基于分組承載網(wǎng)的LTE業(yè)務(wù)需求分析

摘要：在LTE網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò )的扁平化和諸多新型接口的出現對底層承載技術(shù)提出了新的需求，本文主要從三層業(yè)務(wù)承載能力、基站帶寬、時(shí)延抖動(dòng)等幾個(gè)方面分析了LTE網(wǎng)絡(luò )對于分組承載網(wǎng)的要求。

1、前言

隨著(zhù)全球3G技術(shù)的大規模商用部署，特別是增強型3G技術(shù)HSPA/HSPA+的普及和推廣，大大的推動(dòng)了移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。用戶(hù)對移動(dòng)數據業(yè)務(wù)需求的劇烈增加，直接導致了3G網(wǎng)絡(luò )容量以及業(yè)務(wù)承載壓力的猛增。為此，大部分運營(yíng)商和3GPP開(kāi)始全力推動(dòng)下一代新一代寬帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)LTE的發(fā)展。

在LTE的推動(dòng)過(guò)程中，承載網(wǎng)作為電信網(wǎng)的基礎，其規劃和建設應該優(yōu)先于業(yè)務(wù)的發(fā)展和演進(jìn)。承載網(wǎng)的分組化是未來(lái)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的必然趨勢，另一方面，移動(dòng)業(yè)務(wù)的需求變化也決定了網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)方式。本文將對基于分組承載網(wǎng)的LTE業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析。

2、LTE網(wǎng)絡(luò )承載要求

LTE的網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)對于分組承載網(wǎng)提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò )扁平化、X2接口的引入、S1接口的多樣性均提出了不同的承載需求。在LTE環(huán)境下，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )結構模型如圖1所示。與傳統3G網(wǎng)絡(luò )相比，LTE網(wǎng)絡(luò )結構更加扁平化、網(wǎng)絡(luò )結構功能也更加復雜。

圖1. LTE網(wǎng)絡(luò )架構圖

在LTE網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，出現了三個(gè)新型的結構分別為：

1） S1接口：連接eUTRAN和ePC之間的接口，具有較強的開(kāi)放性，負責用戶(hù)UE的高清視頻點(diǎn)播、高清視頻監控、實(shí)時(shí)RGB在線(xiàn)游戲、音樂(lè )下載和移動(dòng)電視、高速上網(wǎng)等用戶(hù)業(yè)務(wù)的連接承載。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商可以根據需要，采用不同廠(chǎng)家設備構架eUTRAn和ePC，從而提高了LTE網(wǎng)絡(luò )的靈活性。為了支持網(wǎng)絡(luò )冗余和跨網(wǎng)元間的流量負載分擔，每一個(gè)eNode可以通過(guò)S1接口與不同S-GW或者PDN-GW相連。

2） X2接口：實(shí)現eNode基站之間的互聯(lián)互通，X2接口的引入可以進(jìn)一步激發(fā)LTE設備制造商的競爭，用戶(hù)在不同基站之間的切換更加頻繁，網(wǎng)絡(luò )的可擴展性和可升級性能力大大增強。為了保證不同基站之間的互通，X2接口需要引入三層路由功能，從而實(shí)現在基站群之間基于IP地址的尋址和路由。當UE設備處于激活模式下，X2接口可以支持LTE無(wú)線(xiàn)系統內部的移動(dòng)性，具體包括：源eNode到目的eNode之間的上下報文傳遞；源eNode到目的eNode之間用戶(hù)平面隧道的控制；不同eNode之間的切換；上行負載管理；一般管理和錯誤處理功能。

3） LTE-Uu接口：eUTRAN和UE之間的無(wú)線(xiàn)接口，Uu是UE設備接入到系統的固定部分的接口，是eUTRAN中最為重要的接口之一，但由于不涉及到底層承載方面的需求，對于分組承載的影響不大。

總體來(lái)說(shuō)，X2接口，定位于改善用戶(hù)跨基站移動(dòng)切換時(shí)的體驗。當切換完成后，業(yè)務(wù)還是要經(jīng)過(guò)S1進(jìn)行傳輸。由于切換只發(fā)生在相鄰基站之間，因此在X2接口設計上，主流運營(yíng)商明確要求僅允許相鄰基站之間存在邏輯連接，而非相鄰基站不允許互通。從避免一個(gè)基站故障擴散到其他基站的角度考慮，避免所有基站全MESH互通也是合理的。

與傳統3G/B3G相比，LTE是一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò )結構，網(wǎng)絡(luò )的扁平化和諸多新型接口的出現對底層承載技術(shù)提出了新的需求，主要從業(yè)務(wù)承載、基站帶寬、時(shí)延抖動(dòng)、時(shí)間同步等幾個(gè)方面對分組承載網(wǎng)絡(luò )有著(zhù)新的要求。

3、業(yè)務(wù)承載能力分析

傳統3G/B3G網(wǎng)絡(luò )基本上需要底層承載網(wǎng)提供二層能力即可，即通過(guò)基于MAC地址的轉發(fā)就可以滿(mǎn)足上層移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)回傳的需要。從NodeB到RNC之間，通過(guò)某種特定的承載技術(shù)，配置一條二層交換通道，實(shí)現基站業(yè)務(wù)的回傳，如果采用MSTP技術(shù)，直接通過(guò)VC交換，采用剛性管道方式。

但在LTE網(wǎng)絡(luò )中，S1和X2接口的引入對于底層承載提出了三層交換的需求，單純的傳統基于MAC地址轉發(fā)的二層交換能力無(wú)法滿(mǎn)足S1/X2接口的多樣性，即無(wú)法實(shí)現eNode與多個(gè)S-GW和P-GW之間的互通以及多個(gè)eNode基站之間的互通。

具體來(lái)說(shuō)，LTE網(wǎng)絡(luò )對于三層交換能力的需求主要體現在：

1）需求1：多個(gè)eNode基站之間通過(guò)X2接口進(jìn)行互通

X2接口的引入是LTE網(wǎng)絡(luò )一大特色之一，但為了保證在多個(gè)基站之間的靈活切換，在基站池中，需要將每一個(gè)eNode基站看做一個(gè)帶有獨立IP地址的物理通訊單元，X2接口之間的業(yè)務(wù)流需要采用三層路由轉發(fā)功能，實(shí)現在不同eNode基站之間的路由功能，從而提高整個(gè)eNode基站池的靈活性。

在城域網(wǎng)層面，不同eNode基站需要通過(guò)接入環(huán)接入到承載網(wǎng)中，從理論上分析，為了實(shí)現X2接口的傳輸，接入環(huán)上的傳輸設備需要支持三層功能，這是最為簡(jiǎn)單易行的組網(wǎng)方案，但成為較為昂貴，并不是最佳選擇。

圖2. LTE網(wǎng)絡(luò )中S1和X2接口示意圖

雖然X2接口在LTE網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中很重要，但其對于三層路由功能的緊迫性并不是非常明顯，主要體現在：

首先，經(jīng)分析，X2接口流量主要考慮在U-Plan面的流量，通過(guò)用戶(hù)在不同eNode之間的切換來(lái)對其流量進(jìn)行統計，通過(guò)設定在某一個(gè)時(shí)間段內，估計占LTE網(wǎng)絡(luò )總流量3%左右，即基于X2接口的三層流量并不是LTE網(wǎng)絡(luò )中的主要組成部分，LTE網(wǎng)絡(luò )中的大部分流量仍然以二層業(yè)務(wù)為主；其次，如圖3示出了eNode網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，為了避免eNode基于MESH組網(wǎng)時(shí)基站之間流量交互過(guò)于頻繁，在LTE網(wǎng)絡(luò )中，一般采用六邊形基站組網(wǎng)方案，即一個(gè)eNode基站最多與周邊六個(gè)eNode基站進(jìn)行通信，這樣可以大大降低eNode基站之間，即X2接口的信息流量。

圖3. LTE網(wǎng)絡(luò )eNode基站之間X2連接示意圖