PTN网络承载eMBMS业务技术及网络部署方案

王迎春，李勇（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）



PTN网络承载eMBMS业务技术及网络部署方案

王迎春，李勇
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

摘 要eMBMS业务被提上了日程，作为承载eMBMS业务的PTN回传网络同样需考虑支持多播业务。本文针对网络部署进行了分析和研究，并提出了PTN支持多播业务的技术方案。

关键词eMBMS；PTN；多播

1 背景

随着LTE的部署，无线宽带业务种类越加丰富，其中eMBMS业务被提上了日程，eMBMS是LTE协议中引入的演进型多媒体广播/多播业务，通过占用一份空口资源被一个小区的所有UE接收，极大地节省了珍贵的空口带宽，被越来越多的移动运营商认可；其中eMBMS信令是单播的，可以沿用目前的承载方案；但eMBMS数据是多播数据，需要承载网具有多播承载能力，但目前PTN网络不支持多播，为此需研究PTN网支持多播业务的技术方案。

2 PTN支持多播业务技术方案

2.1 概述

目前的PTN网络以二层的单播业务为主，为了保证网络的兼容性，在部署PTN多播业务时，不应对现有网络结构进行大的调整，即PTN多播业务应是端到端多播承载解决方案，兼容现有PTN单播承载解决方案，在部署多播业务时，不应对单播业务进行大量调整或业务割接；PTN多播承载部署应兼容现网设备硬件，不应对现网设备进行大量板件和设备的替换，现网设备通过软件升级可支持多播业务部署；同时，为节约IP和VLAN资源，PTN多播部署时应尽可能减少对IP地址和VLAN资源的消耗，同时需要避免因为多播业务部署，而增加大量的业务承载LSP和PW；在节约带宽资源方面，应尽可能的在网络内实现按需转发多播业务，减少多播业务复制份数，但应避免多播业务转发出现环路；另外，多播业务应支持快速保护倒换，提供可靠的多播转发路径，支持多播业务的QoS策略，以提高多播业务的安全可靠性和质量。

2.2 L2 PTN端到端多播技术方案

PTN二层端到端多播承载技术是利用现有网络的P2P点到点PW技术来实现P2MP点到多点多播业务，通过多播业务转发模型进行多播业务的转发和复制，从而实现PTN多播业务的快速部署。

首先在二层静态网络指定多播源的Root和多播叶子Leaf，在多播源Root和多播叶子Leaf之间建立PW P2MP的多播转发路径。PW P2MP多播转发路径由网管静态配置，不依赖于协议建立，多播路径可控。多播业务完全隔离在建立的多播转发逻辑通道上，与单播业务逻辑通道进行隔离，多播业务的转发与单播业务的转发表项无关，且不受单播逻辑通道故障的影响。多播逻辑通道依赖自身的OAM进行故障检测。

多播业务沿PW P2MP通道进行转发，在建立的转发通道内，同一个多播业务只存在一份数据流，多播数据流往多播叶子Leaf进行传送。在多播路径上的分叉节点上，完成到不同方向的多播数据流的复制，保证在同一个下游方向只存在一份多播数据流。

多播业务在多播叶子Leaf节点进行IGMP Snooping侦听，只有相应的多播请求时，多播叶子Leaf节点才会将多播数据复制推送到相应的主机（这里的主机可以是一个IGMP客户端，或者一个IGMP申请网络）。

多播源或者多播源下行的路由器/三层PTN设备需要部署在二层静态网络的多播源Root节点，多播叶子Leaf节点可以在多播源Root节点之后的任意位置进行部署。

3 PTN支持多播网络应用

3.1 网络部署举例

以图1为例，详细说明在实际网络中的部署过程。

选定端到端PW P2MP多播源Root节点，一般选定网络的核心边缘节点（路由器或二转三PTN设备）作为多播源的Root节点（如图1中的G和H节点）和上行于多播的网络接口。

根据用户需要，选定需要接入多播主机的多播叶子Leaf节点和多播业务下行网络接口。

端到端静态网管根据部署的多播Root节点和多播Leaf节点，自动在节点间建立多播工作路径（图1中绿色路径）；为了部署多播业务的快速保护，同时在多播Root节点和多播Leaf节点之间，自动建立保护路径（图1中的蓝色路径）。

为避免多播业务形成环路，应规划好主备用多播路径；以ECABDFE环网为例，主用多播路径为E→C→A→B→D；备用多播路径为：F→D→B→A→C；总之经过多播路径的建立，多播路径的所有节点上工作路径入端口为工作Root，保护路径入端口为保护Root，每个节点只能有且只有一个工作Root端口和一个保护Root端口，同时，工作Root端口对应唯一一个工作Leaf端口，保护Root端口对应唯一一个保护Leaf端口。除此之外，节点上的其它网络接口均为带工作和保护选择器的端口（如图1中红色选择器端口），工作和保护选择器状态由工作通道和保护通道的APS状态机来决定状态。

多播业务建立完成后，工作通道和保护通道的APS状态机状态为工作时，工作Root端口收到多播业务固定往工作Leaf端口以及其它所有带选择器端口发送，保护Root端口收到多播业务固定往保护Leaf端口发送；而当工作通道和保护通道的APS状态机状态为保护时，工作Root端口收到多播业务固定只往工作Leaf端口发送，保护Root端口收到多播业务往保护Leaf端口以及其它所有带选择器端口发送。

针对以上网络部署，PTN网络多播路径建立后，针对某条具体的多播业务，其在PTN网络中处理流程如图2所示。

3.1.1 多播源到多播客户端方向

图1 网络部署示意图

从多播源到多播客户端方向，发送单向多播业务流。

(1) 多播源服务器发送出来的报文是ETH封装的多播IP报文，目的IP是一个多播IP地址范围内的地址，报文的DMAC是多播IP映射后的多播MAC地址。

(2) L2多播网络的Root节点识别多播业务报文，将多播业务报文转发到P2MP多播业务通道，并完成多播业务的MPLS封装。多播业务在P2MP通道内转发时携带封装隧道和伪线标签，以及外层的以太封装。

(3) L2多播网络的Leaf节点解封装，弹出隧道伪线封装，以及外层的以太网头，还原多播业务报文，从对应的网络接口发送多播业务到多播客户端。

(4) 多播源发送的IGMP协议报文在不启用IGMP Snooping时，跟随业务报文同样转发。启用IGMP Snooping时，报文会被侦听且转发到多播叶子。

3.1.2 多播客户端到多播源方向

对于多播客户端到多播源方向，多播客户端口发送的IGMP协议报文在不启用IGMP SNOOPING时，跟随业务报文同样转发。启用IGMP SNOOPING时，报文会被侦听且转发到多播源。

根据以上过程，PTN网络逐跳完成多播业务的复制和转发。

3.2 多播业务网络保护方案

多播业务作为多个UE共享资源，其业务的重要性不言而喻，因此也需考虑PTN网络对其业务的保护方案。对于二层PTN网络来说，可采用P2MP多播1+1通道保护方案，支持多播通道内链路故障和节点故障的快速保护，保护倒换依赖PW OAM快速检测和APS状态切换，可实现单节点50 ms的快速倒换。

如图3所示，在接入层和汇聚层间配置静态P2MP多播承载通道，在核心层配置PIM-SSM协议和L3公网多播接口。通过对网络的配置，实现对多播业务的保护倒换。

图2 多播业务流量路径示意图

对于二层PTN多播设备，首先分别从2个多播Root节点(PTN1/PTN2)建立主备多播P2MP通道，P2MP通道由逐段PW组成，均需要配置连通性检测；任意节点故障和链路故障会触发当前环的下游节点进行主备业务选择。然后网络中多播的各个节点(PTN1/PTN2/PTN3/PTN4/PTN5/PTN7/ PTN6/PTN8)创建多播业务模型，选择多播主备Root端口和Leaf端口（包括所有的Leaf端口）。由于多播业务的发送依赖硬件APS状态机来进行选择，相当于多播业务在节点的工作Root端口和保护Root之间进行选择接收，流量在节点上形成1+1备份，因此一旦网络中链路中断或节点故障，节点可通过选择另外一份流量可迅速完成多播业务的快速保护切换。

对于PTN网来说，由于涉及到多个保护配合，需配置相应的OAM检测时间，保证故障时倒换效率。多播承载建议只配置L2层网络的P2MP多播保护，无需配置多层保护耦合，防止多次倒换。

3.3 多播业务的OAM机制

PTN网络多播业务的OAM检测过程以图4为例说明如下。

图3 端到端PTN多播承载保护方案

图4 多播OAM机制

(1) 多播业务的故障检测过程：多播工作通道和保护通道各自独立的进行快速OAM检测，工作Root和保护Root端口所在通道分别检测到故障，需要分别在相应的工作Leaf和保护Leaf通道插入故障指示，下游根据故障指示决定是否进行多播业务的切换，当满足切换条件时，进行主备业务的切换。

(2) 工作Root和保护Root通道同时故障时，节点上所有带选择器端口在其下游多播通道插入故障指示，下游根据故障指示情况，选择较好的一个通道进行传输。

(3) 多播承载节点间配置PW OAM，与单播通道的PW OAM机制一样。

(4) 以太业务OAM，在多播Root和Leaf节点UNI之间配置以太业务的OAM，其检测方式同单播以太业务OAM机制一致。

3.4 eMBMS多播业务的QoS机制

3.4.1 eMBMS多播业务QoS要求

对于eMBMS业务来说，其带宽必须得到保证，以视频业务为例，一旦发生分组丢失或误码将可能导致终端用户显示花屏或者黑屏，影响用户体验，因此eMBMS业务指标要求如表1所示。

3.4.2 多播业务QoS设计原则

对于多播业务来说，通过配置CIR/PIR以保证业务的带宽，对于在L2多播网络上给P2MP通道的Tunnel配置带宽CIR=PIR，CIR是多播业务的平均速率。通过物理链路上流量的监控，通过性能、告警方式给出拥塞预警，提醒客户提前扩容或调整业务路径。

表1 eMBMS业务QoS要求

多播业务的QoS优先级可与现有PTN网络配置相一致，以便于PTN网络的维护管理。

4 结束语

随着各种新型业务的出现，PTN网络作为基础承载网络，除了需要支持eMBMS业务外，其它的多播业务也会相继出现；PTN网络如何选择一种合适的多播解决方案，将直接影响网络的部署、投资、运维管理等多方面。本文针对PTN网络支持多播功能提出了技术方案和部署的解决思路，随着技术的发展和进步，未来的方案将会进一步完善，以更好地支撑多播业务的发展。

PTN bears the eMBMS service and network deployment

WANG Ying-chun, LI Yong
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

AbstractThe PTN backhaul network, bearing the eMBMS service which has been in the agenda, needs to support the multicasting service. Based on the analysis and research of the , this paper proposes the technical scheme of PTN supporting multicasting service.

KeywordseMBMS; PTN; multicast

中图分类号TN915

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）04-0078-04

收稿日期：2016-01-01