TD-LTE回傳網(wǎng)絡和時間同步解決方案研究

1 引言

TD-LTE作為IMT-Advance主流技術之一，將使得移動網(wǎng)絡真正進入移動寬帶時代。相比現(xiàn)有2G，3G移動通信系統(tǒng)，TD-LTE對回傳網(wǎng)絡在高帶寬、低時延、橫向轉(zhuǎn)發(fā)、時間同步地面?zhèn)魉偷确矫嫣岢隽烁咭蟆?/p>

●首先，帶寬需求由2G/3G時期的幾兆、幾十兆發(fā)展到LTE時期的幾百兆。

●其次，LTE需要提供靈活的QoS和更嚴格的端到端時延，根據(jù)3GPP規(guī)定，對時延要求最嚴格的實時游戲類業(yè)務，從用戶終端到服務器的端到端單向時延為50ms，其間傳輸時延需要在10ms以內(nèi)。

●第三，LTE引入了相鄰基站間互聯(lián)（X2接口）和基站多歸屬（S1-Flex）需求，導致回傳網(wǎng)絡由點到點的匯聚型網(wǎng)絡轉(zhuǎn)變?yōu)辄c到多點或多點到多點的路由型網(wǎng)絡，現(xiàn)有2G/3G回傳網(wǎng)絡已無法滿足這種橫向轉(zhuǎn)發(fā)需求。

●第四，TD-LTE空中接口需要高精度時間同步，要求不同小區(qū)間空口同步偏差不大于3?s，因此需要在TD-LTE回傳網(wǎng)絡中傳送高精度的時間同步信號。

分組傳送網(wǎng)（PTN）能夠提供高效率的多業(yè)務承載，具備強大的保護，OAM和網(wǎng)管功能，靈活的統(tǒng)計復用和QoS能力，滿足TD-LTE高帶寬、低時延的要求，還可為TD-LTE系統(tǒng)提供精確時間和頻率同步信息傳送，因此中國移動已選擇PTN作為TD-LTE回傳主要解決方案。另一方面，TD-LTE時期，OTN設備可能逐漸下沉至城域匯聚機房，需進一步推進OTN支持1588v2時間同步技術，實現(xiàn)OTN+PTN的時間同步地面?zhèn)魉徒M網(wǎng)。

本文面向TD-LTE回傳網(wǎng)絡需求，提出了各項關鍵問題解決方案：

●首先，為滿足高帶寬需求，提出PTN向更大容量、更高速率接口方向發(fā)展。

●其次，為滿足橫向轉(zhuǎn)發(fā)的需求，PTN提供核心層增強L3功能和核心層對接CE路由器兩種解決方案。

●第三，為滿足TD-LTE回傳組網(wǎng)需求，提出PTN在業(yè)務，OAM，保護，QoS和同步實現(xiàn)全面互通。

●第四，為滿足高精度時間同步的需求，提出OTN和PTN共同組網(wǎng)提供時間同步地面?zhèn)魉头桨?。中國移動已在以?方面開展了大量的研究、測試和試點工作。

2 高速接口PTN引入分析

TD-LTE時期假設每基站保證帶寬和峰值帶寬分別為120M和450M，每接入環(huán)6節(jié)點、每匯聚環(huán)6節(jié)點，每匯聚節(jié)點帶6個接入環(huán)，則匯聚環(huán)帶寬總需求為6×6×（6×120M+330M）=37.8G，現(xiàn)有10GE接口速率PTN無法滿足需求。對于40G/100G接口技術，可從標準、產(chǎn)品成熟度和成本三方面衡量其成熟度。

●在國際標準方面

2010年6月，針對40G/100G以太網(wǎng)技術的IEEE 802.3ba標準獲得IEEE通過，該標準規(guī)定了4×40GBased LR4即40G傳輸10km的具體要求，4×100GBased-ER4和4×100GBased-LR4即100G傳輸40km和10km的具體要求，對于40G傳輸40km的標準，暫時沒有相應的國際標準規(guī)范。據(jù)悉，多個單位均在著力推進4×40GBased ER4即40G傳輸40km的國際標準。

●在產(chǎn)品成熟度方面

40GE推出時間普遍要早于100GE，主要原因是在芯片、光模塊、系統(tǒng)架構等方面，40GE較100GE更易于實現(xiàn)。

●在成本方面

100GE接口價格需等一個較長周期后才能成為市場接受的價格。此外，在具體考慮影響40G/100G應用的因素時，還需要著眼于網(wǎng)絡的全局，除了傳輸網(wǎng)絡設備外，還有客戶端設備、核心網(wǎng)設備等，同時要考慮對現(xiàn)有網(wǎng)絡的兼容性。

鑒于以上分析，40G系統(tǒng)可滿足TD-LTE初期匯聚層帶寬需求，且近期100G系統(tǒng)技術成熟度較低、成本較高，因此初步建議下一代大容量PTN設備首先引入40G接口。

目前，PTN設備40G接口技術主要有3種，即4×10GE端口聚合，40GE（并聯(lián)、串聯(lián)）和40G OTU3方式。4×10GE端口聚合方式從原理上就決定了無法提供理想的速率倍增，并且消耗光纖資源；40G OTU3方式價格偏高，與OTN下沉至匯聚層方案相比，優(yōu)勢不大；而40GE方式在以太網(wǎng)功能、傳輸距離、成本方面具有一定優(yōu)勢。綜合考慮，40GE接口更易于與低速率PTN設備組網(wǎng)，且成本較低，當前應推動40km傳輸標準和技術成熟。

3 基于PTN的TD-LTE回傳方案

為滿足LTE時期相鄰基站間X2接口互聯(lián)和基站多歸屬（S1-Flex）的需求，PTN提供了核心層增強L3功能（PTN L3）和核心層對接CE路由器兩種解決方案，核心層增強L3功能的方案中由PTN完成橫向流量的轉(zhuǎn)發(fā)，核心層對接CE路由器的方案由CE路由器完成橫向流量的轉(zhuǎn)發(fā)。3.1 核心層PTN增強L3功能技術方案L3 PTN實現(xiàn)TD-LTE回傳組網(wǎng)圖1所示。L3 PTN方案中，PTN匯聚接入設備仍沿用現(xiàn)有的L2網(wǎng)絡，僅在核心設備引入簡化L3功能，通過靜態(tài)L3 VPN承載S1和X2業(yè)務。

圖1　核心層PTN增強L3方案承載TD-LTE組網(wǎng)示意圖

PTN核心設備引入的L3功能包括L2~L3的橋接功能和靜態(tài)L3路由功能。L2~L3橋接功能是指PTN設備終結L2 PW，并通過IP地址網(wǎng)段劃分，對相同網(wǎng)段內(nèi)的PW進行收斂，再通過靜態(tài)L3 VPN方式進行L3路由轉(zhuǎn)發(fā)。通常，處于L3 PTN網(wǎng)絡與L2網(wǎng)絡交界處的設備需要具備這種L2/L3橋接功能，包括與L2 PTN網(wǎng)絡對接的L3 PTN設備和與客戶側(cè)核心網(wǎng)設備對接的L3 PTN設備。另外，靜態(tài)L3路由功能可以由PTN隧道技術結合L3 VPN路由技術方式實現(xiàn)。

L3 PTN方案中較為重要的方案是保護機制和網(wǎng)元配置管理功能。保護機制方面，L2 PTN就具備靈活多樣的保護機制，如1：1/1+1 LSP，環(huán)網(wǎng)，雙歸等保護，因此L3 PTN網(wǎng)絡天然具有強大的保護機制，在原有L2保護基礎上，結合L3保護方式如虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）和VPN快速重路由（VPN FRR）等，提供抗多種故障場景的保護能力。

VRRP是L3網(wǎng)絡中的一種IP主備網(wǎng)關的保護協(xié)議，一般設定一個虛擬IP地址作為默認IP網(wǎng)關，如果主用網(wǎng)關不可用，這個虛擬 IP 地址就會映射到一個備用網(wǎng)關，從而完成主備網(wǎng)關的互相保護。L3 PTN中VRRP的保護主要可分為以下兩個場景：

●場景一：面向客戶側(cè)SGW/MME設備的主備網(wǎng)關保護

采用兩端PTN設備與SGW/MME對接，并配置為主備網(wǎng)關，當 PTN設備失效和接入鏈路失效時，如圖2（a）所示，主用網(wǎng)關將不可達，此時VRRP保護將默認網(wǎng)關IP映射為備用網(wǎng)關，而SGW/MME設備并不需要額外機制配合這種VRRP主備用網(wǎng)關切換。

圖2　L3 PTN VRRP保護示意圖

●場景二：面向基站側(cè)的主備網(wǎng)關保護

如圖2（b）所示，采用匯聚到核心雙掛的方式，L2/L3橋接PTN面向eNB形成主備用網(wǎng)關。同樣，當設備失效或接入鏈路失效時，啟用VRRP保護將默認網(wǎng)關IP指向備用網(wǎng)關，基站側(cè)也并不需要其他機制配合VRRP保護。

此外，L3 PTN網(wǎng)絡中多種保護方式可相結合使用，VRRP可與雙歸和VPN FRR配合使用， VPN FRR也可與L2的線性、環(huán)網(wǎng)保護配合使用，保護機制多種多樣，極大地提高了LTE回傳網(wǎng)絡的安全性。

在網(wǎng)元管理配置方面，由于L3 PTN網(wǎng)絡采用靜態(tài)L3 VPN路由方式，路由表配置是通過網(wǎng)管配置下發(fā)的，因此網(wǎng)管是L3 PTN的重要功能。L3 PTN在繼承了L2 PTN的圖形化、易操作的網(wǎng)管的基礎上，在配置、故障、性能管理三大部分增加了L3相應的功能。

配置管理中主要新增靜態(tài)L3VPN業(yè)務的配置管理功能、VRRP和VPN FRR保護配置管理功能等。由于L3 VPN業(yè)務和路由配置量較大，可基于業(yè)務模板進行L3 VPN創(chuàng)建，并借由輔助工具實現(xiàn)端到端L3 VPN路由計算和路徑建立，減少配置工作量。故障管理中主要新增支持L3保護的告警上報、定位功能，L2/L3橋接節(jié)點對L2/L3業(yè)務信息查詢及告警上報功能；為了更好的繼承PTN網(wǎng)絡端到端的保護，對于L2和L3組合業(yè)務，網(wǎng)管還應該具有相關告警關聯(lián)分析功能。此外，還需新增針對VRF的L3 VPN業(yè)務的實時流量監(jiān)視及性能統(tǒng)計。