基于分組承載網(wǎng)的LTE業(yè)務(wù)需求分析

摘要：在LTE網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過程中，網(wǎng)絡(luò)的扁平化和諸多新型接口的出現(xiàn)對底層承載技術(shù)提出了新的需求，本文主要從三層業(yè)務(wù)承載能力、基站帶寬、時延抖動等幾個方面分析了LTE網(wǎng)絡(luò)對于分組承載網(wǎng)的要求。

1、前言

隨著全球3G技術(shù)的大規(guī)模商用部署，特別是增強(qiáng)型3G技術(shù)HSPA/HSPA+的普及和推廣，大大的推動了移動多媒體業(yè)務(wù)和移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。用戶對移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的劇烈增加，直接導(dǎo)致了3G網(wǎng)絡(luò)容量以及業(yè)務(wù)承載壓力的猛增。為此，大部分運營商和3GPP開始全力推動下一代新一代寬帶無線技術(shù)LTE的發(fā)展。

在LTE的推動過程中，承載網(wǎng)作為電信網(wǎng)的基礎(chǔ)，其規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)該優(yōu)先于業(yè)務(wù)的發(fā)展和演進(jìn)。承載網(wǎng)的分組化是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，另一方面，移動業(yè)務(wù)的需求變化也決定了網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)方式。本文將對基于分組承載網(wǎng)的LTE業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析。

2、LTE網(wǎng)絡(luò)承載要求

LTE的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)對于分組承載網(wǎng)提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò)扁平化、X2接口的引入、S1接口的多樣性均提出了不同的承載需求。在LTE環(huán)境下，無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。與傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡(luò)相比，LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加扁平化、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)功能也更加復(fù)雜。

圖1. LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

在LTE網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，出現(xiàn)了三個新型的結(jié)構(gòu)分別為：

1） S1接口：連接eUTRAN和ePC之間的接口，具有較強(qiáng)的開放性，負(fù)責(zé)用戶UE的高清視頻點播、高清視頻監(jiān)控、實時RGB在線游戲、音樂下載和移動電視、高速上網(wǎng)等用戶業(yè)務(wù)的連接承載。移動網(wǎng)絡(luò)運營商可以根據(jù)需要，采用不同廠家設(shè)備構(gòu)架eUTRAn和ePC，從而提高了LTE網(wǎng)絡(luò)的靈活性。為了支持網(wǎng)絡(luò)冗余和跨網(wǎng)元間的流量負(fù)載分擔(dān)，每一個eNode可以通過S1接口與不同S-GW或者PDN-GW相連。

2） X2接口：實現(xiàn)eNode基站之間的互聯(lián)互通，X2接口的引入可以進(jìn)一步激發(fā)LTE設(shè)備制造商的競爭，用戶在不同基站之間的切換更加頻繁，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和可升級性能力大大增強(qiáng)。為了保證不同基站之間的互通，X2接口需要引入三層路由功能，從而實現(xiàn)在基站群之間基于IP地址的尋址和路由。當(dāng)UE設(shè)備處于激活模式下，X2接口可以支持LTE無線系統(tǒng)內(nèi)部的移動性，具體包括：源eNode到目的eNode之間的上下報文傳遞；源eNode到目的eNode之間用戶平面隧道的控制；不同eNode之間的切換；上行負(fù)載管理；一般管理和錯誤處理功能。

3） LTE-Uu接口：eUTRAN和UE之間的無線接口，Uu是UE設(shè)備接入到系統(tǒng)的固定部分的接口，是eUTRAN中最為重要的接口之一，但由于不涉及到底層承載方面的需求，對于分組承載的影響不大。

總體來說，X2接口，定位于改善用戶跨基站移動切換時的體驗。當(dāng)切換完成后，業(yè)務(wù)還是要經(jīng)過S1進(jìn)行傳輸。由于切換只發(fā)生在相鄰基站之間，因此在X2接口設(shè)計上，主流運營商明確要求僅允許相鄰基站之間存在邏輯連接，而非相鄰基站不允許互通。從避免一個基站故障擴(kuò)散到其他基站的角度考慮，避免所有基站全MESH互通也是合理的。

與傳統(tǒng)3G/B3G相比，LTE是一個全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的扁平化和諸多新型接口的出現(xiàn)對底層承載技術(shù)提出了新的需求，主要從業(yè)務(wù)承載、基站帶寬、時延抖動、時間同步等幾個方面對分組承載網(wǎng)絡(luò)有著新的要求。

3、業(yè)務(wù)承載能力分析

傳統(tǒng)3G/B3G網(wǎng)絡(luò)基本上需要底層承載網(wǎng)提供二層能力即可，即通過基于MAC地址的轉(zhuǎn)發(fā)就可以滿足上層移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)回傳的需要。從NodeB到RNC之間，通過某種特定的承載技術(shù)，配置一條二層交換通道，實現(xiàn)基站業(yè)務(wù)的回傳，如果采用MSTP技術(shù)，直接通過VC交換，采用剛性管道方式。

但在LTE網(wǎng)絡(luò)中，S1和X2接口的引入對于底層承載提出了三層交換的需求，單純的傳統(tǒng)基于MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)的二層交換能力無法滿足S1/X2接口的多樣性，即無法實現(xiàn)eNode與多個S-GW和P-GW之間的互通以及多個eNode基站之間的互通。

具體來說，LTE網(wǎng)絡(luò)對于三層交換能力的需求主要體現(xiàn)在：

1）需求1：多個eNode基站之間通過X2接口進(jìn)行互通

X2接口的引入是LTE網(wǎng)絡(luò)一大特色之一，但為了保證在多個基站之間的靈活切換，在基站池中，需要將每一個eNode基站看做一個帶有獨立IP地址的物理通訊單元，X2接口之間的業(yè)務(wù)流需要采用三層路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，實現(xiàn)在不同eNode基站之間的路由功能，從而提高整個eNode基站池的靈活性。

在城域網(wǎng)層面，不同eNode基站需要通過接入環(huán)接入到承載網(wǎng)中，從理論上分析，為了實現(xiàn)X2接口的傳輸，接入環(huán)上的傳輸設(shè)備需要支持三層功能，這是最為簡單易行的組網(wǎng)方案，但成為較為昂貴，并不是最佳選擇。

圖2. LTE網(wǎng)絡(luò)中S1和X2接口示意圖

雖然X2接口在LTE網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中很重要，但其對于三層路由功能的緊迫性并不是非常明顯，主要體現(xiàn)在：

首先，經(jīng)分析，X2接口流量主要考慮在U-Plan面的流量，通過用戶在不同eNode之間的切換來對其流量進(jìn)行統(tǒng)計，通過設(shè)定在某一個時間段內(nèi)，估計占LTE網(wǎng)絡(luò)總流量3%左右，即基于X2接口的三層流量并不是LTE網(wǎng)絡(luò)中的主要組成部分，LTE網(wǎng)絡(luò)中的大部分流量仍然以二層業(yè)務(wù)為主；其次，如圖3示出了eNode網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了避免eNode基于MESH組網(wǎng)時基站之間流量交互過于頻繁，在LTE網(wǎng)絡(luò)中，一般采用六邊形基站組網(wǎng)方案，即一個eNode基站最多與周邊六個eNode基站進(jìn)行通信，這樣可以大大降低eNode基站之間，即X2接口的信息流量。

圖3. LTE網(wǎng)絡(luò)eNode基站之間X2連接示意圖