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TD-LTE回传网络和时间同步解决方案研究

作者:时间:2012-09-25来源:网络

1 引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/153889.htm

作为IMT-Advance主流技术之一,将使得移动真正进入移动宽带时代。相比现有2G,3G移动通信系统,回传在高带宽、低时延、横向转发、地面传送等方面提出了更高要求。

●首先,带宽需求由2G/3G时期的几兆、几十兆发展到LTE时期的几百兆。

●其次,LTE需要提供灵活的QoS和更严格的端到端时延,根据3GPP规定,对时延要求最严格的实时游戏类业务,从用户终端到服务器的端到端单向时延为50ms,其间传输时延需要在10ms以内。

●第三,LTE引入了相邻基站间互联(X2接口)和基站多归属(S1-Flex)需求,导致回传由点到点的汇聚型网络转变为点到多点或多点到多点的路由型网络,现有2G/3G回传网络已无法满足这种横向转发需求。

●第四,空中接口需要高精度,要求不同小区间空口偏差不大于3?s,因此需要在TD-LTE回传网络中传送高精度的同步信号。

分组传送网(PTN)能够提供高效率的多业务承载,具备强大的保护,OAM和网管功能,灵活的统计复用和QoS能力,满足TD-LTE高带宽、低时延的要求,还可为TD-LTE系统提供精确时间和频率同步信息传送,因此中国移动已选择PTN作为TD-LTE回传主要。另一方面,TD-LTE时期,OTN设备可能逐渐下沉至城域汇聚机房,需进一步推进OTN支持1588v2时间同步技术,实现OTN+PTN的时间同步地面传送组网。

本文面向TD-LTE回传网络需求,提出了各项关键问题

●首先,为满足高带宽需求,提出PTN向更大容量、更高速率接口方向发展。

●其次,为满足横向转发的需求,PTN提供核心层增强L3功能和核心层对接CE路由器两种

●第三,为满足TD-LTE回传组网需求,提出PTN在业务,OAM,保护,QoS和同步实现全面互通。

●第四,为满足高精度时间同步的需求,提出OTN和PTN共同组网提供时间同步地面传送方案。中国移动已在以上4方面开展了大量的、测试和试点工作。

2 高速接口PTN引入分析

TD-LTE时期假设每基站保证带宽和峰值带宽分别为120M和450M,每接入环6节点、每汇聚环6节点,每汇聚节点带6个接入环,则汇聚环带宽总需求为6×6×(6×120M+330M)=37.8G,现有10GE接口速率PTN无法满足需求。对于40G/100G接口技术,可从标准、产品成熟度和成本三方面衡量其成熟度。

●在国际标准方面

2010年6月,针对40G/100G以太网技术的IEEE 802.3ba标准获得IEEE通过,该标准规定了4×40GBased LR4即40G传输10km的具体要求,4×100GBased-ER4和4×100GBased-LR4即100G传输40km和10km的具体要求,对于40G传输40km的标准,暂时没有相应的国际标准规范。据悉,多个单位均在着力推进4×40GBased ER4即40G传输40km的国际标准。

●在产品成熟度方面

40GE推出时间普遍要早于100GE,主要原因是在芯片、光模块、系统架构等方面,40GE较100GE更易于实现。

●在成本方面

100GE接口价格需等一个较长周期后才能成为市场接受的价格。此外,在具体考虑影响40G/100G应用的因素时,还需要着眼于网络的全局,除了传输网络设备外,还有客户端设备、核心网设备等,同时要考虑对现有网络的兼容性。

鉴于以上分析,40G系统可满足TD-LTE初期汇聚层带宽需求,且近期100G系统技术成熟度较低、成本较高,因此初步建议下一代大容量PTN设备首先引入40G接口。

目前,PTN设备40G接口技术主要有3种,即4×10GE端口聚合,40GE(并联、串联)和40G OTU3方式。4×10GE端口聚合方式从原理上就决定了无法提供理想的速率倍增,并且消耗光纤资源;40G OTU3方式价格偏高,与OTN下沉至汇聚层方案相比,优势不大;而40GE方式在以太网功能、传输距离、成本方面具有一定优势。综合考虑,40GE接口更易于与低速率PTN设备组网,且成本较低,当前应推动40km传输标准和技术成熟。

3 基于PTN的TD-LTE回传方案

为满足LTE时期相邻基站间X2接口互联和基站多归属(S1-Flex)的需求,PTN提供了核心层增强L3功能(PTN L3)和核心层对接CE路由器两种,核心层增强L3功能的方案中由PTN完成横向流量的转发,核心层对接CE路由器的方案由CE路由器完成横向流量的转发。3.1 核心层PTN增强L3功能技术方案L3 PTN实现TD-LTE回传组网图1所示。L3 PTN方案中,PTN汇聚接入设备仍沿用现有的L2网络,仅在核心设备引入简化L3功能,通过静态L3 VPN承载S1和X2业务。

图1 核心层PTN增强L3方案承载TD-LTE组网示意图
图1 核心层PTN增强L3方案承载TD-LTE组网示意图

PTN核心设备引入的L3功能包括L2~L3的桥接功能和静态L3路由功能。L2~L3桥接功能是指PTN设备终结L2 PW,并通过IP地址网段划分,对相同网段内的PW进行收敛,再通过静态L3 VPN方式进行L3路由转发。通常,处于L3 PTN网络与L2网络交界处的设备需要具备这种L2/L3桥接功能,包括与L2 PTN网络对接的L3 PTN设备和与客户侧核心网设备对接的L3 PTN设备。另外,静态L3路由功能可以由PTN隧道技术结合L3 VPN路由技术方式实现。

L3 PTN方案中较为重要的方案是保护机制和网元配置管理功能。保护机制方面,L2 PTN就具备灵活多样的保护机制,如1:1/1+1 LSP,环网,双归等保护,因此L3 PTN网络天然具有强大的保护机制,在原有L2保护基础上,结合L3保护方式如虚拟路由器冗余协议(VRRP)和VPN快速重路由(VPN FRR)等,提供抗多种故障场景的保护能力。

VRRP是L3网络中的一种IP主备网关的保护协议,一般设定一个虚拟IP地址作为默认IP网关,如果主用网关不可用,这个虚拟 IP 地址就会映射到一个备用网关,从而完成主备网关的互相保护。L3 PTN中VRRP的保护主要可分为以下两个场景:

●场景一:面向客户侧SGW/MME设备的主备网关保护

采用两端PTN设备与SGW/MME对接,并配置为主备网关,当 PTN设备失效和接入链路失效时,如图2(a)所示,主用网关将不可达,此时VRRP保护将默认网关IP映射为备用网关,而SGW/MME设备并不需要额外机制配合这种VRRP主备用网关切换。

图2 L3 PTN VRRP保护示意图
图2 L3 PTN VRRP保护示意图

●场景二:面向基站侧的主备网关保护

如图2(b)所示,采用汇聚到核心双挂的方式,L2/L3桥接PTN面向eNB形成主备用网关。同样,当设备失效或接入链路失效时,启用VRRP保护将默认网关IP指向备用网关,基站侧也并不需要其他机制配合VRRP保护。

此外,L3 PTN网络中多种保护方式可相结合使用,VRRP可与双归和VPN FRR配合使用, VPN FRR也可与L2的线性、环网保护配合使用,保护机制多种多样,极大地提高了LTE回传网络的安全性。

在网元管理配置方面,由于L3 PTN网络采用静态L3 VPN路由方式,路由表配置是通过网管配置下发的,因此网管是L3 PTN的重要功能。L3 PTN在继承了L2 PTN的图形化、易操作的网管的基础上,在配置、故障、性能管理三大部分增加了L3相应的功能。

配置管理中主要新增静态L3VPN业务的配置管理功能、VRRP和VPN FRR保护配置管理功能等。由于L3 VPN业务和路由配置量较大,可基于业务模板进行L3 VPN创建,并借由辅助工具实现端到端L3 VPN路由计算和路径建立,减少配置工作量。故障管理中主要新增支持L3保护的告警上报、定位功能,L2/L3桥接节点对L2/L3业务信息查询及告警上报功能;为了更好的继承PTN网络端到端的保护,对于L2和L3组合业务,网管还应该具有相关告警关联分析功能。此外,还需新增针对VRF的L3 VPN业务的实时流量监视及性能统计。

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