LTE承载网络技术分析

2014-12-22刘婷婷爱立信移动数据应用研究开发广州有限公司刘永毓中国移动通信集团广东有限公司

中国信息化 2014年7期

关键词：高带宽扁平化网络结构

文｜刘婷婷爱立信移动数据应用研究开发（广州）有限公司刘永毓中国移动通信集团广东有限公司

1 引言

近年来，随着全球通信业务的发展，原有的EDGE/HSDPA技术已无法满足人们对高带宽业务的需求，特别是高分辨率的图像和高清视频业务的需求。引进LTE技术，不仅能满足高带宽业务的发展，同时也真正实现无线宽带化、泛在化。

2 承载网应对移动互联网的需求

2.1 LTE的新增需求

我国运营商在3G网络的前期阶段，采用IP RAN、MSTP、PTN等不一样手段解决现有3G RAN的回传需求。LTE的发展，已有支撑3G的承载网是否能够匹配？LTE带来什么新的需求？

结合LTE的网络体系结构，可以看出，LTE承载与3G网络的需求差异主要体现在：E-UTRAN网络结构的扁平化；取消RNC，eNB与EPC直接相连，eNB之间直接相连（网格网络）；e-NB接口类型与承载要求。S1-flex接口实现容灾与负荷分担，并且加强切换性能；X2接口支撑eNB的切换信令等需求，共同组成S1、X2逻辑连接。

LTE的QOS需求、LTE网络保护的需求、自动邻居出现提升网络的智能化、自动优化部署等；LTE的网络同步需求、LTE的网络安全问题、支持邻居自动发现，需要支持网络的接入认证，以应对危险的侵入。

2.2 承载网的发展趋势

从SDH网络支持TDM语音网络于1990年开始大规模部署，以应对移动互联网的宽带化、 IP化的发展过程中，受制于长帧结构、基于电路交换、逐级复用的刚性带宽限制，在IP化时代，不经济的传送效益比较明显。

处理宽带化、IP化，传统承载网还需要继续发展。应对新的移动回程需求，新一代传输网络必须具备的。

高性能：适应IP化的分组交换能力，加强电路传输封装成本。

灵活的部署：支持从核心网络到汇聚网络，接入网络全程全网的解决方案。

单位比特传输成本：支持弹性带宽，以确保每一Bit的最佳传输。

分级质量保证与精细化的承载：支持差分服务，精细化经营的各服务等级的Bit带宽。支持时钟同步：支持地面传输时钟。电信级维护能力：继承经典，实现端到端业务的监控和维护，50ms的业务保护。分析可看出，以应对LTE的智能化、安全认证等，你需要考虑匹配MPLS核心网络部署在承载网开展的L3 VPN网络部署的支持程度。

3 LTE承载需求的应对方式

（1）大带宽、低时延、多业务：提升100G平滑演进能力，使用大缓存路由型设备，进行环网树形改造，实施路由型方案。（2）点到多灵活组网：实现IP/MPLS网络结构扁平化，搭建L3到核心的S1接口以及L3到边缘的X2接口。（3）维护超大规模基站：设计L3自适应网络，实现可视化基站接入设备运维。（4）相位同步新需求：实现频率同步、相位同步以及进行环网自动补偿。

4 应对高带宽的承载网络解决方案

4.1 高带宽解决方案

LTE根据理论仿真结果可以看出，e-NB的传输带宽=S1+N*X2（N=相邻基站数量），按照TD-LTE S111站型的带宽估算估计为（442.5～590）Mbps。

如果使用SDH/MSTP网络，现有10G、10GE设备在不部署收敛系数的情况下，只能支持17个站点左右。

如果使用N*10G WDM/OTN则可以支持N*17个站点的网络。是否需要考虑“PTN+OTN”，以提升承载带宽的方案？

4.2 网络架构调整

现有移动承载网使用的“骨干、汇聚、接入”层次清晰的网络结构，现有电层网络SDH/MSTP、PTN的最高带宽只为10G、10GE。可以看出在LTE时代，还采用清晰三层结构的网络，可以看出骨干层、汇聚层的网络将成倍增长，必然带来对核心机房空间、电源等方面的冲击。

采用O T N透传、接口开放的功能，可以考虑在骨干、汇聚层部署扁平化的OTN网络，从小区域汇聚等网络，上行至核心机楼。故从网络结构的可扩展性、适应性来看，也需要考虑“OTN+PTN”的网络结构。

4.3 LTE时代，网络扁平化的演进

按照“汇聚区域”化概念，部署区域内的接入、汇聚承载网，通过透传的OTN网络完成业务至核心机房的回传。

中继层网络对于电层网络来看，为透明承载网，故还是保留了传统的“骨干、汇聚、接入”三层网络。

5 LTE承载网络技术的发展走向

数据显示，从2010年到2015年，全球移动数据流量将从0.24EB/月增加至6.3EB/月，同比增长26倍。在数据流量迅猛增长的移动网络运营商驱动不断升级。为了移动网络发展潮流，过去几年间，运营商就开始着手全面推进移动回传网络的IP化。但是就移动回传技术，网络业界出现了两种声音——PTN和IP RAN，随着承载网络持续演进，争论之声不绝于耳。

5.1 PTN

PTN在传送网的基础上引进路由器的MPLS交换，保持了原本的面向连接业务配置、保护和修复等特点，成为传送网分组化的首个里程碑。进入LTE时代后，运营商网络所面临的最大变化是如何满足所造成的扁平化S1和X2业务，这是承载网络LTE演进方向和目标网络负载的需要。针对TD-LTE的承载需求，PTN需要在以下几个方面进行完善和提高。

（1）流量问题。作为新的一种网络架构，LTE单站网络流量的带宽开销量较大，需要未来在核心汇聚层引进40GE或者更高速率的接口，在接入层引入小型化、低成本的10GE接口。（2）流向问题。LTE取消了之前的RNC层，添加S1和X2接口和引入PTN L3功能的核心层，使用L3 VPN做辅导。（3）同步问题。用于时间同步要求的TDD的网络系统更加严格，需要推动IEEE 1588v2地面传送时间同步的应用。

同时，PTN组网方式有两种：首先采用PTN全程组网，打开三个功能；其次是采用PTN+CE的组网方式，通过叠加路由来避免PTN的一些技术弱点。

应该指出的是，虽然有一定的PTN技术的不足，但是，通过推进整个产业链，综合承载能力已得到国内外运营商的认可，并在现网中得到了很大规模的应用。

5.2 IP RAN

IP RAN是基于路由器为基础的进化到基于分组的传输网络。IP RAN保留大部分的路由器的特点，并且从传统的传送网引进精准时间同步、传送网的电路管理等特点，其直接面向具备三层功能与业务灵活控制的全业务承载。因此，IP RAN承载被业界认为是最好的解决方案整。IP RAN技术因其灵活性、为未来LTE技术支持和满足FMC业务承载等优势而被多家国际运营商使用，其便于扩展网络规模，统一的承载网络能够有效简化网络结构。然而，从分组技术的发展来看， IP RAN技术的成熟有待改善，市场仍处于培育期，而且对比国内大规模普及的PTN来说，其规模仍然不足。

有专家认为，随着逐步部署的LTE/4G以及全业务承载商业模式及建网思路的逐步清晰，分组传送网的功能、性能的要求将逐渐清晰，PTN和IP RAN网络形态将出现逐渐融合的演进。PTN将作出更有活力、更灵活、并为发展方向的三大功能提供更好的支持以及IP RAN将是更容易维护、更友好便捷、更环保、更具有低成本效益的发展方向，两者在具体功能的实现方式上不一样，但是在功能以及运维方式上的差异将会变小。