LTE的抉择：PTN向L3功能演进

中国移动通信研究院 李晗 王磊 王敏学　　TD为了验证L3PTN方案的可行性并推进其成熟，中国移动先后组织了六轮测试工作。测试结果表明，L3PTN各项功能性能指标能够满足LTE时期的各种需求。　　TD-LTE作为IMT-Advance主流技术之一，将使得移动网络真正进入移动宽带时代。相比现有2G、3G移动通信系统，TD-LTE对回传网络在高带宽、低时延、横向转发等方面提出了更高要求。　　首先，带宽需求由2G/3G时期的几兆、几十兆发展到LTE时期的几百兆；其次，LTE需要提供灵活的QoS和更严格的端到端时延，根据3GPP规定，对时延要求最严格的实时游戏类业务，从用户终端到服务器的端到端单向时延为50ms，其间传输时延需要在10ms以内；第三，LTE引入了相邻基站间互联(X2接口)和基站多归属(S1-Flex)需求，导致回传网络由点到点的汇聚型网络转变为点到多点或多点到多点的路由型网络，现有2G/3G回传网络已无法满足这种横向转发需求。　　针对LTE时期引入的横向转发新需求，可采用核心层PTN增加静态L3功能和核心层PTN对接CE路由器两种解决方案。本文主要分析核心层PTN增加静态L3功能的解决方案(即L3PTN方案)，对L3PTN方案中分组转发、静态L3VPN功能、保护、网管等关键技术进行深入探讨，介绍了中国移动在L3PTN可行性研究方面的成果，并对PTN技术未来发展方向进行了展望。　　核心层PTN增强L3功能　　总体方案　　L3PTN实现TD-LTE回传组网如图所示。L3PTN方案中，PTN汇聚接入设备仍沿用现有的L2网络，仅在核心设备引入简化L3功能，通过静态L3VPN承载S1和X2业务。　　PTN核心设备引入的L3功能包括L2到L3的桥接功能和静态L3路由功能。通常，处于L3PTN网络与L2网络交界处的设备需要具备这种L2/L3桥接功能，包括与L2PTN网络对接的L3PTN设备和与客户侧核心网设备对接的L3PTN设备。另外，静态L3路由功能可以由PTN隧道技术结合L3VPN路由技术或IP路由方式实现，二者在报文封装、转发等方面有较大区别。而目前TD-LTE规模试验网中，L3PTN设备是采用PTN隧道结合L3VPN路由技术实现的。　　L3PTN分组转发和静态L3VPN路由　　在L3PTN网络内，静态L3VPN采用报文封装，通过虚拟路由转发实例(VRF)标签与隧道(LSP)标签的封装方式进行路由。L3PTN内部设备仍然采用PTN原有的隧道技术，根据LSP标签进行转发，仅在L2/L3桥接，PTN设备进行PW和VRF之间的关联。在L2/L3桥接点，根据用户IP报文头的目的地址信息，查找到VRF标签、LSP标签及下一跳信息，进行L3VPN封装，从而实现L3PTN网络的分组转发和L3VPN路由功能。　　L3PTN保护方案　　L2PTN保护机制灵活多样，因此L3PTN网络天然具有强大的保护机制，在原有L2保护基础上，结合L3保护方式，提供抗多种故障场景的保护能力。　　虚拟路由器冗余协议VRRP是L3网络中的一种IP保护协议，一般设定一个虚拟IP地址作为默认IP网关，如果主用网关不可用，这个虚拟IP地址就会映射到一个备用网关，从而完成主备网关的保护。L3PTN中VRRP的保护主要可分为以下两个场景：　　场景一：面向客户侧SGW/MME设备的主备网关保护　　采用两端PTN设备与SGW/MME对接，并配置为主备网关，当PTN设备失效和接入链路失效时，如图3(a)所示，主用网关将不可达，此时VRRP保护将默认网关IP映射为备用网关，而SGW/MME设备并不需要额外机制配合这种VRRP主备用网关切换。　　场景二：基站侧的主备网关保护　　采用汇聚到核心双挂的方式，L2/L3桥接PTN面向eNB形成主备用网关，同样，当设备失效或接入链路失效时，启用VRRP保护将默认网关IP指向备用网关，基站侧也并不需要其他机制配合VRRP保护。　　网元管理配置　　L3PTN网络采用静态L3VPN路由方式，路由表配置是通过网管配置下发的，因此网元管理配置是L3PTN的重要功能。相比于传统PTN网管功能，L3PTN网管在配置、故障、性能管理三大部分都需要增加L3相应的功能。　　其中，配置管理主要新增静态L3VPN业务的配置管理功能、VRRP和VPNFRR保护配置管理功能等。由于L3VPN业务和路由配置量较大，可基于业务模板进行创建，并借由辅助工具实现端到端L3VPN路由计算和路径建立。故障管理主要新增支持L3保护的告警上报、定位功能，L2/L3业务信息查询及告警上报功能；为了更好的继承PTN网络端到端的保护，对于L2和L3组合业务，网管还应该具有相关告警关联分析功能。此外，还需新增VRF的L3VPN业务的实时流量监视及性能统计。　　L3PTN组网方案探讨　　本地市内的TD-LTE流量，无论是否跨核心局房，均经过L3PTN转发。而跨地市组网方案则受到核心网SGW/MME具体布放方案的影响。目前在规模试验网阶段，每地市一对SGW/MME，尚不涉及跨地市流量，因此尚未涉及跨地市组网的情况。后续大规模商用时，SGW、MME是集中布放在省会形成大集中，还是SGW、MME分别放置在地市、省会，以及其数量、是否组成Pool等问题，目前还有待确定。与PTN+CE方案相比，L3PTN对于本地S1和X2流量不需要经过CE设备，节约了投资，并保持了业务端到端管理。　　未来：满足LTE及标准化进展　　为了验证L3PTN方案的可行性并推进其成熟，中国移动先后组织了六轮测试工作，在大规模网络和复杂环境下，验证了L3PTN方案的L2/L3桥接、L3VPN、保护、网管功能性能，多厂家PTN设备互通功能性能以及组网长期稳定性。测试结果表明，L3PTN各项功能性能指标能够满足LTE时期的各种需求。　　从运维来看，L3PTN方案还需进一步丰富和完善网管功能。此外，L3PTN最重要的工作是推进核心层L3设备的多厂家互通。多厂家互通的需求来源于中国移动组网的一些特点，eNB沿袭了2G/3G基站插花组网的方式，而PTN网络则分区域组网，因此会出现同一区域的eNB归属到不同局房的现象，在PTN核心层需要互通。规模试验网阶段已经采用了单设备UNI口对接的方式进行多厂家L3互通，为进一步提高对接的可靠性，还将对双设备对接的互通方案进行完善和优化。　　未来PTN技术发展，将主要满足LTE及标准化的需求，集中体现在以下四个方面：　　1、PTN向更大容量、更高速率接口方向发展，满足LTE高带宽需求；　　2、PTN在QoS策略方面更加完善，满足LTE多业务灵活QoS需求，确保部分业务端到端低时延传输；　　3、PTN核心设备支持L3功能，满足LTE时期横向转发需求；　　4、推进PTN标准化，实现业务、保护、OAM、同步、QoS等多层面的互通。为推进PTN标准化，中国移动正全面开展PTNOAM由现有ITU-TG.8114标准向Y.1731和G.8113.1标准升级的工作，现已完成9个地市的升级试点，预计2011年底前完成全网设备的OAM升级。　　LTE是未来高速移动通信系统的发展方向。PTN借助其多业务承载、QoS和统计复用功能，充分保证TD-LTE所需高带宽、低时延要求，其强大的保护和OAM能力以及静态L3功能，确保TD-LTES1-Flex和X2接口转发需求，而其对于频率和时间同步的支持，同时能满足TD-LTE对于基站间同步的要求，将成为中国移动TD-LTE回传网络的重要方案。