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(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)、時(shí)間同步地面?zhèn)魉偷确矫嫣岢隽烁咭蟆?/p>

●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)游戲類業(yè)務(wù)，從用戶終端到服務(wù)器的端到端單向時(shí)延為50ms，其間傳輸時(shí)延需要在10ms以內(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)已無法滿足這種橫向轉(zhuǎn)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(qū)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(hào)。

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(qiáng)大的保護(hù)，OAM和網(wǎng)管功能，靈活的統(tǒng)計(jì)復(fù)用和QoS能力，滿足TD-LTE高帶寬、低時(shí)延的要求，還可為TD-LTE系統(tǒng)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TD-LTE回傳主要解決方案。另一方面，TD-LTE時(shí)期，OTN設(shè)備可能逐漸下沉至城域匯聚機(jī)房，需進(jìn)一步推進(jìn)OTN支持1588v2時(shí)間同步技術(shù)，實(shí)現(xiàn)OTN+PTN的時(shí)間同步地面?zhèn)魉徒M網(wǎng)。

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

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

●其次，為滿足橫向轉(zhuǎn)發(fā)的需求，PTN提供核心層增強(qiáng)L3功能和核心層對(duì)接CE路由器兩種解決方案。

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

●第四，為滿足高精度時(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?zhèn)魉头桨?。中國移?dòng)已在以上4方面開展了大量的研究、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(shè)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(jié)點(diǎn)、每匯聚環(huán)6節(jié)點(diǎn)，每匯聚節(jié)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(xiàn)有10GE接口速率PTN無法滿足需求。對(duì)于40G/100G接口技術(shù)，可從標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品成熟度和成本三方面衡量其成熟度。

●在國際標(biāo)準(zhǔn)方面

2010年6月，針對(duì)40G/100G以太網(wǎng)技術(shù)的IEEE 802.3ba標(biāo)準(zhǔn)獲得IEEE通過，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(duì)于40G傳輸40km的標(biāo)準(zhǔn)，暫時(shí)沒有相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。據(jù)悉，多個(gè)單位均在著力推進(jìn)4×40GBased ER4即40G傳輸40km的國際標(biāo)準(zhǔn)。

●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(tǒng)架構(gòu)等方面，40GE較100GE更易于實(shí)現(xiàn)。

●在成本方面

100GE接口價(jià)格需等一個(gè)較長周期后才能成為市場接受的價(jià)格。此外，在具體考慮影響40G/100G應(yīng)用的因素時(shí)，還需要著眼于網(wǎng)絡(luò)的全局，除了傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外，還有客戶端設(shè)備、核心網(wǎng)設(shè)備等，同時(shí)要考慮對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容性。

鑒于以上分析，40G系統(tǒng)可滿足TD-LTE初期匯聚層帶寬需求，且近期100G系統(tǒng)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(shè)備首先引入40G接口。

目前，PTN設(shè)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(shè)備組網(wǎng)，且成本較低，當(dāng)前應(yīng)推動(dòng)40km傳輸標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)成熟。

3 基于PTN的TD-LTE回傳方案

為滿足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(qiáng)L3功能（PTN L3）和核心層對(duì)接CE路由器兩種解決方案，核心層增強(qiáng)L3功能的方案中由PTN完成橫向流量的轉(zhuǎn)發(fā)，核心層對(duì)接CE路由器的方案由CE路由器完成橫向流量的轉(zhuǎn)發(fā)。3.1 核心層PTN增強(qiáng)L3功能技術(shù)方案L3 PTN實(shí)現(xiàn)TD-LTE回傳組網(wǎng)圖1所示。L3 PTN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)備引入簡化L3功能，通過靜態(tài)L3 VPN承載S1和X2業(yè)務(wù)。

圖1　核心層PTN增強(qiáng)L3方案承載TD-LTE組網(wǎng)示意圖

PTN核心設(shè)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(shè)備終結(jié)L2 PW，并通過IP地址網(wǎng)段劃分，對(duì)相同網(wǎng)段內(nèi)的PW進(jìn)行收斂，再通過靜態(tài)L3 VPN方式進(jìn)行L3路由轉(zhuǎn)發(fā)。通常，處于L3 PTN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L2 PTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)接的L3 PTN設(shè)備和與客戶側(cè)核心網(wǎng)設(shè)備對(duì)接的L3 PTN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L3 VPN路由技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)。

L3 PTN方案中較為重要的方案是保護(hù)機(jī)制和網(wǎng)元配置管理功能。保護(hù)機(jī)制方面，L2 PTN就具備靈活多樣的保護(hù)機(jī)制，如1：1/1+1 LSP，環(huán)網(wǎng)，雙歸等保護(hù)，因此L3 PTN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，提供抗多種故障場景的保護(hù)能力。

VRRP是L3網(wǎng)絡(luò)中的一種IP主備網(wǎng)關(guān)的保護(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)的互相保護(hù)。L3 PTN中VRRP的保護(hù)主要可分為以下兩個(gè)場景：

●場景一：面向客戶側(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2（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。

圖2　L3 PTN VRRP保護(hù)示意圖

●場景二：面向基站側(cè)的主備網(wǎng)關(guān)保護(hù)

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(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)。

此外，L3 PTN網(wǎng)絡(luò)中多種保護(hù)方式可相結(jié)合使用，VRRP可與雙歸和VPN FRR配合使用， VPN FRR也可與L2的線性、環(huán)網(wǎng)保護(hù)配合使用，保護(hù)機(jī)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(chǔ)上，在配置、故障、性能管理三大部分增加了L3相應(yīng)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(hù)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(xiàn)端到端L3 VPN路由計(jì)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(hù)的告警上報(bào)、定位功能，L2/L3橋接節(jié)點(diǎn)對(duì)L2/L3業(yè)務(wù)信息查詢及告警上報(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，還需新增針對(duì)VRF的L3 VPN業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)流量監(jiān)視及性能統(tǒng)計(jì)。