LTE Backhaul的承载演进之路

LTE作为下一代无线技术的主导标准，可实现真正的无线宽带化和无线互联网。从2010年开始，全球高端运营商已在紧锣密鼓的计划推出LTE商用服务，LTE目前已获得Vodafone、Verizon、T-Mobile、TeliaSonera、中国移动和NTT DoCoMo等多家全球主流运营商的广泛支持，如下图所示。

无线通信技术的发展路线及基站出口带宽需求

承载网作为电信网络的基础，其规划和建设应先于电信业务网络的发展，才能有效支撑业务网络的发展和演进。因此，在LTE实际商用之前，面向LTE的承载网络的演进就显得重要和紧迫。

一、LTE带来的承载挑战

LTE相对于3G网络，其最大特点是网络扁平化，引入了S1和X2接口。无线技术从3G演进到LTE，网络架构主要由演进型NodeB（eNB）和接入网关（aGW）两部分构成，和3G网络比较，少了RNC。eNB除具有原NodeB功能外，还承担了RNC的大部分功能。aGW作为核心网的一部分，包括3种功能实体：MME（移动管理实体）、SGW（服务网关）和PGW（分组数据网网关）。一个aGW可以管理多个eNB，一个eNB又可以和多个aGW互连，eNB和aGW之间的接口定义为S1接口。相邻的eNB之间的接口定义为X2接口。如下图所示：

LTE网络的体系结构和基本架构

LTE对承载需求的最大变化，是如何满足因扁平化所带来的S1和X2业务的承载需求上，这也是面向LTE的承载网演进的方向和目标。

S1接口：eNB-aGW之间。负责用户UE的高清视频点播、高清视频监控、实时RGB在线游戏、音乐下载和移动电视、高速上网等用户业务的连接承载。

X2接口：相邻的基站eNB之间。与2G/3G Backhaul网络的星形架构不同，LTE Backhaul增加了对X2接口的承载需求，要求支持部分Mesh架构，需要在相邻基站之间建立逻辑连接，以负责用户在不同eNB间漫游时，用户数据可以在eNB间直接进行交换。如下图：

LTE无线网络的S1和X2接口

S1接口承载需求：由于给每个基站建立多条单独的路径归属到不同a-GW会导致连接数量的急剧增加，导致高昂成本。因此需要在承载网中引入IP路由转发功能（L3 VPN），由承载网中的IP路由转发功能完成不同基站到不同a-GW的灵活转发。

X2接口承载需求：由于X2接口的带宽只占S1带宽的3％～5％左右，因此，X2与S1可以共享承载通道，利用承载网核心调度层的IP转发能力来支持（L3 VPN），以避免相邻基站之间因X2连接而产生的N平方连接问题，从而避免组网的高度复杂性和高昂成本。

LTE网络对承载的总体需求

业务流向需求：LTE Backhaul增加了X2接口，在相邻基站间建立逻辑连接，但其带宽仅占S1带宽的3％～5％；引入S1-Flex概念，基站同时归属到多个MME。

带宽扩展需求：基站带宽逾百兆，要求承载网接入环支持10GE速率

业务发展需求：适应2G/3G/LTE协同发展，符合GPS替代的时间同步发展战略

维护管理需求：简单友好、易管理，继承原有的维护习惯

网络安全需求：保障网络的稳定性、健壮性，便于故障快速定位及解决

低代价演进需求：保护投资，支持平滑演进，减少额外代价

二、LTE网络承载主流方案分析

对于LTE业务承载，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，使eNB可以灵活的归属到多个a-GW

2、 在相邻的eNB基站之间有X2接口的承载需求

对于第一点，需要IP路由转发来解决。但IP路由转发部署在哪个层次合适？一般考虑部署在承载网的汇聚核心调度层，以便把路由域的规模控制得比较小，提高网络的可管理性、可扩展性和安全性。

对于第二点，由于考虑到X2的带宽约占S1带宽的3％～5％，因此X2可和S1共享承载通道，利用承载网汇聚核心调度层的IP转发能力来支持。

针对LTE承载的挑战和特点，业界目前形成了两种主流方案来解决LTE的承载，即 “支持简化L3 VPN的端到端PTN方案”和“PTN+CE路由器方案”，下面分别对他们进行描述和分析对比。

简化L3 VPN的端到端PTN方案

在接入层和汇聚层利用PTN设备的E-Line（EVPL）功能，将S1与X2业务接入和汇聚至PTN核心节点，之后业务在PTN核心层设备内部落地并映射到VRF中，在设备内部完成L2层到L3层的桥接，利用核心层PTN设备提供的简化L3 VPN，实现对S1、X2业务的灵活调度，以满足LTE承载需求，整体方案如下图：

支持简化L3 VPN的端到端PTN方案

PTN+CE路由器方案

PTN在接入汇聚层，为LTE提供L2层专线通道，在PTN汇聚核心点终结L2层专线，后再通过VLAN方式和CE路由器进行互连，CE再根据路由进行转发，发给本地的s-GW/MME，或者通过IP专网的L3 VPN传送到远端的s-GW/MME。如下图所示：

PTN+CE路由器方案

两种主流方案的对比分析

表1 两种LTE承载主流方案的对比分析

以上对比分析可以看出，“支持简化L3功能的端到端PTN方案”在 维护特性、传送质量、TCO成本、网络演进等方面均具备了较大的优势。

三、小结

“支持简化L3VPN的端到端PTN”方案把数据领域的VPN路由技术和PTN的静态隧道技术进行了深度的融合，面向LTE提供了一种“简单可靠、可运维可管理、成本低”的LTE端到端传送解决方案，具备独特的优势，如下图所示，能充分满足LTE的承载需求，得到了多家业界领先的运营商的认可和选择，成为LTE承载发展的方向。

“支持简化L3 VPN的端到端PTN方案”的优势