LTE时代移动业务承载网组网研究

何 伟，吴中平 ，徐大伟（.中讯邮电咨询设计院有限公司，上海00050；.中国联通上海分公司，上海00050）

0 前言

LTE是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，它改进并增强了3G的空中接入部分，采用正交频分复用技术（OFDM）和多输入多输出（MIMO）作为其无线网络演进的唯一标准。在20 MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mbit/s与上行50 Mbit/s的峰值速率。与3G相比，LTE的技术优势主要体现在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和向下兼容。截至目前，共有75个国家和地区的196家电信运营商正在部署、测试或评估LTE，国内三大电信运营商也在进行相关的技术测试，LTE时代即将到来。

LTE阶段业务和网络将全面实现IP化演进，带宽需求也将大大提升，对应承载技术的选择也发生了质的变化，IP化、宽带化、密集覆盖成为移动业务承载网发展的三大特点。由于技术先天原因，现有MSTP（基于SDH的多业务传送平台）和分组传送网（PTN）二层静态点到点管道传送技术已经不能适应LTE基站IP化规模建设的承载需求，也不能适应2G/3G/LTE全业务承载的要求。目前融合了MPLS-TP（传送多协议标签交换）的IP/MPLS协议栈已基本成熟，采用这种技术搭建的承载网不仅具备IP/MPLS的动态链路和带宽共享优势，同时还具备了PTN强大的OAM能力，是未来承载网络的发展方向。本文希望根据移动业务的特点，提出IP/MPLS/MPLS-TP承载网网络架构以及在这种架构下各种业务功能的技术实现。

1 组网方案

目前电信运营商在建设移动业务传送网时，主要采用MSTP/SDH技术进行搭建。网络整体一般分为接入层、汇聚层和核心层，基站通过2M/FE接口上连至接入层传输设备，核心网元RNC/BSC/MSC通过2M/FE/GE/155M接口连接至核心层传输设备。

在2G和3G初期，网络流量以电路域的TDM（时分复用模式）为主，分组域的IP流量为辅，此时MSTP技术凭借着较完善的OAM机制以及丰富的接口类型能够较好地满足移动业务的承载需求。但随着3G分组业务的快速发展以及LTE时代的到来，IP流量将呈现爆发式增长，MSTP技术无法进行带宽复用以及采用刚性管道化交换方式的先天不足造成在承载分组流量时出现瓶颈。为了解决这个问题，IETF组织制定了MPLS-TP标准，即在传统的MPLS网络上增加相关的功能子集用于满足传送网络面向连接的需求 （如OAM、保护倒换等）。MPLS-TP具备强大的传送能力，完全可以保证移动业务在传送过程中的QoS、OAM以及可靠性。

随着路由器内嵌MPLS-TP技术的日益成熟，在现有的IP/MPLS/VPN体系内融入MPLS-TP已在各大主流厂商中达成共识。融入了MPLS-TP的传统IP大大提升了网络的可靠性和OAM能力，为实现移动业务承载提供了必要条件。在IP/MPLS/MPLS-TP体系下，组网拓扑如图1所示。

图1 移动业务承载网网络拓扑

如图1所示，承载网分为接入层、汇聚层和核心层，全程采用具备IP/MPLS/MPLS-TP能力的路由器进行组网，基站通过各类型接口上联接入层路由器，移动核心网网元（RNC/BSC/MME/sGW）互联核心层路由器或通过CE路由器互联。接入层路由器和汇聚层路由器共同组成承载网接入环，接入环可下挂单链，一对汇聚层路由器可以下挂多个接入环，汇聚路由器上行通过口字形结构就近上联核心层路由器。核心层由业务网网元所在的核心节点组成，采用双平面架构保证可靠性，平面内可以采用环状方式组网，也可以采用Full Mesh或部分Mesh方式组网。根据各地传输资源情况的不同，基站可直接下挂接入层路由器，也可以通过PON/以太网/MSTP/裸光纤等方式接入接入层路由器，根据维护体制的不同，业务核心网元可以直接互联核心层路由器，也可以通过CE接入核心层路由器。

2 技术实现

2.1 业务承载

移动业务承载网定位于传送2G、3G和LTE业务，2G和3G电路域业务采用TDM格式进行封装，3G分组域和LTE业务采用IP数据包方式进行封装。考虑到传统MSTP/SDH技术对于承载纯IP流的局限性，采用IP/MPLS/MPLS-TP技术规划移动业务承载网络。由于2G/3G/LTE业务可能会共存较长时间，因此承载网应同时具备传送TDM流和IP包的能力。为保证大量接入层设备故障及压力影响不扩散，同时为满足业务端到端承载，对于3G分组域/LTE业务，采用分段L3 VPN over TE（即三层VPN承载在TE隧道上）方式进行承载。对于2G/3G电路域业务，采用分段PW over TE（即PW伪线承载在TE隧道上）方式进行承载。图2是业务承载端到端视图。

如图2所示，TDM业务采用分段PWE3方式传送，分段节点位于汇聚层路由器处，端点位于接入层路由器和业务核心网CE路由器（或核心层路由器）。IP业务采用分段三层VPN方式传送，分段节点仍位于汇聚层路由器处，端点位于接入层路由器和核心层路由器。处于关键位置的分段节点路由器负责业务的汇聚、转接以及上下段相关协议的解释和对通。

2.2 协议部署

2.2.1 IGP协议

图2 移动业务承载技术实现

IGP采用IS-IS协议部署，为避免将大量的IGP路由泄漏到接入环上的设备，以最大限度降低对接入环节点设备的规格要求，同时为了支撑端到端的业务部署，承载网使用IGP多进程的方式来规划不同的路由域，不同的路由域之间路由互相隔离，互不引入，即：接入层和核心汇聚层工作在不同的IS-IS进程内。协议部署如图3所示。

图3 IGP协议部署方式

如图3所示，接入层工作在IS-IS进程M上，核心汇聚层工作在IS-IS进程N上，由于移动回传业务都是由 BTS（NodeB）到 BSC（RNC）的点到点业务，不同的接入层环之间不需要互通，因此接入层环IS-IS进程M不需要学习全网的路由，但是为了建立端到端的TE传送隧道，接入环上的路由器只需要学习CE路由器的路由即可。

2.2.2 BGP协议

接入环内，采用MP-iBGP协议分配三层VPN业务的内层标签，即：每台接入层路由器通过静态方式分别与2台汇聚路由器建立iBGP Peer邻居关系，在IPv4 familiy vpnv4视图下使能传播vpnv4路由的能力。核心汇聚环内，采用MP-eBGP协议分配三层VPN业务的内层标签，即：每台汇聚路由器通过动态方式与核心路由器间建立eBGP Peer邻居关系，在IPv4 familiy vpnv4视图下使能传播vpnv4路由的能力，如果网络规模较大，也可设置单独的路由器反射器RR发布路由。协议部署如图4所示。

2.2.3 TE隧道协议

图4 BGP协议部署方式

承载网采用RSVP-TE（基于流量工程扩展的资源预留协议）分配外层标签，用于承载内层VPN及PW流量。外层TE隧道仍然采用分段方式部署，即：接入层占一段TE隧道，核心汇聚层占另一段TE隧道。隧道采用分段TE的方式，达到接入层与汇聚层、核心层故障隔离，相比端到端TE，大大降低了部署的复杂性和隧道的数量。协议部署如图5所示。

图5 TE协议部署方式

2.3 业务保护

对于2G/3G电路类TDM业务，采用分段PW over TE的方式进行业务承载，2个分段区域内IGP协议运行在不同的IS-IS进程，以保证路由震荡扩散不影响到网络的稳定性。对于业务的保护倒换，采用分段BFD for MS-PW （即采用双向转发检测技术检测分段伪线）的方式进行。架构如图6所示。

图6 TDM业务保护方式

当节点1至节点3发生故障时，业务路径上的链路及节点故障通过BFD for MS-PW检测做PW冗余倒换，上下行业务切换至备PW（虚线）。当节点4发生故障时，BSC双归的主核心路由器节点故障通过BFD for MS-PW检测分别做PW冗余和MC-APS（自动保护倒换协议）倒换，上下行业务切换至备PW。当BSC连接核心路由器的主AC链路故障，上下行业务网络侧路径（实线）不变，MC-APS切换后，由ICB-PW绕行至备AC链路到BSC。

对于3G分组域/LTE类IP流业务，采用分段L3VPN over TE的方式进行业务承载，2个分段内IGP协议运行在不同的IS-IS进程内，以保证路由震荡扩散不影响到网络的稳定性。对于业务的保护倒换，采用分段BFD for TE/VPN（即采用双向转发检测技术检测TE隧道或VPN连通）的方式进行。架构如图7所示。

图7 IP业务保护方式

当节点1和节点3发生故障时，业务路径上的链路及节点故障通过BFD for TE检测做域内的TE-HSB切换（虚线）。当节点2发生故障时，由接入路由器及核心路由器各自做VPN FRR（VPN快速收敛技术）切换至备汇聚路由器。当节点4发生故障时，CE双归的主核心路由器节点故障通过BFD for VPN检测由汇聚路由器发起VPN FRR倒换。当节点5发生故障时，CE连接核心路由器的主链路故障，网络侧通过路由快速收敛，业务切换至备核心路由器到CE。

2.4 QoS方案

分层QoS（HQoS）技术将调度策略组装成了分层次的树状结构。HQoS可以在不同的节点上对流量做不同的控制动作，从而实现了对流量进行多层次、多用户、多业务的流量管理。移动业务承载网采用HQoS技术保障业务服务质量，实现架构如图8所示。

HQoS可以做到针对业务、基站、基站组、端口四级精细化调度，在网络侧做到同一Tunnel或VPN内的业务进行精细化调度。如图8所示，当流量入移动业务承载网时（红圆点处），不同业务通过802.1p（流量优先级LAN二层协议）/DSCP（差分服务代码点）映射PW/LSP的MPLS EXP（MPLS标签中的优先级比特位），MPLS中间 P节点根据优先级进行差分服务（Diff-Serv）调度，接入路由器上可部署Car/Shaping做流量整形，在核心路由器下行方向部署层次化HQoS，综合调度业务。优先等级可根据业务的重要性划分为CS6、EF、AF41、AF32、AF21、AF11 和 BE 共 7 个等级。

图8 QoS端到端部署方案

2.5 同步方案

移动业务承载网采用1588v2协议进行网络的时间同步，1588v2采用双向信道，精度为ns级，费用低，能适应不同的接入环境，在对精度要求不断提高的行业背景下，1588已成为一种发展的必然趋势。时钟源在核心层路由器处注入 (双BITS备份)，通过逐跳1588v2全BC模式同步时间和频率到接入层路由器，各节点支持BMC算法跟踪主时钟源，基站提取链路时钟。时间频率同步满足G.823模板，100 ns高精度时间满足无线及LTE需求，多跳节点抖动小于1 μs支撑大规模组网，200 ns级单网元倒换保证时钟高可靠性。同步时钟部署如图9所示。

图9 时间同步部署方案

2.6 网管部署

核心/汇聚/接入层路由器均通过中心网管系统进行管理，提供端到端拓扑管理、业务发放、故障定位/定界、性能监控。网管系统可单接或双归到核心层路由器上。网管流量可以运行在公网IGP中，如果考虑与业务及控制平面隔离，也可使用层次化L3VPN方式部署。此外，为了方便运维，接入层路由器可以通过一次进站完成设备的即插即用，即包括设备上电、通过DHCP获取IP、通过运维工具获取基础配置等。网管部署如图10所示。

图10 网管系统部署方案

3 结束语

本文提出的移动业务承载网，具备承载2G、3G、LTE业务的能力，满足网络运维管理、网络智能性、网络可靠性、网络灵活性和可扩展性、长期可演进等要求。在国内三大电信运营商全业务运营和LTE即将引入的背景下，构建高效、可靠、融合的移动业务承载网络，提升移动业务承载能力及端到端的业务保障，对实现业务的规模化发展及品牌形象具有重要的意义。

［1］曹鹏志，张建林.第三代移动通信系统接口的发展与演进［J］.无线电工程，2000（8）：6.

［2］王顺新.采用L2 VPN技术建设新型城域数据网 ［J］.电信技术，2007（2）：14.

［3］潘旭鸣，管剑峰.移动运营商全业务建设模型分析［J］.信息技术，2010（4）：12.

［4］周玲.移动城域传输网IP演进策略研究与规划 ［D］.北京邮电大学，2010.