面向LTE基站回传的PTN核心层L3网络组网思路探讨

王 健，梁 灿

（中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司 上海 200060）

1 前言

随着TD-LTE标准逐步成熟，TD-LTE已经逐渐步入到了网络建设运营的阶段。由于TD-LTE无线网对承载网络提出了高带宽、高灵活性等需求，对于移动运营商而言，传统的以城域传送网SDH/PTN进行全程无线业务承载的二层网络的组网方式将不再适用，需要通过承载网络启用L3功能满足业务承载需求。如何简洁、高效、安全地实现TD-LTE基站业务的承载，是需要重点考虑的问题。

2 TD-LTE基站业务对城域承载网络的流向需求

图1是TD-LTE无线网（E-UTRAN）的网络体系架构。TD-LTE在系统组成方面同前代系统相比最大的区别在于取消了BSC/RNC，eNode B与EPC间通过S1接口直接相连，eNode B与EPC节点为多对多连接，形成网格网络，而eNode B之间通过X2接口直接相连。

TD-LTE阶段，由于网络的扁平化，将出现X2电路（eNode B到eNode B之间），X2接口仅存在于相邻基站之间。目前，由于S1业务流量占整个RAN流量的比例在97%以上，而X2业务流量占整个RAN流量的比例小于3%，因此目前主流的部署方式是通过S1业务的传输通道传递X2业务，这样可以保持传送网结构的一致性，减少LSP（label switched path）/PW（pseudowire）等资源的额外消耗。

从网络调度的智能化和自管理化层面来说，TD-LTE无线网要求S1电路具备灵活开通的条件，以利于网络建设和后期割接等网络维护，包括S1-Flex等功能。S1-Flex是指单个eNode B连接到多个SGW，支持基于终端用户的负载均衡、回传/SGW故障保护，图2为S1业务需求。

图2 S1业务需求

X2业务以及S1-Flex业务对传输核心层面的承载提出了灵活性、高效性的要求，需要传输PTN实现L3调度功能，调度的方向是相邻基站之间、基站到各个EPC。

业界关于PTN L2/L3网络的范围有过争论，如L2管道仅限于接入层，则对于S1/X2电路的调度灵活性大大提高，但对于大型城域网而言将导致VPN范围过大，从而影响网络的可维护性。目前对于大型城域网一般仅在核心层设备启用L3功能。

3 面向LTE基站回传等业务的PTN核心层L3网络组网思路

对于传输网的核心层的L3网络建设，有两种主要的技术实现方式：方式1为PTN L3方式，即PTN核心层设备启用L3功能；方式2为PTN+CE路由器方式，即PTN维持L2方式，增加CE实现L3功能。图3为核心层L3网络建设方式示意。

以上两种方式从表1所示的几个维度进行比较。

图3 核心层L3网络建设方式示意

表1 核心层L3网络建设方式对比

根据上述分析，方式1即PTN启L3功能的方案对端到端的承载更为有利。

从实现L3功能的方式上，又可以分为L3 VPN和native IP两种。L3 VPN在转发效率、倒换效率、实现业务隔离、同厂商互通性、端到端管理方面具有较大优势，而native IP则更适用于异厂商设备互通组网的场景。

此外，CE设备的硬件和软件协议栈均较为复杂，而LTE回传由于仍是一个面向固定局向的业务需求，在已采用PTN技术路线的前提下，在现有PTN设备的基础上通过核心层叠加一个简化L3 VPN功能 （简化L3 VPN核心思想是把IP作为一种业务，承载在TP的静态隧道之上，IP业务和L2的业务没有本质区别）实现L3的调度需求，相对较为合理。这样，从层次上讲，形成了汇聚接入层（L2 VPN）圳核心层（L3 VPN）圳EPC（IP）这样的实现方式，核心层的桥接设备完成L2 VPN到L3 VPN的转换。

图4即为汇聚接入L2VPN+核心层L3VPN的组网方式。

3.1 L2/L3桥接设备组网思路及设备内部结构

TD-LTE基站业务承载网的关键在于核心节点的L2功能终结/L3功能开启的设备上，对于每个eNode B的OAM、S1、X2的子接口均需要通过该设备进行分流。如图5所示，目前从整体组网架构上主要有以下两种方案。

·方案1。建设各骨干节点PTN核心层L2/L3桥接设备，与EPC侧PTN L3设备配合，形成灵活调度的PTN L3网络。该结构将L3网络下沉至各核心节点，提升了L2网络的处理能力，同时L3网络范围适度扩大，可灵活实现S1-Flex、X2等业务的灵活调度。本方式适合于大规模LTE建设的PTN核心层组网。

·方案2。结合EPC局址，建设PTN核心层的L2/L3桥接/落地设备。该结构由于L2/L3桥接点设在EPC落地侧，对于LTE大规模建网，L2网络存在保护组、OAM能力等处理能力瓶颈。同时，该架构难以实现S1-Flex等业务的调度。此外，该方式难以适应EPC局址的不确定性及后续调整的可能性。总体而言，本方式适用于LTE初期小规模建网或小规模的LTE承载网。

方案1和方案2对比见表2。

图4 PTN端到端L2 VPN+L3 VPN组网示意

图5 L2/L3桥接设备组网方案示意

相对而言，方案1较为适合LTE大规模建网需要，方案2适合在LTE小规模网络建设中采用。在此，L2/L3桥接设备主要功能是：L2业务在桥接点完成终结，节点内部采用内部虚接口环回方式，实现L2 VPN到L3 VPN的转换，再通过核心层L3 VPN转发至核心落地节点。

如图6所示的桥接设备不同于CE路由器，该实现方式是基于简化L3 VPN而非复杂的路由协议，是路由器L3功能的一个较小子集。

3.2 EPC侧L3落地设备组网思路

针对EPC侧落地的PTN L3设备，有两种具体建设方式。

· 方式1：成对新建PTN L3设备，与各核心节点L2/L3桥接设备组L3网络，同时与EPC互联。

· 方式2：L2/L3桥接设备与L3落地设备共用一套设备，接入EPC。

上述两种EPC侧L3落地设备组网方式示意如图7所示。

方式1和方式2对比见表3。方式1满足双节点双路由的组网安全性要求，是目前推荐的主要实现方式。

后续在EPC局址增加时，可在EPC侧增加相应的L3落地设备，与桥接设备连接，保持架构的稳定，如图8所示。

图6 PTNL2/L3桥接设备内部结构示意

图7 EPC侧L3落地设备组网方式示意

表3 EPC侧L3落地设备组网方式比较

图8 增加EPC局址时网络结构扩展方式示意

4 面向LTE基站回传等业务的PTN核心层L3网络设计

4.1 L3层网络内链路带宽测算方式

针对L2/L3桥接设备与L3落地设备间的L3网络内链路带宽的测算，结合PTN L3网络的特点，考虑到LTE初期用户行为的不确定性以及运营经验的缺乏，为有效降低初期的投资风险（OTN/PTN），建议按照以下方式进行。

面向用户行为的角度（500 kbit/s/忙时用户流量）测算L2/L3桥接设备与L3落地设备间连接需求。即按照核心网侧的流量需求进行链路测算，并在此基础上结合区域性流量分布特点适度考虑冗余，与核心网同步实施扩容。

初期部署时，考虑到用户分布在时间、地域上的不确定性，每个区域内桥接设备与落地设备之间均按照EPC侧带宽需求作10GE连接。

网络扩容时，每对桥接设备与落地设备间峰值带宽利用率达到70%时，考虑增加连接；对应新增连接创建新的VRF（VPN路由转发表，也称VPN实例，是PE为直接相连的设备建立并维护的一个专门实体，下同），修改VRF、物理端口、LSP的映射关系。

4.2 PTN核心层L3网络设计要点

· 对于TD-LTE基站业务，L2电路在各骨干汇聚点所在的核心层L2/L3桥接设备上终结，为合理利用桥接设备的L2终结能力 （L2保护组、OAM能力），每个区域两个配对核心节点可分别按照就近原则终结50%站点业务。L3电路以高效直达为主，从各区的核心节点上联业务通过本局OTN或IP over WDM疏通至EPC所在局的核心层PTN落地的L3设备，并经PTN交换和整合后与EPC连接。

·PTN核心层L2/L3桥接设备成对设置，分别与各区域PTN骨干汇聚节点做10GE连接。L3落地设备成对设置，与L2/L3桥接设备之间作口字形的10GE连接。

·L3落地设备至EPC之间10GE链路连接数量根据用户数估算及用户行为模型确定。L2/L3桥接设备之间的L2连接数量根据各区域LTE站点的分布数量决定。

·L3网络中应以轻载方式确保网络安全，当网络口字型连接中峰值带宽之和超过链路总带宽的70%时，增加10GE连接。

·接入层PTN设备到本区域L2/L3桥接设备之间采用端到端的LSP 1∶1和双归保护方式，工作和保护需规划不同路径，同区域桥接设备之间设置VRRP。桥接设备至EPC侧落地设备之间采用VPN FRR+LSP 1∶1保护方式，落地设备与 EPC之间运行VRRP或IPFRR保护协议。

4.3 有关PTN核心层L3网络的进一步探讨

目前，PTN设备与路由器的区别主要体现在如下几个方面。

·应用场景不同：PTN组网网络层次简单，业务流向确定，汇聚型业务以环网组网为主，多为传送管道的要求，不需要太强的路由能力，以2层管道为主；路由器的场景是网络复杂，业务流向不确定，以mesh组网为主，需要组建Internet，以动态协议为主，路由能力要求强。

·硬件配置不同：PTN的硬件设计简单，路由器的设计复杂。

·协议软件不同：PTN由于采用静态配置的方式，软件系统精简，主要是与网管通信，执行网管命令，对设备实施配置和管理，是可控、可管的网络设备；路由器软件系统相对复杂，包括大量的信令、协议、应用等，代码规模大，因此路由器的主控板CPU性能都很高，相对功耗也要稍大。

随着SDN（其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台）概念的发展，后续PTN设备在支持简化L3 VPN功能的基础上，将可支持更多的L3功能，结合技术标准和设备的成熟度，网络结构也可相应地进行mesh化演进，满足各类L3业务的承载需求。

1 黄晓庆,唐剑锋,徐荣.PTN——IP化分组传送.北京：北京邮电大学出版社，2009

2 龚倩,邓春胜,王强等.PTN规划建设与运维实战.北京：人民邮电出版社，2010

3 Szigeti T,Hattingh C.端到端QoS网络设计.北京：人民邮电出版社，2007