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基于TD-LTE业务承载的PTN网络规划
文章来源:本站原创  发布时间:2014-10-28  浏览次数:1697
作者:徐  楠
(沈阳市电信规划设计院(有限公司)  110021)
【摘 要】分析TD-LTE对传送网的需求,提出关键问题的解决方案,并给出基于TD-LTE业务承载的PTN网络规划方案。
【关键词】TD-LTE  PTN  网络规划
引言
      TD-LTE作为TD-SCDMA演进的技术,具有IP化、网络结构扁平化等诸多特点,对传送网提出了新需求。本文主要针对LTE网络特点,从承载需求出发,提出关键问题的解决方案并进行方案比选,最终给出大中型城市基于TD-LTE业务承载的PTN网络规划方案。
1 TD-LTE网络结构及特点
1.1 系统架构
      E-UTRAN由eNodeB构成,eNodeB之间由X2接口互联,每个eNodeB又和演进分组核心网(EPC)通过S1接口相连。S1接口的用户面终止在服务网关(S-GW)上,S1接口的控制面终止在移动性管理实体(MME)上。控制面和用户面的另一端终止在eNodeB上。
图1  LTE与2G/3G网络模型对比
1.2 特点
      网络结构全IP化:核心层取消了CS(电路域),全IP的EPC支持3GPP、非3GPP各类技术统一接入,实现固网和移动融合(FMC),灵活支持VoIP及基于IMS多媒体业务。
      网络架构扁平化:取消了之前定义的RNC,eNodeB直接接入EPC,从而降低用户可感知的时延,大幅提升用户的移动通信体验。
      引入了两个接口:X2是相邻eNodeB间的分布式接口,主要用于用户移动性管理;S1-Flex是从eNodeB到EPC的动态接口,主要用于提高网络冗余性及实现负载均衡。
2 回传网面临的问题及解决方案
2.1 LTE回传网面临的新挑战
2.1.1横向流量
      S1-Flex和X2的多点间横向流量是对传送网的最大挑战。原有的2G/3G一个BTS/NodeB只能归属于一个BSC/RNC,而BTS/NodeB之间是无连接的。2G/3G流量呈汇聚型。而LTE技术中S1-Flex和X2均是基于IP寻址,一个eNodeB同时归属于多个S-GW/MME,eNodeB之间通过x2接口相连。S1-Flex要求实现负载分担和冗余保护;而每个eNodeB在非理想的小区覆盖下,相邻的eNodeB约有10个左右,X2的连接数量很大。LTE的流量是呈MESH状的。这就要求回传网由原有的点到点汇聚型组网转变为多点到多点的路由型组网。
2.1.2带宽需求
      TD-LTE基站的传输带宽需求是现有TD-SCDMA带宽需求的至少10倍。原有TD-SCDMA基站带宽需求约20~30M,而LTE(S111)基站平均带宽约80M,峰值带宽达320M。这就要求传送网具备统计复用的功能,对传输带宽进行逐级收敛,将设备投入控制在合理范围内。
2.1.3时延要求
      LTE需要更多的Qos等级和更小的时延。根据3GPP规定:空口(UE→eNodeB,含eNodeB处理时延)最小30ms;传输(包括eNodeB→S-GW及S-GW/PDN-GW之间单向传输)时延为10ms;核心网(S-GW和PDN-GW,一般合设)时延为10ms;X2时延暂定20ms。
2.1.3同步要求
      网络同步更加依赖传送网来完成。LTE由于受频点影响,覆盖能力上小于2G/3G,意味着将需要更多的基站来补充覆盖,地面同步技术相比GPS,全网采用1588v2可以使投资更低,并可作为GPS失效时的同步保护方案。
      无线宽带另一个主要应用场景是室内,由于GPS无法穿透屋顶,室内基站的同步需求也必须依赖传送网来满足。
2.2 关键问题解决方案
2.2.1横向流量疏导方案
      城域内S1-flex、X2流量为多点到多点的MESH状,需要引入L3即IP路由转发功能完成流量疏导。从网络层次来看,PTN L3 VPN可以只部署在核心层,也可以从核心层一直部署到接入层,但是从网络复杂度、传送质量、可扩展性、可维护性、成本、成熟度等多个网络实际商用维度的对比分析可以得出,传送网仅在核心调度层部署L3 VPN是综合最优的L3 VPN部署方案。
2.2.2带宽需求解决方案
      调整原有PTN速率,接入层升级至10GE系统,核心汇聚层升级至40GE系统。在汇聚层引入OTN,对流量进行疏导和调度。启用Qos策略,充分发挥PTN统计复用的优势。
2.2.3时延解决方案。
      新的L3 PTN核心层网络节点覆盖做详细规划,有效控制节点数量和路由表规模,以减少由路由转发引起的时延。通过Qos将时延敏感的流量设置高优先级,保证端到端时延。
2.2.4时间同步方案。
      频率同步,通过同步以太网由物理层传送。时间同步,通过1588v2地面传送的方式为LTE基站提供高精度的时间同步。
3 大中型城市LTE-PTN传送网规划方案
3.1 总体原则
      采用核心层L3 PTN方案组网。PTN汇聚、接入层设备沿用现有L2 VPN分组转发功能,采用以太网伪线的方式为基站提供到核心层PTN节点的二层传输管道;PTN核心设备(含落地设备)支持L2到L3的桥接功能和静态L3 VPN功能,以满足TD-LTE基站接入中本地的S1和X2业务承载,并提供OAM和网络保护。
图3  PTN静态三层方案承载TD-LTE组网示意图
3.2核心层组网方案
      PTN核心层设备(含落地设备)原则上通过升级方式支持L3 VPN功能,实现基于IP地址的电路调度。 PTN核心层设备负责将X2接口信息按照IP地址转发相邻基站,将S1接口信息按照IP地址转发给       SGW/MME或SGW/MME pool中相应的SGW、MME,以实现多归属需求。
      核心层PTN设备交换容量不小于320G。对于大中型城市,核心层推荐采用交换容量640G以上的40GE PTN系统,并且根据业务需求建设多套OTN系统进行流量分担。
3.3汇聚层组网方案
      汇聚层仍采用L2 VPN分组转发功能,采用以太网伪线的方式为基站提供到核心层PTN节点的二层传输管道。
      对于大中型城市,汇聚层建议采用40GE PTN设备组建环网,节点交换容量不小于320G。汇聚环带宽利用率超过70%时,可扩容一套PTN系统。根据业务需求,可考虑在汇聚层新建OTN系统,疏导汇聚层流量。
3.3接入层组网方案
      大中型城市密集城区PTN接入层建设应以10GE接入环为主;普通城区或市县郊区应以GE接入环为主,现网GE环带宽不足时,应优先通过调整接入环节点数量满足带宽需求。
      为降低10GE接入环建设成本,应优先选择10Km的光模块,传输距离较长时可选择40Km光模块,不建议选择80Km的光模块。
      基站接入环应尽量考虑上联至同一汇聚环的两个汇聚节点,尽量不跨汇聚环接入,以方便电路调度及维护。基站接入PTN设备与eNodeB连接应使用GE光接口。
3.4网络保护方案
      接入层PTN设备到核心层PTN设备之间的L2 VPN应采用端到端LSP 1:1 保护。为防止连接基站的核心层L3 PTN节点失效,应采用双节点上联的方式,两个核心节点之间运行VRRP,接入层的PTN用PW双归的方式连接至一对核心层PTN,不同的核心层PTN之间采用VPN FRR进行保护。核心层L3 PTN网络内部P节点和链路失效时,仍可采用PTN线性保护。为防止连接落地设备的核心层PTN节点失效,应采用双节点保护的方式,两个核心PTN节点之间运行VRRP,核心层的PTN采用VPN FRR,接入链路运行二层链路捆绑保护。核心层PTN设备与落地设备之间的接入链路应采用二层链路捆绑的方式保护。
3.5带宽规划及流量统计复用
      对于PTN传输网络的各个层面,需综合考虑业务的统计分布特性、业务质量保证和投资效益等因素,PTN系统各层面的带宽规划按照下表取定。由于TD-LTE主要承载数据业务,建议在PTN网络中采用逐级收敛方式提高承载效率,目前接入/汇聚/核心收敛比按照4:3:2进行设置。
 
      在PTN网络中,每个基站的LSP属性按照下表中参数设置。其中CIR按照核心层平均带宽设置,PIR按照无线侧峰值带宽设置。
3.6同步方案
3.6.1时间服务器连接方案
      从核心层选取两台PTN或者OTN设备分别连接到主备用时间服务器,保证本地传送网内任一个LTE基站能够获取主备用2台时间服务器的信号。传输设备接入时间服务器时,采用主备用连接方式,即同时采用一个1PPS+TOD接口和一个PTP接口连接,主用1PPS+TOD接口。
3.6.2时间同步传送方案
      传送网内任一台PTN和OTN设备应具备并开通同步以太频率同步和1588v2时间同步功能。对于1588v2报文,中间节点应采用边界时钟(BC)通过one step组播模式传送。传输设备节点应进行上下行光纤不对称补偿,保证到达基站的时间精度。
3.6.3传输设备与基站连接方案
      PTN接入设备通过1588以太接口或者1PPS+TOD接口向TD-LTE基站传送时间信号。
4 挑战与后续工作
      核心层L3 PTN网络需要增强现有网管功能,反映L2与L3业务映射关系,并且应对传输运维人员进行L3维护能力的培训。
5 结束语
      TD-LTE系统采用的关键技术给传送网带来了多点间横向流量、更大的带宽需求及更严格的时延和同步要求。本文通过分析如何满足TD-LTE网络的传输需求,对在PTN网络引入L3功能进行了分析和方案比选,得出了优选方案,并给出了大中型城市基于TD-LTE业务承载的PTN网络规划方案,为类似场景下的PTN网络规划提供一定的参考。
参考文献
[1] 3GPP长期演进(LTE)技术原理与系统设计.人民邮电出版社,2008.
[2] PTN-IP分组化传送. 北京邮电大学出版社,2009.
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