多手段保证LTE承载网可靠性

1、可靠性概述

电信级运营网络对可靠性需求可分为三个层面：设备可靠性、网络可靠性和业务可靠性。在承载网中，网络和设备的可用性要求达到99.999%（这相当于设备在一年的连续运行中，因各种可能原因造成停机维护的时间少于5分钟），高可靠性是电信运营商网络建设和网络运营的基本要求。

在网络架构不断演进中可靠性的要求一直贯穿其中，可以说可靠性是网络的必备特性。可靠性保证网络发生故障时以最快的速度进行保护倒换，使得运营商的损失降到最低。

LTE承载网定位于综合承载，实现2G、3G、LTE移动业务、固定业务的综合接入，业务的多样化使得网络承载技术变得错综复杂，对网络的高可靠性要求成为必然。

如上图所示，在LTE阶段，承载网络架构发生了很大变化。由于EPC高置，即EPC只部署在省会或者大型城市，使得基站和EPC之间的承载网络需要跨越回传+Core两层网络。

LTE业务对时延要求更加严格，对于LTE承载网来说，无法控制无线侧和核心网侧的时延，只能控制承载网络的时延，如何保证LTE业务时延满足要求关系到LTE业务是否能够正常运营，可靠性部署势在必行。

如上图所示，对于应用层来说，TCP的滑动窗口和其三次握手接收数据确认机制，导致TCP连接的吞吐量与端到端时延成反比。当TCP传输路径发生故障时，TCP启用重传机制，如果长时间得不到倒换路径，会导致连接中断。

LTE时代数据业务激增，网络设备提供的端口从GE到10GE、100GE不断增加，当数据速率到Gbit数量级时，长时间不能切换代表着大量数据的丢失，对于语音、视频等业务来说，这几乎是致命的。

可靠性技术可以保证在最短时间内切换到保护路径，不会出现连接中断的情况。这对于运营商来说，无疑是保证用户体验的必然选择。

可靠性技术可以分为快速检测和保护倒换技术两个方面来进行部署，二者相辅相成共同为网络高可靠性提供保证。

1.1快速检测技术

网络设备一个越来越重要的特征是，要求对相邻系统之间通信故障进行快速检测，保证出现故障时可以更快的建立起替代通道或倒换到其他链路。

目前，一些硬件如SDH等可以提供这个功能，但是对于很多硬件或者软件无法提供这个功能，比如以太网。还有一些无法实现路径检测，比如转发引擎或者接口等，因此无法实现端到端的检测。

目前的网络一般采用慢Hello机制，尤其是路由协议在没有硬件帮助下，检测时间会很长（例如：OSPF需要2秒的检测时间，ISIS需要1秒的检测时间）。这对某些应用来说时间太长了，当数据速率到Gbit数量级时，缺陷感应时间长代表着大量数据的丢失，并且对于不运行路由协议的节点没有办法检测链路的状态。同时，在现有的IP网络中并不具备秒以下的间歇性故障修复功能，而传统路由架构在对实时应用（如语音）进行准确故障检测方面能力有限。

快速检测技术的出现解决了上述问题，典型的快速检测技术包括BFD、Eth OAM、MPLS OAM等。这些快速检测技术通过相邻设备间ms级进行检测报文的发送和接收，当到达配置的间隔收不到对端的报文时即上报故障，通知设备进行相应的协议倒换。

1.2保护倒换技术

网络设备通过快速检测技术检测到故障后，配合保护倒换技术进行相应协议的倒换。保护倒换技术即在事先建立好备用通道供设备进行倒换，针对不同的承载技术需要部署相应的保护倒换技术。

针对LTE网络，保护倒换技术按照业务部署可以分类为L2VPN类、L3VPN类、网关类、链路类保护倒换技术。L2VPN类保护倒换技术主要是PW冗余，L3VPN类保护倒换技术主要是VPN FRR，网关类保护保护技术为E-VRRP，链路类保护倒换技术包括LDP FRR、混合FRR、TE FRR和TE HSB.

2、LTE承载网可靠性技术

下面的章节将针对中国电信和中国联通在LTE承载网建设中涉及到的可靠性技术进一步进行详细介绍。

2.1中国电信LTE承载网可靠性技术

中国电信在建设IPRAN网络时，主流场景是依托于现有的城域网进行建设，也存在端到端新建的IPRAN网络。在演进到LTE承载组网时，没有EPC机房的地市需要向上跨过CN2到省会或者大区城市EPC机房进行业务落地。

中国电信的LTE承载网架构和承载方式如上图所示，本地网仍然采用IPRAN的承载方式（即PW+L3VPN），只是非省会城市需要途径CN2省干网络到省会或者大区的EPC机房落地业务。

为了叙述方便，拓扑图简化如下：

对于省会或者大区城市（EPC所在地），RAN ER直接上联至EPC CE设备即可；对于非省会城市（没有EPC），RAN ER设备需要和CN2的本地落地PE设备相连，由CN2调度到EPC CE设备然后到EPC进行业务落地。

PW+