摘  要  首先分析了TD-LTE技术对城域传送网的需求，根据其需求特点提出了基于PTN的网络解决方案，然后依托中国移动厦门分公司的试点成果分析验证了PTN+CE和PTN支持静态L3 VPN两种技术方案在各方面的差异，并进一步探讨城域传送网的后期演进方案。

关键词  PTN；TD-LTE；城域传送网；L3 VPN

1．引言

随着科技的进步，手机越来越智能化，上网、视频等数据IP类业务在日常生活中的应用也越来越多，日益增长的用户群对运营商的网络提出了越来越高的要求，推动着移动通信技术不断地发展。从GSM（2G）到3G技术，无线网络的数据下载能力不断提高。LTE作为从3G向4G演进的主流方案，改进并增强了3G的空中接入技术，具有几十Mbps到上百Mbps的数据下载能力。TD-LTE是TDD版本的LTE技术，是我国“十二五”期间重点创新发展的项目之一。中国移动2011年在6个城市完成了TD-LTE规模试验网的建网和测试，并在2012年进行TD-LTE扩大规模试验网的规划和建设。

从GSM到TD-SCDMA，再到TD-LTE，数据IP类业务在基站回传流量中占据越来越大的比例，单站接入带宽由几Mbps向几百Mbps不断增长，用户侧的业务接口由传统的TDM接口（E1）向IP接口（FE、GE）转变，整个移动接入网的IP化演进对传统的SDH/MSTP城域传送网络提出了新的挑战，推动城域传送网从接口到内核都向IP化方向演进，接口多样化、速率提升，以提高传输效率，并实现多业务承载。现已明确将采用PTN作为TD-LTE的基础承载网络。

由于目前尚无PTN承载TD-LTE的成熟案例，以PTN技术为基础的城域传送网的研究和应用，是TD-LTE成熟商用前的一项重要工作内容。

2．城域传送网整体组网方案

目前中国移动在各城市已基本完成了PTN城域传送网的建设，并实现了GSM、TD-SCDMA、集团大客户专线业务在PTN网络上的承载。为保证现网平滑演进，TD-LTE将与现网各类业务共传输和传输网管（PTN网络）。

2.1 承载需求分析

TD-LTE业务与现网业务相同的传输需求主要有50ms以内的网络保护倒换、端到端的可视化网管、实时的告警监测和性能管理、频率和时间同步等。新增的传输需求主要在带宽、时延、横向转发等方面。

TD-LTE的网络架构主要由演进型NodeB（eNodeB）和接入网关（aGW）两部分构成。eNodeB除具有原NodeB功能外，还承担了RNC的大部分功能。aGW作为核心网的一部分，包括3种功能实体：MME（移动管理实体）、SGW（服务网关）和PGW（分组数据网网关）。LTE RAN的主要连接接口包括S1接口（LTE基站至各个交换核心网元的连接）和X2接口（相邻不同LTE基站之间的逻辑连接）。网络架构如图1所示。

图1 TD-LTE的网络架构

（一）带宽需求

TD-LTE以承载数据业务为主，语音业务可采用IP包头压缩技术。考虑传输报文的封装和管理开销，按照一个宏站配置单频段S1/1/1，峰值带宽需求约为320Mb/s，平均带宽为80Mb/s；按照一个室分站配置单频段O1，峰值带宽需求约为110Mb/s，平均带宽为60Mb/s。

（二）时延要求

按照3GPP规定，UE（终端）—>PGW单向时延最严格为50ms（对于实时游戏类业务），并建议eNodeB—>PGW为20ms，其余分配给空口。即无线接入侧（空口，UE—>eNodeB，含eNodeB处理时延）时延为30ms，承载网（S1接口，eNodeB—>SGW）时延为10ms，核心网（SGW和PGW）时延为10ms。X2接口时延要求一般为10~20ms。以目前的PTN设备测试情况来看，在城域网范围内是可以满足该时延要求的。

（三）横向转发

TD-LTE一改原有的2G/3G网络模式，实现了移动网络扁平化。对于承载网络主要的影响在于S1-Flex和X2的承载方式选择。

S1接口需灵活归属到多个SGW/MME（即S1-Flex），eNodeB和SGW/MME之间创建多条S1连接，采用多归方式，满足无线网络负载分担、冗余备份的需求，提高网络的利用率和可靠性。因此需要利用核心层的IP转发能力来支持。

eNodeB之间有X2接口的承载需求，保证UE在不同eNodeB切换时，用户数据可以在eNodeB之间直接进行交换，降低转发时延，提高网络性能，流量转发趋于扁平化。此项也可利用核心层的IP转发能力来支持。

2.2 带宽分层规划

按照以上TD-LTE宏站和室分站的带宽需求，在PTN接入环上统一按每站点80Mb/s规划带宽，并在每个接入环上再预留240Mb/s，以确保每个接入环的LTE基站达到平均带宽的基础上，至少能够保证一个LTE基站达到峰值带宽。考虑到TD-LTE网络用户发展是一个逐步增长的过程，同时数据业务可以进行统计复用，建议在PTN网络中采用收敛方式提高承载效率。规划汇聚层收敛比按照接入层的75%进行设置，核心层收敛比按照接入层的50%进行设置。

对于GSM基站，单站需求带宽按照通常的6~8个E1来计算，不考虑收敛比。因大部分GSM基站已通过SDH网络承载，这里只按PTN接入环上50%的站点承载GSM基站来规划。考虑PTN的CES封装和开销，每E1带宽以2.5M估算。

对于TD-SCDMA基站，目前暂不考虑收敛比。在实际带宽规划中，考虑HSDPA升级以及技术演进，可按照每基站20Mb/s的带宽进行估算。

采用PTN网络承载的接入环业务带宽需求估算（考虑传输开销）如表1，可根据实际需求规划设计。

表1 不同类型业务的带宽规划

2.3 PTN网络的整体方案

根据三类无线基站业务的带宽需求，针对城域PTN网络的组网方式，对接入、汇聚、核心层的带宽和接口配置进行分析和规划使用。

接入层采用小容量的盒式PTN设备组建GE接入环，接入环应尽量考虑上联至同一汇聚环的两个汇聚节点。接入设备与eNodeB的连接使用GE光口。根据以上建立的业务带宽模型，接入环节点数量为（总带宽1000Mbps-预留240Mbps）/（20Mbps×50%+20Mbps+80Mbps）≈7个。市区可取值6~8个，郊区可取值8~12个。对于业务密集区域GE环带宽不足的情况，应优先通过裂环割接调整接入环节点数量，以满足带宽需求。

汇聚层采用中等容量PTN设备组建10GE汇聚环，同样汇聚环也应上联至核心层的两个节点或两套设备。与原规划建设的PTN网络相比较，加入TD-LTE业务需求后，由于每个接入站点的带宽需求增加，接入环带宽固定（GE），因此每个接入环上的节点数将减少，并且因LTE实现深度覆盖，网络节点数将是现有基站数量的2倍左右，可见每个汇聚环和汇聚节点下带的接入环和接入节点数量都将比早期的规划大大增多，汇聚层的带宽压力也将增大。在部分业务密集的区域，汇聚环10GE的带宽将满足不了业务需求。扩容方案是利用原汇聚环设备上的空闲10GE光口直接叠加新建一个10GE汇聚环，即原有的每个汇聚环再增加10GE带宽，达到“20GE”，以解决汇聚层传送能力的瓶颈。采用此方案可实现原有网络快速而经济的扩容改造，且不影响原有业务，缺点是需要使用多一倍的汇聚环光缆纤芯。

核心层采用大容量PTN设备组建双平面的10GE骨干环，业务量较大时可组网状网，节点之间采用城域骨干OTN网络承载。随着跨核心节点之间的业务调度量增大，可按需增加不同核心节点之间的链路以满足带宽需求。

同时，核心层还需要引入L3功能使其具备IP转发能力来满足S1 Flex和X2业务调度需求。目前较为实用的组网方式有“PTN+CE”和“L3 PTN（PTN支持静态L3 VPN）”两种。“PTN+CE”方案是以PTN为主，PTN的核心层、汇聚层和接入层设备都保持不变，仍提供端到端的L2业务通道，L3 VPN功能由新引入的1对CE路由器负责，实现S1和X2横向流量转发。“L3 PTN”方案是以PTN设备建设端到端的LTE承载网，汇聚层和接入层设备不变，仍提供L2业务通道，在核心层PTN设备通过升级引入L3功能，实现基于IP地址的流量转发。

经过扩容和改造后的城域传送网整体组网方案如图2所示。

图2 整体组网方案（核心层采用10GE组环）

3．“PTN+CE”和“L3 PTN”方案配置对比

在核心层引入L3功能的两种实现方案“PTN+CE”和“L3 PTN”在技术上各有其优缺点。在2011年的TD-LTE规模试验网阶段，中国移动厦门分公司利用现有城域PTN网络进行扩容和改造，联合厂商进行了两种方案承载TD-LTE的现网试点测试，通过业务配置、仪表模拟流量和带LTE业务测试验证两种方案在组网、调度、传输性能、可靠性、运维等方面的差异。

3.1 “PTN+CE”方案

“PTN+CE”承载方案采用厦门城域PTN网络的结构和业务配置，核心层PTN业务落地节点与新增的两台CE设备对接，实现主备保护。组网及业务配置如图3所示。

图3 PTN+CE方案的组网及配置

每个TD-LTE基站配置一个IP地址和一个VLAN。从接入点PTN到核心层业务落地的PTN设备之间建立端到端的L2以太网专线业务，采用MC-PW APS 1:1保护方式。在两台核心层PTN设备之间连接一对10GE光路并配置DNI PW，可实现网络故障隔离。

CE上批量终结VLAN。在两台PTN与两台CE之间，以及两台CE与SGW/MME之间配置两组VRRP保护。主备CE之间的链路运行两组管理VRRP，分别来管理两组业务VRRP。PTN与CE之间启用802.3ah用于检测链路故障（包括链路单通故障）和对端设备挂死故障。

CE路由器具备很强的L3 VPN 能力，PTN 网络核心层引入CE后，在承载网络内可实现S1 和X2 业务的灵活调度。

3.2 “L3 PTN”方案

“L3 PTN”方案采用现网PTN的网络主体结构，核心层10GE骨干环上的节点与4台启用L3功能的PTN设备对接，由4台PTN设备组成L3 VPN网络，可看成是业务落地节点。组网及业务配置如图4所示。

图4. L3 PTN方案的组网及配置

每个TD-LTE基站配置一个IP地址和一个VLAN。将PTN网络L2与L3桥接节点的“L3 PTN-1”和“L3 PTN-2”网元分别划分为VSI和VRF两个逻辑功能块，并将两个逻辑功能块相应的光口用光纤对接起来。从接入点PTN到核心层L2与L3桥接节点PTN设备之间配置端到端的以太网专线业务，在桥接节点上终结，并完成L2 VPN 虚拟子接口与L3 VPN 虚拟子接口的桥接，再把IP 业务承载在L3 VPN的静态隧道上。S1流量和X2流量由L3 PTN设备根据目的IP地址查找L3 VPN 的路由表，封装LSP 和L3 VPN 的标签，转发到相应的目标网元。

在4台L3 PTN设备上，配置L3 VPN FRR保护节点故障，链路采用LSP 1:1保护，L3 VPN FRR触发条件为主备LSP OAM故障^[2]。

3.3 方案验证对比

两种方案承载的业务在厦门TD-LTE规模试验网无线测试过程中未出现因承载故障而引起的中断，业务运行正常，通话质量、数据下载、网络时延、切换速度等指标均满足预定标准。

综合比较两种方案的差异，在各方面的分析、对比情况如表2所示。

表2 两种方案的分析比较

“PTN+CE”方案主要优势在于传输网改造难度、设备成熟度、对维护人员的技术要求等方面，而“L3 PTN”方案的优势在于统一组网、保护机制、故障定位等方面。尤其在带业务的保护倒换测试中，模拟现网常见的5种故障场景，“L3 PTN”方案的业务倒换时间均在50毫秒以内，“PTN+CE”方案在涉及PTN和CE互连相关的故障场景上业务倒换时间达到了数百毫秒。随着PTN在L3 VPN技术的发展成熟，“L3 PTN”方案将会是TD-LTE承载网更好的技术选择。

4．城域传送网的后期演进方案

随着后期TD-LTE的正式商用和全面部署，与现在的规模试验网相比，基站数量将大大增多；随着用户数的增加，每基站接入带宽也将继续增大；同时为了提高核心网层面的可靠性，将启用多台MME、SGW形成pool，网络进一步复杂化。这些都将对承载网的带宽能力、业务灵活调度能力提出了更高的要求。

接入环按需扩容到10GE环。当现有的GE环网带宽利用率达到80%时，考虑升级到10GE。由于接入点一般为面积较小的基站机房，甚至是监控杆基站上的壁挂机柜，空间极其有限，因此要求设备厂商提供能够安装于综合柜内的10GE PTN盒式设备或可以升级到10GE的GE PTN盒式设备。

汇聚层后期随着接入环扩容逐步在有需求的汇聚节点叠加OTN设备，将OTN环下沉到汇聚层面，以提高主干光缆纤芯资源利用率。利用汇聚层OTN上的波道，根据业务带宽发展情况按需扩容汇聚层PTN节点之间的GE或10GE链路数量。

核心层一般为基于OTN网络之上的PTN 10GE环或网状网组网。若后期确定采用“L3 PTN”方案，可在城域传送网核心层采用L3 PTN设备新建一个调度环（包含所有的LTE交换核心节点），并与原有PTN网络的核心层骨干环设备对接，实现三层转发的功能，且对现网业务影响最小。

5．结束语

作为电信网络的基础，如果没有高质量承载网络的支持，无线网的技术革新所带来的高带宽优势也得不到任何体现。TD-LTE是高速移动通信系统未来的发展方向，其承载网络方案将是未来一段时间业界的研究热点。面对TD-LTE带来的高带宽、低时延、扁平化等新的承载需求，PTN借助其多业务承载、QoS和统计复用功能，充分保证TD-LTE所需高带宽、低时延要求，其强大的保护机制和OAM能力以及升级后支持的静态L3 VPN功能，确保了LTE的S1-Flex和X2接口转发需求，而其对于频率和时间同步的支持，同时能满足TD-LTE对于基站同步的要求，将成为中国移动TD-LTE承载网络的重要解决方案。

参考文献

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