面向LTE小基站回传的PON+CMNet组网研究

王健，汤进凯（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司，上海 200060）

面向LTE小基站回传的PON+CMNet组网研究

王健，汤进凯
（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司，上海 200060）

首先描述了小基站组网特点及对承载网提出的要求，分析了PON+CMNet的组网策略，给出网络架构、安全保护、QoS管理、带宽规划、同步方案、数据配置等方面的建议，最后，对小基站承载未来的演进进行了展望。

城域网；皮小区；飞小区；PON

1 前言

以皮小区（picocell）和飞小区（femtocell）为代表的一体化小基站技术，由于其具有低成本、小型化、低功耗、即插即用的优势，将在后续LTE基站补盲补热的场景中得到广泛应用。另一方面，PON网络以其低成本、支持QoS策略和弹性带宽的特点在家庭宽带、普通政企客户专线等接入场景中得到广泛应用。根据小基站的特点及对承载网络的要求，建议未来主要采用PON+CMNet方式实现一体化小基站的回传，本文将就其组网策略展开论述。

2 一体化小基站组网特点及对承载网的要求

PON+CMNet端到端承载方式组网结构如图1所示，一体化小基站的组网应用需要确保链路质量，满足同步、自启动、切换等功能要求，小基站的引入对承载网提出的需求包括以下方面：

图1 PON+CMNET端到端承载方式组网结构

（1）链路质量如表1所示，是针对回传网络的链路要求，主要包括时延、抖动、分组丢失率等方面。

表1 链路质量要求

（2）同步信号传递功能：小基站对同步的要求和宏站基本相同，因此需要承载网具备时钟同步和高精度时间同步信号的传递功能。

（3）DHCP Relay功能：小基站通过DCHP请求申请IP地址，DHCP Server与小基站IP地址可达后建立OM通道，从而实现自启动。因此，承载网络需要支持DHCP Relay功能。

需要说明的是，为实现小基站获取管理服务器从而实现自启动，有以下3种具体方式：

方式1：通过DHCP Relay的Option60功能，标识厂家，DHCP Server根据Option60来分别返回各厂家对应的管理服务器地址，需要小基站和DHCP Server支持Opton60功能。

方式2：DHCP告知小基站所有的管理服务器地址，小基站轮询各个地址，匹配自己厂家的管理服务器，需要小基站支持轮询匹配自己管理服务器的功能。

方式3：DHCP告知小基站DNS的位置，小基站内置自己的域名，通过DNS功能获取自己的管理服务器位置，需要现网部署DNS服务。

以方式3为例，自启动全部流程如图2所示。

需要说明的是，小基站的自启动功能是一个可选项，随着小基站部署规模的不断扩大，通过应用自启动功能可提高建设效率。

（4）X2电路调度功能：为满足小基站—小基站、小基站—宏站的基站切换的需要，承载网络需要支持X2流向的电路调度。

3 PON+CMNet端到端承载策略

3.1 业务路由及网元部署

小基站设备经过末端交换机进行端口汇聚后通过PON网络（包括OLT、分光器、MDU）接入，OLT通过城域数据网CMNET的多业务汇聚交换机收敛后连接至BRAS/SR设备，其后业务流向4G小基站网关，小基站网关设备完成IP地址分配、业务汇聚及安全管理等功能，经过小基站网关后由L3承载网接入EPC。

图2 PnP自启动实现流程

对于小基站之间的X2接口需要通过AG（小基站接入网关）处理，因此在安全网关之后小基站间X2可以直接路由转发；对于宏站和小基站之间的X2接口，对宏站来讲，只能看到AG，因此X2流量都是通过上层PTN网络发给AG再转接给相应的小基站，为实现宏站和小基站协同，需将宏站L3路由、小基站L3路由引入小基站网关和PTN网络。

3.1.1 PON网内的部署

PON接入方式下，有以下4种部署方案如表2所示。

方案1：利旧现网PON口、分光器、MDU，考虑到场景的特点以及业务量对网络的冲击，可与WLAN和楼宇宽带的PON口共用。

方案2：新增独立PON口，并独立新增分光器和MDU，4G小基站业务通过新插独立的PON口进行承载。

方案3：新增独立PON板，并独立新增分光器和MDU，4G小基站业务通过新插独立的PON板进行承载。

方案4：新增独立OLT，分平面满足全业务和基站业务的承载。

实际部署时，可根据不同适用场景，综合建设难度、网络质量、成本等因素灵活选择上述方案。

选择距离临近、光功率指标良好的OLT设备进行接入，并根据汇聚的各类宽带接入业务的带宽流量，按需扩容上联多业务分流交换机的链路。OLT上联链路初期带宽配置为双路GE，可结合各类业务的总体流量按需扩容。需要说明的是，对于全业务承载网络采用“OLT-多业务分流交换机-BRAS/SR”的结构，业务的分流在多业务分流交换机上完成，不用额外新增独立的上联端口。

采用利旧PON口方案时，ODN网络与现网一致；采用新增PON口等方案时，根据小基站PON方式总接入量和接入密度选择一级分光或二级分光，光分路器应尽量设置在一级光交。

MDU设备在符合供电稳定、布线便利的条件下尽量与小基站、末端交换机靠近安装，直连小基站情况下与小基站之间的线缆长度应小于100 m。MDU设备采用交流/直流供电方式，应具备PoE/PoE+功能，可实现对小基站的供电。对于接入末端有一个以上皮小区、飞小区或2G、4G共模的节点，通过交换机进行端口汇聚并带宽共享。

3.1.2 CMNet网内的部署

对于多业务分流交换机上联段落，初期站点规模和带宽较小，但随着业务不断增长，部分段落将逐步出现瓶颈，建议纳入后续CMNet工程中实施扩容。

3.2 安全保护

OLT下行采用星型组网构架，PON系统一般不配置主干光纤保护，OLT和多业务汇聚交换机间采用双上联方式，防止单链路故障。

小基站到安全网关使用IPSec隧道。MDU和OLT最靠近基站，需要支持基本的安全防护功能：防DoS攻击、广播/多播/未知单播抑制等功能。

表2 PON网络内不同部署方案对比

此外，考虑到接入业务的安全性，上层安全网关支持全面的防火墙功能，所有进出CMNet的流量均需配置防火墙，小基站网管需部署在小基站网关之后。

3.3 QoS管理及带宽规划

PON系统的QoS机制主要通过带宽保障类型、CoS标记、调度方式来实现，如图3所示。PON系统应按照QoS规划原则进行配置，为不同业务类型提供差异化服务。

在PON内部与承载的集团客户专线、家庭宽带和WLAN等业务统一进行VLAN规划并配置相应的QoS，以区分小基站业务流量，提供较高优先级保障。

PON网内，QoS管理和限速分为上下行方向，PON提供多种流量限速方法，可以通过IP流量模板和ACL规则进行下行业务流限速，也可以使用DBA模板控制ONT的上行带宽，同时还可以在ONT上对GEM Port，GEM Port上映射的业务流进行流量限速。

PON的下行基于VLAN+ONU进行限速，主要在OLT上通过Service Port实现限速，以小基站业务为单位进行配置，分别配置均值速率CIR和峰值速率PIR。

PON的上行限速有多种手段，主要分为DBA、GEM PORT、PQ调度3种。对于一个MDU一个小基站的，按照T-CONT直接限速，对于一个MDU多个小基站的，由于T-CONT是以VLAN为单位的，为确保交换机下多个小基站共享一份带宽，要求下挂的小基站配置统一的VLAN，并按照T-CONT进行限速。此外，T-CONT下有上行固定带宽（该部分带宽为MDU占用，不可剥夺）、上行保证带宽、上行最大带宽三种，经确认，固定带宽和保证带宽基本一致，在上行的1.25G的PON口下都是确保通过的，并且固定带宽和保证带宽的合计不能超过1.25G，而主要的区别是固定带宽的时延较小（小1 ms左右），而LTE的S1接口的最优时延是5 ms，推荐时延是10 ms，可忍受时延是20 ms，考虑到用户的体验，同时考虑到基站业务的重要性，应该配置成固定带宽而不是保证带宽，因此建议采用固定带宽、最大带宽两个值作为限速。

对于2G、4G共模站，从便于维护管理角度，建议按照不同的SVLAN，分别配置一个T-CONT和一个GEM PORT，在T-CONT上限速。

CMNet网内，要求BRAS/SR支持L3 VPN，同时支持DiffServ满足差异化服务需要。

PON的带宽规划中，应统筹考虑集客专线、家庭宽带和飞小区/皮小区带宽需求，单个物业点可参照普通的O1站型的室内站进行带宽配置。

3.4 同步方案

PON+CMNet方式下，由于CMNet不支持时间同步信号的传递，因此需要在OLT侧解决时间信号的传递。

图3 GPON网络QoS机制示意

由于目前现网的PON设备一般不支持高精度时间同步1588V2，因此需要升级，现网部署时，应采用支持1588V2功能的OLT和MDU设备。

对于时间源的接入，可由OLT就近的PTN、OTN等设备的同步输出口引接，或由OLT同机房的宏站输出的同步信号引接。

3.5 VLAN和IP地址数据配置

对于PON系统，统一配置各类业务的VLAN资源，对于2G/4G共模的小基站，一般配置不同的SVLAN，实现对不同业务QoS的管理。

对于小基站的IP地址，采用PON+CMNet方式情况下，根据无线远期的建站需求，从节省公网IP地址资源角度，一般可以采用私网地址+MPLS VPN的方式，即小基站采用私网地址，一个小基站仅携带一个IP地址接入CMNet城域网BRAS/SR设备，可通过三层MPLS VPN的方式疏导至网关设备。对于小基站采用即插即用方式开站的，需要支持DHCP和DHCP Relay，一般可以在多业务分流交换机或BRAS/SR上启用DHCP Relay功能；对于小基站部署规模较小的城域网，也可采用静态IP方式。

4 结束语

随着小基站业务量的不断增长，部分业务密集的OLT、多业务分流交换机上联带宽将逐步饱和，可结合全业务的发展提升上联带宽，同时，结合BRAS/SR等网元的下沉，对于业务量大的OLT可采用直连BRAS/ SR的方式组网。

随着小基站应用的普及，对承载网提出了全新的需求。承载网需要进一步积累建设运营经验，完善小基站承载的网络架构，从而适应工程建设的需要，提升端到端的客户实际体验。

[1] 汤进凯，张奇，王健. 下一代光传送网技术发展与应用探讨[J].电信科学， 2009，10A：192-195.

[2] Tim Szigeti， Christina Hattingh.端到端QoS网络设计[M]. 人民邮电出版社，2007.

Research on PON+CMNet networking for LTE small cell backhaul

WANG Jian, TANG Jin-kai
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shanghai Branch, Shanghai 200060, China)

Firstly describe characteristics of small cell and the requirement of related bearing network, then analyze small cell bearing networking strategy, provide suggestion in network architecture, security, QoS management, bandwidth deployment, synchronization stratregy, data configuration. Finally, give some suggestion of small cell bearing evolution.

metro area network; picocell; femtocell; PON

TN929.5

A

1008-5599（2017）01-0064-05

2016-04-13