基于IPRAN直连EPC MR的LTE业务承载网络优化研究

作者/刘倩(中国联合网络通信有限公司河南省分公司，河南 郑州 450045)

　　摘要：近年来移动数据业务持续快速发展，各种流量经营业务层出不穷，给LTE业务相关承载网络带来了巨大冲击，传统承载网络多级路由汇聚架构，骨干移动业务承载网、移网本地综合CE承载网、地市IPRAN分组承载网分域分层进行业务承载，直接导致相关网络资源重复投资、实施周期拉长等主要问题。本文主要针对LTE移动回传业务承载网络的优化进行研究，通过非EPC城市IPRAN核心直连EPC MR进行4G移动回传业务的疏通，达到降低网络时延和流量迂回，网络扁平化演进的目的，进而提升用户业务感知。

　　关键词：IPRAN;EPC MR;LTE 4G移动回传;承载网

　　0 引言

　　随着LTE业务流量的爆发式增长，其相关承载网络受到了巨大冲击，需要大规模进行扩容替换升级改造。为了提升流量转发效率，节省投资，进一步网络扁平化，对目前LTE业务承载网的网络架构、设备能力、中继链路、业务需求进行分析，发现当前网络中存在端到端层级多、本地层面设备重叠严重、业务流量迂回等问题。通过对某省各地市LTE业务IP承载现状研究，发现LTE业务的核心网EPC只在省会城市设置，4G移动回传业务在省内疏通，EPC城市4G用户接入eNodeB后通过本地IPRAN承载直接上联所在城市EPC MR设备访问移网核心网，非EPC城市4G用户接入eNodeB上本地IPRAN承载后需要通过该地市骨干移动业务承载网的接入设备AR绕转至EPC城市AR后再接入EPC城市MR访问移网核心网。基于当前网络现状提出将非EPC城市IP RAN网络通过IP RAN核心设备直连EPC城市核心网的MR设备，4G回传业务不再经过骨干移动业务承载网绕转。

　　1 LTE业务承载网络现状

　　1.1 分层承载

　　LTE移动业务目前由三张网络做承载，分别是骨干移动业务承载网、移动本地业务承载网、IPRAN本地承载网。如图1所示，骨干移动业务承载网全国一张网，分核心层、汇聚层、接入层三层架构;移动本地业务承载网每地市存在核心网、无线网、增值业务网多张网络，分接入和汇聚两层架构;IPRAN本地承载网每地市一张，网络架构类似骨干承载网。当前业务承载端到端层级多，应设法简化网络层级，提高业务承载网络能力。

　　1.2 分域管理

　　骨干移动业务承载网、移动本地业务承载网、IPRAN本地承载网相关网络设备被划分在不同的自治域内管理。如图2所示，骨干移动业务承载网全国设置为一个统一的自治域，分配共有的自治域号;移动本地业务承载网每本地一个或多个自治域设置，分配私有的自治域号;IPRAN本地承载网每本地汇聚核心1个自治域，分配私有的自治域号。不同自治域之间通过EBGP协议实现对接，存在端到端业务流多自治域多跳，业务承载效率较低的问题。

　　1.3 LTE移动业务承载现状

　　LTE网络架构ESP即演进的分组系统大致可以分为三部分：UE侧、无线承载侧和核心网侧。UE侧即4G用户接入侧;无线承载侧包含增强型基站eNodeB、IPRAN本地承载、移网本地承载、骨干承载等IP承载;核心网侧由各种功能的核心网设备如MME、SGW、PGW等组成。现网4G LTE业务的核心网都是分省设置的，只在省会城市部署EPC。如图3所示，地市2G/3G业务流需在本地市通过基站接入后流经IPRAN本地承载网、移网本地承载网，然后通过骨干移动承载网绕转至省会城市后访问2/3G核心网;4G业务流有别于2G/3G，终端在发起业务请求后，由本地IPRAN承载直接接入骨干移动业务承载网本地AR设备绕转至省会AR后接入EPC MR;省会用户直接通过本地IPRAN与所属EPC CE网络直连完成4G基站回传业务的承载与疏通。由此可见，地市用户访问核心网时端到端流量要流经4个自治域，每个自治域至少2层架构，最多达到10跳( UTN3层3跳+本地CE 2层2跳+B网骨干2层3跳+本地CE 2层2跳)，如果是漫游用户会更甚之。

　　2 LTE业务承载网络优化

　　当前LTE业务承载网络存在多级路由汇聚、端到端业务流多自治域多跳、IPRAN核心、地市AR、本地CE背靠背资源浪费等诸多问题。为满足高速增长的业务承载需求，高效快速的形成网络能力，对省内LTE业务承载实现进行优化方案研究，主要讨论大流量的4G基站回传业务的疏通，针对未来全新的综合承载网络架构，该方案只是一个过渡期的解决方案，基于此再向目标架构演进。

　　2.1 IPRAN直连EPC MR的总体要求

　　IPRAN承载网目前主要承载的业务类型有4G基站回传业务、LTE基站管理、与兄弟运营商互联互通4G业务、窄带物联网业务NB-IOT，其中4G基站回传业务流量占比最高。承载优化时，可将非EPC城市的IPRAN核心设备直连EPC城市MR主要用于大流量4G基站回传业务的承载疏通，达到降低网络时延和流量迂回，简化网络层级，降低相关背靠背承载设备扩容成本的目的。对其他业务保持原有承载方式暂不调整。

　　2.2IPRAN直连EPC MR的目标和具体操作

　　2.2.1 IPRAN直连EPC MR的目标

　　IPRAN直连EPC MR的总体目标：非EPC城市本地IPRAN通过省内波分传输与EPC所在城市MR直连完成4G基站回传业务的承载疏通。

　　2.2.2 直连后的业务承载与路由组织

　　非EPC城市IPRAN本地承载网可能存在多个厂家的多张网络，应在本地进行汇聚后通过一对IPRAN核心设备与EPC城市MR做直连。在该直连链路上只承载4G基站回传业务，其他基站管理、共享站、NB-IOT业务仍保持原有承载方式。

　　由于IPRAN本地承载网和EPC MR所在的移网本地承载网被划分为不同的自治域，所以4G基站回传业务流存在跨域疏通的问题，建议采用ASBR间VRF-to-VRF直连的Option A方式进行vpnv4路由传递，实现精确的路由控制。

　　2.2.3 直连中继链路设置及对传输要求

　　目前非EPC城市IPRAN上联骨干移动业务承载网中继链路均为N*10GE，实现直连EPC MR后将扩容至100GE以满足现有业务的爆发式增长。兼顾网络轻载原则，中继链路负荷方面，正常情况下链路忙时平均利用率不高于50%，单链路或单点故障时链路忙时平均利用率不高于70%。

　　在承载网络传输路由优化时，应考虑同方向不同局向间的保护切换、同局向聚合链路的保护切换、省内长途波分线路切换、波导误码等业务场景的验证测试，确保安全可靠高效承载。同时，IPRAN直连EPC MR链路上应设置保护时延，避免底层波分传输网络快速保护时造成IP网络路由震荡。

　　2.2.4 EPC MR侧设备支撑

　　现有LTE业务承载网络，EPC城市MR只接入该城市IPRAN本地传输网，当非EPC城市IPRAN实现直连后，EPC城市MR设备需要升级承载能力以满足业务接入需求。对于现有槽位无法满足多地市IPARN直连的情况，可考虑将4G基站回传流量较大的地市优先直连，其他地市仍保留目前骨干承载网的接入方式，进而减轻骨干承载压力。

　　2.3 IPRAN直连EPC MR优化承载实施

　　省内非EPC地市原有4G基站回传业务流是通过IPRAN上联本地骨干承载网AR然后绕转至EPC城市后访问核心网。如图4所示，非EPC城市IPRAN与核心网的连接可以根据业务流量按地市逐步从上联骨干承载网更改为IPRAN核心设备与EPC MR直连的方式。当前4G回传业务通过省干10 G/40 G WDM/OTN省内长途传输网上联骨干承载网，优化调整后，4G回传业务将通过本地IPRAN核心设备走省内100 G OTN系统直连EPC MR。并通过MPLS VPN跨域Option A的方式与MR实现EBGP对接。

　　网络承载优化前，大流量的4G基站回传业务需要流经IPRAN本地承载网、骨干移动业务承载网、EPC所在地市移动业务本地承载网后实现访问核心网的需求，横跨3个自治域，每个自治域至少2层架构，历经3自治域5跳，路由汇聚繁杂，背靠背端口资源浪费严重，流量在各个域内迂回传输，网络时延较高。

　　优化后，非EPC城市IPRAN核心设备均直连省会EPC MR用于疏通4G基站回传业务，由原先3自治域5跳精减至2自治域2跳，端到端层级减少，大大节约了背靠背端口资源，同时达到降低时延、简化网络架构、降低骨干移动业务承载网扩容成本的目的。

　　3 结论

　　本文通过对省内EPC地市及非EPC地市LTE业务IP承载网现状的研究，提出将非EPC地市IPRAN核心直连EPC MR用于疏通大流量的4G基站回传业务。通过对当前承载网路分层、分域的优化，解决了非EPC地市端到端流量在多个自治域内绕转、多级路由汇聚以及背靠背资源严重浪费的问题，提高了4G基站回传流量的疏通效率，降低了承载网络相关设备的重复投资，快速形成网络对业务的支撑能力。承载网络应满足扁平化要求，简化网络层级、优化网络结构，以努力打造极简网络为目标。该方案只是过渡阶段的解决方案，以此为基础，未来将向融合型的承载网络目标架构演进。

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　　作者简介：

　　刘倩，工程师，硕士，主要研究方向：IP承载网及城域网的维护与优化工作。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第3期第62页，欢迎您写论文时引用，并注明出处