1 引言

TD-LTE作為IMT-Advance主流技術之一，將使得移動網絡真正進入移動寬帶時代。相比現有2G，3G移動通信系統，TD-LTE對回傳網絡在高帶寬、低時延、橫向轉發(fā)、時間同步地面?zhèn)魉偷确矫嫣岢隽烁咭蟆?/p>

●首先，帶寬需求由2G/3G時期的幾兆、幾十兆發(fā)展到LTE時期的幾百兆。

●其次，LTE需要提供靈活的QoS和更嚴格的端到端時延，根據3GPP規(guī)定，對時延要求最嚴格的實時游戲類業(yè)務，從用戶終端到服務器的端到端單向時延為50ms，其間傳輸時延需要在10ms以內。

●第三，LTE引入了相鄰基站間互聯（X2接口）和基站多歸屬（S1-Flex）需求，導致回傳網絡由點到點的匯聚型網絡轉變?yōu)辄c到多點或多點到多點的路由型網絡，現有2G/3G回傳網絡已無法滿足這種橫向轉發(fā)需求。

●第四，TD-LTE空中接口需要高精度時間同步，要求不同小區(qū)間空口同步偏差不大于3?s，因此需要在TD-LTE回傳網絡中傳送高精度的時間同步信號。

分組傳送網（PTN）能夠提供高效率的多業(yè)務承載，具備強大的保護，OAM和網管功能，靈活的統計復用和QoS能力，滿足TD-LTE高帶寬、低時延的要求，還可為TD-LTE系統提供精確時間和頻率同步信息傳送，因此中國移動已選擇PTN作為TD-LTE回傳主要解決方案。另一方面，TD-LTE時期，OTN設備可能逐漸下沉至城域匯聚機房，需進一步推進OTN支持1588v2時間同步技術，實現OTN+PTN的時間同步地面?zhèn)魉徒M網。

本文面向TD-LTE回傳網絡需求，提出了各項關鍵問題解決方案：

●首先，為滿足高帶寬需求，提出PTN向更大容量、更高速率接口方向發(fā)展。

●其次，為滿足橫向轉發(fā)的需求，PTN提供核心層增強L3功能和核心層對接CE路由器兩種解決方案。

●第三，為滿足TD-LTE回傳組網需求，提出PTN在業(yè)務，OAM，保護，QoS和同步實現全面互通。

●第四，為滿足高精度時間同步的需求，提出OTN和PTN共同組網提供時間同步地面?zhèn)魉头桨浮Ｖ袊苿右言谝陨?方面開展了大量的研究、測試和試點工作。

2 高速接口PTN引入分析

TD-LTE時期假設每基站保證帶寬和峰值帶寬分別為120M和450M，每接入環(huán)6節(jié)點、每匯聚環(huán)6節(jié)點，每匯聚節(jié)點帶6個接入環(huán)，則匯聚環(huán)帶寬總需求為6×6×（6×120M+330M）=37.8G，現有10GE接口速率PTN無法滿足需求。對于40G/100G接口技術，可從標準、產品成熟度和成本三方面衡量其成熟度。

●在國際標準方面

2010年6月，針對40G/100G以太網技術的IEEE 802.3ba標準獲得IEEE通過，該標準規(guī)定了4×40GBased LR4即40G傳輸10km的具體要求，4×100GBased-ER4和4×100GBased-LR4即100G傳輸40km和10km的具體要求，對于40G傳輸40km的標準，暫時沒有相應的國際標準規(guī)范。據悉，多個單位均在著力推進4×40GBased ER4即40G傳輸40km的國際標準。

●在產品成熟度方面

40GE推出時間普遍要早于100GE，主要原因是在芯片、光模塊、系統架構等方面，40GE較100GE更易于實現。

●在成本方面

100GE接口價格需等一個較長周期后才能成為市場接受的價格。此外，在具體考慮影響40G/100G應用的因素時，還需要著眼于網絡的全局，除了傳輸網絡設備外，還有客戶端設備、核心網設備等，同時要考慮對現有網絡的兼容性。

鑒于以上分析，40G系統可滿足TD-LTE初期匯聚層帶寬需求，且近期100G系統技術成熟度較低、成本較高，因此初步建議下一代大容量PTN設備首先引入40G接口。

目前，PTN設備40G接口技術主要有3種，即4×10GE端口聚合，40GE（并聯、串聯）和40G OTU3方式。4×10GE端口聚合方式從原理上就決定了無法提供理想的速率倍增，并且消耗光纖資源；40G OTU3方式價格偏高，與OTN下沉至匯聚層方案相比，優(yōu)勢不大；而40GE方式在以太網功能、傳輸距離、成本方面具有一定優(yōu)勢。綜合考慮，40GE接口更易于與低速率PTN設備組網，且成本較低，當前應推動40km傳輸標準和技術成熟。

3 基于PTN的TD-LTE回傳方案

為滿足LTE時期相鄰基站間X2接口互聯和基站多歸屬（S1-Flex）的需求，PTN提供了核心層增強L3功能（PTN L3）和核心層對接CE路由器兩種解決方案，核心層增強L3功能的方案中由PTN完成橫向流量的轉發(fā)，核心層對接CE路由器的方案由CE路由器完成橫向流量的轉發(fā)。3.1 核心層PTN增強L3功能技術方案L3 PTN實現TD-LTE回傳組網圖1所示。L3 PTN方案中，PTN匯聚接入設備仍沿用現有的L2網絡，僅在核心設備引入簡化L3功能，通過靜態(tài)L3 VPN承載S1和X2業(yè)務。

圖1　核心層PTN增強L3方案承載TD-LTE組網示意圖

PTN核心設備引入的L3功能包括L2~L3的橋接功能和靜態(tài)L3路由功能。L2~L3橋接功能是指PTN設備終結L2 PW，并通過IP地址網段劃分，對相同網段內的PW進行收斂，再通過靜態(tài)L3 VPN方式進行L3路由轉發(fā)。通常，處于L3 PTN網絡與L2網絡交界處的設備需要具備這種L2/L3橋接功能，包括與L2 PTN網絡對接的L3 PTN設備和與客戶側核心網設備對接的L3 PTN設備。另外，靜態(tài)L3路由功能可以由PTN隧道技術結合L3 VPN路由技術方式實現。

L3 PTN方案中較為重要的方案是保護機制和網元配置管理功能。保護機制方面，L2 PTN就具備靈活多樣的保護機制，如1：1/1+1 LSP，環(huán)網，雙歸等保護，因此L3 PTN網絡天然具有強大的保護機制，在原有L2保護基礎上，結合L3保護方式如虛擬路由器冗余協議（VRRP）和VPN快速重路由（VPN FRR）等，提供抗多種故障場景的保護能力。

VRRP是L3網絡中的一種IP主備網關的保護協議，一般設定一個虛擬IP地址作為默認IP網關，如果主用網關不可用，這個虛擬 IP 地址就會映射到一個備用網關，從而完成主備網關的互相保護。L3 PTN中VRRP的保護主要可分為以下兩個場景：

●場景一：面向客戶側SGW/MME設備的主備網關保護

采用兩端PTN設備與SGW/MME對接，并配置為主備網關，當 PTN設備失效和接入鏈路失效時，如圖2（a）所示，主用網關將不可達，此時VRRP保護將默認網關IP映射為備用網關，而SGW/MME設備并不需要額外機制配合這種VRRP主備用網關切換。

圖2　L3 PTN VRRP保護示意圖

●場景二：面向基站側的主備網關保護

如圖2（b）所示，采用匯聚到核心雙掛的方式，L2/L3橋接PTN面向eNB形成主備用網關。同樣，當設備失效或接入鏈路失效時，啟用VRRP保護將默認網關IP指向備用網關，基站側也并不需要其他機制配合VRRP保護。

此外，L3 PTN網絡中多種保護方式可相結合使用，VRRP可與雙歸和VPN FRR配合使用， VPN FRR也可與L2的線性、環(huán)網保護配合使用，保護機制多種多樣，極大地提高了LTE回傳網絡的安全性。

在網元管理配置方面，由于L3 PTN網絡采用靜態(tài)L3 VPN路由方式，路由表配置是通過網管配置下發(fā)的，因此網管是L3 PTN的重要功能。L3 PTN在繼承了L2 PTN的圖形化、易操作的網管的基礎上，在配置、故障、性能管理三大部分增加了L3相應的功能。

配置管理中主要新增靜態(tài)L3VPN業(yè)務的配置管理功能、VRRP和VPN FRR保護配置管理功能等。由于L3 VPN業(yè)務和路由配置量較大，可基于業(yè)務模板進行L3 VPN創(chuàng)建，并借由輔助工具實現端到端L3 VPN路由計算和路徑建立，減少配置工作量。故障管理中主要新增支持L3保護的告警上報、定位功能，L2/L3橋接節(jié)點對L2/L3業(yè)務信息查詢及告警上報功能；為了更好的繼承PTN網絡端到端的保護，對于L2和L3組合業(yè)務，網管還應該具有相關告警關聯分析功能。此外，還需新增針對VRF的L3 VPN業(yè)務的實時流量監(jiān)視及性能統計。

3.2 核心層PTN對接CE路由器技術方案

PTN+CE實現TD-LTE回傳組網如圖3所示。PTN+CE方案中，PTN的核心層、匯聚層和接入層設備都保持不變，通過二層方式將基站流量傳輸至CE路由器。PTN與CE之間通過交互以太報文互通。由CE路由器作為基站的網關，實現三層流量轉發(fā)功能。

圖3　PTN+CE方案承載TD-LTE組網示意圖

采用PTN+CE方案，在PTN和CE之間有兩種對接方式，分別是方式一PTN內部建立主備PW，和方式二PTN內部建立VPLS。采用方式一時，VRRP心跳報文運行在兩臺CE設備之間，為提高心跳報文鏈路可靠性，宜采用多鏈路捆綁方式實現。采用方式二時，VRRP心跳報文運行在PTN與CE互聯的鏈路上。

4 PTN互通性研究

TD-LTE時期SGW單設備落地，使得PTN L3方案存在核心層PTN互通組網的需求，此外，為了保證服務和成本、增強網絡開放性，各地市的PTN網絡有可能采用兩家或以上設備商產品組網，為實現承載業(yè)務的端到端管理，PTN也存在組網互通性需求?；ネ☉脠鼍爸饕蟹謱踊ネê头钟蚧ネ▋煞N場景。PTN設備間互通主要包括業(yè)務，保護，OAM，QoS和同步5個層面的互通。

PTN互通模型主要有UNI（用戶網絡接口）互通模型和NNI（網絡—網絡接口）互通模型。UNI互通模型是指兩端PTN設備通過業(yè)務適配模塊進行互聯，即業(yè)務接口互通（見圖4），一端設備將MPLS-TP隧道進行PWE3解封裝恢復業(yè)務報文后傳送到另一端設備，另一端設備再將該業(yè)務進行PWE3封裝后進入MPLS-TP隧道。NNI互通模型是指兩端PTN設備通過線路適配模塊進行互聯，即網絡/線路接口互通（見圖5），兩端設備直接實現MPLS-TP隧道對接。

圖5　NNI互通模型

UNI互通模型對互通的每一端設備而言，對端設備可以看作是與基站、各類客戶一樣的客戶側設備，來自互通接口的是業(yè)務。因此，在PTN互通性研究中，NNI互通模型更為關鍵，也較難實現。

在業(yè)務，保護，OAM，QoS和同步5個層面互通要求中，業(yè)務互通是最基本的要求和前提，首先要保證業(yè)務能基于UNI接口和NNI接口進行互通。在此基礎上，重點是實現保護互通和OAM互通，后文將分別加以分析。此外，PTN設備需支持DiffServ模式的端到端QoS，并采用一致的QoS優(yōu)先級映射表實現DSCP，VLAN PRI，TC的相互映射。最后是實現頻率和時間同步的互通，頻率同步主要基于標準的同步以太網實現，時間同步采用IEEE 1588v2帶內以太網方式或1PPS+TOD帶外接口方式實現。

4.1 PTN保護互

通PTN可為基站和各類客戶業(yè)務提供50ms端到端保護，保證網絡的可靠性。PTN保護分為UNI接口保護和網絡內保護，在互通時，UNI接口需要支持1+1/1：1 MSP保護互通（對于SDH接口）和LAG保護互通（對于以太網接口），PTN網絡內需要支持MPLS-TP定義的1：1 LSP線性保護方式互通（基于NNI互通模型）。

由于ITU-T對于MPLS-TP的線性保護標準尚未完成，目前設備實現主要參考ITU-T G.8031以太網線性保護標準。PTN采用1：1線性保護方式時，在正常情況下，業(yè)務運行在工作路徑上，在故障時期業(yè)務切換到保護路徑上；當業(yè)務恢復以后，兩個端節(jié)點PTN設備不立即將業(yè)務切換回切至工作路徑，而是分別設置WTR定時器，等待WTR定時器結束后再回切。WTR主要作用是阻止由于間歇性故障而引起的頻繁保護倒換操作。

中國移動在深圳TD-LTE規(guī)模試驗網測試時發(fā)現，ITU-T標準對于1：1線性保護的WTR（等待恢復）狀態(tài)處理機制的規(guī)定存在缺陷，導致PTN設備廠家實現有差異，在互通時保護倒換回切時間超標。由于兩端PTN設備的WTR設置可能不一致或者設置一致但WTR結束時間存在瞬間差異，先結束WTR的一端立即返回至工作路徑（即短超時方案），而此時對端設備WTR尚未結束、因而業(yè)務可能仍駐留在保護路徑上（即長超時方案）。分別采用短超時和長超時方案的兩個廠家在進行線性保護互通時，可能引起業(yè)務中斷。

因此，對線性保護互通方案進行改進，建議采用長超時方案，并對于ITU-T標準中新定義“中間狀態(tài)”不進行切換動作，使得先結束WTR一端可以等待對端WTR結束后再一起回切。該方案已被CCSA（中國通信標準化協會）國內標準和ITU-T國際標準采納，主流廠家設備也已支持并通過測試。4.2 基于ITU-T G.8113.1的OAM機制互通PTN OAM主要為配合網管在設備上實現故障檢測和快速定位、時延、丟包率等性能監(jiān)測等功能，需要基于特定的OAM報文實現。PTN設備承載業(yè)務主要采用以太網接口，在UNI接口和NNI接口需支持多種OAM功能，如在UNI側需實現基于IEEE 802.3ah標準和基于ITU-T Y.1731協議的以太網業(yè)務OAM功能，在NNI側應遵循最新的ITU-T G.8113.1標準實現PTN網絡層面的OAM互通（見表1）。

表1　采用G.8113.1的PTN OAM報文編碼格式字段描述

為實現PTN網絡內基于G.8113.1的OAM互通，中國移動提出對MPLS-TP OAM的報文封裝字段進行統一要求，主要改進包括Ether Type，Channel Type，TC，TTL，MEL，Version等。相關內容已經被CCSA標準采納。

5 OTN+PTN（L2/L3）時間同步傳送組網

TDD系統的接收和發(fā)送工作在同一頻段，這種技術能夠大大提高頻譜資源的利用率，但同時也需要各個基站小區(qū)保持高精度的時間同步，不然會造成嚴重的收發(fā)互相干擾的問題。實現時間同步，傳統的解決方案是為每個基站配置GPS同步模塊，但是GPS模塊成本高，維護難，故障率高，而且有安全隱患，所以中國移動很早就開始布局1588 v2地面?zhèn)魉蜁r鐘同步的方式為TDD基站提供時間同步。當前，通過PTN網絡來實現1588v2時鐘信號的地面?zhèn)魉?，為TD-SCDMA基站提供時間同步，已經廣泛用于中國移動現網。

LTE回傳網絡引入了橫向流量模型并且需要支持低時延的傳送，這個需求推動PTN核心層設備需要具備L3的功能，能夠實現根據IP地址轉發(fā)LTE S1-Flex和X2業(yè)務。PTN核心層設備開通L3功能后支持時間同步的能力需要進行驗證。

針對這些新需求，中國移動在深圳TD-LTE規(guī)模實驗網中，分別進行了L3 PTN+L2 PTN聯合組網場景以及OTN+PTN聯合組網場景下傳送時間同步的測試，測試的組網場景如圖6所示。

圖6　L3 PTN+L2 PTN聯合組網以及OTN+PTN聯合組網傳送時間同步示意圖

測試結果表明采用1588v2協議的L3 PTN+ L2 PTN聯合組網以及OTN+PTN聯合組網傳送時間同步信號的系統可以很好地滿足TD-LTE系統的要求。

6 結束語

LTE是未來高速移動通信系統的發(fā)展方向，其中的TD-LTE制式可以借助現有TD-SCMDA的產業(yè)優(yōu)勢，是中國移動的首選。中國移動面向TD-LTE對回傳網絡提出的新需求，研究和制定了一系列解決方案，并進行了相關測試和試點驗證，包括推動PTN向更大容量、更高速率接口方向發(fā)展，并借助其統計復用、多業(yè)務承載、QoS能力，充分保證TD-LTE所需高帶寬、低時延要求；借助PTN強大的保護和OAM能力以及增強L3功能或與CE路由器對接的方案，確保TD-LTE S1-Flex和X2接口轉發(fā)需求；推動PTN全面互通，滿足TD-LTE回傳網絡互通需求；推動OTN支持時間同步，提供OTN與PTN組網傳送高精度時間同步，滿足TD-LTE高精度時間同步的需求。隨著LTE進程的不斷推進，各項解決方案仍將進一步豐富完善，助力TD-LTE回傳網絡建設和應用。