LTE无线网络与核心网间网络组织及无线侧IP地址分配方案研究

LTE无线网络与核心网间网络组织及无线侧IP地址分配研究 电信工程技术与化 LTE无线网络与核心网间网络组织及 无线侧地址分配方案研究IP 邵永平 :中国移动通信集团设计院有限公司,北京 100080: 摘 要 本文通过对目前试验网中LTE无线网络与核心网络间网络组织,以及无线侧IP地址分配方案的,并且 进 行多种方案的比较,最后提出安全性和可扩展性更好的方案。 关键词 LTE;eNode B;IP地址;VLAN;VRRP 中图分类号 文献标识码 文章编号 N9295 A 10085599:2011:09001904 T.--- 用户平面控制帧。该接口底层采SCT用P 协议,应用层 1 引言 采用S 1-AP 协议。 :2:S1-U 接口: eNode B 和 S-GW 之间的接口, 随着LT E 技术的日益成熟,LT的大规模组网E 势 用 于 承 载 用 户 面 隧 道 和 切 换 时 eNode B 之 间 的 路 径 交 在必行。考虑到无线基站数量繁多,若基站部署完成后 换。 采 用 GTP-U 协 议, 下 层 为 UDP, 其 中 GTP-U 进行大规模的基站组网方案和 IP 地址调整,可能将造 协议用来在eNod e B 和 SGW 之间进行用户数据的隧 -成增加巨大的工作量以及影响网络质量的问题。因此, 道传输,UDP协议封装用户数据 。 在 LTE 大规模部署的前期,很有必要进LT行E 无线侧 :3:X2接 口 :eNode B 和 eNode B 之 间 的 接 口, 组网和I P 地址分配的探讨。 用于相邻eNod e B 之间数据切换,减少切换时延。 2 eNode 相关接口介绍B 3GPP R8 版 本 定 义 的 LTE 网 络 架 构 如图1 所示。 根 据 相 关 规 范, 其 中 与 无 线 E- UTRAN:eNode B:相关的接口有: :1:S1-MME 接口: eNode B 和 MME 之间的接口,用于传送用户数据和相应 的 图1 3GPP R8 LTE 网络架构图 收稿日期 :20110720 -- ?2011年 第9期?19 T E L E C O M E N G I N E E R I N G T EC H N I C S A N D S T A N D A R D I Z A T I O N :4:网管接口:3GP的网络架构图纸未体P 现, 实以上组网方案存在一定的安全隐S患1 :X2 CE 除 /际上是存在的::eNode B 和 OMC 之间的接口,用于 了跟业务网相关的MM E 和 SGW 连接,还与OM C 连 - OMC 对 eNode B 的 配 置 管 理、 性 能 管 理 等 各 种 网 络 接,这将导致网管网络与业务网络S1在/X 2 CE 侧打通 管理。 的风险。虽然以上组网方案可以通过 IP 地址设置和路 由配置来将网管网络和业务网络分开,但仍不能从根本 :5:Uu 接口: eNode B 和终端之间的接口:此接 上解决安全的问题。 口不在本文论述范围之内:。 以上接口可以分成两类 :一类是业务类接口,主要 3.3 LTE无线网络与核心网络间网络组织方案建 议是 S1-MME 接口、S1-U 接口、X2 接口; 另一类是管 本文针对以上的组网方案存在的问题,提出如下的 理维护类接口,主要是网管接口。 组网方案。 为 每个 eNode B 分 配 2 个 VLAN, 一 个 是 业务 VLAN,另一个是网管 VLAN,同时分2配 个不同网 段 的 IP 地址。在核心机房的PT N 设备物理上分别出业务 3 LTE 无线网络与核心网间网络组织方案建议 VLAN 接 口 和 网 管 VLAN 接 口, 其 中 业 务 接 口 与 S1/ X2 CE 连接,网管接口与OM C 连接。具体组网如图3 所示。 3.1 LTE无线网络与核心网络间典型网络组织方 案 根 据 3GPP 的 规 范 要 求, 以 上 接 口 协 议 均 采 用 IP 进行承载,需要承载I在P 网络上。以下将介绍典型的 无线网络与核心网间网络组织方案。 各 eNode B 通过F E 或 GE 链路接入至PT N 网络, PTN 网络将eNod e B 的业务和网管数据二层:数据链 路层:透传至 S1X2 CE,S1X2 CE 启用三层:网络 // 层:路由协议,根据数据分组的目IP 的地址的不同 传 送 至 相 应 的 MME、SGW、eNode OMC。 其 网 -B 和 络组织方案如图2 所示 。 32 存在问题分析 . 图3 本文推荐的LTE无线网络与核心网间网络组织方案 以上组网方案在二层:数据链路层:上对业务和 网 管数据进行隔离,在PT N 设备侧进行了物理接口的分 离,而不是在 S1/X2 CE 设备侧进行物理接口的分离, 进一步提高系统的安全性,也符合业务和网管网络分离 的原则。采用业务和网管接口分离的方式,有利于今后 网络调整的灵活性,具有较高的可扩展性。 图2 LTE无线网络与核心网间典型网络组织方案 ?2011年 第9期? 20 电信工程技术与标准化 表1 P地址分配数量比较表 I 方案一方案二方案三 为 1 个 eNode B 分配 1 个 IP 地 为 1 个 eNode B 分配 2 个 IP 地址,信令、 为 1 个 eNode B 分配 3 个 IP 地址,信 方案描述 址,信令、媒体、网管共用 1 个 媒体共用 1 个 IP 地址,网管使用另 1 个 IP 令、媒体、网管分别使用 1 个 IP 地址 IP 地址 地址 优点占用 IP 地址数量少,规划简单扩展性强,网络结构清晰,安全性高扩展性强,网络结构清晰,安全性高 存在一定的安全隐患,可扩展性 缺点 需要 IP 地址较多,规划较为复杂 需要 IP 地址数量多,规划复杂 较弱 方案推荐: eNode B 采用私网I P 地址可能造成IP 4 无线侧 IP 地址分配建议 地址冲突,可以通过精确I的P 地址规划来解 决,即了 解清楚现有 IP 专网和网管网络的IP 地址分配情况后再 以上推荐组网方案的实现还需IP要 地址 和VL AN 进行分配。因此建议 eNode B 采用私网I P 地址,考虑 具体实现方案的配合,本文eNod对 e B 的 IP 地址分配 到今后一个城市可能需要发展到上万个基站,建议分配 数量、IP 地址类型、VLA数量详细分析和建议如下N 。一个 B 类的私网地址,便于今后的扩展。另外,相邻省 41 eNode I PB 地址分配数量建 议.份需要进行沟通协调,保证涉及省际切换的基站不造成 考 虑 到 eNode B 与 核 心 网 网 络 之 间 的 数 据 分 组 主 IP 地址的冲突。 要由信令、媒体和网管三部分组成,目前主要有为 4.3 eNode V B LA N 数量的建议每个 eNode B 可分配1 个、2 个或3 个 IP 地址的3 个根据1 个 VLAN 下的eNod e B 组网规模的大小分 方案, 其优缺点的比较如表 1 所示。 成三种方案。方案一 :1 个 eNode B 组成1 个子网; 方 方 案 推 荐 :eNode B 采 用 1 个 IP 地 址 主 要 的 问 题 案二 :CE 下挂的所有eNod e B 组成1 个子网,方案三 : 是不能解决以上组网方案中提到的安全性问题,以若 干 个:10 个 左 右 :eNode B 组 成 1 个 子 网, 其 具 体 及可 扩展性较差的问题 ;另外,考虑eNod到 e B 的信方案描述和比较如3表 所示 。 令和媒 体消息主要跟指定MM的 E 和 SGW 通信,还没-方 案 推 荐 :方 案 一 中 1 个 基 站 至 少 需 要 1 个 29 位 有必要 将信令和媒体在 eNode B 上通过I P 地址进行区掩码的子网IP 地址:3 个VRR P 地址,1个基站实际 地 分。因 此建议采用方案二,即为 1 个 eNode B 分配2 个 IP 址:,因此IP 地址数量占用较多 ;方案二主要存在子网 地址, 信令、媒体共用一IP个 地址 ,网管使用另一I个P 内的 eNode B 数量太多,容易造成网络不稳定的问; 题 地址, 既提高了系统的安全性,又使网络具有较高的可扩方案三是方案一和方案二的折中方案,较好的平衡IP 了 展性。 地址数量和网络稳定性的问题,因此推荐方案三,但方 42 eNode I PB 地 址类型的建议.案 三 需 要 CE 支 持 ARP 代 理 等 功 能, 具 体 设 备 选 型 时 eNode B 的 IP 地 址 可 采 用 公 网 和 私 网 两 种 方 式, 需要与厂家沟通详细的实现方案和数据配置方案。 其方案比较如表2 所示 。 表2 IP地址分配类型比较表 方案一方案二 5 结束语eNode B 采用公网 IP eNode B 采用私网 IP 地 方案描述 地址 址 网络的安全性高,节省公 优点 不会造成 IP 地址冲突 本 文 针 对 目 前 所 具 备 的 技 术, 进 行 LTE 无 线 网 路 网 IP 地址资源 与核心网间网络组织方案和无线IP侧 地址分配的探 讨, 网络的安全性低,容 缺点 可能造成 IP 地址冲突 并推荐采用以下组网和 IP 地址分配方案: 每个基站采 易受到外界的攻击 ?2011年 第9期? 21 T E L E C O M E N G I N E E R I N G T E C H N I C S A N D S T A N D A R D I Z A T I O N 表3 VLAN分配方案比较表 方案 1方案 2方案 3 每个基站对应 1 个 VLAN ID,此 VLAN VLAN 每个基站对应 1 个 VLAN ID,此 每个基站采用独立的 VLAN ID 针对 PTN 的 PW,不作为子网标识 ;成 ID 针对 PTN 的 PW,不作为子网标识 ; ID,成对 CE 起 VRRP 作为 方案描述 对 CE 起 VRRP 作为网关,CE 下的所有 基成对 CE 起 VRRP 作为网关,同一个 PTN 网关,为每个基站配置 1 个 站属于同一子网,配置基站 IP 地址与 环下的 10 左右的基站属于同一子网,配置 子网接口 VLAN ID 的对应关系 基站 IP 地址与 VLAN ID 的对应关系 VRRP 保护组,因此 IP 地 由于只启用 1 个 优点 网络规划比较简单 占用 IP 地址数量较少,规划简单 址需求最少,网络规划比较简单 占用 IP 地址较多,并且每个 基站都需要启用 VRRP 保护 容易引起广播风暴,传输效率较低,网络稳 网络规划较为复杂,还需要 CE 设备支持 缺点 组,对 CE 的处理能力有一 定性地 ARP 代理等功能 定的要求 用 2 个 IP 地址:业务分配一I个P 地址,网管分配另 一子网启用VRR P 协议 ;在核心机房PT的 N 设备上分别 个 IP 地 址 :;2个 IP 地 址 在 不 同 网 段 内, 即 分 在 不 同 出业务VLA N 接口和网管VLA N 接口:业务接口和网 的 VLAN 上 ;在 同 一 个 PTN 环 下 的 10 个 左 右 eNod管接口在物理上分开e :,其中业务 VLAN 接口与S 1X2 /B 组成2 个子网:1 个业务子网,1 个网管子网:,每 个CE 连接,网管VLA N 接口与OM C 连接。 Study of network organization scheme between LTE wireless and core network, and wireless side IP address allocation SHAO Yong-Ping (China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China) Abstract Basedon the analysisof the current network organization scheme between LTE wirelessnetwork, and core and wirelesssid e of the IP address allocationan, d the comparisono f a variety of programs,thi s paper concludesa solution with better security andscalabilit y. Keywords LTE; eNode B; IP address; VLAN;VRRP News 英国电信，BT，任命郭秀闲为中国区董事总经理 英国电信，BT，9月1日宣布,任命郭秀闲为BT中国区董事总经理,她将扩展针对现有顾客的服务产品,幵在中国市场 的关键领域扩展新业务,从而实现BT在中国业务的利润增长。 在加入BT前,郭秀闲任国际救援中心中国区总经理一职。在 她的带领下,国际救援中心的业务呈稳定增长,幵且经营 效率显著提高。在此之前,她在微软担任大中华区业务解决方案事业部总经理和制造业部总经理。期间,她推劢了微软在中 国实行的全球战略,幵且在全国各地建立了渠道伙伴关系,加速了业务增长。加入微软之前,郭秀闲在多个信息技术公司担 任管理和销售职务,比如i2 Technologies和康柏电脑公司。 ，本刊讯) ?2011年 第9期? 22