LTE及其回传网解决方案浅析

2013-04-26 22:30:16来源: 互联网
1 引言

  LTE(LONg Term Evolution,长期演进)是由3GPP(第三代合作伙伴计划组织)制定的移动通信体系最新标准。实际上,LTE本身也在不断发展演进中,当前已定义的LTE并非人们普遍理解的4G技术,而是一种3.9G或准4G标准,其所对应的R8标准已正式冻结。它以OFDM(正交频分复用)、MIMO(多进多出)等先进的物理层技术为核心,改进并增强了3G空中接口技术,在2×2MIMO,20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的理论峰值速率(在采用4×4MIMO时,下行峰值速率甚至可达326Mbit/s);支持FDD(频分复用技术)和TDD(时分复用技术)两种工作方式,并支持高达500km/h的高速移动;R10是R8的增强版本,其理论峰值速率分别达到了下行1Gbit/s,上行500Mbit/s的水平,因此被称为LTE-Advanced/LTE-A,也就是所谓4G技术。目前,R10正在制定中。

  LTE将是今后全球最主要的广域宽带移动通信系统,未来所有的2G/3G/3.5G技术都将殊途同归,统一演进到LTE/LTE-A阶段。但由于各国运营商2G/3G网络发展情况不同,对于LTE的演进路线是不同的,目前有如下4种LTE演进路线:

  (1)最传统方式演进。即从2G到3G,再向LTE长期演进发展的思路。如Orange是这种稳健策略的典型代表,其主要思路是坚定2G/3G发展战略,LTE则作为长期演进目标。

  (2)跳跃式演进。即从2G直接演进到LTE阶段。T-Mobile是这种思路的典型代表,其主要发展策略是限制对3G/HSPA的投资,跳过HSPA+,2010年直接上LTE。

  (3)不同体制间(3GPP/3GPP2)切换演进。如Verizon从2010年开始启动从CDMA2000/EV-DO到LTE的商用进程。

  (4)从TD-SCDMA向LTE演进。这是中国移动特定的演进思路,目前其已明确了要积极推动TD-LTE产业发展的大思路。

  2010年国外电信运营商已开始启动首轮商用,北美(Verizon)、欧洲(TMO)、日本(DoCoMo)等运营商均已开始进行商用网的部署;欧洲的FT,Telefonica,VDF也已宣布2011年将启动第二轮商用。相对而言,我国的LTE尚处于技术启动阶段,离百万用户以上的大规模商用还需5年左右。特别是近两年在3G方面投资巨大,故短时间内再次发放LTE牌照的可能性不大。因此,这两年将主要以测试、试验网及试商用网建设为主。

  2 LTE对承载网络的要求

  2.1 LTE网络的新变化

  LTE的无线接入网命名为演进型UMTS陆地无线接入网(E-UTRAN),核心网则为演进型分组核心网(EPC)。与2G/3G网络相比,LTE网络最显著的新变化主要有:

  (1)网络结构全IP化。核心网取消了CS(电路域),全IP的EPC支持3GPP,非3GPP各类技术统一接入,实现固网和移动融合(FMC)。EPC主要由MME(移动管理实体),SGW(服务网关),PGW(分组数据网关)等几个主要的功能实体组成。其中,MME主要负责用户及会话管理的所有控制功能,相当于2G/3G的SGSN控制平面。SGW主要负责用户平面的数据传送、转发以及路由切换等,相当于2G/3G的SGSN用户平面;PGW是所有外部数据网络接入的锚点,类似2G/3G的GGSN功能。

  (2)网络架构扁平化。传统的3GPP接入网由Node B和RNC两层节点构成,而LTE中省去了RNC这一层,eNB(演进型NodeB)直接接入EPC设备,因此E-UTRAN主要由eNB构成,采用这种扁平化结构的目的在于简化网络结构、减小网络延迟。

  (3)引入了两个新的接口。一是支持S1接口的灵活组网方式,即所谓S1-flex功能。S1是eNB和MME/SGW之间的接口,2G/3G网络中RNC只能和一个核心网元连接,但S1-flex允许一个eNB连接到多个MME/SGW POOL(池),实现负载均衡、冗灾等。每个eNB支持最多16个S1接口;另一个重要变化是X2接口,即相邻eNB间的分布式接口,主要用于移动性管理(切换)和相邻小区干扰抑制,每个eNB可定义32个X2接口,实际部署时相邻基站数量由覆盖情况决定。

  2.2 LTE对承载网的要求

  (1)传输带宽。LTE基站的接入带宽相对3G网络有了非常显著的提高。根据经验估算,以TD-LTE S111站型为例,eNB的传输带宽至少在440~590M左右。如果采用S222站型,传输带宽将加倍,即880~1180M左右,这几乎是3G基站带宽的10~20倍。

  (2)LTE网络结构的变化对承载网也有较大影响,S1flex和X2接口的引入打破了原有2G/3G汇聚型组网架构,这就要求承载网在原有的基础上,具有灵活的业务调度能力。

  (3)LTE对于QoS和时延的要求比2G/3G严格。LTE将提供比3G更多种类的数据业务(多媒体、视频、交互类等),3GPP详细规范了各类业务的端到端时延和丢包率要求,因此要求承载网具有较强的QoS调度能力;3GPP建议S1/X2接口单向时延为2~15ms,NGMA(下一代移动联盟)则要求承载网端到端最大时延小于10ms,特殊区域应满足时延不超过5ms的要求。

  LTE将实现深度覆盖,eNB节点数将是现有基站数量的2~3倍,承载网规模应适应这种组大网的需要;LTE将和2G,3G网络共存,要求承载网不仅具备IP分组业务承载能力,而且也应考虑TDM和IP多业务统一接入的需求;当然,承载IP化同样要求网络保证高可靠性,LTE保护需求类似于2G/3G承载网的保护,故障切换小于50ms;同时,LTE也具备对于频率同步和时间同步的要求。

  3 LTE承载解决方案及分析

  由于EPC是实现了全IP化的核心网,因此IP骨干网是各主要核心网元之间的惟一承载网。这里的IP骨干网,对中国电信而言是CN2,对中国移动则是IP专网。故核心网的承载方案已无悬念,IP over WDM/OTN是满足当前及未来发展趋势的最佳骨干层解决方案。因此,E-UTRAN承载方案就成为LTE承载网的研究重点。

  一般情况下,E-UTRAN承载网也被称为LTE回传网,主要是指城域传送/承载网部分(只有少部分流量需经过IP骨干网)。其解决方案应满足LTE高带宽、灵活的业务调度、组大网、多业务承载、高可靠性和QoS、低时延、时间同步等方面的要求。根据这些需求,业界从不同角度提出多种解决方案。

  3.1 端到端PTN解决方案(见图1)

  


  图1 全PTN方案

  这是中国移动大规模采用的方案。进一步分,端到端的PTN方案有两种实现方式:第一种是纯L2方式,现有PTN无需支持复杂的L3协议,至上而下采用L2通道;第二种方式需要核心层设备升级支持L3VPN。

  纯L2方式下设备实现最简单,对于运维人员要求低,利用静态的LSP解决S1flex和X2分布式接口需求,但存在的缺陷主要是浪费标签的资源,因为这种方式必须从基站到多归属的网关之间预先建立多个LSP。虽然采用多段PW/LSP嵌套可从一定程度上节省标签浪费的问题,但总的来说对业务调度的灵活性较差;核心层引入L3的方式可较好地解决纯L2方式的缺陷,即节省了标签资源,又可实现业务的灵活调度,即由核心层L3VPN实现S1 flex或X2等其他调度业务。

  3.2 PTN外挂CE路由器的解决方案(见图2)

  

  图2 PTN外挂CE的方案

  这种方案仍以PTN为主,实际是对端到端L2 PTN方案的一种引申。即PTN仍维持端到端的L2功能,L3VPN功能由新引入的CE负责,实现S1 flex,X2等动态IP业务。需要注意的是,这里CE是指客户边缘路由器(CuSTomer Edge Router)。

  有观点认为这种方案适合大规模组网,运维优化,因此很可能是LTE承载应用主流之一,但主要的问题是引入CE路由器可能带来新的故障隐患,如果CE发生故障则会造成整个移动网络的瘫痪,故采用一对CE可以一定程度上解决这个问题。

  3.3 端到端路由器解决方案(见图3)

  

  图3 全路由器方案

  从核心到接入全网采用动态路由协议承载IP类业务,采用PWE3管道方式承载TDM/ATM等传统业务。显然此方案处理LTE的动态业务具有天然的优势,具有端到端灵活业务调度能力,无需像L2那样需要预先建立很多的通道。但全路由器方案存在的最大问题就是建网成本相对较高、设备功耗较大、另外在组网规模上受限。此外,这种大规模动态网络对于运维要求最高,且当前路由器的网络保护、OAM能力相比PTN设备要弱。因此,这种方案适合规模较小的网络,对于国内运营商这种大规模的网络适用性较差。

  3.4 路由器+IAN/PTN/CE混合组网解决方案(见图4)

  

  图4 路由器+PTN/IAN/CE

  这种方案的核心/汇聚层采用路由器,接入层采用IAN/PTN/CE,此处CE指电信级以太网交换机。进一步可扩展为3种方式:

  (1)路由器+PTN的方式。

  (2)路由器+CE的方式。

  这两种方式本质上都是核心/汇聚层支持L3路由,接入维持静态L2功能。只是PTN(MPLS-TP)和CE(PBT或VPLS)采用的技术体制不同。

  (3)核心/汇聚层采用路由器,接入层采用IAN。IAN即综合接入节点设备,是中国电信新定义的一种结合了MPLS-TP和IP/MPLS功能的数据设备。这种方式比较适合拥有丰富IP城域骨干网资源的运营商,在实现LTE业务承载的基础上,还可实现对大客户专线及组播等高品质精品业务的综合承载。

  目前看来,对于路由器+CE,CE在OAM方面的能力相对较弱;采用路由器+PTN方案,则从某种程度上存在端到端的管理,异质网络互通等问题,并出现需要数通和传输专业共同维护无线回传网的情况;采用路由器+IAN方案,LTE回传网均由端到端的数通产品组网,并统一由数通专业运维,故此方案对于固网资源丰富的运营商吸引力较大。

  4 结束语

LTE回传网目前存在端到端的PTN,PTN+CE(客户边缘路由器),端到端的路由器,路由器+IAN/PTN /CE(电信

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关键字:LTE  回传网

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0426/article_18237.html
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