TD—LTE省干回传网络保护方式探讨

李志强+邢守壮+刘锐

如何建设省干PTN网络进行LTE业务承载，已经成为当前PTN发展的主要课题。通过对TD-LTE省干回传组网架构的分析，比较了各种方案的优劣，在此基础上探讨了LTE承载的主要保护方式，并对省干与本地网对接区域的保护方案进行研究。最后，通过故障分析对各种保护模型进行比较，探讨了各种保护模型的优劣。

TD-LTE 组网架构 保护方案 故障分析

Study of Provincial Trunk Backhaul Network Protection in TD-LTE

LI Zhi-qiang1， XING Shou-zhuang2， LIU Rui1

（1. Huaxin Consulting and Designing Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310014， China；

2. China Mobile Group Zhejiang Co.， Ltd.， Taizhou Branch， Taizhou 318001， China）

How to build the PTN provincial trunk network for LTE transmission has become the main topic of the PTN development. By the analysis of the networking architecture of provincial trunk backhaul network in TD-LTE， the advantages and disadvantages of various schemes are compared. On this basis， the main protection for LTE transmission is discussed， and the protection scheme between provincial trunk and local network is studied. Finally， the comparison of various protection models is made by fault analysis， and the advantages and disadvantages of them also are discussed.

TD-LTE networking architecture protection scheme fault analysis

1 引言

TD-LTE建设初期，SGW（Serving Gateway，服务网关）/MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）一般在省中心集中部署，LTE流量需跨越省干回传。目前省内干线LTE回传网络有单厂家省干PTN和单/多厂家落地PTN两种建议方案，而各省城域PTN传输设备至少在两家以上，无论哪种建议方案都涉及不同厂家设备该如何对接以及PTN网络该如何保护的问题，这已成为LTE时代PTN网络建设的热点问题。本文在省干建议组网模式下，探讨PTN网络的各种保护方案，重点对省干与本地网对接区域的保护方案进行研究。

2 TD-LTE省干回传组网架构

目前省内干线LTE回传网络建议组网方案有两种，分别是单厂家省干PTN和单/多厂家落地PTN，这两种方案各有优劣。

单厂家省内干线PTN方案组网架构如图1所示。省干PTN系统使用同一厂家设备，拓扑建议采用口字型结构，因为省干跨距较长且已建设比较完善的OTN系统，同时考虑到维护、保护、投资等因素，省干PTN应承载在OTN上，OTN层面不配置保护。由于省内城域传输设备至少在两家以上，所以在地市城域网核心层与省干PTN间需考虑异厂家互通。

（1）2G/3G业务直接在城域落地，不用跨省干回传。

（2）对于跨省干LTE回传，不同厂家之间建议采用口字型组网，预防节点失效。

（3）省干和城域核心PTN网络均启用L3功能，以应对S1/X2流量转发。

（4）推荐省干和本地网对接采用UNI（User Networks Interface，用户网络接口）接口、IP FRR（Fast ReRoute，快速重路由）保护方案。

（5）此方案的优点为省网与城域网的界面清晰，方便管理和维护；缺点为设备数量多，投资相对较大。

单/多厂家落地PTN方案组网架构如图2所示。省干不用单独建设PTN系统，只需在省公司增加PTN下载设备即可，地市核心层L3设备直接通过省干OTN与下载设备直连。

（1）城域核心PTN设备与省干下载PTN设备之间采用口字型组网。

（2）如采用单厂家落地PTN方案，下载设备采用单一厂家，必会存在与部分地市城域PTN设备是异厂家，建议统一采用UNI接口，IP FRR保护方案。

（3）如采用多厂家落地PTN方案，省干下载设备与城域PTN设备是同一厂家，采用NNI接口，启用3层VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）和OAM（Operation Administration and Maintenance，操作、管理和维护）。若同一地市城域网有不同PTN设备厂家，则该地市需对应多对省干不同厂家落地设备。

（4）单厂家落地PTN方案比单厂家省干PTN方案需求PTN设备数量大大减少，节省大量投资。

（5）多厂家落地PTN方案的优点为采用NNI接口，实现PTN全程端到端管理和业务承载，保护倒换安全可靠，且需求PTN设备数量比单厂家省干PTN方案略少，投资相对节省；缺点为省干和城域网的界面不清晰，同一设备在不同网管中管理，存在管理难题，且与SGW/MME对接的设备多，给核心网的端口带来了一定压力。endprint

从上文分析可知，单/多厂家落地PTN方案的组网结构比单厂家省干PTN方案简单。由于本文主要探讨LTE承载的保护方式，为了模拟最复杂的场景，将统一采用单厂家省干PTN方案进行网络保护分析，所以本文的结论同样适用于单/多厂家落地PTN方案的场景。

3 TD-LTE保护方案

对于2G/3G业务，PTN网络采用类SDH 1+1和1：1 LSP（Label Switched Path，标签交换路径）保护，PTN L3功能引入后，保护将更加灵活和复杂。LTE业务的保护方式如图3所示，下面将分别对各个层面的保护方案进行介绍。

3.1 SGW/MME与PTN下载设备

SGW/MME和两台PTN下载设备之间目前运用较多的是VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）、IP FRR两种保护方式，无论是VRRP还是IP FRR保护，SGW/MME都是采用主备方式工作，即主用路由或端口故障，则备用路由或端口开始工作。此外，考虑到核心网SGW/MME的负载分担需求，SGW/MME与PTN下载设备之间建议部署ECMP（Equal-Cost Multipath Routing，等价多路径路由）保护，主备路由同时工作，利于网络效率的最大化，但ECMP保护需要SGW/MME设备支持该协议。

在到一个目的地有几条相同开销路径的网络环境中，若采用VRRP或者IP FRR协议，发往该目的地址的数据包只能利用其中的一条链路，其它链路处于备份状态或无效状态；若使用ECMP协议，IP包可在这几个链路上轮流发送，可见ECMP有效地增加了传输带宽，提高了传送效率。

ECMP有逐包和逐流两种基本方式。逐包方式是只根据目的地址来轮流发送，而逐流方式是根据不同的数据“流”来分担，考虑到逐包方式可能导致报文乱序，SGW/MME和两台PTN下载设备之间需运行逐流的ECMP协议，即根据基站业务IP地址转发，强制根据接收路由，保证上下行业务路径一致。

3.2 省干PTN L3设备之间

省干PTN L3设备之间应同时部署LSP 1：1和VPN FRR保护，其中LSP 1：1保护链路故障，VPN FRR保护节点故障。根据SGW/MME与PTN下载设备之间保护协议的不同，省干设备L3 VPN的设置也会有所不同。按照图3的网络结构，具体配置方案如下：

（1）若SGW/MME与PTN下载设备之间部署VRRP/IP FRR保护，省干设备VPN FRR配置如下：

H节点：H-J-L工作，H-I-K-M保护；

I节点：I-H-J-L工作，I-K-M保护；

L节点：L-J-H工作，L-M-K-I保护；

M节点：M-L-J-H工作，M-K-I保护；

J、K节点：不用设置。

（2）若SGW/MME与PTN下载设备之间部署ECMP保护，省干设备VPN FRR配置如下：

H节点：H-J-L工作，H-I-K-M保护；

I节点：I-K-M工作，I-H-J-L保护；

L节点：L-J-H工作，L-M-K-I保护；

M节点：M-K-I工作，M-L-J-H保护；

J、K节点：不用设置。

（3）LSP配置：

H、I、L、M四个节点间均需配置LSP，每条L3 VPN均需配置主备两条LSP。

从上述配置方案可以看出，在SGW/MME和两台PTN下载设备之间运行ECMP协议时，上下VPN路由一致，相对于VRRP或IP FRR模式下的上下行L3 VPN路由不一致，ECMP模式下的业务规划更加简单有序。

当然，VRRP或IP FRR模式下也可规划成与ECMP模式一样的对称L3 VPN路由，但这种路由在一些场景下可能导致业务丢包，即由于上行业务流可能从备用节点M直接转发数据包至SGW/MME备用端口，而此时SGW/MME备用端口不工作，导致业务丢失。

3.3 省干PTN L3设备与城域核心L3设备

由于省干和城域PTN设备可能异厂家，各厂家之间的信令、参数的不一致可能导致NNI对接无法实现，因此建议采用口字型组网、UNI接口、IP FRR保护方案。按照图3的网络结构，具体配置方案如下：

F节点：主用下一跳为H，备用下一跳为G；

G节点：主用下一跳为I，备用下一跳为F；

H节点：主用下一跳为F，备用下一跳为I；

I节点：主用下一跳为G，备用下一跳为H。

3.4 核心层PTN L3设备之间

此部分为纯L3域，保护设置与省干L3设备之间相同，需同时部署LSP 1：1和VPN FRR保护。按照图3的网络结构，具体配置方案如下：

（1）若SGW/MME与PTN下载设备之间部署VRRP/IP FRR保护，核心层L3设备VPN FRR配置如下：

D节点：D-F工作，D-E-G保护；

E节点：E-D-F工作，E-G保护；

F节点：F-D工作，F-G-E保护；

G节点：G-F-D工作，G-E保护。

（2）若SGW/MME与PTN下载设备之间部署ECMP保护，核心层L3设备VPN FRR配置如下：

D节点：D-F工作，D-E-G保护；

E节点：E-G工作，E-D-F保护；

F节点：F-D工作，F-G-E保护；

G节点：G-E工作，G-F-D保护。

（3）LSP配置：

D、E、F、G四个节点间均需配置LSP，每条L3 VPN均需配置主备两条LSP。endprint

3.5 L2层（汇聚、接入层）保护

L2层（汇聚、接入层）需要双节点互连，部署PW（Pseudo Wire，伪线）双归保护解决节点故障，尽量避免同时部署PW、LSP双层保护。若厂家方案需要同时部署双层保护，则需要考虑带宽规划、双层倒换时间的配合。

双归L3节点（D和E）作为eNodeB的网关，应支持保护。当主节点故障时，备节点应能自动接替网关工作，不影响eNodeB的正常转发。在双归L3节点上可部署VRRP实现网关保护功能，采用专线+L3 VPN方式组网时，从简化配置及管理考虑，也可使用部署相同IP/MAC。

目前主流厂家对于L2保护选择不一，有主推单层PW保护，也有主推LSP+PW双层保护，虽然实现机理不同，但考虑到PTN L2层网络均是同一厂家设备，不存在互通问题，且PTN L2网络部署多年，网络保护机制已比较成熟，这里不再详述。

4 TD-LTE保护倒换性能分析

由于PTN L2层保护机制已比较成熟，本文将重点对省干与本地网对接区域的保护方案进行研究。网络故障示意图如图4所示。

针对图4所示的PTN组网架构，对故障点1至故障点7进行保护性能分析，单点故障倒换分析如表1所示。由于L2层和L3层保护相对独立，当L3层故障时，L2层无论选取单层还是双层保护方式，对倒换结果影响不大，唯一的区别就是倒换后L2层的业务流向不同。

表1 单故障模拟分析

故障

点 SGW/MME非负载分担

（VRRP或IP FRR） SGW/MME负载分担（ECMP）

保护方式 倒换时间/ms 保护

方式 倒换时间/ms

1 LSP APS 50 LSP APS 50

2 VPN FRR/IPFRR/LSP APS 50 VPN FRR 50

3 无感知，

不切换 50 无感知，

不切换 50

4 IP FRR 50 IP FRR 50

5 IP FRR/LSP APS/VPN FRR 50 IP FRR 50

6 无感知，

不切换 50 无感知，

不切换 50

7 LSP APS 50 LSP APS 50

从表1可以看出，无论是VRRP、IP FRR还是ECMP协议，在PTN网络单点故障时都可以有效地保护业务避免中断。

由于核心/汇聚机房很可能有多个光方向而只有两个物理上的出口路由，因此可能会存在多光方向同路由的情况。针对图4所示的PTN典型组网架构，对单点故障引起多处断纤场景下的保护方式进行模拟分析，多处故障时的保护方式及倒换时间如表2所示。其中涉及到一些业务中断的场景，如1、3同时中断将导致业务中断，后期可以考虑通过相应的故障检测联动机制来解决。

表2 多故障模拟分析

故障

点 SGW/MME非负载分担（VRRP或IP FRR） SGW/MME负载分担（ECMP）

保护方式 倒换时间/ms 保护方式 倒换时间/ms

1和3 下行中断 VPN FRR 50

1和4 LSP APS/IP FRR 50 LSP APS/IP FRR 50

3和4 上行中断 上行中断

4和6 下行中断 IP FRR 50

4和7 LSP APS/IP FRR 50 IP FRR 50

6和7 上行中断 上行中断

从表2可以看出，相对于VRRP/IP FRR模式，ECMP保护有效减少了故障中断的场景，大大提高了网络安全性。目前有较多厂家的SGW/MME支持ECMP协议，其实际应用已不是问题。

5 总结

与2G/3G业务在本地落地不同，TD-LTE业务初期需要经过省干回传，其网络架构与原有传送网不同；同时，TD-LTE传送网的保护也比以往的SDH、PTN L2传送网的保护更加复杂和灵活，不同层面可选的保护方案很多。本文详细分析了各个层面主流的保护方式，并对省干与本地网对接区域的保护方案进行重点研究，最后通过故障分析对各种保护模型进行比较，结果表明SGW/MME与PTN下载设备之间部署ECMP保护比VRRP/IP FRR保护更能减少业务中断场景，极大地提高了网络安全性，对LTE时代的PTN组网具有参考意义。

参考文献：

[1] 王晓东，张炎炎，赵旭凇. TD-LTE关键技术与网络规划策略[J]. 电信工程技术与标准化， 2012（7）： 1-5.

[2] 钱逸群，张正风. LTE重传机制下混合式中继的路径选择与调度策略研究[J]. 电信科学， 2013（2）： 36-42.

[3] 门少杰，安扣成，李永涛. 面向LTE的PTN传送网承载方案研究[J]. 电信技术， 2013（6）： 88-92.

[4] 代谢寅，章小军. 面向LTE的分组传送网解决方案[J]. 邮电设计技术， 2013（3）： 62-64.

[5] 王义涛，郭晓非，袁秀森. PTN承载LTE业务适应性分析[J]. 邮电设计技术， 2012（8）： 57-62.

[6] 陈晓明，高军诗. TD-LTE传送网保护方案[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（1）： 42-45.endprint

3.5 L2层（汇聚、接入层）保护

L2层（汇聚、接入层）需要双节点互连，部署PW（Pseudo Wire，伪线）双归保护解决节点故障，尽量避免同时部署PW、LSP双层保护。若厂家方案需要同时部署双层保护，则需要考虑带宽规划、双层倒换时间的配合。

双归L3节点（D和E）作为eNodeB的网关，应支持保护。当主节点故障时，备节点应能自动接替网关工作，不影响eNodeB的正常转发。在双归L3节点上可部署VRRP实现网关保护功能，采用专线+L3 VPN方式组网时，从简化配置及管理考虑，也可使用部署相同IP/MAC。

目前主流厂家对于L2保护选择不一，有主推单层PW保护，也有主推LSP+PW双层保护，虽然实现机理不同，但考虑到PTN L2层网络均是同一厂家设备，不存在互通问题，且PTN L2网络部署多年，网络保护机制已比较成熟，这里不再详述。

4 TD-LTE保护倒换性能分析

由于PTN L2层保护机制已比较成熟，本文将重点对省干与本地网对接区域的保护方案进行研究。网络故障示意图如图4所示。

针对图4所示的PTN组网架构，对故障点1至故障点7进行保护性能分析，单点故障倒换分析如表1所示。由于L2层和L3层保护相对独立，当L3层故障时，L2层无论选取单层还是双层保护方式，对倒换结果影响不大，唯一的区别就是倒换后L2层的业务流向不同。

表1 单故障模拟分析

故障

点 SGW/MME非负载分担

（VRRP或IP FRR） SGW/MME负载分担（ECMP）

保护方式 倒换时间/ms 保护

方式 倒换时间/ms

1 LSP APS 50 LSP APS 50

2 VPN FRR/IPFRR/LSP APS 50 VPN FRR 50

3 无感知，

不切换 50 无感知，

不切换 50

4 IP FRR 50 IP FRR 50

5 IP FRR/LSP APS/VPN FRR 50 IP FRR 50

6 无感知，

不切换 50 无感知，

不切换 50

7 LSP APS 50 LSP APS 50

从表1可以看出，无论是VRRP、IP FRR还是ECMP协议，在PTN网络单点故障时都可以有效地保护业务避免中断。

由于核心/汇聚机房很可能有多个光方向而只有两个物理上的出口路由，因此可能会存在多光方向同路由的情况。针对图4所示的PTN典型组网架构，对单点故障引起多处断纤场景下的保护方式进行模拟分析，多处故障时的保护方式及倒换时间如表2所示。其中涉及到一些业务中断的场景，如1、3同时中断将导致业务中断，后期可以考虑通过相应的故障检测联动机制来解决。

表2 多故障模拟分析

故障

点 SGW/MME非负载分担（VRRP或IP FRR） SGW/MME负载分担（ECMP）

保护方式 倒换时间/ms 保护方式 倒换时间/ms

1和3 下行中断 VPN FRR 50

1和4 LSP APS/IP FRR 50 LSP APS/IP FRR 50

3和4 上行中断 上行中断

4和6 下行中断 IP FRR 50

4和7 LSP APS/IP FRR 50 IP FRR 50

6和7 上行中断 上行中断

从表2可以看出，相对于VRRP/IP FRR模式，ECMP保护有效减少了故障中断的场景，大大提高了网络安全性。目前有较多厂家的SGW/MME支持ECMP协议，其实际应用已不是问题。

5 总结

与2G/3G业务在本地落地不同，TD-LTE业务初期需要经过省干回传，其网络架构与原有传送网不同；同时，TD-LTE传送网的保护也比以往的SDH、PTN L2传送网的保护更加复杂和灵活，不同层面可选的保护方案很多。本文详细分析了各个层面主流的保护方式，并对省干与本地网对接区域的保护方案进行重点研究，最后通过故障分析对各种保护模型进行比较，结果表明SGW/MME与PTN下载设备之间部署ECMP保护比VRRP/IP FRR保护更能减少业务中断场景，极大地提高了网络安全性，对LTE时代的PTN组网具有参考意义。

参考文献：

[1] 王晓东，张炎炎，赵旭凇. TD-LTE关键技术与网络规划策略[J]. 电信工程技术与标准化， 2012（7）： 1-5.

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[3] 门少杰，安扣成，李永涛. 面向LTE的PTN传送网承载方案研究[J]. 电信技术， 2013（6）： 88-92.

[4] 代谢寅，章小军. 面向LTE的分组传送网解决方案[J]. 邮电设计技术， 2013（3）： 62-64.

[5] 王义涛，郭晓非，袁秀森. PTN承载LTE业务适应性分析[J]. 邮电设计技术， 2012（8）： 57-62.

[6] 陈晓明，高军诗. TD-LTE传送网保护方案[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（1）： 42-45.endprint

3.5 L2层（汇聚、接入层）保护

L2层（汇聚、接入层）需要双节点互连，部署PW（Pseudo Wire，伪线）双归保护解决节点故障，尽量避免同时部署PW、LSP双层保护。若厂家方案需要同时部署双层保护，则需要考虑带宽规划、双层倒换时间的配合。

双归L3节点（D和E）作为eNodeB的网关，应支持保护。当主节点故障时，备节点应能自动接替网关工作，不影响eNodeB的正常转发。在双归L3节点上可部署VRRP实现网关保护功能，采用专线+L3 VPN方式组网时，从简化配置及管理考虑，也可使用部署相同IP/MAC。

目前主流厂家对于L2保护选择不一，有主推单层PW保护，也有主推LSP+PW双层保护，虽然实现机理不同，但考虑到PTN L2层网络均是同一厂家设备，不存在互通问题，且PTN L2网络部署多年，网络保护机制已比较成熟，这里不再详述。

4 TD-LTE保护倒换性能分析

由于PTN L2层保护机制已比较成熟，本文将重点对省干与本地网对接区域的保护方案进行研究。网络故障示意图如图4所示。

针对图4所示的PTN组网架构，对故障点1至故障点7进行保护性能分析，单点故障倒换分析如表1所示。由于L2层和L3层保护相对独立，当L3层故障时，L2层无论选取单层还是双层保护方式，对倒换结果影响不大，唯一的区别就是倒换后L2层的业务流向不同。

表1 单故障模拟分析

故障

点 SGW/MME非负载分担

（VRRP或IP FRR） SGW/MME负载分担（ECMP）

保护方式 倒换时间/ms 保护

方式 倒换时间/ms

1 LSP APS 50 LSP APS 50

2 VPN FRR/IPFRR/LSP APS 50 VPN FRR 50

3 无感知，

不切换 50 无感知，

不切换 50

4 IP FRR 50 IP FRR 50

5 IP FRR/LSP APS/VPN FRR 50 IP FRR 50

6 无感知，

不切换 50 无感知，

不切换 50

7 LSP APS 50 LSP APS 50

从表1可以看出，无论是VRRP、IP FRR还是ECMP协议，在PTN网络单点故障时都可以有效地保护业务避免中断。

由于核心/汇聚机房很可能有多个光方向而只有两个物理上的出口路由，因此可能会存在多光方向同路由的情况。针对图4所示的PTN典型组网架构，对单点故障引起多处断纤场景下的保护方式进行模拟分析，多处故障时的保护方式及倒换时间如表2所示。其中涉及到一些业务中断的场景，如1、3同时中断将导致业务中断，后期可以考虑通过相应的故障检测联动机制来解决。

表2 多故障模拟分析

故障

点 SGW/MME非负载分担（VRRP或IP FRR） SGW/MME负载分担（ECMP）

保护方式 倒换时间/ms 保护方式 倒换时间/ms

1和3 下行中断 VPN FRR 50

1和4 LSP APS/IP FRR 50 LSP APS/IP FRR 50

3和4 上行中断 上行中断

4和6 下行中断 IP FRR 50

4和7 LSP APS/IP FRR 50 IP FRR 50

6和7 上行中断 上行中断

从表2可以看出，相对于VRRP/IP FRR模式，ECMP保护有效减少了故障中断的场景，大大提高了网络安全性。目前有较多厂家的SGW/MME支持ECMP协议，其实际应用已不是问题。

5 总结

与2G/3G业务在本地落地不同，TD-LTE业务初期需要经过省干回传，其网络架构与原有传送网不同；同时，TD-LTE传送网的保护也比以往的SDH、PTN L2传送网的保护更加复杂和灵活，不同层面可选的保护方案很多。本文详细分析了各个层面主流的保护方式，并对省干与本地网对接区域的保护方案进行重点研究，最后通过故障分析对各种保护模型进行比较，结果表明SGW/MME与PTN下载设备之间部署ECMP保护比VRRP/IP FRR保护更能减少业务中断场景，极大地提高了网络安全性，对LTE时代的PTN组网具有参考意义。

参考文献：

[1] 王晓东，张炎炎，赵旭凇. TD-LTE关键技术与网络规划策略[J]. 电信工程技术与标准化， 2012（7）： 1-5.

[2] 钱逸群，张正风. LTE重传机制下混合式中继的路径选择与调度策略研究[J]. 电信科学， 2013（2）： 36-42.

[3] 门少杰，安扣成，李永涛. 面向LTE的PTN传送网承载方案研究[J]. 电信技术， 2013（6）： 88-92.

[4] 代谢寅，章小军. 面向LTE的分组传送网解决方案[J]. 邮电设计技术， 2013（3）： 62-64.

[5] 王义涛，郭晓非，袁秀森. PTN承载LTE业务适应性分析[J]. 邮电设计技术， 2012（8）： 57-62.

[6] 陈晓明，高军诗. TD-LTE传送网保护方案[J]. 电信工程技术与标准化， 2013（1）： 42-45.endprint