TD-LTE EPC組Pool傳送方案研究

王應(yīng)波，張華榮

(1 中國移動通信集團廣東有限公司，廣州 510620;2 廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣州 510630）

為推進4G業(yè)務(wù)的規(guī)模商用，中國移動全面開展4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，2014年底LTE基站數(shù)將超過50萬。TDLTE的規(guī)模建設(shè)，以及LTE核心網(wǎng)EPC集中化，組Pool等需求，對傳送網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。本文從現(xiàn)狀出發(fā)，討論及分析EPC組Pool需求，給出適用于中國移動的傳送網(wǎng)組網(wǎng)方案，為即將開展的LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考。

1 LTE回傳PTN網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

目前，LTE核心網(wǎng)EPC（MME、SGW）采取區(qū)域集中設(shè)置，LTE基站（eNode B）通過PTN回傳至EPC，如圖1所示，分兩種情況。

圖1 LTE回傳現(xiàn)狀示意圖

（1）區(qū)域中心地市（即放置EPC的地市），eNode B基站通過“本地PTN”回傳：基站首先經(jīng)過接入層、匯聚層回傳至L2/L3 PTN設(shè)備，L2/L3設(shè)備連接至L3 PTN設(shè)備，L3設(shè)備與EPC同機樓相連。L3、L2/L3設(shè)備均成對設(shè)置(同機樓成對設(shè)置)，目前現(xiàn)網(wǎng)僅有一個EPC機樓，一對L3設(shè)備，有多對L2/L3設(shè)備，L2/L3設(shè)備分別匯聚各自片區(qū)的匯聚環(huán)、接入環(huán)。

（2）非區(qū)域中心地市（即未放置EPC的地市），eNode B基站通過“本地+省干PTN”回傳至EPC。本地PTN部分的結(jié)構(gòu)與區(qū)域中心地市相同，同樣經(jīng)過接入層、匯聚層、L2/L3，匯聚到本地L3設(shè)備，不同的是，還需經(jīng)過省干L3設(shè)備傳送，最終到達EPC。

2 EPC組Pool的傳送需求

隨著TD-LTE的規(guī)模發(fā)展，為滿足EPC的裝機需求，以及網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)需要，EPC將增加新的機樓，不同機樓的EPC組Pool。即各區(qū)域MME根據(jù)覆蓋情況組MME Pool；各區(qū)域SAE-GW根據(jù)覆蓋情況組SAEGW Pool,所有的eNode B須與Pool內(nèi)所有的MME、SAE-GW進行全連接。EPC組Pool的原理簡述如下。

eNode B基站開通時，OMC-R將Pool內(nèi)所有MME、SGW的IP地址下發(fā)到eNode B。eNode B通過該地址，與所有MME建立起STP連接。通過STP連接，MME將SGW的負荷情況實時傳遞給每一個基站。當一個用戶向基站申請服務(wù)時，基站根據(jù)SGW的負荷情況，通過特定算法計算，給該用戶分配服務(wù)的SGW，最終用戶與SGW建立連接。

從上述過程可看出，eNode B基站與Pool內(nèi)所有MME、SGW進行實時連接，與MME是全量的信令流連接，與SGW是負荷分擔的業(yè)務(wù)流連接。當傳輸線路中斷或某個EPC網(wǎng)元故障時，會進行相關(guān)資源的重新分配，不會引起用戶服務(wù)中斷，實現(xiàn)了一定程度上的容災(zāi)功能。

圖2 方案1組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 EPC組Pool的傳送方案

對于EPC組Pool需求，傳送網(wǎng)需實現(xiàn)基站與Pool內(nèi)所有MME、SGW的實時連接，具體實現(xiàn)方案有“核心L3設(shè)備之間互聯(lián)”、“新增調(diào)度L3”以及“L2/L3設(shè)備與核心L3設(shè)備之間全互聯(lián)”3種。

3.1 方案1：核心L3設(shè)備之間互聯(lián)

如圖2所示，在新增EPC（MME、SGW）的機樓新增一對核心L3 PTN設(shè)備（圖例所示為新增2個EPC機樓，達到3個），與EPC同機樓相連；核心L3設(shè)備之間互連，保證每對L2/L3與每對核心L3之間邏輯可達。如存在兩個PTN設(shè)備廠家，可疊加建設(shè)一個相同結(jié)構(gòu)的核心L3互聯(lián)結(jié)構(gòu)，分別負責(zé)匯聚各自廠家的L2/L3設(shè)備，EPC網(wǎng)元與兩個PTN廠家的L3設(shè)備分別對接，完成異廠家匯聚。

優(yōu)勢：該方案L2/L3只連接一對核心L3設(shè)備，PTN端口及波分資源占用較少，易于實現(xiàn)。劣勢：當EPC機樓較多（大于3個）時，L3設(shè)備間互聯(lián)關(guān)系較復(fù)雜，且增加EPC機樓時網(wǎng)絡(luò)調(diào)整量較大；另外，該方案不能防止雙PTN節(jié)點失效。

3.2 方案2：新增調(diào)度L3，與核心L3設(shè)備之間星型連接

如圖3所示，在新增EPC的機樓新增一對核心L3 PTN設(shè)備，與EPC同機樓相連；另外，新增一對用于疏導(dǎo)機樓間互聯(lián)業(yè)務(wù)的調(diào)度L3 PTN（新增一個網(wǎng)絡(luò)層級）；每對核心L3與調(diào)度L3互聯(lián)。如存在兩個PTN設(shè)備廠家，可在EPC節(jié)點機房疊加建設(shè)一個相同的核心L3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別負責(zé)各自廠家的L2/L3設(shè)備的匯聚，調(diào)度L3可選擇其中一個廠家只部署一對，與異廠家的核心L3對接采用UNI接口；EPC網(wǎng)元與兩個PTN廠家的L3設(shè)備分別對接，完成異廠家匯聚。

圖3 方案2組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

優(yōu)勢：該方案L2/L3只連接一對核心L3設(shè)備，PTN端口及波分資源占用較少，易于實現(xiàn)；L3設(shè)備之間互聯(lián)關(guān)系較簡單（通過調(diào)度L3實現(xiàn)），當EPC機樓增加時，網(wǎng)絡(luò)調(diào)整量較小。劣勢：該方案增加一個網(wǎng)絡(luò)層級，復(fù)雜性增加；調(diào)度L3設(shè)備承擔了日常機樓間所有互聯(lián)流量，故障風(fēng)險較大；另外，該方案不能防止雙PTN節(jié)點失效。

3.3 方案3：L2/L3設(shè)備與核心L3設(shè)備間全互聯(lián)

如圖4所示，在新增EPC的機樓新增一對核心L3 PTN設(shè)備，與EPC同機樓相連；L2/L3設(shè)備與核心L3設(shè)備進行物理Full Mesh全互聯(lián)。如存在兩個PTN廠家，可疊加建設(shè)一個相同的核心L3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別與各自廠家的L2/L3設(shè)備全互聯(lián)；EPC網(wǎng)元與兩個PTN廠家的L3設(shè)備分別對接，完成異廠家匯聚。

優(yōu)勢：該方案可抵御雙PTN節(jié)點失效風(fēng)險；L3設(shè)備之間無需互聯(lián)，當EPC機樓增加時，網(wǎng)絡(luò)無需進行調(diào)整。劣勢：L2/L3需連接多對核心L3設(shè)備，PTN端口及波分資源占用多，投資較大。

3.4 方案選擇

對于EPC組Pool傳送方案的選擇，應(yīng)從SGW Pool、MME Pool的具體情況，EPC機樓數(shù)量，LTE基站與EPC Pool歸屬關(guān)系，PTN網(wǎng)絡(luò)情況等多方面綜合考慮，根據(jù)不同場景選擇不同的方案，或者方案的組合。3種方案的特點及使用場景分析如表1所示。

圖4 方案3組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 EPC組Pool的傳送網(wǎng)規(guī)劃實例

對于L2層PTN帶寬規(guī)劃及配置，按目前規(guī)范的每基站CIR（保證帶寬）和PIR（峰值帶寬）配置，對于L3層PTN，按照業(yè)務(wù)流量進行容量、端口規(guī)劃。下面以某一地市公司為例，采用方案1，對核心L3 PTN做容量及端口規(guī)劃，案例模型如圖5所示。

假設(shè)某地市公司在規(guī)劃期內(nèi)建設(shè)16 000個LTE基站（F頻基站6 000個、D頻基站6 000個、室分基站4 000個），預(yù)計發(fā)展用戶1 000萬，設(shè)置4個L2/L3節(jié)點，所帶LTE基站數(shù)分別為4 000個、3 200個、3 600個和5 200個。有3個EPC機樓，每個EPC機樓各設(shè)置一對L3 PTN，做分擔承載，配置率不超過50%（考慮其中一端PTN故障，另一端PTN承載區(qū)域內(nèi)所有業(yè)務(wù)），L2/L3節(jié)點根據(jù)物理區(qū)域分別就近接入L3 PTN。

表1 3個方案適用場景模型對照表

（1）核心L3 PTN 所帶用戶數(shù)量計算如下：核心L3 PTN(1)，下帶2個L2/L3節(jié)點，共管轄7 200個LTE基站，假設(shè)用戶平均分布，則L3 PTN(1)所帶用戶數(shù)=1 000萬×7 200站/16 000站=450萬。

同時，由于EPC組Pool的需求，Pool結(jié)構(gòu)下的業(yè)務(wù)流量存在隨機、發(fā)散的特點，核心L3設(shè)備除承擔本區(qū)域L2/L3上聯(lián)的業(yè)務(wù)外，還需承擔其它L3設(shè)備過來的互聯(lián)業(yè)務(wù)。假設(shè)核心L3 PTN所帶業(yè)務(wù)有40%需要互聯(lián)，則包含互聯(lián)業(yè)務(wù)，核心L3 PTN(1)所帶 LTE用戶數(shù)=450萬+225萬×40%+325萬×40%=670萬。以此類推，包含互通業(yè)務(wù)，核心L3 PTN(2)、核心L3 PTN(3)所帶用戶數(shù)分別為535萬、595萬。

（2）LTE單用戶流量計算如下：假設(shè)LTE用戶平均單向流量500 kbit/s，同時并發(fā)比例為10%，分組頭冗余1.204，帶寬冗余1.15，則單LTE用戶流量=500 kbit/s×10%×1.204×1.15=70 kbit/s/戶，即0.7 G/萬戶。

（3）L3 PTN容量規(guī)劃：單端PTN設(shè)備容量考慮20%冗余，容量需求如表2所示。

圖5 EPC組Pool傳送網(wǎng)規(guī)劃案例示意圖

（4）L3 PTN端口規(guī)劃：單端PTN設(shè)備端口按上聯(lián)電路、對接電路、互聯(lián)電路、互通電路等4種類型分別估算，并考慮10%端口冗余，需求如下：

* 上聯(lián)電路：L2/L3 PTN至核心L3 PTN上聯(lián)電路需求，通過“下帶用戶數(shù)×單用戶帶寬/設(shè)備端數(shù)/配置率”計算帶寬需求，再折算成10 GE電路統(tǒng)計端口需求；（如L3 PTN(1)-1設(shè)備，上聯(lián)電路=450萬戶×0.7 G/萬戶/2端/50%=32×10 GE）。

* 對接電路：核心L3 PTN設(shè)備對接EPC MME/SAE-GW設(shè)備及OMC網(wǎng)管電路需求，銜接核心網(wǎng)專業(yè)提出的GE/10 GE端口需求；核心L3 PTN設(shè)備對接省干PTN設(shè)備端口需求（主要用于假日用戶遷移、應(yīng)急搶險等場景下，核心網(wǎng)容量的跨地市遷移，如無該需求，可省略），銜接省干傳送網(wǎng)提出的GE/10 GE端口需求。

* 互通電路：同一EPC機樓兩端核心L3 PTN設(shè)備間互聯(lián)電路需求，等于上聯(lián)電路需求的一半。

* 互聯(lián)電路：不同EPC機樓的核心L3 PTN設(shè)備間互聯(lián)電路需求，假設(shè)核心L3 PTN所帶業(yè)務(wù)有40%需要互通，則L3 PTN(1)-1設(shè)備，互通電路需求=225萬戶×0.7 G/萬戶×40%+325萬戶×0.7 G/萬戶×40%=16×10 GE。

表2 核心L3 PTN容量及端口規(guī)劃明細表

綜上，對核心L3 PTN設(shè)備的容量及端口規(guī)劃，主要瓶頸在于端口資源，建議在傳送網(wǎng)規(guī)劃中，根據(jù)LTE業(yè)務(wù)發(fā)展目標，重點開展核心L3 PTN設(shè)備的端口規(guī)劃，選擇合適交叉容量的PTN設(shè)備。

5 總結(jié)及展望

EPC組Pool，應(yīng)考慮組Pool的目標、EPC機樓數(shù)量、LTE基站與EPC Pool歸屬關(guān)系，以及PTN廠家數(shù)量等因素，選擇適合的傳送方案。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，PTN傳送技術(shù)將面臨新的挑戰(zhàn)，設(shè)備容量、端口能力、安全保護、運維性能等將面臨市場的進一步檢驗，PTN技術(shù)將向更加成熟、完善的方向發(fā)展。