LTE Backhaul的承載演進(jìn)之路——高質(zhì)量、易維護(hù)、低代價(jià)

LTE作為下一代無(wú)線技術(shù)的主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)線寬帶化和無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)。從2010年開(kāi)始，全球高端運(yùn)營(yíng)商已在緊鑼密鼓的計(jì)劃推出LTE商用服務(wù)，LTE目前已獲得Vodafone、Verizon、T-Mobile、TeliaSonera、中國(guó)移動(dòng)和NTT DoCoMo等多家全球主流運(yùn)營(yíng)商的廣泛支持，如下圖所示。

無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展路線及基站出口帶寬需求

承載網(wǎng)作為電信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，其規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)先于電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，才能有效支撐業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和演進(jìn)。因此，在LTE實(shí)際商用之前，面向LTE的承載網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)就顯得重要和緊迫。
一、LTE帶來(lái)的承載挑戰(zhàn)
LTE相對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)，其最大特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)扁平化，引入了S1和X2接口。無(wú)線技術(shù)從3G演進(jìn)到LTE，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由演進(jìn)型NodeB（eNB）和接入網(wǎng)關(guān)（aGW）兩部分構(gòu)成，和3G網(wǎng)絡(luò)比較，少了RNC。eNB除具有原NodeB功能外，還承擔(dān)了RNC的大部分功能。aGW作為核心網(wǎng)的一部分，包括3種功能實(shí)體：MME（移動(dòng)管理實(shí)體）、SGW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)）和PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）。一個(gè)aGW可以管理多個(gè)eNB，一個(gè)eNB又可以和多個(gè)aGW互連，eNB和aGW之間的接口定義為S1接口。相鄰的eNB之間的接口定義為X2接口。如下圖所示：

LTE網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和基本架構(gòu)

LTE對(duì)承載需求的最大變化，是如何滿(mǎn)足因扁平化所帶來(lái)的S1和X2業(yè)務(wù)的承載需求上，這也是面向LTE的承載網(wǎng)演進(jìn)的方向和目標(biāo)。
S1接口：eNB-aGW之間。負(fù)責(zé)用戶(hù)UE的高清視頻點(diǎn)播、高清視頻監(jiān)控、實(shí)時(shí)RGB在線游戲、音樂(lè)下載和移動(dòng)電視、高速上網(wǎng)等用戶(hù)業(yè)務(wù)的連接承載。
X2接口：相鄰的基站eNB之間。與2G/3G Backhaul網(wǎng)絡(luò)的星形架構(gòu)不同，LTE Backhaul增加了對(duì)X2接口的承載需求，要求支持部分Mesh架構(gòu)，需要在相鄰基站之間建立邏輯連接，以負(fù)責(zé)用戶(hù)在不同eNB間漫游時(shí)，用戶(hù)數(shù)據(jù)可以在eNB間直接進(jìn)行交換。如下圖：

LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的S1和X2接口

S1接口承載需求：由于給每個(gè)基站建立多條單獨(dú)的路徑歸屬到不同a-GW會(huì)導(dǎo)致連接數(shù)量的急劇增加，導(dǎo)致高昂成本。因此需要在承載網(wǎng)中引入IP路由轉(zhuǎn)發(fā)功能（L3 VPN），由承載網(wǎng)中的IP路由轉(zhuǎn)發(fā)功能完成不同基站到不同a-GW的靈活轉(zhuǎn)發(fā)。
X2接口承載需求：由于X2接口的帶寬只占S1帶寬的3％～5％左右，因此，X2與S1可以共享承載通道，利用承載網(wǎng)核心調(diào)度層的IP轉(zhuǎn)發(fā)能力來(lái)支持（L3 VPN），以避免相鄰基站之間因X2連接而產(chǎn)生的N平方連接問(wèn)題，從而避免組網(wǎng)的高度復(fù)雜性和高昂成本。
LTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載的總體需求
業(yè)務(wù)流向需求：LTE Backhaul增加了X2接口，在相鄰基站間建立邏輯連接，但其帶寬僅占S1帶寬的3％～5％；引入S1-Flex概念，基站同時(shí)歸屬到多個(gè)MME
帶寬擴(kuò)展需求：基站帶寬逾百兆，要求承載網(wǎng)接入環(huán)支持10GE速率
業(yè)務(wù)發(fā)展需求：適應(yīng)2G/3G/LTE協(xié)同發(fā)展，符合GPS替代的時(shí)間同步發(fā)展戰(zhàn)略
維護(hù)管理需求：簡(jiǎn)單友好、易管理，繼承原有的維護(hù)習(xí)慣
網(wǎng)絡(luò)安全需求：保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、健壯性，便于故障快速定位及解決
低代價(jià)演進(jìn)需求：保護(hù)投資，支持平滑演進(jìn)，減少額外代價(jià)
二、LTE網(wǎng)絡(luò)承載主流方案分析
對(duì)于LTE業(yè)務(wù)承載，相比3G業(yè)務(wù)的承載，最大的變化在于下面兩點(diǎn)：
1、 S1接口需要靈活的調(diào)度能力，使eNB可以靈活的歸屬到多個(gè)a-GW
2、 在相鄰的eNB基站之間有X2接口的承載需求
對(duì)于第一點(diǎn)，需要IP路由轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)解決。但I(xiàn)P路由轉(zhuǎn)發(fā)部署在哪個(gè)層次合適？一般考慮部署在承載網(wǎng)的匯聚核心調(diào)度層，以便把路由域的規(guī)模控制得比較小，提高網(wǎng)絡(luò)的可管理性、可擴(kuò)展性和安全性。
對(duì)于第二點(diǎn)，由于考慮到X2的帶寬約占S1帶寬的3％～5％，因此X2可和S1共享承載通道，利用承載網(wǎng)匯聚核心調(diào)度層的IP轉(zhuǎn)發(fā)能力來(lái)支持。
針對(duì)LTE承載的挑戰(zhàn)和特點(diǎn)，業(yè)界目前形成了兩種主流方案來(lái)解決LTE的承載，即 “支持簡(jiǎn)化L3 VPN的端到端PTN方案”和“PTN+CE路由器方案”，下面分別對(duì)他們進(jìn)行描述和分析對(duì)比。
簡(jiǎn)化L3 VPN的端到端PTN方案
在接入層和匯聚層利用PTN設(shè)備的E-Line（EVPL）功能，將S1與X2業(yè)務(wù)接入和匯聚至PTN核心節(jié)點(diǎn)，之后業(yè)務(wù)在PTN核心層設(shè)備內(nèi)部落地并映射到VRF中，在設(shè)備內(nèi)部完成L2層到L3層的橋接，利用核心層PTN設(shè)備提供的簡(jiǎn)化L3 VPN，實(shí)現(xiàn)對(duì)S1、X2業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，以滿(mǎn)足LTE承載需求，整體方案如下圖：
支持簡(jiǎn)化L3 VPN的端到端PTN方案

支持簡(jiǎn)化L3 VPN的端到端PTN方案

PTN+CE路由器方案

PTN在接入?yún)R聚層，為L(zhǎng)TE提供L2層專(zhuān)線通道，在PTN匯聚核心點(diǎn)終結(jié)L2層專(zhuān)線，后再通過(guò)VLAN方式和CE路由器進(jìn)行互連，CE再根據(jù)路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)給本地的s-GW/MME，或者通過(guò)IP專(zhuān)網(wǎng)的L3 VPN傳送到遠(yuǎn)端的s-GW/MME。如下圖所示：

PTN+CE路由器方案

兩種主流方案的對(duì)比分析
表1兩種LTE承載主流方案的對(duì)比分析

以上對(duì)比分析可以看出，“支持簡(jiǎn)化L3功能的端到端PTN方案”在 維護(hù)特性、傳送質(zhì)量、TCO成本、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等方面均具備了較大的優(yōu)勢(shì)。
三、小結(jié)
“支持簡(jiǎn)化L3VPN的端到端PTN”方案把數(shù)據(jù)領(lǐng)域的VPN路由技術(shù)和PTN的靜態(tài)隧道技術(shù)進(jìn)行了深度的融合，面向LTE提供了一種“簡(jiǎn)單可靠、可運(yùn)維可管理、成本低”的LTE端到端傳送解決方案，具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如下圖所示，能充分滿(mǎn)足LTE的承載需求，得到了多家業(yè)界領(lǐng)先的運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)可和選擇，成為L(zhǎng)TE承載發(fā)展的方向。

“支持簡(jiǎn)化L3 VPN的端到端PTN方案”的優(yōu)勢(shì)