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IPRAN业务承载测试方案
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LTE承载网网络规划探讨
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1、LTE承载网网络规划概述
LTE是无线网络最主要的技术趋势，在北美，日韩，北欧等市场上已经大规模运营，中国市场也马上会迎来LTE应用的浪潮。相对2G/3G，LTE不但带来高的频谱效率，给用户更大的带宽，也因为其扁平架构和低时延设计，给用户更好的体验。LTE承载网的规划设计，也因为LTE的新变化，带来很多新的规划和设计点。因此，做好LTE承载网网络规划设计，前提之一是必须理解LTE承载网的新需求，包括X2和S1-flex带来的多点互通需求，单站150M～450M的带宽以及与此相关网络收敛比规划需求，EPC集中部署带来的IPRAN和IP CORE跨域设计需求，多业务承载带来的QOS需求，以及安全需求和时钟需求等等。对于这些需求，本文假设读者都已经完全理解，不做深入阐述分析，如需要可参考相关文献资料。
同时，针对一个具体运营商网络的LTE承载网规划，需要把该运营商业务规划作为LTE承载网络规划设计的基本输入，需要对运营商LTE及FMC业务规划进行分析，一般情况下，要根据运营商在不同场景，如大城市，中型城市，县乡镇，旅游景点等不同用户规模，不同业务类型，不同基站制式和密度，不同光纤机房等基础资源情况，进行分类，根据在不同场景下运营商的业务规划和建设节奏，进行网络规划。
另外，LTE承载网络的建设，一般会在2G/3G承载网上演进和发展，运营商现网对LTE的支持能力和薄弱环节，需要进行网络的评估，这需要对运营商现网信息进行收集和分析，了解运营商当前网络的方案，规模，业务承载模式，机房光纤等基础设施，进行系统性评估，得到当前网络支持LTE的能力，便于后续针对性规划及网络迁移设计。
本文重点关注通用的LTE承载网网络架构的规划，从以下各个方面分别进行探讨，给出LTE承载网网络规划设计的原则和基本方法：
带宽和收敛比规划
网络架构规划
控制平面规划
IP/VLAN规划
可靠性规划
时钟同步规划
具体到一个运营商网络，需要结合业务规划和现网评估情况，使用上述原则和方法来进行网络规划和设计。
2、带宽/及收敛比规划设计
传统的2G/3G承载网，基本上没有考虑收敛比，承载网按无线基站带宽需求1：1端到端预留，由于无线基站带宽需求较小，这种粗放的规划方式最简单易行。而LTE网络中，单基站带宽会达到150M～450M，端到端1：1预留的代价非常大，这种方式难以为继。另一方面，LTE网络中数据业务成为主流，数据业务的统计复用特点，加上用户资费包封顶等原因的存在，使得承载网的带宽带宽规划上必须考虑收敛比。本节主要阐述收敛比规划的思路和原则。
在规划承载带宽和收敛比过程中，我们必须理解无线基站的峰值带宽和均值带宽，这里我们参考NGMN的建议，分析基站带宽时，分busy time和quiet time两种场景。
Busy time是指大量UE在一个基站下，由于每个UE的位置和信号强度不同，多UE之间也存在资源争抢和分配，整体的带宽趋向一个平均值，称为busy time mean。
Quiet time是指少量甚至一个UE在一个基站下，这时基站带宽会变化较大，当一个UE靠近基站，信号强度高，可能采用高效的编码方式，该UE可以使用到该小区的所有资源，基站带宽达到峰值，称为Peak.
按NGMN的仿真，以及无线厂家的经验值，均值和峰值之比，一般是1/3～1/6之间。
另外，需要注意的是，由于下行带宽是上行带宽的4～6倍，网络带宽规划的工程实践中，关注下行带宽即可以满足要求，在XDSL和GPON等不对称承载技术中，才需要专门考虑上行。
带宽和收敛比规划方法概述：
方法一，基站粒度估算法：单基站带宽&覆盖基站数&经验收敛比，这个方法中，经验收敛比难以获取，有些运营商规划成端到端4:3:2收敛，也有无线厂家给出端到端3：1收敛等数据，可以参考。
方法二，用户粒度估算法：在网络汇聚和核心层，可以考虑基于用户规模和用户平均带宽的估算方法。同时根据对网络流量的统计，定期或不定期扩容。这是一种pay as you grow的模式。
2.1 单基站带宽计算方法
单基站带宽的计算方法，一般考虑频谱资源，MIMO阶数，UE类型，有无IPsec等等进行计算，承载网侧可以找无线规划部门获取单站带宽需求数据，下表来自NGMN，供参考。
按NGMN的计算方式， 单基站带宽B = max (N x busy time mean, Peak) ，这个公式假设，承载网只需满足每个小区都达到均值带宽，或者满足一个基站达到峰值带宽。其意义在于，在忙时，一个基站下的多个小区带宽都达到均值，在闲时，只需要一个小区达到峰值。单基站的带宽规划，只要选择其中较大的值即可。
2.2 用户粒度估算法
基于用户带宽信息的网络规划方法，基本原理是基于忙时用户平均带宽&用户数得到总的带宽需求：
带宽需求可以从无线核心网部门直接获取，如果获取不到，可以采用如下方法计算。
规划期内带宽需求 = 规划期内忙时平均用户带宽&规划期内用户规模
规划期内用户规模和规划期内平均用户带宽，可以从运营商无线部门获取，或者基于当前数据及增长率估算。
2.3 接入环容量规划
由于接入环一般在10个基站左右，统计复用效用不明显，建议不收敛或少收敛。因此，可采用方法一，基站粒度估算法，计算方法：单基站带宽&环上基站数&收敛比，在接入层，建议收敛比等于1.
2.4 汇聚层容量规划
汇聚层根据覆盖基站数和用户规模，可以选择两种不同的规划方式，两种方式规划出的带宽需求，可以互相参考，根据情况选取折中值。
方法一，采用基站粒度估算法，单基站带宽&覆盖基站数&收敛比，汇聚层收敛比，可以选择4：3或者2：1等
方法二，采用用户粒度估算法，适用汇聚层覆盖基站数较大，或者业务发展初期，计算方法：忙时用户平均带宽&汇聚层覆盖用户数
2.5 核心层容量规划
核心层汇聚大量基站，网络流量与无线用户规模及使用习惯相关，建议选择方法二，基于用户粒度估算法，容量规划参考无线网络业务数据，进行未来3到5年的规划；计算方法：忙时用户平均带宽&总用户数，一般来说，这种算法计算带宽会偏小，适用于网络发展初期，伴随用户和流量增长，再做网络扩容。
3、网络架构规划设计
3.1 网络逻辑规划
移动承载网络中，IP节点达到10K到几十K，规模远远大于传统的IP城域网或IP骨干网络，IPRAN网络的逻辑架构规划，如何规划解决大规模组网可扩展性，成为网络架构规划的首要问题。
基于目前成熟的技术方案，可行的架构是层次化VPN架构，即通过引入业务分层点，分割大规模网络为多个小规模网络，通过SPE的业务处理，完成端到端业务的处理，在本地网内，这将是主要的技术架构。
同时，由于EPC集中部署的现实，LTE必然要跨越本地网，经过省干网络，到达EPC机房，这里就涉及跨域方案的规划和不同技术选择考虑，本节重点分析这些内容。
3.2 本地网内分层架构规划
接入汇聚层分层的业务模型如上图所示，不同业务类型选择了不同的分层方式，主流技术选择是HVPN，L2VPN+L3VPN，MS-PW等技术，实现业务架构的分层。这种分层架构的引入，使得IGP可以分层分域，MPLS隧道分段，避免端到端隧道和OAM部署，同时通过私网路由策略控制，限制CSG上的私网路由数量，这种分层架构可以极大提高网络的扩展性，实现LTE网络几十K网络节点的组网要求，而且不必增加对CSG设备的性能和成本要求。因此，业务分层的架构作为本地网内LTE网络规划的首选架构。
3.3 核心层跨域架构规划
前面提到，由于EPC部署在省中心机房，在LTE阶段，承载网面临跨本地网和省干的需求；同时，跨域专线的需求也很常见。但是，由于存在多种跨域技术，如何选择和规划，是LTE承载网需要仔细分析和考虑的。
目前存在的一些跨域技术，包括Option A，Option B，Option C/Seamless MPLS，CSC，L2Overlay等等。
这些技术的细节本文不做详细论述，如需要可参考相关文献资料，下表是各种技术适合的场景分析：
LTE承载VPN数量少，运维团队划分清晰，IPRAN由本地网维护，IPCORE是省中心维护，这种情况，适合的跨域方案是OptionA。
4、IP/VLAN规划原则
在LTE承载网络的规划中，IP和VLAN的规划，并不存在技术问题，但需要考虑如何节省IP地址资源，同时无线基站的IP和VLAN规划，也要避免承载网侧复杂的配置。VLAN的规划，有时要考虑传统的运维习惯，基于VLAN来标识基站，即采用每基站每VLAN的规划方案。
IP地址规划：对于移动承载网络，IP地址可分为Loopback/管理地址、设备互联地址、业务地址，均可以采用私网IP（或者公网私用）进行规划。
VLAN规划：E2E L3VPN方案，VLAN区分同一接口的不同业务，建议全网按业务规划相同VLAN，免去按每基站的VLAN规划工作。对于L2+L3方案，网络的L2部分，需要采用不同的VLAN ID标识不同基站，符合L2网络运维习惯，方便问题定位。
对无线系统的建议：为简化网络部署方案，减少VLAN，IP地址以及相应VPN数据的规划和配置，基站和承载设备对接时，建议尽量减少VLAN和IP地址，目前一般采用一个IP/VLAN作为业务接口，另外一个IP/VLAN作为管理接口。不建议S1和X2采用不同的VLAN和不同IP地址。
对于无线基站，建议采用接口IP作为业务IP地址，避免在承载网路由器上配置静态路由，降低部署难度。
5、控制面规划
在LTE承载网中，控制面规划的重点，是考虑如何应对大规模组网的诉求，满足前面提到分层的网络架构，下面分别在IGP，BGP，LDP，RSVP-TE方面，给出规划建议，以满足大规模组网的要求。
5.1 IGP规划
IGP协议的选择，根据运维团队的能力，现网的匹配度进行IGP协议选择OSPF或ISIS链路状态型协议。
LTE承载网的IP节点数在10K以上，基于目前的设备能力，IGP的规划必须分层分域。通过IGP的分层分域，避免协议数据库过大，降低设备CPU压力；实现故障域间隔离，增强网络健壮性；较小的IGP有更短的故障收敛时间
5.2 隧道规划
隧道技术主要包括LDP，RSVP-TE两种方式。
LDP LSP隧道特点：配置简单，自动使能标签；可通过LDP FRR做到路径快速收敛；隧道数量不易控制，带宽不可控；LDP FRR使用场景受限；保护倒换依赖于路由快速收敛，性能稍弱；适用于full mesh转发的LTE X2业务。
RSVP TE隧道特点：建立可控性强，路径调度能力强，带宽控制能力强；保护倒换手段丰富，推荐使用Hot-Standby,也可使用隧道保护；倒换性能较好；配置相对复杂，需指定宿端；适合于点到点业务模型(如UMTS ETH业务和LTE S1业务)
对于LTE承载，如果对S1的倒换要求较高，可采用RSVP TE+LDP的隧道方式，兼顾S1保护倒换性能和X2就近互通业务需求。
5.3 BGP规划
L3VPN需要部署IBGP，为了满足可扩展性，组大网要求，标准的技术是部署路由反射器RR，HVPN就是借助RR技术实现，在ASG设备上部署inline RR功能，并对VPN路由进行下一跳修改NHS。汇聚环一般部署独立RR，RSG和ASG对独立RR来说是RR Client。
6、可靠性规划设计
可靠性规划，首先要在网络物理拓扑上充分考虑，保证物理拓扑有迂回路径，如环网，双归属，口字形组网，Mesh组网等常见组网方式，分别适用于不同的网络位置，如，接入层推荐使用环网，汇聚层可用环形或双归，核心层建议使用Mesh组网，跨越对接建议口字形组网。
在IPRAN网络中，可靠性技术可以分为两类，第一类是保护切换类，第二类是收敛恢复类。
对于第一类，基本原理是在数据面建立主备两个转发路径，通过OAM技术检测主用路径，发现故障后迅速倒换到事先建立好的备用路径。
第二类，基本原理是发现故障后，通过控制平面重新计算路由，给数据面下发新的转发路径，一般情况下收敛性能弱于第一类。
因此在移动承载解决方案中，一般建议采用第一类，保护切换技术做为可靠性方案。
6.1 故障检测技术
故障检测技术，是可靠性方案的前提，一般使用BFD，MPLS OAM等技术实现，设备需要具备基于硬件的OAM和BFD实现，在大规模组网情况下保证高性能。
故障检测技术一致性，为简化部署，各层次的故障检测，尽量部署相同的机制，建议使用BFD作为故障检测技术。BFD可以应用到链路层，隧道层，业务层，以及网关保护的检测。
故障检测技术的选择，需要考虑穿越中间网络，尽量不对中间网络有特殊要求，从这个角度，BFD是较好的选择。
多层故障检测技术，需要在发包间隔上给予规划，或者使用Holdoff机制，避免多层倒换。
6.2 链路级保护
如下图所示，链路层保护，主要是IMA，MLPPP，ETH Trunk等保护技术，一般在链路层实施，用于用户侧业务保护，以及重要链路的可靠性提升，如两台PE设备之间。
6.3 网络级保护
网络级保护是端到端的保护技术，又可细分为隧道保护，业务保护，网关保护，具体故障点和相应保护技术如下。
7、QOS规划设计
LTE网络的QOS规划，为简化部署，常见的QOS方案采用Diffserv技术，网络的不同位置设备，完成不同的功能，基本的方案如下。
这种方案，QOS规划主要解决无线系统的QOS标记和网络QOS标记相互映射的问题，具体的映射机制，如下所示：
8、时钟方案规划
时钟的规划，首先要识别基站的时钟需求，不同制式无线基站对时钟的需求不同，简单分类可以分为频率同步需求和时间同步需求，对应的技术分别是同步以太和1588V2，这些技术都必须逐跳部署。所以，还需要考虑网络中有不支持时钟能力的设备，需要考虑穿越中间网络的方案规划，基本的方案选择如下图所示：
越第三方网络场景：双时钟源接入双server，server间通过同步以太进行频率同步。通过1588ACR技术，将时钟信息从穿越第三方网络的报文中恢复出并由client接受，下游再通过同步以太传递频率同步信息。
1588v2频率时间同步：接入外部时钟源，下游设备通过PTP协议逐条传递，通过BMC算法防止成环。
SyncEth频率同步：接入外部时钟源，全网开启SSM协议，同步信息逐跳传递。
SyncEth频率/1588时间同步：1588与SyncEth同时开启，SyncEth进行频率同步，1588v2进行时间同步。
本文在LTE承载的带宽收敛比规划，架构规划，控制面，可靠性，QOS，时钟等关键内容给出了规划指导原则，限于篇幅，不能深入探讨。同时，LTE承载网络的规划，涉及的内容方方面面，本文也无法一一涵盖。 对于具体一个运营商LTE承载网络，除了上述阐述的一些规划思想和原则，还需要根据运营商业务的规划和节奏，以及现网能力的评估结果，进行针对性的量化规划设计。
LTE网络部署运营，规划设计先行。通过专业的LTE网络规划，确保LTE承载网的业务承载能力，可扩展性，可靠性，可维护性等架构方面的竞争力，最终提升客户的体验，降低网络的CAPEX和OPEX。
华为公司规划并建设了国内外大量的3G IPRAN网络及LTE承载网络，在LTE及IPRAN网络规划领域，积累了大量的规划和设计经验，可以成为运营商在LTE承载网络规划领域的合作伙伴。
作者：华为技术有限公司 魏家宏
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