TD-LTE EPC组Pool传送方案研究

王应波，张华荣

(1 中国移动通信集团广东有限公司，广州 510620;2 广东省电信规划设计院有限公司，广州 510630）

为推进4G业务的规模商用，中国移动全面开展4G网络建设，2014年底LTE基站数将超过50万。TDLTE的规模建设，以及LTE核心网EPC集中化，组Pool等需求，对传送网提出了新的挑战。本文从现状出发，讨论及分析EPC组Pool需求，给出适用于中国移动的传送网组网方案，为即将开展的LTE网络建设提供参考。

1 LTE回传PTN网络现状

目前，LTE核心网EPC（MME、SGW）采取区域集中设置，LTE基站（eNode B）通过PTN回传至EPC，如图1所示，分两种情况。

图1 LTE回传现状示意图

（1）区域中心地市（即放置EPC的地市），eNode B基站通过“本地PTN”回传：基站首先经过接入层、汇聚层回传至L2/L3 PTN设备，L2/L3设备连接至L3 PTN设备，L3设备与EPC同机楼相连。L3、L2/L3设备均成对设置(同机楼成对设置)，目前现网仅有一个EPC机楼，一对L3设备，有多对L2/L3设备，L2/L3设备分别汇聚各自片区的汇聚环、接入环。

（2）非区域中心地市（即未放置EPC的地市），eNode B基站通过“本地+省干PTN”回传至EPC。本地PTN部分的结构与区域中心地市相同，同样经过接入层、汇聚层、L2/L3，汇聚到本地L3设备，不同的是，还需经过省干L3设备传送，最终到达EPC。

2 EPC组Pool的传送需求

随着TD-LTE的规模发展，为满足EPC的装机需求，以及网络容灾需要，EPC将增加新的机楼，不同机楼的EPC组Pool。即各区域MME根据覆盖情况组MME Pool；各区域SAE-GW根据覆盖情况组SAEGW Pool,所有的eNode B须与Pool内所有的MME、SAE-GW进行全连接。EPC组Pool的原理简述如下。

eNode B基站开通时，OMC-R将Pool内所有MME、SGW的IP地址下发到eNode B。eNode B通过该地址，与所有MME建立起STP连接。通过STP连接，MME将SGW的负荷情况实时传递给每一个基站。当一个用户向基站申请服务时，基站根据SGW的负荷情况，通过特定算法计算，给该用户分配服务的SGW，最终用户与SGW建立连接。

从上述过程可看出，eNode B基站与Pool内所有MME、SGW进行实时连接，与MME是全量的信令流连接，与SGW是负荷分担的业务流连接。当传输线路中断或某个EPC网元故障时，会进行相关资源的重新分配，不会引起用户服务中断，实现了一定程度上的容灾功能。

图2 方案1组网结构示意图

3 EPC组Pool的传送方案

对于EPC组Pool需求，传送网需实现基站与Pool内所有MME、SGW的实时连接，具体实现方案有“核心L3设备之间互联”、“新增调度L3”以及“L2/L3设备与核心L3设备之间全互联”3种。

3.1 方案1：核心L3设备之间互联

如图2所示，在新增EPC（MME、SGW）的机楼新增一对核心L3 PTN设备（图例所示为新增2个EPC机楼，达到3个），与EPC同机楼相连；核心L3设备之间互连，保证每对L2/L3与每对核心L3之间逻辑可达。如存在两个PTN设备厂家，可叠加建设一个相同结构的核心L3互联结构，分别负责汇聚各自厂家的L2/L3设备，EPC网元与两个PTN厂家的L3设备分别对接，完成异厂家汇聚。

优势：该方案L2/L3只连接一对核心L3设备，PTN端口及波分资源占用较少，易于实现。劣势：当EPC机楼较多（大于3个）时，L3设备间互联关系较复杂，且增加EPC机楼时网络调整量较大；另外，该方案不能防止双PTN节点失效。

3.2 方案2：新增调度L3，与核心L3设备之间星型连接

如图3所示，在新增EPC的机楼新增一对核心L3 PTN设备，与EPC同机楼相连；另外，新增一对用于疏导机楼间互联业务的调度L3 PTN（新增一个网络层级）；每对核心L3与调度L3互联。如存在两个PTN设备厂家，可在EPC节点机房叠加建设一个相同的核心L3网络结构，分别负责各自厂家的L2/L3设备的汇聚，调度L3可选择其中一个厂家只部署一对，与异厂家的核心L3对接采用UNI接口；EPC网元与两个PTN厂家的L3设备分别对接，完成异厂家汇聚。

图3 方案2组网结构示意图

优势：该方案L2/L3只连接一对核心L3设备，PTN端口及波分资源占用较少，易于实现；L3设备之间互联关系较简单（通过调度L3实现），当EPC机楼增加时，网络调整量较小。劣势：该方案增加一个网络层级，复杂性增加；调度L3设备承担了日常机楼间所有互联流量，故障风险较大；另外，该方案不能防止双PTN节点失效。

3.3 方案3：L2/L3设备与核心L3设备间全互联

如图4所示，在新增EPC的机楼新增一对核心L3 PTN设备，与EPC同机楼相连；L2/L3设备与核心L3设备进行物理Full Mesh全互联。如存在两个PTN厂家，可叠加建设一个相同的核心L3网络结构，分别与各自厂家的L2/L3设备全互联；EPC网元与两个PTN厂家的L3设备分别对接，完成异厂家汇聚。

优势：该方案可抵御双PTN节点失效风险；L3设备之间无需互联，当EPC机楼增加时，网络无需进行调整。劣势：L2/L3需连接多对核心L3设备，PTN端口及波分资源占用多，投资较大。

3.4 方案选择

对于EPC组Pool传送方案的选择，应从SGW Pool、MME Pool的具体情况，EPC机楼数量，LTE基站与EPC Pool归属关系，PTN网络情况等多方面综合考虑，根据不同场景选择不同的方案，或者方案的组合。3种方案的特点及使用场景分析如表1所示。

图4 方案3组网结构示意图

4 EPC组Pool的传送网规划实例

对于L2层PTN带宽规划及配置，按目前规范的每基站CIR（保证带宽）和PIR（峰值带宽）配置，对于L3层PTN，按照业务流量进行容量、端口规划。下面以某一地市公司为例，采用方案1，对核心L3 PTN做容量及端口规划，案例模型如图5所示。

假设某地市公司在规划期内建设16 000个LTE基站（F频基站6 000个、D频基站6 000个、室分基站4 000个），预计发展用户1 000万，设置4个L2/L3节点，所带LTE基站数分别为4 000个、3 200个、3 600个和5 200个。有3个EPC机楼，每个EPC机楼各设置一对L3 PTN，做分担承载，配置率不超过50%（考虑其中一端PTN故障，另一端PTN承载区域内所有业务），L2/L3节点根据物理区域分别就近接入L3 PTN。

表1 3个方案适用场景模型对照表

（1）核心L3 PTN 所带用户数量计算如下：核心L3 PTN(1)，下带2个L2/L3节点，共管辖7 200个LTE基站，假设用户平均分布，则L3 PTN(1)所带用户数=1 000万×7 200站/16 000站=450万。

同时，由于EPC组Pool的需求，Pool结构下的业务流量存在随机、发散的特点，核心L3设备除承担本区域L2/L3上联的业务外，还需承担其它L3设备过来的互联业务。假设核心L3 PTN所带业务有40%需要互联，则包含互联业务，核心L3 PTN(1)所带 LTE用户数=450万+225万×40%+325万×40%=670万。以此类推，包含互通业务，核心L3 PTN(2)、核心L3 PTN(3)所带用户数分别为535万、595万。

（2）LTE单用户流量计算如下：假设LTE用户平均单向流量500 kbit/s，同时并发比例为10%，分组头冗余1.204，带宽冗余1.15，则单LTE用户流量=500 kbit/s×10%×1.204×1.15=70 kbit/s/户，即0.7 G/万户。

（3）L3 PTN容量规划：单端PTN设备容量考虑20%冗余，容量需求如表2所示。

图5 EPC组Pool传送网规划案例示意图

（4）L3 PTN端口规划：单端PTN设备端口按上联电路、对接电路、互联电路、互通电路等4种类型分别估算，并考虑10%端口冗余，需求如下：

* 上联电路：L2/L3 PTN至核心L3 PTN上联电路需求，通过“下带用户数×单用户带宽/设备端数/配置率”计算带宽需求，再折算成10 GE电路统计端口需求；（如L3 PTN(1)-1设备，上联电路=450万户×0.7 G/万户/2端/50%=32×10 GE）。

* 对接电路：核心L3 PTN设备对接EPC MME/SAE-GW设备及OMC网管电路需求，衔接核心网专业提出的GE/10 GE端口需求；核心L3 PTN设备对接省干PTN设备端口需求（主要用于假日用户迁移、应急抢险等场景下，核心网容量的跨地市迁移，如无该需求，可省略），衔接省干传送网提出的GE/10 GE端口需求。

* 互通电路：同一EPC机楼两端核心L3 PTN设备间互联电路需求，等于上联电路需求的一半。

* 互联电路：不同EPC机楼的核心L3 PTN设备间互联电路需求，假设核心L3 PTN所带业务有40%需要互通，则L3 PTN(1)-1设备，互通电路需求=225万户×0.7 G/万户×40%+325万户×0.7 G/万户×40%=16×10 GE。

表2 核心L3 PTN容量及端口规划明细表

综上，对核心L3 PTN设备的容量及端口规划，主要瓶颈在于端口资源，建议在传送网规划中，根据LTE业务发展目标，重点开展核心L3 PTN设备的端口规划，选择合适交叉容量的PTN设备。

5 总结及展望

EPC组Pool，应考虑组Pool的目标、EPC机楼数量、LTE基站与EPC Pool归属关系，以及PTN厂家数量等因素，选择适合的传送方案。随着LTE网络建设，PTN传送技术将面临新的挑战，设备容量、端口能力、安全保护、运维性能等将面临市场的进一步检验，PTN技术将向更加成熟、完善的方向发展。