基于分組承載網(wǎng)的LTE業(yè)務需求分析

摘要：在LTE網(wǎng)絡的演進過程中，網(wǎng)絡的扁平化和諸多新型接口的出現(xiàn)對底層承載技術提出了新的需求，本文主要從三層業(yè)務承載能力、基站帶寬、時延抖動等幾個方面分析了LTE網(wǎng)絡對于分組承載網(wǎng)的要求。

1、前言

隨著全球3G技術的大規(guī)模商用部署，特別是增強型3G技術HSPA/HSPA+的普及和推廣，大大的推動了移動多媒體業(yè)務和移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。用戶對移動數(shù)據(jù)業(yè)務需求的劇烈增加，直接導致了3G網(wǎng)絡容量以及業(yè)務承載壓力的猛增。為此，大部分運營商和3GPP開始全力推動下一代新一代寬帶無線技術LTE的發(fā)展。

在LTE的推動過程中，承載網(wǎng)作為電信網(wǎng)的基礎，其規(guī)劃和建設應該優(yōu)先于業(yè)務的發(fā)展和演進。承載網(wǎng)的分組化是未來網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢，另一方面，移動業(yè)務的需求變化也決定了網(wǎng)絡的演進方式。本文將對基于分組承載網(wǎng)的LTE業(yè)務需求進行分析。

2、LTE網(wǎng)絡承載要求

LTE的網(wǎng)絡演進對于分組承載網(wǎng)提出了更高的要求，網(wǎng)絡扁平化、X2接口的引入、S1接口的多樣性均提出了不同的承載需求。在LTE環(huán)境下，無線網(wǎng)絡的網(wǎng)絡結構模型如圖1所示。與傳統(tǒng)3G網(wǎng)絡相比，LTE網(wǎng)絡結構更加扁平化、網(wǎng)絡結構功能也更加復雜。

圖1. LTE網(wǎng)絡架構圖

在LTE網(wǎng)絡環(huán)境下，出現(xiàn)了三個新型的結構分別為：

1） S1接口：連接eUTRAN和ePC之間的接口，具有較強的開放性，負責用戶UE的高清視頻點播、高清視頻監(jiān)控、實時RGB在線游戲、音樂下載和移動電視、高速上網(wǎng)等用戶業(yè)務的連接承載。移動網(wǎng)絡運營商可以根據(jù)需要，采用不同廠家設備構架eUTRAn和ePC，從而提高了LTE網(wǎng)絡的靈活性。為了支持網(wǎng)絡冗余和跨網(wǎng)元間的流量負載分擔，每一個eNode可以通過S1接口與不同S-GW或者PDN-GW相連。

2） X2接口：實現(xiàn)eNode基站之間的互聯(lián)互通，X2接口的引入可以進一步激發(fā)LTE設備制造商的競爭，用戶在不同基站之間的切換更加頻繁，網(wǎng)絡的可擴展性和可升級性能力大大增強。為了保證不同基站之間的互通，X2接口需要引入三層路由功能，從而實現(xiàn)在基站群之間基于IP地址的尋址和路由。當UE設備處于激活模式下，X2接口可以支持LTE無線系統(tǒng)內(nèi)部的移動性，具體包括：源eNode到目的eNode之間的上下報文傳遞；源eNode到目的eNode之間用戶平面隧道的控制；不同eNode之間的切換；上行負載管理；一般管理和錯誤處理功能。

3） LTE-Uu接口：eUTRAN和UE之間的無線接口，Uu是UE設備接入到系統(tǒng)的固定部分的接口，是eUTRAN中最為重要的接口之一，但由于不涉及到底層承載方面的需求，對于分組承載的影響不大。

總體來說，X2接口，定位于改善用戶跨基站移動切換時的體驗。當切換完成后，業(yè)務還是要經(jīng)過S1進行傳輸。由于切換只發(fā)生在相鄰基站之間，因此在X2接口設計上，主流運營商明確要求僅允許相鄰基站之間存在邏輯連接，而非相鄰基站不允許互通。從避免一個基站故障擴散到其他基站的角度考慮，避免所有基站全MESH互通也是合理的。

與傳統(tǒng)3G/B3G相比，LTE是一個全新的網(wǎng)絡結構，網(wǎng)絡的扁平化和諸多新型接口的出現(xiàn)對底層承載技術提出了新的需求，主要從業(yè)務承載、基站帶寬、時延抖動、時間同步等幾個方面對分組承載網(wǎng)絡有著新的要求。

3、業(yè)務承載能力分析

傳統(tǒng)3G/B3G網(wǎng)絡基本上需要底層承載網(wǎng)提供二層能力即可，即通過基于MAC地址的轉發(fā)就可以滿足上層移動網(wǎng)絡業(yè)務回傳的需要。從NodeB到RNC之間，通過某種特定的承載技術，配置一條二層交換通道，實現(xiàn)基站業(yè)務的回傳，如果采用MSTP技術，直接通過VC交換，采用剛性管道方式。

但在LTE網(wǎng)絡中，S1和X2接口的引入對于底層承載提出了三層交換的需求，單純的傳統(tǒng)基于MAC地址轉發(fā)的二層交換能力無法滿足S1/X2接口的多樣性，即無法實現(xiàn)eNode與多個S-GW和P-GW之間的互通以及多個eNode基站之間的互通。

具體來說，LTE網(wǎng)絡對于三層交換能力的需求主要體現(xiàn)在：

1）需求1：多個eNode基站之間通過X2接口進行互通

X2接口的引入是LTE網(wǎng)絡一大特色之一，但為了保證在多個基站之間的靈活切換，在基站池中，需要將每一個eNode基站看做一個帶有獨立IP地址的物理通訊單元，X2接口之間的業(yè)務流需要采用三層路由轉發(fā)功能，實現(xiàn)在不同eNode基站之間的路由功能，從而提高整個eNode基站池的靈活性。

在城域網(wǎng)層面，不同eNode基站需要通過接入環(huán)接入到承載網(wǎng)中，從理論上分析，為了實現(xiàn)X2接口的傳輸，接入環(huán)上的傳輸設備需要支持三層功能，這是最為簡單易行的組網(wǎng)方案，但成為較為昂貴，并不是最佳選擇。

圖2. LTE網(wǎng)絡中S1和X2接口示意圖

雖然X2接口在LTE網(wǎng)絡環(huán)境中很重要，但其對于三層路由功能的緊迫性并不是非常明顯，主要體現(xiàn)在：

首先，經(jīng)分析，X2接口流量主要考慮在U-Plan面的流量，通過用戶在不同eNode之間的切換來對其流量進行統(tǒng)計，通過設定在某一個時間段內(nèi)，估計占LTE網(wǎng)絡總流量3%左右，即基于X2接口的三層流量并不是LTE網(wǎng)絡中的主要組成部分，LTE網(wǎng)絡中的大部分流量仍然以二層業(yè)務為主；其次，如圖3示出了eNode網(wǎng)絡拓撲結構，為了避免eNode基于MESH組網(wǎng)時基站之間流量交互過于頻繁，在LTE網(wǎng)絡中，一般采用六邊形基站組網(wǎng)方案，即一個eNode基站最多與周邊六個eNode基站進行通信，這樣可以大大降低eNode基站之間，即X2接口的信息流量。

圖3. LTE網(wǎng)絡eNode基站之間X2連接示意圖