TD-LTE传送网保护方案

陈晓明，高军诗

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 前言

中国移动2011年在6城市开展TD-LTE规模试验以来，经过现网试验验证和论证研究，已经确定PTN核心层支持L3功能为TD-LTE回传网解决方案。在PTN核心层引入了L3功能后，PTN网络具备了基于IP地址转发的基本3层功能，同时也具备了一些基本的IP网络保护功能，而PTN的接入和汇聚层仍然维持2层功能，使用2层的网络保护功能，如何使PTN网络的2层和3层保护功能协调工作，提供完备的抗链路故障、抗节点故障的保护方案，是TD-LTE传送网研究的重点。在TD-LTE规模试验网阶段为解决核心网集中化设置需要建设跨地市的支持L3的PTN省内干线，网络的保护要从城域网延伸到省内干线，无疑又为TD-LTE的传送网保护方案提出了新的要求。

2 TD-LTE传送网保护方案整体架构

eNode B经过城域PTN网络的接入汇聚层到核心层，再经过跨厂家转接至PTN省内干线，最后经过落地PTN与核心网网元连接，LTE数据流经过了PTN网络的各个层面，综合考虑各个层面支持的协议、跨厂家对接以及核心网网元支持情况等的各种因素，TDLTE传送网络保护方案的整体框架如图1所示。

3 网络保护方案

从TD-LTE传送网网络保护方案整体架构可以看出，在网络的不同层面采取的保护方案不完全相同，下面就分别对各个层面的保护方案进行介绍。

3.1 eNode B至接入层PTN

eNode B设备与基站内接入层PTN设备之间直接用光纤连接，由于在同一机房内部，安全等级相对较高，因此eNode B和PTN之间没有采用保护手段。需要说明的是对接采用的是GE光接口，这也是由于LTE接入速率高带来的新要求。

3.2 接入层PTN至L3核心层PTN

3.2.1 保护方案

图1 TD-LTE传送网网络保护方案整体架构示意图

接入层PTN经过汇聚层至L3核心层PTN，这之间还是属于2层网络，保护方式还是主要基于2层的保护，但由于L3 PTN是作为eNode B的网关，两者之间也采用了基于L3的保护方案。按照图1的网络结构，具体配置方案如下：

（1）A配置A-B和A-C两条LSP，在这两条LSP中的PW配置为双归保护，其中A-B设置为工作PW，A-C配置为保护PW。

（2）A配置A-C-B的LSP，与A-B的LSP配置为LSP 1:1，其中A-B设置为主用LSP，A-B-C配置为备用LSP。

（3）B和C之间配置VRRP，其中B设置为主用，C设置为备用。从简化配置及管理考虑，也可使用部署相同IP/MAC方案。

这里需要说明的是，以上配置为双归和VRRP组合保护的一种配置方式，可能还有其他的配置方式实现该组合保护。

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）是属于IP网络的一种保护协议，由于是基于IP的保护，所以在PTN网络引入3层功能之前没有在传输送网中应用过。该协议将2个（或多个）设备组成为一个虚拟设备，对外使用一个IP地址，内部各个主机再设置不同的IP地址，例如对外使用10.100.0.1的虚拟IP地址，主机B为Master，使用10.100.0.2地址，主机C为Backup，使用10.100.0.3地址，两者之间通过心跳报文，获取对方状态信息，在主机B故障的情况下，由主机C接管，但对外仍使用10.100.0.1的地址，使下挂的网元没有感知。

由于VRRP协议设置较为复杂，为简化配置和管理，也可以将B和C设置为同IP/同MAC，由于B和C不处在同一广播域，相同的IP地址和MAC地址也不会造成冲突，下挂的基站也不需要与传输网内部的各种保护关联，只将对外的虚拟IP地址设为网关地址就可以。

3.2.2 故障分析

基于以上配置，从接入层PTN到核心层PTN之间可以形成一个抗链路失效和抗节点失效的网络。下面分析一下各种故障发生后，网络保护方案如何生效：

（1）链路失效：A-B之间链路故障，启动LSP 1:1保护，切换到A-C-B的LSP上。同样其他链路故障也是先启用LSP 1:1保护。

（2）节点故障：B节点故障，C节点通过VRRP接管B，数据分组通过A-C的PW切换C节点。

这里需要说明的是，为不造成带宽的浪费，双归保护和LSP 1:1保护可以共享保护带宽。

3.3 核心层L3 PTN之间

3.3.1 保护方案

核心层L3 PTN之间应该部署一个全Mesh的逻辑网络，各个节点之间均应该配置LSP，还要启用VPN FRR和LSP 1:1的保护策略。按照图1的网络结构，具体配置方案如下：

（1）配置VPN FRR：

B节点：B-D工作，B-C-E保护；

C节点：C-E工作，C-B-D保护；

D节点：D-B工作，D-E-C保护；

E节点：E-C工作，E-D-B保护。

（2）配置LSP 1:1：四个节点之间均配置LSP，并配置LSP 1:1。

3.3.2 故障分析

基于以上配置，在核心 L3 PTN之间可以形成一个抗链路失效和抗节点失效的网络。下面分析一下各种故障发生后，网络保护方案如何生效：

（1）链路失效：B-D之间链路故障，启动LSP 1:1保护，切换到B-C-E-D的保护LSP上。其他链路的故障也会启动LSP 1:1保护。

（2）节点故障：B节点故障，这时接入汇聚层至PTN L3的保护会联动，VRRP和双归保护启动，C节点接管了B节点，向上的数据流经过C节点转发至E节点，E节点再根据IP地址转发；D至B向下的数据分组由于B节点故障，这时VPN FRR启动，数据分组经过保护路径D-E-C至C节点，这样向上和向下的数据流都得到疏通和保护。

D节点故障，这时会启动VPN FRR保护，B发给D的数据分组通过保护路径B-C-E发给了E，E收到后再根据IP地址进行转发，而这时，向下的数据分组E节点收到后，可以在工作路径E-C-B发给B。D节点故障会引起向上连接的D、E、F、G节点之间的IP FRR保护。

同样，为不造成带宽的浪费，VPN FRR和LSP 1:1保护可以共享保护带宽。

3.4 跨厂家PTN间

3.4.1 保护方案

跨厂家PTN之间由于各自厂家之间的信令、参数和报文格式不一致，会导致通过NNI对接无法实现，所以在跨厂家PTN对接时建议采用UNI对接，PTN设备对接的接口输出的都是“裸”IP报文。跨厂家对接建议采用双节点的“口”字型对接，采用IP FRR保护，而由于跨厂家之间只能通过802.3ae或有光无光检测故障，所以建议在同一机房内部通过光纤进行跨厂家对接。

按照图1的网络结构，具体IP FRR配置如下：

D节点：主用下一跳：F，备用下一跳：E；

E节点：主用下一跳：G，备用下一跳：D；

F节点：主用下一跳：D，备用下一跳：G；

G节点：主用下一跳：E，备用下一跳：F。

3.4.2 故障分析

（1）链路失效：D-F之间链路故障，IP FRR保护启动，D节点的数据分组切换到D-E上，同样F节点的数据分组也切换到F-G上，E和G收到数据分组后根据IP地址进行转发。

（2）节点故障：D节点故障，相邻的F和E节点检测到故障后，会启动IP FRR。F节点会切换到保护路径F-G上，F节点至D的数据分组会经过G节点转发到E，而E节点这时会与核心层PTN的VPN FRR保护联动，下层到D的数据分组会发送到E，E收到后根据IP地址转发。

F节点故障，相邻的D和G节点检测到故障后，会启动IP FRR。D节点会切换到保护路径D-E上，这时向下的数据分组会通过上层的VPN FRR倒换到G节点，G节点会把数据分组通过工作路径发给E，E收到后会根据IP地址进行转发。F节点至D的数据分组会经过G节点转发到E，而E节点这时会在核心层PTN之间通过VPN FRR的工作路径E-C发给C。而D向上的数据会在保护路径D-E上发送，E在工作路径E-G上发给G，G节点再PTN省内干线上通过VPN FRR设置好的工作路径转发。

3.5 跨地市PTN间

3.5.1 保护方案

跨地市PTN应该是由同厂家PTN组成的一张省内干线网络，可以配置VPN FRR的保护。跨地市PTN的保护与核心层L3 PTN之间的保护类似。按照图1的网络结构，具体配置方案如下：

（1）配置VPN FRR：

F节点：F-H工作，F-G-I保护；

G节点：G-I工作，G-F-H保护；

H节点：H-F工作，H-I-G保护；

I节点：I-G工作，I-H-F保护。

（2）配置LSP 1:1：由于省内干线PTN网络应该是一个双星型的网络，因此F、G到H、I节点都应建立LSP，并配置LSP 1:1，即:

F-H工作，F-G-I-H保护；

F-G-I工作，F-H-I保护；

G-I工作，G-F-H-I保护；

G-F-H工作，G-I-H保护。

3.5.2 故障分析

（1）链路失效：F-H之间链路故障，启动LSP 1:1保护，切换到F-G-I-H的保护LSP上。其他链路的故障也会启动LSP 1:1保护。

（2）节点故障：F节点故障，根据前面介绍的保护方案，向上的数据分组会切换到G转发，而G会将数据在VPN FRR的工作路径G-I上发送给I节点，I节点会根据IP地址转到SGW或MME。H点到F向下的数据分组，会通过VPN FRR启用保护路径H-I-G，数据分组转给G，G会根据IP地址进行数据分组的转发。

H节点故障，这时会启动VPN FRR保护，H发给F的数据分组通过保护路径H-I-G发给了G，G收到后再根据IP地址进行转发，而这时，向上的数据分组F节点收到后，可以在保护路径F-G-I发给I，I节点会根据IP地址转到SGW或MME。

同样，为不造成带宽的浪费，VPN FRR和LSP 1:1保护可以共享保护带宽。

3.6 PTN落地设备与核心网网元间

为提高网络安全性，SGW和MME建议分别与两台PTN落地设备连接。两个落地PTN节点之间运行VRRP，SGW/MME上运行主、备方式保护。而由于SGW通常使用多链路双归接入核心PTN，考虑到核心网SGW需要部署负载分担，且某些核心网设备上不同端口的IP地址不能设置为同一网段，使得VRRP不能启用，这时核心层PTN可通过IP FRR方式提供双归保护，SGW上可配置主备路由。

4 结束语

通过上面的介绍，可以看出TD-LTE传送网的保护比以往的传送网保护复杂许多，在不同层面的保护方案也不同，而且不同层面之间的保护需要相互联动，之间任何一个环节出现问题，将会导致整体网络的保护失效。同时，TD-LTE传送网的保护还与IP地址和路由表的配置有直接关系，在某些节点故障时会导致收发不同路径，是否会造成1588V2的收发时延不一致还需要研究。TD-LTE传送网的保护方案中虽然没有创新技术的应用，但各种技术之间的组合使用还是属于首次应用，因此需要在更大规模的网络中进行验证，以发现其中的问题并改进。