基于IP/MPLS技术的LTE承载网研究
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摘要：随着无线网络技术的发展和业务网IP化特别是无线网IP化进程的不断推进，带来了移动数据业务的蓬勃发展，无线网络架构也逐步向扁平化演进，随着而来的是传输网络架构和业务提供方式的变化。本文在网络转型阶段通过对传输技术及组网的研究，提出适合LTE的基于ip/mpls技术的传送网架构及解决方案。
中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00
1 引言
目前，数据业务正在以惊人的速度迅猛增长，随着国家宽带提速战略的大力发展，固网数据业务向大容量、高速率迈进；而伴随着智能手机、手机应用的不断推新，移动网数据业务增加率远远超过固网数据业务。移动网数据业务的增长带动了移动网向IP化发展，移动网络架构向扁平化发展，这就使得采用TDM的传统电信传输网络不能更好的适应IP化的数据业务，从而带动了传输技术的进一步发展。
从无线网发展来看，无线网由GSM架构演进到EPS（演进的分组系统）架构的过程中，取消了CS（电路域），引入了分组域（PS）的概念，实现了无线网络IP化的目标。EPS架构主要由演进型Node B和接入网关构成。LTE的Node B除了具有原来的功能外，还增加了RNC的大部分功能。由于Node B功能的增强使得无线网络趋于扁平化，也促进了各网络之间的融合。
无线网络架构的变化导致了其他配套网络必须随之整合，首当其冲的就是传统传输网和承载网之间的整合。随着多种业务的承载需求及建设维护的需要，简化网络结构、减少网络层级、避免重复投资成为网络建设的主要目标，因此更好的适应以IP业务为主的多种业务的传送需求成为传输网络演进的最大趋势。
传统的电信传送网络，主要采用基于TDM技术组建的SDH传输网络，在业务网采用电路交换的时代优点很多，设备形态也非常成熟多样。但在业务网IP化的今天，其对以太网业务的处理能力和效率低下、网络容量小、业务配置和调度不灵活等矛盾越来越突出，已成为制约电信网络发展的瓶颈。这种情况下，引入多协议标签交换（MPLS）技术，采用包交换取代电路交换，能够很好地弥补SDH网络的缺点，更好地适应IP业务的传输。但如果完全引入复杂的MPLS技术，不但会提高设备成本，也不能对其他业务进行有效传输。因此必须对MPLS技术进行简化，并跟现有传送网进行结合，从而发展成为IP/MPLS技术。
2 IP/MPLS技术特点
多协议标签交换（MPLS）是一种在开放的通信网上利用标签引导数据高速、高效传输的新技术，是一种可提供高性价比和多业务能力的交换技术。它为网络数据流量提供了目标、路由地址、转发和交换等能力，具有管理各种不同形式通信流的机制。MPLS技术在原来IP路由的此基础进行改进，保证了MPLS网络路由的灵活性。 具有 ATM一样的高效传输交换方式，并且能够提供有效的QOS保证。它是一种与链路层无关的技术，保证了多种网络的互连互通。支持大规模层次化的网络拓扑结构，具有良好的扩展性。
在网络融合阶段，传输网必须具有多业务承载、QoS保证、可扩展性、可管理性等电信级特征。从目前的研究情况看，可以从两个方面考虑建设综合承载网：
（1）在现有IP技术的基础上，增加电信级特性。IP层无法保证QoS和提供快速的保护倒换。对其增加提供类似ATM的流量工程即MPLS技术，增加OAM功能，比如双向BFD，提供快速保护倒换，比如IP/MPLS FRR等，使其作为电信级承载网。（2）改进传送层，使其更适合分组传送。传送网络的最大的优点就是网络安全性高，能够提供小于50ms的保护倒换。同时可支持多种业务传输，具有强大的OAM能力。分组传送网是建立端到端的传送通道，该通道可以通过网络管理系统或智能的控制面建立，具有良好的操作维护性和保护恢复特性，可作为综合的电信级承载网。
3 IP/MPLS在LTE承载中的应用
IP/MPLS承载网络是在业务网IP化，尤其以3G、4G移动基站电路回传业务IP化的前提下应运而生的，根据当前IP/MPLS承载网络的架构和通信技术的发展，现有IP/MPLS网络针对不同移动业务的承载逐步向目标网络演进。
3.1 LTE对承载网络的需求
（1）LTE总体架构。LTE网络在无线传输技术、空中接口协议和系统结构等方面都发生了革命性的变化。对应的无线接入网和核心网被称为E-UTRAN和EPC，并将整个网络系统命名为EPS（演进的分组系统）。移动网络架构演进示意图1所示：
从GSM网络到EPS架构的演进过程可以看出，GSM网络架构中仅存在电路域（CS），支持的业务类型主要是语音通话业务，包括和PSTN固定网络的语音通话。当网络演进到GPRS/EDGE阶段时，系统在CS的基础上引入了分组域（PS）的概念，能够提供一些基础移动数据业务。当网络演进到3G/IMS阶段，在网络架构中增加了IP多媒体子系统（IMS）体系，系统在PS域核心承载网之间增加IMS域。此时，语音业务不仅能够通过传统的CS域提供，还能够通过IMS域来提供VoIP语音，两者也可以互相通话。网络演进到目前的EPS阶段，相比3G IMS架构，接入层网络架构进一步简化，去掉了CS域，增强了IMS域对整个网络的业务控制能力。
（2）无线接入网架构图2所示。3G阶段基站与控制器为点到点连接，手机移动管理由RNC完成，而且由于基站覆盖半径较大，基站间很少发生切换。LTE阶段由于基站密度增加，基站间的切换频繁，LTE新增X2接口来提升切换体验，同时核心网Pool（池组）化，基站归属关系灵活调配，以实现资源的合理调配。为了达到简化信令流程和缩短时延的目的，E-TURAN舍弃了UTRAN的传统RNC/Node B两层结构，完全由多个eNode B的一层结构组成。在E-UTRAN中，eNode B之间底层采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互相连接，也就是常说的Mesh型网络。这样的网络结构设计，可以有效地支持UE在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。每个eNode B通过S1接口，与MME/S-GW相连接，而S1接口，也是采用了全部或部分Mesh型的连接形式，即一个eNode B可以与多个MME/S-GW互连。E-UTRAN将Node B和RNC融合为一个网元eNode B，因此，系统中将不再存在Iub接口，而X2接口类似于原系统中的Iur接口，S1接口类似于Iu接口，但均有较大简化。
3.2 IP/MPLS网络承载方案
（1）承载网络架构。LTE基站回传业务承载采用如图3如示的网络架构。
由目标网络架构可以看出，核心汇聚层应采用IP/MPLS协议，对于网络规模较小的城市，网络核心汇聚层可以合一，当核心汇聚层节点数量较多、网络规模较大时，可细分为核心层和汇聚层。边缘接入层可采用IP/MPLS、MSTP-TP等多种协议，为简化网络结构并节省投资，在汇聚节点边缘设备和汇聚设备可以采用同一台设备。为满足LTE BBU间协同的需要，LTE BBU应集中放置在条件较好的接入网间或基站机房。在密集城区BBU集中数量的初期目标建议为10个或以上站点，资源条件允许时可以适当增加BBU集中规模，要求集中设置BBU所拉远的RRU在地理区域上尽量就近、连片覆盖。对于BBU集中放置点增加的接入设备，应采用支持MPLS的分组接入设备，并和边缘节点或汇聚节点单独组环，以保证X2接口路径最短及S1接口经过最少跳数回传。
（2）业务提供方式。根据不同的承载需求，IP/MPLS可以部署到核心层、汇聚层、接入层和边缘接入点等各个层面，业务提供方式也不尽相同。当IP/MPLS 覆盖核心汇聚层和边缘接入层，可在汇聚节点实现 MS-PW和HVPN的交换点功能，也可在边缘节点实现 MS-PW和HVPN的交换点功能。当在核心汇聚层部署IP/MPLS，在边缘接入层部署MPLS-TP，可在汇聚节点完成 IP/MPLS 与MPLS-TP的互通，实现MPLS协议栈与MPLS-TP协议栈的转换。
对于LTE 移动回传业务采用以太网业务模型或IP业务模型，并优先采用 L3VPN 架构承载S1和X2接口，其次采用 L2VPN 的方式提供。
4 结语
本文通过分析LTE技术的特点及对传输承载网络的需求，结合IP/MPLS技术原理、技术特点，并从网络应用的实际情况出发，寻求LTE时代多种制式并存的移动通信网络传输解决方案。采用支持多业务承载的IP/MPLS技术的分组传送网络尚处于起步阶段，从技术本身和设备形态来看还不成熟完善，随着技术的发展和分组传送设备的升级，实际网络建设模式也可能有所不同。
参考文献
[1] 唐雄燕，张沛.IP RAN：移动回传向全IP化演进[N].人民邮电报，2012-05.
[2] 黄峰.IP/MPLS和T-MPLS端到端组网[J].通信世界，2007（22）：20.
收稿日期：2016-03-04
作者简介：刘志生（1979―），男，辽宁沈阳人，本科，毕业于吉林大学电子科学与技术学院，工程师，研究方向：有线传输专业通信工程设计。