面向LTE小基站回傳的PON+CMNet組網(wǎng)研究

王健，湯進(jìn)凱（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司上海分公司，上海 200060）

面向LTE小基站回傳的PON+CMNet組網(wǎng)研究

王健，湯進(jìn)凱
（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司上海分公司，上海 200060）

首先描述了小基站組網(wǎng)特點(diǎn)及對(duì)承載網(wǎng)提出的要求，分析了PON+CMNet的組網(wǎng)策略，給出網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全保護(hù)、QoS管理、帶寬規(guī)劃、同步方案、數(shù)據(jù)配置等方面的建議，最后，對(duì)小基站承載未來的演進(jìn)進(jìn)行了展望。

城域網(wǎng)；皮小區(qū)；飛小區(qū)；PON

1 前言

以皮小區(qū)（picocell）和飛小區(qū)（femtocell）為代表的一體化小基站技術(shù)，由于其具有低成本、小型化、低功耗、即插即用的優(yōu)勢(shì)，將在后續(xù)LTE基站補(bǔ)盲補(bǔ)熱的場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用。另一方面，PON網(wǎng)絡(luò)以其低成本、支持QoS策略和彈性帶寬的特點(diǎn)在家庭寬帶、普通政企客戶專線等接入場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)小基站的特點(diǎn)及對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的要求，建議未來主要采用PON+CMNet方式實(shí)現(xiàn)一體化小基站的回傳，本文將就其組網(wǎng)策略展開論述。

2 一體化小基站組網(wǎng)特點(diǎn)及對(duì)承載網(wǎng)的要求

PON+CMNet端到端承載方式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一體化小基站的組網(wǎng)應(yīng)用需要確保鏈路質(zhì)量，滿足同步、自啟動(dòng)、切換等功能要求，小基站的引入對(duì)承載網(wǎng)提出的需求包括以下方面：

圖1 PON+CMNET端到端承載方式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

（1）鏈路質(zhì)量如表1所示，是針對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)的鏈路要求，主要包括時(shí)延、抖動(dòng)、分組丟失率等方面。

表1 鏈路質(zhì)量要求

（2）同步信號(hào)傳遞功能：小基站對(duì)同步的要求和宏站基本相同，因此需要承載網(wǎng)具備時(shí)鐘同步和高精度時(shí)間同步信號(hào)的傳遞功能。

（3）DHCP Relay功能：小基站通過DCHP請(qǐng)求申請(qǐng)IP地址，DHCP Server與小基站IP地址可達(dá)后建立OM通道，從而實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。因此，承載網(wǎng)絡(luò)需要支持DHCP Relay功能。

需要說明的是，為實(shí)現(xiàn)小基站獲取管理服務(wù)器從而實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，有以下3種具體方式：

方式1：通過DHCP Relay的Option60功能，標(biāo)識(shí)廠家，DHCP Server根據(jù)Option60來分別返回各廠家對(duì)應(yīng)的管理服務(wù)器地址，需要小基站和DHCP Server支持Opton60功能。

方式2：DHCP告知小基站所有的管理服務(wù)器地址，小基站輪詢各個(gè)地址，匹配自己廠家的管理服務(wù)器，需要小基站支持輪詢匹配自己管理服務(wù)器的功能。

方式3：DHCP告知小基站DNS的位置，小基站內(nèi)置自己的域名，通過DNS功能獲取自己的管理服務(wù)器位置，需要現(xiàn)網(wǎng)部署DNS服務(wù)。

以方式3為例，自啟動(dòng)全部流程如圖2所示。

需要說明的是，小基站的自啟動(dòng)功能是一個(gè)可選項(xiàng)，隨著小基站部署規(guī)模的不斷擴(kuò)大，通過應(yīng)用自啟動(dòng)功能可提高建設(shè)效率。

（4）X2電路調(diào)度功能：為滿足小基站—小基站、小基站—宏站的基站切換的需要，承載網(wǎng)絡(luò)需要支持X2流向的電路調(diào)度。

3 PON+CMNet端到端承載策略

3.1 業(yè)務(wù)路由及網(wǎng)元部署

小基站設(shè)備經(jīng)過末端交換機(jī)進(jìn)行端口匯聚后通過PON網(wǎng)絡(luò)（包括OLT、分光器、MDU）接入，OLT通過城域數(shù)據(jù)網(wǎng)CMNET的多業(yè)務(wù)匯聚交換機(jī)收斂后連接至BRAS/SR設(shè)備，其后業(yè)務(wù)流向4G小基站網(wǎng)關(guān)，小基站網(wǎng)關(guān)設(shè)備完成IP地址分配、業(yè)務(wù)匯聚及安全管理等功能，經(jīng)過小基站網(wǎng)關(guān)后由L3承載網(wǎng)接入EPC。

圖2 PnP自啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)流程

對(duì)于小基站之間的X2接口需要通過AG（小基站接入網(wǎng)關(guān)）處理，因此在安全網(wǎng)關(guān)之后小基站間X2可以直接路由轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)于宏站和小基站之間的X2接口，對(duì)宏站來講，只能看到AG，因此X2流量都是通過上層PTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)給AG再轉(zhuǎn)接給相應(yīng)的小基站，為實(shí)現(xiàn)宏站和小基站協(xié)同，需將宏站L3路由、小基站L3路由引入小基站網(wǎng)關(guān)和PTN網(wǎng)絡(luò)。

3.1.1 PON網(wǎng)內(nèi)的部署

PON接入方式下，有以下4種部署方案如表2所示。

方案1：利舊現(xiàn)網(wǎng)PON口、分光器、MDU，考慮到場(chǎng)景的特點(diǎn)以及業(yè)務(wù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊，可與WLAN和樓宇寬帶的PON口共用。

方案2：新增獨(dú)立PON口，并獨(dú)立新增分光器和MDU，4G小基站業(yè)務(wù)通過新插獨(dú)立的PON口進(jìn)行承載。

方案3：新增獨(dú)立PON板，并獨(dú)立新增分光器和MDU，4G小基站業(yè)務(wù)通過新插獨(dú)立的PON板進(jìn)行承載。

方案4：新增獨(dú)立OLT，分平面滿足全業(yè)務(wù)和基站業(yè)務(wù)的承載。

實(shí)際部署時(shí)，可根據(jù)不同適用場(chǎng)景，綜合建設(shè)難度、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、成本等因素靈活選擇上述方案。

選擇距離臨近、光功率指標(biāo)良好的OLT設(shè)備進(jìn)行接入，并根據(jù)匯聚的各類寬帶接入業(yè)務(wù)的帶寬流量，按需擴(kuò)容上聯(lián)多業(yè)務(wù)分流交換機(jī)的鏈路。OLT上聯(lián)鏈路初期帶寬配置為雙路GE，可結(jié)合各類業(yè)務(wù)的總體流量按需擴(kuò)容。需要說明的是，對(duì)于全業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)采用“OLT-多業(yè)務(wù)分流交換機(jī)-BRAS/SR”的結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)的分流在多業(yè)務(wù)分流交換機(jī)上完成，不用額外新增獨(dú)立的上聯(lián)端口。

采用利舊PON口方案時(shí)，ODN網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)網(wǎng)一致；采用新增PON口等方案時(shí)，根據(jù)小基站PON方式總接入量和接入密度選擇一級(jí)分光或二級(jí)分光，光分路器應(yīng)盡量設(shè)置在一級(jí)光交。

MDU設(shè)備在符合供電穩(wěn)定、布線便利的條件下盡量與小基站、末端交換機(jī)靠近安裝，直連小基站情況下與小基站之間的線纜長(zhǎng)度應(yīng)小于100 m。MDU設(shè)備采用交流/直流供電方式，應(yīng)具備PoE/PoE+功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)小基站的供電。對(duì)于接入末端有一個(gè)以上皮小區(qū)、飛小區(qū)或2G、4G共模的節(jié)點(diǎn)，通過交換機(jī)進(jìn)行端口匯聚并帶寬共享。

3.1.2 CMNet網(wǎng)內(nèi)的部署

對(duì)于多業(yè)務(wù)分流交換機(jī)上聯(lián)段落，初期站點(diǎn)規(guī)模和帶寬較小，但隨著業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)，部分段落將逐步出現(xiàn)瓶頸，建議納入后續(xù)CMNet工程中實(shí)施擴(kuò)容。

3.2 安全保護(hù)

OLT下行采用星型組網(wǎng)構(gòu)架，PON系統(tǒng)一般不配置主干光纖保護(hù)，OLT和多業(yè)務(wù)匯聚交換機(jī)間采用雙上聯(lián)方式，防止單鏈路故障。

小基站到安全網(wǎng)關(guān)使用IPSec隧道。MDU和OLT最靠近基站，需要支持基本的安全防護(hù)功能：防DoS攻擊、廣播/多播/未知單播抑制等功能。

表2 PON網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同部署方案對(duì)比

此外，考慮到接入業(yè)務(wù)的安全性，上層安全網(wǎng)關(guān)支持全面的防火墻功能，所有進(jìn)出CMNet的流量均需配置防火墻，小基站網(wǎng)管需部署在小基站網(wǎng)關(guān)之后。

3.3 QoS管理及帶寬規(guī)劃

PON系統(tǒng)的QoS機(jī)制主要通過帶寬保障類型、CoS標(biāo)記、調(diào)度方式來實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。PON系統(tǒng)應(yīng)按照QoS規(guī)劃原則進(jìn)行配置，為不同業(yè)務(wù)類型提供差異化服務(wù)。

在PON內(nèi)部與承載的集團(tuán)客戶專線、家庭寬帶和WLAN等業(yè)務(wù)統(tǒng)一進(jìn)行VLAN規(guī)劃并配置相應(yīng)的QoS，以區(qū)分小基站業(yè)務(wù)流量，提供較高優(yōu)先級(jí)保障。

PON網(wǎng)內(nèi)，QoS管理和限速分為上下行方向，PON提供多種流量限速方法，可以通過IP流量模板和ACL規(guī)則進(jìn)行下行業(yè)務(wù)流限速，也可以使用DBA模板控制ONT的上行帶寬，同時(shí)還可以在ONT上對(duì)GEM Port，GEM Port上映射的業(yè)務(wù)流進(jìn)行流量限速。

PON的下行基于VLAN+ONU進(jìn)行限速，主要在OLT上通過Service Port實(shí)現(xiàn)限速，以小基站業(yè)務(wù)為單位進(jìn)行配置，分別配置均值速率CIR和峰值速率PIR。

PON的上行限速有多種手段，主要分為DBA、GEM PORT、PQ調(diào)度3種。對(duì)于一個(gè)MDU一個(gè)小基站的，按照T-CONT直接限速，對(duì)于一個(gè)MDU多個(gè)小基站的，由于T-CONT是以VLAN為單位的，為確保交換機(jī)下多個(gè)小基站共享一份帶寬，要求下掛的小基站配置統(tǒng)一的VLAN，并按照T-CONT進(jìn)行限速。此外，T-CONT下有上行固定帶寬（該部分帶寬為MDU占用，不可剝奪）、上行保證帶寬、上行最大帶寬三種，經(jīng)確認(rèn)，固定帶寬和保證帶寬基本一致，在上行的1.25G的PON口下都是確保通過的，并且固定帶寬和保證帶寬的合計(jì)不能超過1.25G，而主要的區(qū)別是固定帶寬的時(shí)延較?。ㄐ? ms左右），而LTE的S1接口的最優(yōu)時(shí)延是5 ms，推薦時(shí)延是10 ms，可忍受時(shí)延是20 ms，考慮到用戶的體驗(yàn)，同時(shí)考慮到基站業(yè)務(wù)的重要性，應(yīng)該配置成固定帶寬而不是保證帶寬，因此建議采用固定帶寬、最大帶寬兩個(gè)值作為限速。

對(duì)于2G、4G共模站，從便于維護(hù)管理角度，建議按照不同的SVLAN，分別配置一個(gè)T-CONT和一個(gè)GEM PORT，在T-CONT上限速。

CMNet網(wǎng)內(nèi)，要求BRAS/SR支持L3 VPN，同時(shí)支持DiffServ滿足差異化服務(wù)需要。

PON的帶寬規(guī)劃中，應(yīng)統(tǒng)籌考慮集客專線、家庭寬帶和飛小區(qū)/皮小區(qū)帶寬需求，單個(gè)物業(yè)點(diǎn)可參照普通的O1站型的室內(nèi)站進(jìn)行帶寬配置。

3.4 同步方案

PON+CMNet方式下，由于CMNet不支持時(shí)間同步信號(hào)的傳遞，因此需要在OLT側(cè)解決時(shí)間信號(hào)的傳遞。

圖3 GPON網(wǎng)絡(luò)QoS機(jī)制示意

由于目前現(xiàn)網(wǎng)的PON設(shè)備一般不支持高精度時(shí)間同步1588V2，因此需要升級(jí)，現(xiàn)網(wǎng)部署時(shí)，應(yīng)采用支持1588V2功能的OLT和MDU設(shè)備。

對(duì)于時(shí)間源的接入，可由OLT就近的PTN、OTN等設(shè)備的同步輸出口引接，或由OLT同機(jī)房的宏站輸出的同步信號(hào)引接。

3.5 VLAN和IP地址數(shù)據(jù)配置

對(duì)于PON系統(tǒng)，統(tǒng)一配置各類業(yè)務(wù)的VLAN資源，對(duì)于2G/4G共模的小基站，一般配置不同的SVLAN，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)QoS的管理。

對(duì)于小基站的IP地址，采用PON+CMNet方式情況下，根據(jù)無線遠(yuǎn)期的建站需求，從節(jié)省公網(wǎng)IP地址資源角度，一般可以采用私網(wǎng)地址+MPLS VPN的方式，即小基站采用私網(wǎng)地址，一個(gè)小基站僅攜帶一個(gè)IP地址接入CMNet城域網(wǎng)BRAS/SR設(shè)備，可通過三層MPLS VPN的方式疏導(dǎo)至網(wǎng)關(guān)設(shè)備。對(duì)于小基站采用即插即用方式開站的，需要支持DHCP和DHCP Relay，一般可以在多業(yè)務(wù)分流交換機(jī)或BRAS/SR上啟用DHCP Relay功能；對(duì)于小基站部署規(guī)模較小的城域網(wǎng)，也可采用靜態(tài)IP方式。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著小基站業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，部分業(yè)務(wù)密集的OLT、多業(yè)務(wù)分流交換機(jī)上聯(lián)帶寬將逐步飽和，可結(jié)合全業(yè)務(wù)的發(fā)展提升上聯(lián)帶寬，同時(shí)，結(jié)合BRAS/SR等網(wǎng)元的下沉，對(duì)于業(yè)務(wù)量大的OLT可采用直連BRAS/ SR的方式組網(wǎng)。

隨著小基站應(yīng)用的普及，對(duì)承載網(wǎng)提出了全新的需求。承載網(wǎng)需要進(jìn)一步積累建設(shè)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，完善小基站承載的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而適應(yīng)工程建設(shè)的需要，提升端到端的客戶實(shí)際體驗(yàn)。

[1] 湯進(jìn)凱，張奇，王健. 下一代光傳送網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用探討[J].電信科學(xué)， 2009，10A：192-195.

[2] Tim Szigeti， Christina Hattingh.端到端QoS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[M]. 人民郵電出版社，2007.

Research on PON+CMNet networking for LTE small cell backhaul

WANG Jian, TANG Jin-kai
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shanghai Branch, Shanghai 200060, China)

Firstly describe characteristics of small cell and the requirement of related bearing network, then analyze small cell bearing networking strategy, provide suggestion in network architecture, security, QoS management, bandwidth deployment, synchronization stratregy, data configuration. Finally, give some suggestion of small cell bearing evolution.

metro area network; picocell; femtocell; PON

TN929.5

A

1008-5599（2017）01-0064-05

2016-04-13