4G小基站IP地址规划原则探讨及研究

陈晓明

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

4G小基站IP地址规划原则探讨及研究

陈晓明

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

本文首先介绍了4G小基站的承载需求及对IP地址的需求，针对各种承载方案分析了IP数据分组的处理流程，提出了4G小基站IP地址规划的总体原则，最后对IP地址规划的重要性进行了总结。

4G；小基站；TD-LTE；IP

1 前言

中国移动4G网络从2013年大规模建设开始，经过几年的建设，4G基站已经形成一定规模，基站规模已经超过100万个，在网络建设时，主要采用的是宏基站（Microcell）进行覆盖，而宏基站在选址、配套、深度和精确覆盖、扩容改造等方面的局限性日益凸显。小基站（Smallcell）具有低成本、小型化、低功耗、自启动等特点，可以增强4G的覆盖，提升整体系统容量，将成为4G时代的重要网络组成部分。

4G小基站数量庞大、分布分散的特点对传输网提出了很大挑战，对于4G小基站的承载，将以PON+CMNet方案为主，而根据应用场景，PTN+CMNet、PON+PTN和全程PTN等承载方案也将会被采用。中国移动为指导各省公司开展4G小基站的建设，专门编制并下发了《中国移动4G一体化皮基站和飞基站承载方案及建设要求》，文件中对采用CMNet承载和PTN承载时的IP地址规划提出了要求，但面对数量巨大的4G小基站，IP地址的规划和使用时需要值得密切研究和关注的问题。

2 4G小基站承载需求

4G小基站根据覆盖能力分为微基站（Microcell、皮基站（Picocell）和飞基站（Femetocell）3大类。对于微基站以及非一体化的皮基站，不需要经过网关设备，仍将采用传统全程PTN方案承载，IP地址分配与宏基站相同。而一体化的皮基站和飞基站（下文中提及的4G小基站均是指一体化的皮基站和飞基站），将先通过网关设备接入，再接入EPC，其承载方案与传统的端到端PTN承载方案有很大不同。

图1为4G小基站需要传输网承载的接口示意图。需要由传输网承载的4G小基站接口如下：

小基站至安全网关的S1接口（含S1-U和S1-C）；

小基站之间以及与宏基站之间的X2接口；

安全网关至SGW的S1-U接口；

信令网关至MME的S1-C接口。

图1 4G小基站承载接口示意图

安全网关与小基站间通过IPSec隧道实现对数据进行加密和完整性保护，安全网关将在原数据分组上增加新IP头和IPSec头，具体如图2所示。

图2 IPSec隧道模式的IP数据格式

从图2可以看出，小基站有2个IP地址，一个是IPSec地址（外层地址），另一个是业务地址（内层地址）。

在经过安全网关后，安全网关将新增的IP头和IPSec头剥离，剩下内层数据，该数据分组将在L3 PTN网络中传输，L3 PTN将按照小基站业务IP地址进行路由，L3 PTN的路由表中将包含小基站IP地址，因此，小基站IP地址应考虑L3 PTN以及原有宏基站IP地址配置统一规划，避免对L3 PTN的处理能力造成很大冲击，影响L3 PTN对4G流量的疏导。

3 小基站数据分组处理流程

目前对于小基站的承载，主要有4种方案，网络连接示意图如图3所示。

以上4种方案，小基站的接入采用PON或者PTN，接入设备不启用3层功能，三层处理在CMNet或L3 PTN进行，因此在处理流程上，方案1和方案2类似，方案3和方案4类似。下面就分方案介绍一下4G小基站的数据分组处理流程。

3.1 PON/PTN+CMNet方案

CMNet负责外层IP地址的处理，具体处理流程如下：

图3 小基站承载方案网络连接示意图

（1）小基站开机启动，广播发送请求，BRAS通过DHCP协议向小基站分配IP地址。

(2）小基站同时从BRAS获得DNS服务器地址，通过内置域名获得HeMS（自启动服务器）IP地址。

(3）与HeMS建立通信，HeMS下发软件版本、配置文件、证书、安全网关、信令网关IP地址等在内的初始化信息给小基站。

(4）小基站通过获得的IP地址与安全网关建立IPSec隧道，隧道建立后，安全网关给小基站分配业务IP地址。

(5）小基站使用业务地址与安全网关通信，安全网关会剥离外层报头，将内层数据转发至信令网关或L3 PTN。

需要注意的是，安全网关、HeMS应分配公网IP地址，并配置到BRAS的白名单里，以避开对小基站的3A认证。小基站通过CMNet分配的外层IP地址，可以采用宽带用户上网地址，但要注意要与现网4G宏站地址不同。

3.2 PON/PTN+L3 PTN方案

L3 PTN负责外层IP地址的处理，具体处理流程如下：

(1）小基站开机启动，广播发送请求，DHCP服务器（单独设置或内置在PTN设备里）通过DHCP协议向小基站分配IP地址。

(2）小基站同时从DHCP服务器获得DNS服务器地址，通过内置域名获得HeMS（自启动服务器）IP地址。DNS服务器可单独设置或内置在DHCP服务器内。

(3）与HeMS建立通信，HeMS下发软件版本、配置文件、证书、安全网关、信令网关IP地址等在内的初始化信息给小基站。

(4）小基站通过获得的IP地址与安全网关建立IPSec隧道，隧道建立后，安全网关给小基站分配业务IP地址。

(5）小基站使用业务地址与安全网关通信，安全网关会剥离外层报头，将内层数据转发至信令网关或L3 PTN。

需要注意的是，安全网关、HeMS连接到L3 PTN的端口IP地址应与L3 PTN的IP地址匹配，并在一个网段上。小基站外层IP地址应单独分配，不要占用宏基站IP地址，外层IP地址也要经过L3 PTN处理，应保证在同一“2转3”接口下的小基站外层IP地址在同一网段，并设置“2转3”接口IP地址为小基站的网关地址。

4 IP地址规划原则

由于数量众多的4G小基站IP地址需要通过L3 PTN疏导，因此小基站的IP地址需要与4G宏基站和L3 PTN的IP地址统一规划，一定要使用统一的地址段，以便于地址收敛，又要具有很好的可扩展性和灵活性，便于今后小基站规模的增加，应满足以下几个原则：

（1）统一性：根据4G网络和L3 PTN网络统一进行小基站IP地址规划，小基站IP地址要与宏基站的IP地址区分开。为节省IP地址资源，建议每个小基站分配1个IP地址，一个VLAN地址。

（2）连续性：小基站的IP地址规划一定要具有良好的连续性，小基站的IP地址要分配在一个统一的地址段内，在同一安全网关下的小基站IP地址要分配连续的IP地址，可以通过VLSM（可变长子网掩码）将众多小基站的路由进行归并，以缩减路由表，提高路由算法的效率，在今后网络扩容和割接时，对网络地址表更新次数最少。目前小基站网关设备基本按照省集中设置，小基站的路由具有一致性，如果能做到连续性，则可以进行很好的收敛。

（3）可扩展性：4G小基站的IP地址应具备良好的可扩展性，应充分考虑未来网络布局及规模，充分预留小基站的IP地址段，在未来网络节点的扩展和业务规模的扩展时，不会对IP地址进行大规模的调整和重新分配。

5 IP地址规划步骤

针对具体的4G小基站IP地址分配，下面以具体分配实例进行分析。

(1）第一步：分配小基站业务IP地址。建议以省为单位进行分配，可以采用私有地址，与目前使用的宏基站IP地址分开，尽量分配一段连续的IP地址。例如某省计划管理6万个小基站，则分配1个单独的B类地址给小基站使用。

(2）第二步：小基站外层IP地址：建议以安全网关为单位进行分配，可以采用宽带用户上网私有地址，根据安全网关的小基站容量进行分配，尽量分配一段连续的IP地址。例如某安全网关计划管理2万个小基站，则分配0.5个B类地址给小基站用。

需要说明的是，如果小基站采用PTN进行接入，那么给小基站分配的外层IP地址应符合宏基站IP地址分配原则。

6 总结

目前集团公司分配给宏基站的IP地址已经基本用完，小基站不能再使用宏基站的IP地址段，因此，需要单独再分配出一定数量的给4G小基站使用，建议在本省内保持唯一即可，各省之间可以进行复用，以减少对IP地址的消耗。针对即将大量出现的4G小基站，应提前规划，分配好足够的IP地址段，要保持统一性、连续性和扩展性，要能保证能够收敛到最少的路由表条目数，以避免对L3 PTN的路由处理能力造成很大影响。

中国移动通信集团设计院专家在2017移动通信天线质量高峰论坛发表演讲

2017移动通信天线质量高峰论坛于10月24-25日在广州隆重召开。本次会议邀请产学研用各方领导专家，包括西安电子科技大学副校长、天线系统产业联盟理事长杨银堂和中国工程院院士、天线系统产业联盟主席段宝岩等众多业内专家以及三大电信运营商、中国铁塔公司和京信、华为等国内天线领军企业，与会专家就天线系统质量保障措施以及5G通信研究的推进状态展开了深入探讨。中国移动通信集团设计院专家高峰发表了《5G技术演进及Massive MIMO天线性能评估》的主题报告。

2017移动通信天线质量高峰论坛集中交流探讨了4G+及5G天线演进及质量保障解决方案等问题，展示中国通信及天线发展的现阶段成果和天线行业的前瞻性思考，探讨天线行业的引导策略，发布移动通信行业天线质量闭环评估体系建议和天线产业发展与自律策略建议，呼吁政产学研用各方持续关注天线技术发展的作用和前景。

（本刊讯)

Research of the IP address plan for 4G small cell

CHEN Xiao-ming
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

This article brief l y introduces the requirements of the transmission and IP address of 4G smallcell, then analyses the IP packet process fl ow according to each carrying scheme ier plan and proposes the general principle of the IP address plan for 4G smallcell. Finally, it concludes the importance of the IP address plan.

4G; smallcell; TD-LTE; IP

TN915

A

1008-5599（2017）11-0045-04

2016-09-12