LTE承载网络的解决方案研究

摘要：简要介绍了LTE的承载需求，提出两种PTN承载LTN的解决方案，即PTN+CE解决方案和PTN端到端解决方案，并对其进行了分析和对比。

关键词：LTE PTN承载LTE PTN+CE PTN端到端

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0068-03

1 引言

LTE（长期演进）被称为3.9G，是一种从3G向4G演进的主流技术，最早是在2004年3GPP的多伦多会议上被提出的，它将带动现有移动网络进入移动宽带时代。和传统的2G/3G网络相比，LTE具有：全IP、高带宽、扁平化的特点，对QoS（服务质量）、网络安全及保护、同步、接口支持的种类有了更高更严格的要求，所以这些特点对承载网产生一些新的需求，引起承载网做出相应的变化，从而保证业务的正常传输。

2 LTE的承载需求

2.1 接口需求

LTE中有两个重要的接口：S1和X2接口，他们均是基于IP寻址，多点之间的连接需引L2-VPN或L3-VPN技术。和UMTS相比，X2和Iur接口类似，Sl和Iu接口类似，不过均有比较大的简化以及功能上的改变。

S1接口是eNodeB（基站）与SGW/MME间的业务接口，又可细分为S1-MME （S1-C）和S1-U接口，实现负载分担和冗余保护，提供可靠、灵活的网络对接保护方案。S1-MME承载控制面板数据，连接eNodeB和MME；S1-U承载用户面数据，连接eNodeB和SGW。在E-UTRAN中还引入了 Sl-flex技术，即若干组MME/S-GW组成组成资源池（Pool），提供容灾备份功能，S1电路可归属到池内的不同的MME/S-GW。

X2接口应用于相邻eNodeB之间，主要功能是支持LTE-ACTIVE状态下的UE的移动性及无线资源管理，如小区间的负载均衡、干扰协调、交互和移动性管理、降低时延、提高网络性能等。X2几口在它的接入层形成Mesh网络架构，需要承载网的支持。

所以S1和X2接口需要LTE的承载网具备L3的功能，在核心、汇聚层加载L3功能是最实际也最合适的解决方案。

2.2 承载时延需求

和传统3G网络相比，LTE对传输质量尤其是时延、抖动等指标提出了更高的要求。特别对时延指标要求较高。

S1接口：业务体验端到端时延要小于25ms，3GPP定义中则是时延小于10ms，而理想状态是时延小于5ms；而S1-U接口的传输时延要小于5ms，其带宽超过总带宽的90%。S1-MME则为100ms。

X2接口：业务移动性时延50ms到100ms， 3GPP定义中时延小于20ms，理想状态中时延小于10ms。

由此可以看出，LTE的承载网对于S1接口的承载时延要求更加严格，必须能够达到电信级的承载水平。

2.3 网络同步需求和Qos需求

时间同步方面，LTE要求的精度较高为，但由于受到频点影响，相比起传统的2G/3G，其覆盖能力上要弱，所以需要建设和部署更多的基站来弥补覆盖的不足。两种地面传送技术：时间同步上采用1588v2技术、频率同步上采用以太网技术，这两种地面传送技术适合于LTE承载网络设备需求和功能，也使成本降低。

QoS需求方面，将业务质量识别分成九类，主要是根据LTE不同的报文时延和优先级。其中有两个需求比较关键，分别是：一、在发生拥塞时，保证重要基站（如政府机关、医院、军事基地等）业务可用；二、高等级的业务的优先转发保障。所以，承载网为保持重要基站可用，必须支持层次化QoS处理能力，具有对不同基站、不同业务执行层次化的队列的调度能力。

3 LTE承载方式研究

LTE对承载网需求的特点是：网络规模大、支持L3功能、高带宽、高可靠性、统一承载的要求（2G/3G/LTE）、低延时。由此可见，基于SDH/MSTP技术的城域传送网难以满足LTE的承载需求。解决方案的技术选择主要包括四个：Native IP、Native ETH、L2-VPN、L3-VPN。

Native Eth和Native IP的方式，在LTE网络安全性和可维护性方面难以满足要求；L3-VPN不适合大规模部署，因为它到eNodeB的建设和维护成本比较高。L2-VPN仅适合小规模的LTE网络，因为它到eNodeB缺乏业务调度的灵活性。

所以LTE承载的主流技术方案是在接入层和汇聚层采用L2-VPN，在核心层采用L3-VPN的方式，满足业务灵活调度，同时也保证业务的安全性以及网络的可维护性，这也是当前LTE承载的主流技术方案。根据核心层支持L3功能的方式不同，LTE承载的解决方案又可以分为两种： PTN+CE（客户边缘路由器）解决方案；PTN端到端解决方案。

3.1 PTN+CE解决方案

此解决方案在核心层采用路由器组成的IP专网进行L3-VPN的转发，接入汇聚层E-line（是S1/X2）在核心节点终结，以L2方式和核心节点路由器对接，路由器启用L3-VPN，实现S1/X2基于目的地址的路由转发，如图1所示。

在路由器组成的IP专网上提供L3-VPN服务，关键技术为：隧道技术、VPN路由技术、PE和CE之间的路由和学习。

路由器在引入PTN 网络核心层后，由于它具备很强的L3-VPN 能力，S1和X2接口在承载网络内的可以实现灵活调度。不过PTN比起路由器在OAM（操作、管理、维护）、保护能力、时间同步等方面还是要强许多。PTN和路由器混合组网，由于缺乏端到端特性，统一管理较难实现，业务的开放和网络的维护需传输、数据专业配合完成，定位故障难度较大，也限制了端到端保护能力。

3.2 PTN端到端解决方案

PTN支持L3-VPN方案的主要是：接入、汇聚层采用L2-VPN，核心调度采用L3-VPN。接入、汇聚和核心层均采用PTN调度，PTN调度层核心节点采用L3-VPN的配置，实现灵活性配置需求，支持动态路由与静态路由。PTN相对于路由器，对L3功能进行了简化，即把IP作为一种业务，承载于静态隧道之上，IP业务和L2的业务基本上是一样的。

如图2所示，PTN核心层支持L3-VPN方案采用PTN端到端组网，核心层中的PTN设备支持L3-VPN功能，满足对X2接口的IP转发需求以及对S1的灵活调度。S1流量由核心层PTN根据目的IP地址（S-GW/MME）查找L3-VPN的路由表，封装LSP和L3-VPN的标签，经由核心层设备间的转发到达归属的S-GW/MME；X2流量由核心层PTN根据目的IP地址（相邻的基站）查找L3-VPN的路由表，以决定流量是经由核心层送往非本地归属的基站还是向下转发经由本地L2-VPN封装送往相邻基站。

4 PTN+CE与PTN端到端解决方案对比

本节对两个方案在功能、网络规划、业务部署和业务运营4个方面进行了对比。

4.1 功能对比（如表1）

4.2 网络规划对比（如表2）

4.3 业务部署对比（如表3）

4.4 业务运营对比（如表4）

通过本节对两种方案四个方面的比较可见，PTN端到端解决方案相比PTN+CE解决方案具有优势，但前者需要PTN扩展L3功能，该功能仍在完善。因此在初期，还是以PTN+CE方案为主。在未来，随着PTN L3功能的完善，将对汇聚层、接入层PTN的软件进行升级，加入40GE和100GE的PTN设备，在核心层增加、部署支持L3功能的PTN网络，最终向PTN端到端解决方案过渡。

5 结语

本位首先对LTE的承载需求进行了分析，提出两种承载解决方案，并进行对比。现阶段PTN L3设备所实现的IP三层功能还是比较基本的，包括IP三层转发、静态路由等，而IP网络核心的路由功能还未能实现，在未来逐步引入OSPF、BGP等三层路由功能将是PTN L3设备的发展方向，这将是未来的工作重点。

参考文献

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