面向TD-LTE的城域传送网承载策略研究

白鹭, 揭摄

(1 中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司, 合肥 230041; 2 解放军电子工程学院网络工程系, 合肥 230037）

中国移动根据实验网的测试情况和传送网技术发展体制，最终选择了PTN L3 VPN作为TD-LTE基站回传的传输方案，即充分利用现有汇聚、接入层的PTN网络，在核心层将PTN设备升级为具备支持简化L3 VPN的能力，能够进行基于IP地址的转发，以满足TD-LTE基站对S1的灵活调度以及对X2的IP转发的需求。因此，及早将TD-SCDMA网络向TD-LTE网络演进，提升中国移动在未来宽带移动市场、移动互联网市场和物联网市场的竞争力，是中国移动新时期应对竞争、保持技术领先优势的重要举措之一。

1 TD-LTE对传送网的新挑战

作为所有业务的统一承载网络，TD-LTE对传送网而言只是一种新业务，只是这种新业务与GSM、TDSCDMA相比，在带宽、流向、时延、同步和QoS等方面有不同的要求。目前以PTN为主要承载方式的传送网，已经初步具备了IP化业务的承载能力，同时其良好的QoS功能、强大的OAM能力、精准的时间同步方案也基本符合LTE的承载需要，但在灵活性和高宽带上有所不足。综合来看，TD-LTE对传送网的新挑战主要体现在以下两个方面。

1.1 要求传送网更灵活

TD-LTE网络扁平化的架构主要由eNode B和接入网关aGW两部分构成，而其中aGW作为核心网的一部分，包括三种功能实体：移动管理实体MME、服务网关SGW和分组数据网网关PGW。

对于传送网，主要需要考虑两种接口，即S1和X2。

S1是eNode B和MME/SGW之间的接口，由于TD-LTE引入了MME-Pool和SGW-Pool的功能，因此要求eNode B和MME/SGW之间能够创建多条采用多归方式的S1连接，从而使得eNode B可以同时归属于多个不同的MME和SGW。这对目前传送网端到端的静态电路配置提出了挑战。

由于eNode B承担了部分RNC的功能，当用户在相邻eNode B之间漫游时，要求能够在eNode B之间直接进行切换，因此在相邻eNode B之间建立了X2接口。虽然X2接口的带宽不大，通常为整个RAN带宽的3%～5%左右，但对目前传送网自下而上的纵向集中型组网提出了新的挑战，要求传送网还应具备一定的横向沟通的能力，或者达到“看似横向”的效果。

1.2 要求传送网带宽更大

在TD-LTE基站各小区的空口带宽基础上再考虑一定的传输封装效率（通常按照75%考虑），可以得出典型站型的传输带宽需求，如表1所示。

表1 典型TD-LTE站型的传输带宽需求

考虑到TD-LTE网络用户发展是一个渐进增长的过程，在初期用户较少情况下很难同时达到峰值带宽，因此应按照基站的平均带宽来进行传送网络规划。同时为了保证每个接入环的TD-LTE基站达到平均带宽的基础上，至少能够保证一个TD-LTE基站达到峰值带宽，则每个接入环还需额外预留240 Mbit/s带宽。

由于TD-LTE主要承载的是数据业务，且PTN网络具备统计复用的功能，所以带宽应在传送网的三层上进行逐层收敛。如果按照接入、汇聚和核心层2:1.5:1的收敛比考虑，表1中的典型站型对传送网各层面的平均带宽需求如表2所示。

表2 典型TD-LTE站型对传送网各层面的平均带宽需求

即使在传输上采用了平均带宽和统计复用的方法对TD-LTE的带宽需求进行了限制和收敛，但相比于GSM和TD-SCDMA几兆比特每秒、十几兆比特每秒的带宽，几十兆比特每秒的TD-LTE带宽还是不容忽视的，再加上重要集团客户业务，甚至家庭客户业务，传送网接入层和汇聚层的带宽压力变得非常明显。

2 面向TD-LTE的城域传送网解决方案

既然TD-LTE对城域传送网的挑战主要体现在灵活性和高带宽方面，那么现阶段，面向TD-LTE的城域传送网解决方案就必须从这两方面入手。简单说来，灵活性主要针对PTN的核心层，高带宽则主要针对PTN的汇聚层和接入层。

2.1 采用L3 VPN PTN提高灵活性

随着PTN+CE和L3 VPN PTN孰优孰劣的讨论声逐渐平息之后，中移动采用L3 VPN PTN方案已成为不争的事实。但在这一大方向下，基于各地维护力量、核心网元局址设置、传送网架构的不同，L3 VPN PTN的具体实施方案还是需要认真考虑的。

以某市L3 VPN PTN组网方案为例，目前主要有以下两种方案。

背景：MME/SGW只设置在核心节点W；城域传送网采用PTN+OTN的组网架构，即自下而上采用PTN接入环+PTN汇聚环+OTN汇聚环+OTN核心环+PTN落地设备。

2.1.1 方案1

(1) 方案描述（如图1所示）。

① 分区域选择核心节点D、核心节点Y、核心节点W三个节点新增L3 PTN设备，使得每个区域的L2 LTE电路在汇聚层OTN上即可终结；

② 在核心节点D、核心节点Y、核心节点W三个节点的L3 PTN设备之间，新建10 GE PTN核心环，主要用于调度各区域内LTE基站之间的X2电路（X2电路带宽很小，一个10GE环可以满足要求）；

③ 在核心节点D、核心节点Y、核心节点W的L3 PTN设备和L3 PTN落地设备之间新建直达链路，主要用于上传各区域至MME/SGW的S1电路（通过核心层OTN承载）。

图1 L3 VPN PTN组网方案1

(2) 主要的优点：

① L2 LTE电路在汇聚层OTN上即可终结；

② X2电路只在OTN汇聚层和PTN核心环上调度，不占用核心层OTN的带宽；

③ L3的处理能力多套设备分担；

④ 核心层L3域搭建完成之后，核心层保持相对稳定，MME/SGW设置局点的变化对传送网不造成影响。

(3) 存在的不足：

① L3域较大，对于初次引入L3概念的传送网，不确定的风险较大；

② 核心节点D、核心节点Y、核心节点W存在单节点失效业务全阻的风险，即使L3 PTN可以设置一对，但OTN还是单节点。

2.1.2 方案2

(1) 方案描述（如图2所示）：只在核心节点W新增一对L3 PTN落地设备，启用三层功能。

图2 L3 VPN PTN组网方案2

(2) 主要的优点：

① L3域小，对于初次引入L3概念的传送网较为稳妥；

② 现有传送网各层结构不变，只在核心节点W新增一对L3 PTN落地设备即可。

(3) 存在的不足：

① 对核心节点W的L3 VPN PTN设备处理能力要求较高；

② X2电路要经过所层面，最终到核心落地设备上转接，效率不高；

③ 如MME/SGW更换或新增局址，则方案二需要向方案一演进；

④ 两套设备依然存在风险。

2.1.3 方案比较

两种方案在技术上都是可行的，主要差异在于L3域的部署范围上。方案1在主要核心节点的PTN上都启用了L3功能，使得网络更加灵活高效，但代价是维护难度的加大；方案2只在设置了MME/SGW的核心节点的PTN上启用了L3功能，使得网络结构简单、便于管理和维护，但网络灵活性和可扩展性不足。

因此，对于核心机房众多且维护力量雄厚的大型城市，可考虑采用方案1；而对于只有1～2个核心机房且维护力量较弱的中小型城市，可先考虑采用方案2，后期可根据LTE网络的实际发展情况向方案一演进。

2.2 通过各种手段提高汇聚、接入层的承载能力

2.2.1 汇聚层

以一个汇聚环接入80个LTE宏站和60个LTE室分为例，则汇聚环的新增带宽就达到了7 500 Mbit/s，由此可以预见，对于密集城区的10 GE PTN汇聚环是难以满足LTE接入需求的。目前比较可行的解决方案有增加PTN汇聚环数量和OTN延伸覆盖两种。

早在2009年的《中国移动全业务城域传送网建设指导意见（试行）》中就已明确，PTN网络是承载以IP为主的2G/TD-SCDMA/TD-LTE及QoS等级高的集团客户业务的主要平台，但目前很多汇聚层，甚至接入层还承载了一些家庭用户和QoS等级较低的集团客户业务，这些业务吞噬了PTN网络大量的带宽资源。因此为了保证TD-LTE这一必须由PTN来承载的业务的接入需求，当务之急是通过OTN的延伸覆盖，将OLT的上行电路直接接入OTN系统，而无需借道PTN，从而释放PTN的带宽资源。

剩下的各类基站业务，以及QoS等级高的集团客户业务，则可以采用同路由双10GE汇聚环和不同路由新建10GE汇聚环的方法，提高汇聚层的承载能力。

2.2.2 接入层

以一个接入环接入8个LTE宏站和6个LTE室分为例，则接入环的新增带宽就达到了1 000 Mbit/s，由此可以预见，对于密集城区的GE PTN接入环是难以满足LTE接入需求的。除去全新建，目前比较可行的解决方案有拆环、双GE接入环、升级为10GE接入环3种。拆环和双GE接入环均需要再占用1对纤芯；拆环和升级为10 GE接入环均需要影响到现网业务；双GE接入环和升级为10 GE接入环均需要考虑设备端口和性能是否满足要求。

由此可见，没有一种解决方案是百利而无一害的，都有限制条件和影响程度。综合来说，个人建议按照如下优先级考虑：

(1) 具备升级条件的，优先选择升级为10GE接入环的方案；

(2) 如不具备升级条件，接入环总带宽在2 GE以内，且具备光纤资源的，选择双GE接入环方案；

(3) 如不具备升级条件，接入环总带宽在2 GE以上，或不具备光纤资源的，则需要新建部分光缆段落，从原接入环上摘出一些站点，结合新建站点重新组建接入环，新建接入环应是10GE的；

(4) 对于某些特殊光缆结构，也可采用对半拆环的方法，但隔点拆环的方法不推荐。

3 困难与建议

上述解决方案是基于现有网络架构和基础资源的，能够满足当前和今后一定时期内LTE的承载需求；相比于全新建LTE承载网，对现网的优化和扩容具有投资较低、工期较短的优势，但有些困难是难以避免的，这也是传送网在发展过程中无法回避的阵痛。

3.1 设备改造、网络升级难度大

无论是L3 PTN设备升级，接入环拆环，还是升级为10GE接入环，都是对现网安全性和稳定性的挑战。PTN本身的复杂性以及我们对PTN相关操作的不熟练，都将加大工程难度。

3.2 管线资源紧张

通过2009年引入PTN、2010年大规模发展全业务，市区的管道和纤芯资源消耗严重，而提高汇聚、接入层的承载能力，必须以充足的管线资源作为保障。另一方面，市区某些站点光纤接入困难，一直采用微波方式解决2G、TD-SCDMA的传输问题，但面对LTE的IP化传输需求则显得无能为力。

3.3 电源、承重、机房空间等配套系统压力大

随着SDH/MSTP、PTN、OTN、OLT等多套设备的叠加，电源和机房空间问题日益凸显，电源改造又对承重提出了更高的要求。

面对这些困难，我们建议设备厂家能尽快研发出具备批处理功能的工具软件来提高网络升级改造的效率，通过IP化的微波解决没有光纤的问题，生产更紧凑、更节能的设备来缓解配套系统的压力。

4 结束语

TD-LTE网络相比TD-SCDMA网络呈现出更高的带宽、更精细的QoS策略、更复杂的业务调度和网络自组织等特性，对传送网提出了更高的要求。为了应对这些挑战，传送网必须向具有高带宽、三层功能、灵活业务控制的方向演进。本文通过对于面向TD-LTE城域传送网的承载策略的探讨，希望可以抛砖引玉，对大规模展开的TD-LTE传送网建设有所借鉴。

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