本文摘自《中国新通信》2013年5月刊。作者：易辉 谢建生 单位：广东省电信规划设计院有限公司
【摘要】文章主要结合笔者的工作经历，阐述了LTE自身结构和接口等方面的变化，分析了LTE承载的需求及特点，从而针对解决LTE承载需求的措施进行了详细地论述与研究，提出自己的看法。
【关键词】LTE承载网需求解决措施
近年来，随着通信业务的发展，原有的EDGE/HSDPA技术已经无法满足高带宽业务的需求，特别是高分辨率的图像以及高清的视频业务。引入LTE，不仅可以满足高带宽业务发展，还可以真正实现无线宽带化、泛在化。与3G相比，LTE的主要优势在于其高速率数据传输、小延迟、广域覆盖以及分组传送。LTE业务和网络将全面实现IP化，带宽需求将会大大提升，因此对承载网提出了新的要求。
一、LTE承载需求分析
和2G/3G相比较，LTE网络架构有明显的变化，主要由EPC核心部分和E-UTRAN接入部分组成。其中EPC核心部分主要包括分组数据网关（P-GW）、移动管理实体（MME）和服务网关（S-GW）。LTE网络的主要特点为扁平化，它取消了之前定义的RNC，而由eNodeB承担了大部分的RNC功能，包括无线资源调度、移动性管理以及无线承载控制等；并且由于eNodeB直接接入EPC，降低了用户感知时延，提高了移动用户体验。3G/LTE网络结构如图1所示。
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在新的架构下，引入了两个关键的接口，分别为X2接口和S1接口。这就需要在原有的承载网基础上，提高业务的灵活调度能力。
1.1 X2接口承载需求
X2接口是相邻eNodeB之间的分布式接口，主要用于相邻小区间交互和移动性管理，降低转发时延，提高网络性能。X2接口要求在相邻基站之间建立逻辑连接，并且需要承载网支持一部分的Mesh架构。X2是典型的多对多业务模式，其数量随着eNodeB数量的增加而增加。
1.2 S1接口承载需求
S1接口是eNodeB与SGW/MME间的业务接口，主要用于提高网络利用率和可靠性。按照承载业务的不同，它可以分为S1-C和S1-U两种接口，S1-C连接eNodeB和MME，主要承载控制面的数据；而S1-U连接eNodeB和SGW，主要承载用户面的数据。
1.3 承载带宽需求
S1接口的不同配置对承载带宽需求如表1所示。
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而X2接口带宽一般为S1接口的3%，根据上述要求计算如下：
1.3.1 宏基站
按照一个宏基站为S1/1/1，配置3个20MHz小区，上下行按照2:2、MIMO按1x1配置，LTE基站峰值带宽需求约为240Mbit/s，平均带宽（仿真结果）为60Mbit/s。
1.3.2 室内分布站
按照一个室分站为O1，配置1个20MHz小区，上下行按照2:2、MIMO按1x1配置，LTE基站峰值带宽需求约为80Mbit/s，平均带宽（仿真结果）为45Mbit/s。
如果传输设备的承载效率按75%考虑的话，LTE基站传输带宽需求如下：
宏基站（S1/1/1）：峰值带宽320Mbit/s，平均带宽80Mbit/s；
室内分布系统（O1）：峰值带宽120Mbit/s，平均带宽60Mbit/s。
二、LTE承载需求的特点
（1）网络规模大。LTE实现广域深度覆盖，网络节点数目将是现有覆盖区域基站数量的3倍左右。
（2）L3需求。由于LTE网络引入了相邻eNodeB之间的分布式X2接口和eNodeB与SGW/MME间的动态S1接口，承载网络需要支持L3功能才能疏导LTE流量。
（3）高带宽。由于LTE需要为用户提供高带宽业务服务，因此对承载网的带宽有更高的要求。LTE接入带宽最高可以达到200Mb/s。
（4）高可靠性。实现承载网全IP化需要保证网络高可靠性，故障切换小于50ms。
（5）统一承载要求。由于考虑承载网多场景。
（2G/3G/LTE）统一接入，现有承载网应该向分组网络平滑演进。
（6）网络QoS。时延要求小于20ms。
（7）时间同步。LTE需要时间同步。
三、解决LTE承载需求的措施
通过前面的需求分析可知，LTE-RAN承载相比3G业务的承载，最大的变化在于下面两点：（1）S1接口需要灵活的调度能力，可以灵活归属到不同的MME/AGW；（2）在基站之间有X2接口的承载需求。对于第一点，因为给每个基站建立多条单独的路径归属到不同aGW会导致连接的数量急剧增加，对PTN的处理能力要求也急剧增加，传统PTN几乎不可能完成，所以需要动态路由转发来解决。动态路由转发部署应控制在核心层完成，这样可以把路由域的规模控制得比较小，提高网络的可扩展性和安全性。
对于第二点，X2接口承载可以在接入、汇聚层内通过L2VPN的方式解决，但带来一个问题是，L2VPN网络规模受限，而且存在广播风暴的风险，由于考虑到X2接口的带宽约占S1带宽的3％～5％左右，因此对于X2也可以利用汇聚核心调度层的动态转发能力来支持。
基于这两点考虑，有几种思路来解决LTE的承载，下面分别进行描述和分析对比。
3.1纯PTN解决方案
所谓纯PTN解决方案是指从末端接入到核心层全部采用PTN设备。纯PTN组网有以下两种实现方式：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。纯L2方式下PTN设备实现最简单，对于运维人员要求低，利用静态的LSP解决S1 flex和X2分布式接口需求，但由于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，因此存在浪费标签资源的缺点。虽然可以采用多段PW/LSP嵌套方式在一定程度上节省标签浪费的问题，但业务调度的灵活性总体来说还是比较差。
第二种方式接入、汇聚PTN设备采用L2静态隧道（PW、VPLS等），核心层PTN设备升级支持L3VPN或静态IP隧道实现L3路由转发，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LTE承载对S1的灵活调度以及X2接口的IP转发需求。
由于纯L2方式存在的缺陷比较明显，因此在采用端到端PTN组网时，一般都指第二种方式，即接入、汇聚层设备采用L2PTN设备，核心层PTN设备支持简化L3VPN，提供IP转发能力。
3.2 CE路由器+PTN解决方案
本方案仍以PTN设备为主，实际上是对端到端LPTN解决方案的一种引申。接入、汇聚、核心PTN设备均维持L2静态隧道（PW、VPLS等），L3VPN功能由新引入的CE负责，核心PTN设备通过CE路由器实现L3路由转发，将X2接口信息按照IP地址转发相邻基站，将S1接口信息按照IP地址转发给SGW/MME或SGW/MME pool中相应的SGW、MME，以实现多归属需求。需要注意的是，这里CE是指客户边缘路由器。
对于核心网多机房组网应用，还需考虑机房、局站间的通信实现。此时，只需要将各个核心机房之间的CE路由器连通即可。
虽然这种方案运维较简单，适合大规模组网，很可能是LTE承载应用主流之一，但是不容忽视的问题是引入CE路由器可能带来新的安全隐患，如果CE发生故障则会造成整个通信网络的瘫痪，为尽量降低网络的风险，在核心层采用一对CE和PTN设备对接可以在一定程度上解决这个问题。
四、结束语
随着全球移动通信业的迅猛发展，运营商、设备制造商的用户规模不断增加，资金实力不断增强，国际交往合作不断加深，将不断促进LTE承载网络的实现、应用及推广，满足LTE承载网络需求的技术将会大大加快下一代移动通信网络的发展。但同时，LTE承载网络在设备平滑演进、相关技术的创新革命以及实现成本上还有很大的提升空间。
参考文献
[1]程华意.浅谈承载网的架构[J].移动通信，2011（21）.
[2]金晓聪.面向LTE时代的分组承载网[J].邮电设计技术，2012（6）.
[3]张忠敏.南京移TD-LTE承载解决方案的初步研究与实践[D].北京:北京邮电大学，2012.
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