試論LTE承載網的需求及解決措施

【摘要】文章主要結合筆者的工作經歷，闡述了LTE自身結構和接口等方面的變化，分析了LTE承載的需求及特點，從而針對解決LTE承載需求的措施進行了詳細地論述與研究，提出自己的看法。

【關鍵詞】LTE承載網需求解決措施

近年來，隨著通信業務的發展，原有的EDGE/HSDPA技術已經無法滿足高帶寬業務的需求，特別是高分辨率的圖像以及高清的視頻業務。引入LTE，不僅可以滿足高帶寬業務發展，還可以真正實現無線寬帶化、泛在化。與3G相比，LTE的主要優勢在于其高速率數據傳輸、小延遲、廣域覆蓋以及分組傳送。LTE業務和網絡將全面實現IP化，帶寬需求將會大大提升，因此對承載網提出了新的要求。

一、LTE承載需求分析

和2G/3G相比較，LTE網絡架構有明顯的變化，主要由EPC核心部分和E-UTRAN接入部分組成。其中EPC核心部分主要包括分組數據網關（P-GW）、移動管理實體（MME）和服務網關（S-GW）。LTE網絡的主要特點為扁平化，它取消了之前定義的RNC，而由eNodeB承擔了大部分的RNC功能，包括無線資源調度、移動性管理以及無線承載控制等；并且由于eNodeB直接接入EPC，降低了用戶感知時延，提高了移動用戶體驗。3G/LTE網絡結構如圖1所示。

在新的架構下，引入了兩個關鍵的接口，分別為X2接口和S1接口。這就需要在原有的承載網基礎上，提高業務的靈活調度能力。

1.1X2接口承載需求

X2接口是相鄰eNodeB之間的分布式接口，主要用于相鄰小區間交互和移動性管理，降低轉發時延，提高網絡性能。X2接口要求在相鄰基站之間建立邏輯連接，并且需要承載網支持一部分的Mesh架構。X2是典型的多對多業務模式，其數量隨著eNodeB數量的增加而增加。

1.2S1接口承載需求

S1接口是eNodeB與SGW/MME間的業務接口，主要用于提高網絡利用率和可靠性。按照承載業務的不同，它可以分為S1-C和S1-U兩種接口，S1-C連接eNodeB和MME，主要承載控制面的數據；而S1-U連接eNodeB和SGW，主要承載用戶面的數據。

1.3承載帶寬需求

S1接口的不同配置對承載帶寬需求如表1所示。

而X2接口帶寬一般為S1接口的3%，根據上述要求計算如下：

1.3.1宏基站

按照一個宏基站為S1/1/1，配置3個20MHz小區，上下行按照2：2、MIMO按1x1配置，LTE基站峰值帶寬需求約為240Mbit/s，平均帶寬（仿真結果）為60Mbit/s。

1.3.2室內分布站

如果傳輸設備的承載效率按75%考慮的話，LTE基站傳輸帶寬需求如下：

宏基站（S1/1/1）：峰值帶寬320Mbit/s，平均帶寬80Mbit/s；

室內分布系統（O1）：峰值帶寬120Mbit/s，平均帶寬60Mbit/s。

二、LTE承載需求的特點

（1）網絡規模大。LTE實現廣域深度覆蓋，網絡節點數目將是現有覆蓋區域基站數量的3倍左右。

（2）L3需求。由于LTE網絡引入了相鄰eNodeB之間的分布式X2接口和eNodeB與SGW/MME間的動態S1接口，承載網絡需要支持L3功能才能疏導LTE流量。

（3）高帶寬。由于LTE需要為用戶提供高帶寬業務服務，因此對承載網的帶寬有更高的要求。LTE接入帶寬最高可以達到200Mb/s。

（4）高可靠性。實現承載網全IP化需要保證網絡高可靠性，故障切換小于50ms。

（5）統一承載要求。由于考慮承載網多場景（2G/3G/LTE）統一接入，現有承載網應該向分組網絡平滑演進。

（6）網絡QoS。時延要求小于20ms。

（7）時間同步。LTE需要時間同步。

三、解決LTE承載需求的措施

通過前面的需求分析可知，LTE-RAN承載相比3G業務的承載，最大的變化在于下面兩點：（1）S1接口需要靈活的調度能力，可以靈活歸屬到不同的MME/AGW；（2）在基站之間有X2接口的承載需求。對于第一點，因為給每個基站建立多條單獨的路徑歸屬到不同aGW會導致連接的數量急劇增加，對PTN的處理能力要求也急劇增加，傳統PTN幾乎不可能完成，所以需要動態路由轉發來解決。動態路由轉發部署應控制在核心層完成，這樣可以把路由域的規模控制得比較小，提高網絡的可擴展性和安全性。

對于第二點，X2接口承載可以在接入、匯聚層內通過L2VPN的方式解決，但帶來一個問題是，L2VPN網絡規模受限，而且存在廣播風暴的風險，由于考慮到X2接口的帶寬約占S1帶寬的3%～5%左右，因此對于X2也可以利用匯聚核心調度層的動態轉發能力來支持。

基于這兩點考慮，有幾種思路來解決LTE的承載，下面分別進行描述和分析對比。

3.1純PTN解決方案

所謂純PTN解決方案是指從末端接入到核心層全部采用PTN設備。純PTN組網有以下兩種實現方式：

第一種是純L2方式，現有PTN無需支持復雜的L3協議，至上而下采用L2通道。純L2方式下PTN設備實現最簡單，對于運維人員要求低，利用靜態的LSP解決S1flex和X2分布式接口需求，但由于這種方式必須從基站到多歸屬的網關之間預先建立多個LSP，因此存在浪費標簽資源的缺點。雖然可以采用多段PW/LSP嵌套方式在一定程度上節省標簽浪費的問題，但業務調度的靈活性總體來說還是比較差。

第二種方式接入、匯聚PTN設備采用L2靜態隧道（PW、VPLS等），核心層PTN設備升級支持L3 VPN或靜態IP隧道實現L3路由轉發，可較好地解決純L2方式的缺陷，即節省了標簽資源，又可實現業務的靈活調度，即由核心層L3 VPN實現LTE承載對S1的靈活調度以及X2接口的IP轉發需求。

由于純L2方式存在的缺陷比較明顯，因此在采用端到端PTN組網時，一般都指第二種方式，即接入、匯聚層設備采用L2 PTN設備，核心層PTN設備支持簡化L3VPN，提供IP轉發能力。

3.2CE路由器+PTN解決方案

本方案仍以PTN設備為主，實際上是對端到端LPTN解決方案的一種引申。接入、匯聚、核心PTN設備均維持L2靜態隧道（PW、VPLS等），L3VPN功能由新引入的CE負責，核心PTN設備通過CE路由器實現L3路由轉發，將X2接口信息按照IP地址轉發相鄰基站，將S1接口信息按照IP地址轉發給SGW/MME或SGW/MME pool中相應的SGW、MME，以實現多歸屬需求。需要注意的是，這里CE是指客戶邊緣路由器。

對于核心網多機房組網應用，還需考慮機房、局站間的通信實現。此時，只需要將各個核心機房之間的CE路由器連通即可。

雖然這種方案運維較簡單，適合大規模組網，很可能是LTE承載應用主流之一，但是不容忽視的問題是引入CE路由器可能帶來新的安全隱患，如果CE發生故障則會造成整個通信網絡的癱瘓，為盡量降低網絡的風險，在核心層采用一對CE和PTN設備對接可以在一定程度上解決這個問題。

四、結束語

隨著全球移動通信業的迅猛發展，運營商、設備制造商的用戶規模不斷增加，資金實力不斷增強，國際交往合作不斷加深，將不斷促進LTE承載網絡的實現、應用及推廣，滿足LTE承載網絡需求的技術將會大大加快下一代移動通信網絡的發展。但同時，LTE承載網絡在設備平滑演進、相關技術的創新革命以及實現成本上還有很大的提升空間。

參考文獻

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