L3功能，通過(guò)靜態(tài)L3 VPN承載S1和X2業(yè)務(wù)。

圖1　核心層PTN增強L3方案承載TD-LTE組網(wǎng)示意圖

PTN核心設備引入的L3功能包括L2~L3的橋接功能和靜態(tài)L3路由功能。L2~L3橋接功能是指PTN設備終結L2 PW，并通過(guò)IP地址網(wǎng)段劃分，對相同網(wǎng)段內的PW進(jìn)行收斂，再通過(guò)靜態(tài)L3 VPN方式進(jìn)行L3路由轉發(fā)。通常，處于L3 PTN網(wǎng)絡(luò )與L2網(wǎng)絡(luò )交界處的設備需要具備這種L2/L3橋接功能，包括與L2 PTN網(wǎng)絡(luò )對接的L3 PTN設備和與客戶(hù)側核心網(wǎng)設備對接的L3 PTN設備。另外，靜態(tài)L3路由功能可以由PTN隧道技術(shù)結合L3 VPN路由技術(shù)方式實(shí)現。

L3 PTN方案中較為重要的方案是保護機制和網(wǎng)元配置管理功能。保護機制方面，L2 PTN就具備靈活多樣的保護機制，如1：1/1+1 LSP，環(huán)網(wǎng)，雙歸等保護，因此L3 PTN網(wǎng)絡(luò )天然具有強大的保護機制，在原有L2保護基礎上，結合L3保護方式如虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）和VPN快速重路由（VPN FRR）等，提供抗多種故障場(chǎng)景的保護能力。

VRRP是L3網(wǎng)絡(luò )中的一種IP主備網(wǎng)關(guān)的保護協(xié)議，一般設定一個(gè)虛擬IP地址作為默認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)的互相保護。L3 PTN中VRRP的保護主要可分為以下兩個(gè)場(chǎng)景：

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

采用兩端PTN設備與SGW/MME對接，并配置為主備網(wǎng)關(guān)，當 PTN設備失效和接入鏈路失效時(shí)，如圖2（a）所示，主用網(wǎng)關(guān)將不可達，此時(shí)VRRP保護將默認網(wǎng)關(guān)IP映射為備用網(wǎng)關(guān)，而SGW/MME設備并不需要額外機制配合這種VRRP主備用網(wǎng)關(guān)切換。

圖2　L3 PTN VRRP保護示意圖

●場(chǎng)景二：面向基站側的主備網(wǎng)關(guān)保護

如圖2（b）所示，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，當設備失效或接入鏈路失效時(shí)，啟用VRRP保護將默認網(wǎng)關(guān)IP指向備用網(wǎng)關(guān)，基站側也并不需要其他機制配合VRRP保護。

此外，L3 PTN網(wǎng)絡(luò )中多種保護方式可相結合使用，VRRP可與雙歸和VPN FRR配合使用， VPN FRR也可與L2的線(xiàn)性、環(huán)網(wǎng)保護配合使用，保護機制多種多樣，極大地提高了LTE回傳網(wǎng)絡(luò )的安全性。

在網(wǎng)元管理配置方面，由于L3 PTN網(wǎng)絡(luò )采用靜態(tài)L3 VPN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)管是L3 PTN的重要功能。L3 PTN在繼承了L2 PTN的圖形化、易操作的網(wǎng)管的基礎上，在配置、故障、性能管理三大部分增加了L3相應的功能。

配置管理中主要新增靜態(tài)L3VPN業(yè)務(wù)的配置管理功能、VRRP和VPN FRR保護配置管理功能等。由于L3 VPN業(yè)務(wù)和路由配置量較大，可基于業(yè)務(wù)模板進(jìn)行L3 VPN創(chuàng )建，并借由輔助工具實(shí)現端到端L3 VPN路由計算和路徑建立，減少配置工作量。故障管理中主要新增支持L3保護的告警上報、定位功能，L2/L3橋接節點(diǎn)對L2/L3業(yè)務(wù)信息查詢(xún)及告警上報功能；為了更好的繼承PTN網(wǎng)絡(luò )端到端的保護，對于L2和L3組合業(yè)務(wù)，網(wǎng)管還應該具有相關(guān)告警關(guān)聯(lián)分析功能。此外，還需新增針對VRF的L3 VPN業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)流量監視及性能統計。