TD-LTE网络PTN传输承载方案设计

杨永昌，岑晓军

（中国移动通信集团重庆有限公司，重庆 400000）

TD-LTE网络PTN传输承载方案设计

杨永昌，岑晓军

（中国移动通信集团重庆有限公司，重庆 400000）

PTN网络将成为中国移动的下一代光传送网络。文章将从TD-LTE的传输承载需求、建网思路、组网规划原则和LTE承载方案四个方面，并结合中国移动TD-LTE网络华为PTN回传技术的网络实际部署情况，对华为PTN的TD-LTE回传承载网络解决方案进行简析。

TD-LTE；PTN；传输承载

中国移动经过几年的PTN基础传送网络和TDLTE网络的建设，TD-LTE网络的覆盖能力和PTN基础传送网络已经初具规模。根据现网部署效果来看，PTN传送网络的确满足作为替代SDH技术成为下一代传送网络的主要技术要求。

1 TD-LTE承载需求分析

1.1 S1接口承载要求

图1 S1接口传输承载需求示意图

S1是eNodeB和aGW之间的接口，如图1所示，包括：

1）S1-U接口：连接eNodeB和SGW，用于承载用户面数据。

2）S1-C接口：连接eNodeB和MME，用于承载控制面数据。

1.2 X2接口承载要求

如图2所示，TD-LTE网络引入了X2接口，X2接口为相邻eNodeB间的逻辑接口。支持UE在不同eNodeB间漫游时，业务流可以在eNode B之间直接进行交换，降低转发时延。

1.3 承载时延需求

1）要满足LTE的呼通率、服务质量，S1逻辑连接的承载延时要求2～20ms。

2）要满足用户业务的小区切换需求，X2连接的承载延时要求10～20ms。

1.4 同步要求

LTE网络除了频率同步要求外，还需要时间同步，精度要求为±1.5us。

1.5 承载带宽需求

1）S1接口带宽

基站使用单频段时平均带宽约为86M,峰值带宽为136M；双频基站平均带宽为172M，峰值带宽为272M。 在网络规划和建设时，PTN接入层、汇聚层、核心层PTN传输带宽可按比例适当收敛。

2）X2接口带宽一般为S1接口的5%。

2 整体建网思路

在网络接入汇聚层仍然采用PTN L2VPN的组网技术，对LTE业务进行分流；在核心PTN节点上终结L2，接入L3。TD-LTE网络PTN整体建网如图3所示。

LTE接口流量如图4所示，对于S1接口，通过接入汇聚层的管道送到核心层PTN设备，核心层PTN设备再通过L3VPN转发到相应的SGW/MME，包括本地的和远端的。对于X2接口，先通过接入汇聚层的管道送到核心层PTN设备，核心层PTN再通过L3VPN转发到接入汇聚层的管道，向下传送到目的基站。

3 组网规划原则

3.1 本地市部署SGW/MME

图5 EPC下沉时PTN组网示意图

EPC下沉时PTN组网如图5所示，此时PTN采用三层网络结构：接入层、汇聚层、核心层。接入、汇聚层采用环拓扑结构，环之间采用双节点接入。

1）对于业务量小的区域，可以组建GE环，对于业务量较大区域可以直接组建10GE环或对原有GE环进行裂环、叠环或环升级。

2）核心层:核心层PTN采用L3VPN组网。当核心层节点多于4个时，建议设置2个核心节点，对核心层进行组网和连接。汇聚核心节点与核心节点间采用口字型互连。若SGW/MME部署了跨机房备份，则可以部署两对核心节点，核心节点间采用口字型互连。核心节点也可以同时作为汇聚核心点，下挂汇聚环。

3.2 SGW/MME省市集中部署

在LTE的建设中，由于规模及集中考虑，SGW/MME可能会集中部署在省会/中心城市，其他地市需要跨城域访问SGW/MME如图6所示，此场景下：

1）接入节点、接入汇聚节点：规划原则与本地市有SGW/MME场景一致。

2）核心层：核心层PTN采用L3VPN组网，支持城域内X2流量调度，部署一对核心PTN，作为城域出口与SGW/MME互连，并用来进行流量/端口汇聚及S1流量调度。

核心PTN与跨城域分组传送网间可使用口字型互连，业务层面使用Native IP背靠背对接。

4 LTE承载方案

4.1 转发

4.1.1 本地市部署SGW/MME

场景一：核心PTN节点直连SGW/MME

图7 LTE业务转发示意图1

图7、图8简单示意了LTE业务以太报文的处理过程。主要涉及三个部分：

1）LTE的报文在PTN接入汇聚层，使用以太专线业务。

2）在核心节点上，以太专线业务终结在L2VE接口上，再通过L3VE接口进入L3VPN转发。

3）核心节点间，通过L3VPN转发。4.1.2 SGW/MME在异地

SGW/MME在异地，核心PTN通过跨城域分组传送网连接SGW/MME。核心PTN与跨城域分组传送网间使用Native IP背靠背对接。具体以太报文处理过程与5.1.1相同，不再赘述。

4.2 规划

IP规划参考示意图如图10所示，建议如下：

1）基站IP地址需要和承载网统一规划和分配。

2）推荐S1，X2，OM业务采用同一个IP(源）地址。多种业务不做隔离，网络只需要配置一个VPN实例，运维简单。也可以S1/X2使用一个IP，OM使用一个IP，此时需要部署两个L3VPN实例。

3）一组基站分配一个网段， 基站可采用26位网段IP地址。实际部署中，前几个IP分配给网关及预留。推荐从后往前使用IP。

4）通常SGW/MME会配置逻辑IP，因此需要在核心PTN节点上为SGW/MME配置静态路由。

5）如果基站配置逻辑IP，则需要在L3PTN上为每基站配置静态路由，逻辑IP的配置和维护复杂，不推荐使用。

6）双归L3VE子接口上IP、相同MAC，作为eNodeB的网关。

7）L3VE子接口可以支持批量终结VLAN功能，因此多个ETH PW终结后可接入同一个L3VE子接口，这样一个L3VE子接口可做为多个eNodeB的网关，节省IP的同时也减少了L3VE子接口的配置。

4.2.2 VLAN规划

在LTE承载中，VLAN已经不具备端到端意义，仅仅是业务的局部标识。VLAN规划给无线基站带来配置和维护的负担，因此不推荐无线与承载网端到端规划VLAN。下面分四种方案分别介绍：

1）所有LTE基站带相同VLAN

PTN通过VLAN映射PW，适用于3G、LTE共端口接入。

PTN通过端口映射PW。

3）每基站每VLAN

继承3G VLAN规划方式。承载网与无线统一规划。

4）每基站每业务每VLAN来承载主备PW；汇聚核心PTN间部署一条LSP，用来承载DNI PW。DNI PW需要配置LSP APS 1:1保护。

核心层：根据L3的连接关系部署汇聚核心/核心节点间 LSP，每一条LSP部署APS 1:1保护。核心层PTN节点间部署了多条物理链路时，则需要在每链路上逐条创建LSP，并通过隧道策略配置，将流量引导至多条LSP上。

4.2.4 QoS规划

图14 VLAN规划示意图4

S1/X2共用一个VLAN，OM用一个VLAN,不同的基站使用不同的VLAN 。

方案一、方案三、方案四：对应配置接口封装类型：802.1Q；业务分界标签：Service；PW类型：Raw。

方案二：对应配置接口封装类型：Null；业务分界标签：User；PW类型：Raw。4.2.3 LSP规划

LSP规划如图15所示，接入、汇聚层：需要从接入PTN至汇聚核心PTN节点间部署两条LSP，用

QoS规划如图16所示。

1）无线

根据业务类型设置DSCP、802.1p值。

2）接入汇聚层

若基站过来的报文携带VLAN，则根据基站打上的802.1p值，映射到LSP、PW的EXP中；若基站过来的报文不带VLAN，则根据DSCP值映射到LSP、PW的EXP中，途经网元根据EXP值进行优先级调度。

3）核心层

核心层PTN终结L2报文还原出Native ETH报文，再将DSCP值映射到外层LSP的EXP中，途经网元根据EXP值进行优先级调度。在PTN网络出口，将DSCP映射到ETH 802.1p中，传递给MME/SGW。

在PTN网络的入口，将802.1p映射到EXP中，途经网元根据EXP值进行优先级调度。如果SGW/MME的报文不带VLAN，则直接通过DSCP映射到LSP的EXP中。

4.2.5 基站自开站功能

LTE基站上电后，需要通过DHCP协议从DHCP服务器自动获取IP地址。承载网络要能够传输基站与DHCP服务器之间的DHCP报文。

当 eNodeB（DHCP Client） 到 SGW（DHCP Server）之间是个三层网络时，eNodeB的网关路由器必须要支持DHCP Relay功能，PTN E2E方式是一个L2+L3的承载方案，因此在汇聚核心PTN设备上需要支持DHCP Relay(DHCP 中继)功能。

缺省情况下，DHCP中继无法识别从同一个终结子接口接入的不同用户的VLAN信息，在转发DHCP回应报文时只能选择VLANID最小的基站进行回应，导致其他VLAN的基站都无法获得IP地址。因此需要在PTN上进行相关配置，使得PTN能够识别从同一个终结子接口接入的每个基站，并将DHCP服务器的DHCP回应报文转发给每个基站。分两种情况：

1）若DHCP Server支持Option 82，优先在CE上使能Option 82选项，来区分不同基站的DHCP请求报文。

2）若DHCP Server不支持Option82，则在CE子接口上使能记录DHCP上线用户物理位置信息功能。(需要保证在L2/L3节点上，DHCP 报文上下行路由一致)

4.2.6 SGW/MME对接方案

SGW通过主备静态路由方式双归接入PTN，PTN上需要配置IP、VPN混合FRR，保护与SGW相连链路故障。需要配置BFD for 端口检测链路故障。考虑到后续的端口扩容，需要在SGW上配置10GE以太链路聚合组分别与两PTN对接，最小可用链路数配置为以太链路数。若配置了负载分担，最小链路可用数可适当放宽。

MME双归接入PTN：MME通过主备端口方双归接入PTN， PTN上需要配置VRRP(over VLANif)作为MME的网关。通过GE端口自协商功能检测物理层故障，ARP探测检测逻辑故障。

4.3 保护

4.3.1 保护方案总览

图19 保护方案总览图

1）L2网络：使用MC-PW APS+MC LAG进行双归节点保护。

2）L3网路：使用VPN FRR、LSP APS 1：1、混合 FRR

（1）LSP APS 1:1用于保护 L3网络内部节点/链路故障；VPN FRR用于双归节点故障保护。

（2）需要混合FRR支持VE接口、SGW接入链路故障。

3）SGW双归接入PTN：SGW通过主备路由方式双归接入PTN，需要配置BFD检测链路故障。

4）MME双归接入PTN：MME通过主备端口方双归接入PTN，PTN上需要配置VRRP(over VLANif)作为MME的网关。通过GE端口自协商功能检测物理层故障，ARP探测检测逻辑故障。

5）PTN跨城域接入SGW/MME时：城域出口PTN节点上需要配置混合FRR保护与跨城域分组传送网间对接链路。

6）如果城域部署了PTN over OTN，并且在OTN上部署了保护，则需要在PTN相关的保护上配置hold off。

4.4 同步

对于现网PTN已经部署了时间同步的情况而言，若仅在核心层引入PTN6900支持LTE承载后，原有的同步方案不需要变更。如中国移动，LTE基站部署GPS或仍然从核心PTN3900节点外接GPS时间源，通过1588v2、同步以太方式传递时间给3G/LTE基站。后续，若对PTN接入、汇聚层进行扩容，物理上仍可接入原有的同步网，则仍考虑从原同步网中同步时间及频率。

4.5 DCN

DCN网络由网管(U2000)、网关网元(GNE)和非网关网元(NE)及它们之间的连接线路或网络构成。网管能直接按设备IP访问“网关网元”，通过“网关网元”可以访问其管理的“非网关网元”。

网管和主备GNE之间通过TCP/IP通讯，网管和非网关网元NE之间的交互需要通过GNE进行转换，GNE和NE之间的通讯使用UDP通信；大多数场景PTN为现存网络演进，建议接入汇聚环的DCN方案不做变化，即U2000至汇聚接入环的外部DCN网络，GNE选择和对应NE网元不变化，选择汇聚环的PTN3900设备作为主备GNE,其它网元作为普通网元，保持PTN3900的DCN组网规模进行部署和保护。

若接入/汇聚环插花式接入网关网元节点时，应考虑将DCN域划开，在网关网元节点上需要部署DCN穿通(PTN6900需要部署本地CCC业务，进行DCN穿通)，将两个DCN域隔离开。

PTN6900位于核心层设备，不存在远程开局要求，考虑到部署/运维简洁性，建议采用管理平面DCN方案进行管理；PTN6900的管理要求U2000和PTN6900 IP可达，考虑DCN保护，建议外部DCN网络和PTN6900环网口字型组网，如果外部DCN是三层网络，则在PTN 6900上配置主备静态路由，如果外部DCN是二层网络，则配置VRRP对PTN 6900网关网元进行保护。

为避免PTN3900和PTN6900 DCN域拉通，建议PTN3900和PTN6900去使能DCN接口。但存在一个限制是：PTN6900支持作为网关网元，与PTN3900、1900 互通组网；PTN6900不支持作为普通NE网元登陆。

5 结束语

使用PTN承载TD-LTE业务是目前中国移动LTE传送网建设的主要技术手段。在实际网络建设、维护和优化过程中一定还会遇到各类问题，只有通过在实际应用中的不断摸索和推进，才能将PTN网络打造成一张圆满解决LTE分组业务回传的优质传送网络。

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Design of PTN transmission bearing scheme for TD-LTE

YANG Yong-chang, CEN Xiao-jun
(China Mobile Group Chongqing Co. Ltd.，Chongqing, China 400000)

The PTN network will become the next generation optical transport network of China Mobile. Combining with the actual network deployment situation of Huawei PTN backhaul technology, this paper analyzes the TD-LTE backhaul bearing network solution of Huawei PTN from four aspects: the TD-LTE transmission bearing demand, network planning thought,networking principles and LTE bearing scheme.

TD-LTE; PTN; transmission bearing

10.3969/j.issn.2095-7661.2014.02.001】

TN929.5

A

2095-7661(2014)02-0001-06

2014-04-30

杨永昌（1974-），男，重庆人，高级工程师，硕士，研究方向：传输与接入。