LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃探討

1、LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃概述

        LTE是無線網(wǎng)絡(luò)最主要的技術(shù)趨勢，在北美，日韓，北歐等市場上已經(jīng)大規(guī)模運營，中國市場也馬上會迎來LTE應(yīng)用的浪潮。相對2G/3G，LTE不但帶來高的頻譜效率，給用戶更大的帶寬，也因為其扁平架構(gòu)和低時延設(shè)計，給用戶更好的體驗。LTE承載網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計，也因為LTE的新變化，帶來很多新的規(guī)劃和設(shè)計點。因此，做好LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計，前提之一是必須理解LTE承載網(wǎng)的新需求，包括X2和S1-flex帶來的多點互通需求，單站150M～450M的帶寬以及與此相關(guān)網(wǎng)絡(luò)收斂比規(guī)劃需求，EPC集中部署帶來的IPRAN和IP CORE跨域設(shè)計需求，多業(yè)務(wù)承載帶來的QOS需求，以及安全需求和時鐘需求等等。對于這些需求，本文假設(shè)讀者都已經(jīng)完全理解，不做深入闡述分析，如需要可參考相關(guān)文獻資料。

       同時，針對一個具體運營商網(wǎng)絡(luò)的LTE承載網(wǎng)規(guī)劃，需要把該運營商業(yè)務(wù)規(guī)劃作為LTE承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的基本輸入，需要對運營商LTE及FMC業(yè)務(wù)規(guī)劃進行分析，一般情況下，要根據(jù)運營商在不同場景，如大城市，中型城市，縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)，旅游景點等不同用戶規(guī)模，不同業(yè)務(wù)類型，不同基站制式和密度，不同光纖機房等基礎(chǔ)資源情況，進行分類，根據(jù)在不同場景下運營商的業(yè)務(wù)規(guī)劃和建設(shè)節(jié)奏，進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

        另外，LTE承載網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，一般會在2G/3G承載網(wǎng)上演進和發(fā)展，運營商現(xiàn)網(wǎng)對LTE的支持能力和薄弱環(huán)節(jié)，需要進行網(wǎng)絡(luò)的評估，這需要對運營商現(xiàn)網(wǎng)信息進行收集和分析，了解運營商當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的方案，規(guī)模，業(yè)務(wù)承載模式，機房光纖等基礎(chǔ)設(shè)施，進行系統(tǒng)性評估，得到當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)支持LTE的能力，便于后續(xù)針對性規(guī)劃及網(wǎng)絡(luò)遷移設(shè)計。

        本文重點關(guān)注通用的LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的規(guī)劃，從以下各個方面分別進行探討，給出LTE承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的原則和基本方法：

帶寬和收斂比規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃

控制平面規(guī)劃

IP/VLAN規(guī)劃

可靠性規(guī)劃

QOS規(guī)劃

時鐘同步規(guī)劃

        具體到一個運營商網(wǎng)絡(luò)，需要結(jié)合業(yè)務(wù)規(guī)劃和現(xiàn)網(wǎng)評估情況，使用上述原則和方法來進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計。

2、帶寬/及收斂比規(guī)劃設(shè)計

        傳統(tǒng)的2G/3G承載網(wǎng)，基本上沒有考慮收斂比，承載網(wǎng)按無線基站帶寬需求1：1端到端預(yù)留，由于無線基站帶寬需求較小，這種粗放的規(guī)劃方式最簡單易行。而LTE網(wǎng)絡(luò)中，單基站帶寬會達到150M～450M，端到端1：1預(yù)留的代價非常大，這種方式難以為繼。另一方面，LTE網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為主流，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計復(fù)用特點，加上用戶資費包封頂?shù)仍虻拇嬖?，使得承載網(wǎng)的帶寬帶寬規(guī)劃上必須考慮收斂比。本節(jié)主要闡述收斂比規(guī)劃的思路和原則。

        在規(guī)劃承載帶寬和收斂比過程中，我們必須理解無線基站的峰值帶寬和均值帶寬，這里我們參考NGMN的建議，分析基站帶寬時，分busy time和quiet time兩種場景。

       Busy time是指大量UE在一個基站下，由于每個UE的位置和信號強度不同，多UE之間也存在資源爭搶和分配，整體的帶寬趨向一個平均值，稱為busy time mean。

       Quiet time是指少量甚至一個UE在一個基站下，這時基站帶寬會變化較大，當(dāng)一個UE靠近基站，信號強度高，可能采用高效的編碼方式，該UE可以使用到該小區(qū)的所有資源，基站帶寬達到峰值，稱為Peak.

       按NGMN的仿真，以及無線廠家的經(jīng)驗值，均值和峰值之比，一般是1/3～1/6之間。

      另外，需要注意的是，由于下行帶寬是上行帶寬的4～6倍，網(wǎng)絡(luò)帶寬規(guī)劃的工程實踐中，關(guān)注下行帶寬即可以滿足要求，在XDSL和GPON等不對稱承載技術(shù)中，才需要專門考慮上行。

       帶寬和收斂比規(guī)劃方法概述：

       方法一，基站粒度估算法：單基站帶寬×覆蓋基站數(shù)×經(jīng)驗收斂比，這個方法中，經(jīng)驗收斂比難以獲取，有些運營商規(guī)劃成端到端4:3:2收斂，也有無線廠家給出端到端3：1收斂等數(shù)據(jù)，可以參考。

       方法二，用戶粒度估算法：在網(wǎng)絡(luò)匯聚和核心層，可以考慮基于用戶規(guī)模和用戶平均帶寬的估算方法。同時根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)流量的統(tǒng)計，定期或不定期擴容。這是一種pay as you grow的模式。

2.1 單基站帶寬計算方法

        單基站帶寬的計算方法，一般考慮頻譜資源，MIMO階數(shù)，UE類型，有無IPsec等等進行計算，承載網(wǎng)側(cè)可以找無線規(guī)劃部門獲取單站帶寬需求數(shù)據(jù)，下表來自NGMN，供參考。

       按NGMN的計算方式， 單基站帶寬B = max (N x busy time mean, Peak) ，這個公式假設(shè)，承載網(wǎng)只需滿足每個小區(qū)都達到均值帶寬，或者滿足一個基站達到峰值帶寬。其意義在于，在忙時，一個基站下的多個小區(qū)帶寬都達到均值，在閑時，只需要一個小區(qū)達到峰值。單基站的帶寬規(guī)劃，只要選擇其中較大的值即可。

2.2 用戶粒度估算法

       基于用戶帶寬信息的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法，基本原理是基于忙時用戶平均帶寬×用戶數(shù)得到總的帶寬需求：

      帶寬需求可以從無線核心網(wǎng)部門直接獲取，如果獲取不到，可以采用如下方法計算。

      規(guī)劃期內(nèi)帶寬需求 = 規(guī)劃期內(nèi)忙時平均用戶帶寬×規(guī)劃期內(nèi)用戶規(guī)模

      規(guī)劃期內(nèi)用戶規(guī)模和規(guī)劃期內(nèi)平均用戶帶寬，可以從運營商無線部門獲取，或者基于當(dāng)前數(shù)據(jù)及增長率估算。

2.3 接入環(huán)容量規(guī)劃

       由于接入環(huán)一般在10個基站左右，統(tǒng)計復(fù)用效用不明顯，建議不收斂或少收斂。因此，可采用方法一，基站粒度估算法，計算方法：單基站帶寬×環(huán)上基站數(shù)×收斂比，在接入層，建議收斂比等于1.

2.4 匯聚層容量規(guī)劃

        匯聚層根據(jù)覆蓋基站數(shù)和用戶規(guī)模，可以選擇兩種不同的規(guī)劃方式，兩種方式規(guī)劃出的帶寬需求，可以互相參考，根據(jù)情況選取折中值。

        方法一，采用基站粒度估算法，單基站帶寬×覆蓋基站數(shù)×收斂比，匯聚層收斂比，可以選擇4：3或者2：1等

       方法二，采用用戶粒度估算法，適用匯聚層覆蓋基站數(shù)較大，或者業(yè)務(wù)發(fā)展初期，計算方法：忙時用戶平均帶寬×匯聚層覆蓋用戶數(shù)

2.5 核心層容量規(guī)劃

        核心層匯聚大量基站，網(wǎng)絡(luò)流量與無線用戶規(guī)模及使用習(xí)慣相關(guān)，建議選擇方法二，基于用戶粒度估算法，容量規(guī)劃參考無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進行未來3到5年的規(guī)劃；計算方法：忙時用戶平均帶寬×總用戶數(shù)，一般來說，這種算法計算帶寬會偏小，適用于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，伴隨用戶和流量增長，再做網(wǎng)絡(luò)擴容。

3、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃設(shè)計

      3.1 網(wǎng)絡(luò)邏輯規(guī)劃

       移動承載網(wǎng)絡(luò)中，IP節(jié)點達到10K到幾十K，規(guī)模遠遠大于傳統(tǒng)的IP城域網(wǎng)或IP骨干網(wǎng)絡(luò)，IPRAN網(wǎng)絡(luò)的邏輯架構(gòu)規(guī)劃，如何規(guī)劃解決大規(guī)模組網(wǎng)可擴展性，成為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃的首要問題。

       基于目前成熟的技術(shù)方案，可行的架構(gòu)是層次化VPN架構(gòu)，即通過引入業(yè)務(wù)分層點，分割大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)為多個小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，通過SPE的業(yè)務(wù)處理，完成端到端業(yè)務(wù)的處理，在本地網(wǎng)內(nèi)，這將是主要的技術(shù)架構(gòu)。

       同時，由于EPC集中部署的現(xiàn)實，LTE必然要跨越本地網(wǎng)，經(jīng)過省干網(wǎng)絡(luò)，到達EPC機房，這里就涉及跨域方案的規(guī)劃和不同技術(shù)選擇考慮，本節(jié)重點分析這些內(nèi)容。

3.2 本地網(wǎng)內(nèi)分層架構(gòu)規(guī)劃

       接入?yún)R聚層分層的業(yè)務(wù)模型如上圖所示，不同業(yè)務(wù)類型選擇了不同的分層方式，主流技術(shù)選擇是HVPN，L2VPN+L3VPN，MS-PW等技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)架構(gòu)的分層。這種分層架構(gòu)的引入，使得IGP可以分層分域，MPLS隧道分段，避免端到端隧道和OAM部署，同時通過私網(wǎng)路由策略控制，限制CSG上的私網(wǎng)路由數(shù)量，這種分層架構(gòu)可以極大提高網(wǎng)絡(luò)的擴展性，實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)幾十K網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的組網(wǎng)要求，而且不必增加對CSG設(shè)備的性能和成本要求。因此，業(yè)務(wù)分層的架構(gòu)作為本地網(wǎng)內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的首選架構(gòu)。

3.3 核心層跨域架構(gòu)規(guī)劃

       前面提到，由于EPC部署在省中心機房，在LTE階段，承載網(wǎng)面臨跨本地網(wǎng)和省干的需求；同時，跨域?qū)＞€的需求也很常見。但是，由于存在多種跨域技術(shù)，如何選擇和規(guī)劃，是LTE承載網(wǎng)需要仔細分析和考慮的。

       目前存在的一些跨域技術(shù)，包括Option A，Option B，Option C/Seamless MPLS，CSC，L2Overlay等等。

       這些技術(shù)的細節(jié)本文不做詳細論述，如需要可參考相關(guān)文獻資料，下表是各種技術(shù)適合的場景分析：

       LTE承載VPN數(shù)量少，運維團隊劃分清晰，IPRAN由本地網(wǎng)維護，IPCORE是省中心維護，這種情況，適合的跨域方案是OptionA。

4、IP/VLAN規(guī)劃原則

       在LTE承載網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃中，IP和VLAN的規(guī)劃，并不存在技術(shù)問題，但需要考慮如何節(jié)省IP地址資源，同時無線基站的IP和VLAN規(guī)劃，也要避免承載網(wǎng)側(cè)復(fù)雜的配置。VLAN的規(guī)劃，有時要考慮傳統(tǒng)的運維習(xí)慣，基于VLAN來標識基站，即采用每基站每VLAN的規(guī)劃方案。

       IP地址規(guī)劃：對于移動承載網(wǎng)絡(luò)，IP地址可分為Loopback/管理地址、設(shè)備互聯(lián)地址、業(yè)務(wù)地址，均可以采用私網(wǎng)IP（或者公網(wǎng)私用）進行規(guī)劃。

        VLAN規(guī)劃：E2E L3VPN方案，VLAN區(qū)分同一接口的不同業(yè)務(wù)，建議全網(wǎng)按業(yè)務(wù)規(guī)劃相同VLAN，免去按每基站的VLAN規(guī)劃工作。對于L2+L3方案，網(wǎng)絡(luò)的L2部分，需要采用不同的VLAN ID標識不同基站，符合L2網(wǎng)絡(luò)運維習(xí)慣，方便問題定位。

        對無線系統(tǒng)的建議：為簡化網(wǎng)絡(luò)部署方案，減少VLAN，IP地址以及相應(yīng)VPN數(shù)據(jù)的規(guī)劃和配置，基站和承載設(shè)備對接時，建議盡量減少VLAN和IP地址，目前一般采用一個IP/VLAN作為業(yè)務(wù)接口，另外一個IP/VLAN作為管理接口。不建議S1和X2采用不同的VLAN和不同IP地址。

        對于無線基站，建議采用接口IP作為業(yè)務(wù)IP地址，避免在承載網(wǎng)路由器上配置靜態(tài)路由，降低部署難度。

5、控制面規(guī)劃

       在LTE承載網(wǎng)中，控制面規(guī)劃的重點，是考慮如何應(yīng)對大規(guī)模組網(wǎng)的訴求，滿足前面提到分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，下面分別在IGP，BGP，LDP，RSVP-TE方面，給出規(guī)劃建議，以滿足大規(guī)模組網(wǎng)的要求。

5.1 IGP規(guī)劃

       IGP協(xié)議的選擇，根據(jù)運維團隊的能力，現(xiàn)網(wǎng)的匹配度進行IGP協(xié)議選擇OSPF或ISIS鏈路狀態(tài)型協(xié)議。

       LTE承載網(wǎng)的IP節(jié)點數(shù)在10K以上，基于目前的設(shè)備能力，IGP的規(guī)劃必須分層分域。通過IGP的分層分域，避免協(xié)議數(shù)據(jù)庫過大，降低設(shè)備CPU壓力；實現(xiàn)故障域間隔離，增強網(wǎng)絡(luò)健壯性；較小的IGP有更短的故障收斂時間

5.2 隧道規(guī)劃

       隧道技術(shù)主要包括LDP，RSVP-TE兩種方式。

       LDP LSP隧道特點：配置簡單，自動使能標簽；可通過LDP FRR做到路徑快速收斂；隧道數(shù)量不易控制，帶寬不可控；LDP FRR使用場景受限；保護倒換依賴于路由快速收斂，性能稍弱；適用于full mesh轉(zhuǎn)發(fā)的LTE X2業(yè)務(wù)。

       RSVP TE隧道特點：建立可控性強，路徑調(diào)度能力強，帶寬控制能力強；保護倒換手段豐富，推薦使用Hot-Standby,也可使用隧道保護；倒換性能較好；配置相對復(fù)雜，需指定宿端；適合于點到點業(yè)務(wù)模型(如UMTS ETH業(yè)務(wù)和LTE S1業(yè)務(wù))

       對于LTE承載，如果對S1的倒換要求較高，可采用RSVP TE+LDP的隧道方式，兼顧S1保護倒換性能和X2就近互通業(yè)務(wù)需求。

5.3 BGP規(guī)劃

       L3VPN需要部署IBGP，為了滿足可擴展性，組大網(wǎng)要求，標準的技術(shù)是部署路由反射器RR，HVPN就是借助RR技術(shù)實現(xiàn)，在ASG設(shè)備上部署inline RR功能，并對VPN路由進行下一跳修改NHS。匯聚環(huán)一般部署獨立RR，RSG和ASG對獨立RR來說是RR Client。

6、可靠性規(guī)劃設(shè)計

      可靠性規(guī)劃，首先要在網(wǎng)絡(luò)物理拓撲上充分考慮，保證物理拓撲有迂回路徑，如環(huán)網(wǎng)，雙歸屬，口字形組網(wǎng)，Mesh組網(wǎng)等常見組網(wǎng)方式，分別適用于不同的網(wǎng)絡(luò)位置，如，接入層推薦使用環(huán)網(wǎng)，匯聚層可用環(huán)形或雙歸，核心層建議使用Mesh組網(wǎng)，跨越對接建議口字形組網(wǎng)。

      在IPRAN網(wǎng)絡(luò)中，可靠性技術(shù)可以分為兩類，第一類是保護切換類，第二類是收斂恢復(fù)類。

      對于第一類，基本原理是在數(shù)據(jù)面建立主備兩個轉(zhuǎn)發(fā)路徑，通過OAM技術(shù)檢測主用路徑，發(fā)現(xiàn)故障后迅速倒換到事先建立好的備用路徑。

      第二類，基本原理是發(fā)現(xiàn)故障后，通過控制平面重新計算路由，給數(shù)據(jù)面下發(fā)新的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，一般情況下收斂性能弱于第一類。

      因此在移動承載解決方案中，一般建議采用第一類，保護切換技術(shù)做為可靠性方案。

6.1 故障檢測技術(shù)

     故障檢測技術(shù)，是可靠性方案的前提，一般使用BFD，MPLS OAM等技術(shù)實現(xiàn)，設(shè)備需要具備基于硬件的OAM和BFD實現(xiàn)，在大規(guī)模組網(wǎng)情況下保證高性能。

     故障檢測技術(shù)一致性，為簡化部署，各層次的故障檢測，盡量部署相同的機制，建議使用BFD作為故障檢測技術(shù)。BFD可以應(yīng)用到鏈路層，隧道層，業(yè)務(wù)層，以及網(wǎng)關(guān)保護的檢測。

     故障檢測技術(shù)的選擇，需要考慮穿越中間網(wǎng)絡(luò)，盡量不對中間網(wǎng)絡(luò)有特殊要求，從這個角度，BFD是較好的選擇。

     多層故障檢測技術(shù)，需要在發(fā)包間隔上給予規(guī)劃，或者使用Holdoff機制，避免多層倒換。

6.2 鏈路級保護

       如下圖所示，鏈路層保護，主要是IMA，MLPPP，ETH Trunk等保護技術(shù)，一般在鏈路層實施，用于用戶側(cè)業(yè)務(wù)保護，以及重要鏈路的可靠性提升，如兩臺PE設(shè)備之間。

6.3 網(wǎng)絡(luò)級保護

        網(wǎng)絡(luò)級保護是端到端的保護技術(shù)，又可細分為隧道保護，業(yè)務(wù)保護，網(wǎng)關(guān)保護，具體故障點和相應(yīng)保護技術(shù)如下。

7、QOS規(guī)劃設(shè)計

       LTE網(wǎng)絡(luò)的QOS規(guī)劃，為簡化部署，常見的QOS方案采用Diffserv技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)的不同位置設(shè)備，完成不同的功能，基本的方案如下。

      這種方案，QOS規(guī)劃主要解決無線系統(tǒng)的QOS標記和網(wǎng)絡(luò)QOS標記相互映射的問題，具體的映射機制，如下所示：

8、時鐘方案規(guī)劃

       時鐘的規(guī)劃，首先要識別基站的時鐘需求，不同制式無線基站對時鐘的需求不同，簡單分類可以分為頻率同步需求和時間同步需求，對應(yīng)的技術(shù)分別是同步以太和1588V2，這些技術(shù)都必須逐跳部署。所以，還需要考慮網(wǎng)絡(luò)中有不支持時鐘能力的設(shè)備，需要考慮穿越中間網(wǎng)絡(luò)的方案規(guī)劃，基本的方案選擇如下圖所示：

       越第三方網(wǎng)絡(luò)場景：雙時鐘源接入雙server，server間通過同步以太進行頻率同步。通過1588ACR技術(shù)，將時鐘信息從穿越第三方網(wǎng)絡(luò)的報文中恢復(fù)出并由client接受，下游再通過同步以太傳遞頻率同步信息。

       1588v2頻率時間同步：接入外部時鐘源，下游設(shè)備通過PTP協(xié)議逐條傳遞，通過BMC算法防止成環(huán)。

       SyncEth頻率同步：接入外部時鐘源，全網(wǎng)開啟SSM協(xié)議，同步信息逐跳傳遞。

       SyncEth頻率/1588時間同步：1588與SyncEth同時開啟，SyncEth進行頻率同步，1588v2進行時間同步。

9、總結(jié)

      本文在LTE承載的帶寬收斂比規(guī)劃，架構(gòu)規(guī)劃，控制面，可靠性，QOS，時鐘等關(guān)鍵內(nèi)容給出了規(guī)劃指導(dǎo)原則，限于篇幅，不能深入探討。同時，LTE承載網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，涉及的內(nèi)容方方面面，本文也無法一一涵蓋。 對于具體一個運營商LTE承載網(wǎng)絡(luò)，除了上述闡述的一些規(guī)劃思想和原則，還需要根據(jù)運營商業(yè)務(wù)的規(guī)劃和節(jié)奏，以及現(xiàn)網(wǎng)能力的評估結(jié)果，進行針對性的量化規(guī)劃設(shè)計。

      LTE網(wǎng)絡(luò)部署運營，規(guī)劃設(shè)計先行。通過專業(yè)的LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，確保LTE承載網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載能力，可擴展性，可靠性，可維護性等架構(gòu)方面的競爭力，最終提升客戶的體驗，降低網(wǎng)絡(luò)的CAPEX和OPEX。

       華為公司規(guī)劃并建設(shè)了國內(nèi)外大量的3G IPRAN網(wǎng)絡(luò)及LTE承載網(wǎng)絡(luò)，在LTE及IPRAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域，積累了大量的規(guī)劃和設(shè)計經(jīng)驗，可以成為運營商在LTE承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃領(lǐng)域的合作伙伴。