LTE Femto網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性分析

LTEFemto網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性分析隨著無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷發(fā)展,TE商用實(shí)在必然°LTE主要關(guān)注2.3GHz、2.6GHz相對(duì)較高的頻段，這種高頻段下使用室外站進(jìn)行室內(nèi)穿透覆蓋的范圍將大大降低；以及用戶對(duì)吞吐量需求不斷提高，覆蓋扇區(qū)小型化趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。根據(jù)Femto論壇2011年5月的調(diào)查，60%回應(yīng)調(diào)查的運(yùn)營(yíng)商都是考慮在LTE的部署當(dāng)中使用小蜂窩。LTEFemto正是這樣一種微微基站，它具有體積小、布網(wǎng)靈活、功耗小、解決室內(nèi)覆蓋的同時(shí)增加容量、成本明顯低于宏基站、自組織等特點(diǎn)，是LTE時(shí)代靈活快速布網(wǎng)非常重要的一個(gè)解決方案。LTEFemto在3GPP中縮寫(xiě)為HeNB(HomeENodeB)，支持LTEeNB(eNodeB)的絕大部分功能，建立在成熟的LTE技術(shù)制式之上，支持TDD(TimeDivisionDuplexing，時(shí)分雙工)/FDD(FrequencyDivisionDuplexing,頻分雙工)兩種雙工方式，提供室內(nèi)高容量解決方案，相對(duì)于2G/3GFemto能夠提供極大豐富的業(yè)務(wù)。LTEFemto網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新變化LTEFemto相比于3GFemto網(wǎng)絡(luò)，HeNBGW(HomeENodeBGateway)是可選設(shè)備。當(dāng)不部署HeNBGW時(shí)，HeNB直接通過(guò)S1接口連接MME(MobilityManagementEntity/S-GW(ServingGateway)。當(dāng)部署HeNBGW時(shí)，HeNB先通過(guò)SI接口連接到HeNBGW，HeNBGW仍然通過(guò)S1接口連接到MME/S-GW；對(duì)HeNB而言，HeNBGW即是MME/S-GW；對(duì)MME/S-GW而言，HeNBGW即是HeNB。S1接口的定義和功能完全相同：包括eNB和MME/S-GW之間、HeNB和MME/S-GW之間、HeNB和HeNBGW之間、HeNBGW和MME/S-GW之間。相鄰HeNB之間支持X2接口；當(dāng)HeNB支持LIPA(LocalIPAccess，本地IP接入)功能時(shí)，支持和MME/S-GW之間的S5接口。LTEFemto網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)是否配置HeNBGW以及HeNBGW功能的不同，3GPPTR23.830標(biāo)準(zhǔn)定義了3種HeNB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)已有的基礎(chǔ)設(shè)施、Femto部署進(jìn)程、部署范圍和數(shù)量等進(jìn)行選擇。配置HeNBGW；■:-!；LiiL^i|；■:-!；LiiL^i|ha■-TE—uHSSCl^Q^W-3~*?w-ii*—"iHfeNSS-GW此結(jié)構(gòu)中專門(mén)設(shè)置了HeNBGW,如圖所示。HeNBGW提供SI接口控制面和用尸面數(shù)據(jù)的聚合分發(fā)、HeNB/UE的注冊(cè)和接入控制功能。HeNB和HeNBGW之間的安全性由SeGW(SecurityGateway)保證，SeGW既可是一個(gè)單獨(dú)的物理實(shí)體，也可與HeNBGW合并。優(yōu)點(diǎn)ControlTransmissionProtocol,流控制傳輸協(xié)議，兼有TCP和UDP的特點(diǎn))連接，HeNBGW和每個(gè)HeNB之間都會(huì)建立一條SCTP連接。這樣帶來(lái)的好處是：新增HeNB時(shí)不會(huì)影響到MME，MME上的SCTP心跳消息數(shù)不會(huì)增加，因此不會(huì)增加MME負(fù)荷。用戶頻繁開(kāi)關(guān)HeNB產(chǎn)生的SCTP連接建立和釋放消息，由HeNBGW處理，不會(huì)發(fā)送到MME,避免增加MME的CPU負(fù)載°S-GW上的GTPCGPRSTunnellingProtocol)/UDP/IP連接測(cè)量需求少，S-GW需要處理的UDP/IP通道和GTP回顯消息少，新增HeNB時(shí)不會(huì)影響到S-GW。HeNB不需要支持Sl-Flex接口(允許一個(gè)eNB連接到多個(gè)MME/S-GWP00L，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、冗災(zāi)等)，且會(huì)減少S1連接，可以簡(jiǎn)化HeNB實(shí)現(xiàn)。HeNB不知道MME和S-GWIP地址，EPC(EvolvedPacketCore)的IP地址空間更加安全。HeNBGW可以實(shí)現(xiàn)尋呼優(yōu)化。HeNBGW可實(shí)現(xiàn)DoS(DenialofService)服務(wù)來(lái)保護(hù)EPC，實(shí)現(xiàn)QoS，檢測(cè)過(guò)濾業(yè)務(wù)攻擊；HeNBGW可實(shí)現(xiàn)切換優(yōu)化，HeNB之間切換時(shí)，MME和S-GW用戶面的消息交換減少(EPC不需要知道HeNB接入小區(qū)的變化)；HeNBGW可實(shí)現(xiàn)故障處理優(yōu)化，避免MME處理大量的HeNB故障消息，如HeNB電源故障。部分業(yè)務(wù)如SIPTO(SelectedIPTrafficOffload，IP數(shù)據(jù)分流，指用戶的業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)，直接從HeNB分流)可終止在HeNBGW，本地S-GW和P-GW(PDNGateway)中支持SIPTO的功能可直接在HeNBGW實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)HeNB—次只能連接到一個(gè)HeNBGW,減少了冗余備份和負(fù)載分擔(dān)的能力。HeNBGW需要轉(zhuǎn)發(fā)HeNB到MME、ME到HeNB的GTP-U/T-PDU數(shù)據(jù),GW的負(fù)荷會(huì)隨著U-Plane的業(yè)務(wù)量成比例增加。應(yīng)用場(chǎng)景這種結(jié)構(gòu)和3GHNB的結(jié)構(gòu)相似，控制面和用戶面都在GW聚合分發(fā)。如果HNBGW和HeNBGW在相同的硬件上實(shí)現(xiàn)，則可重用已有的3GHNBGW設(shè)備，充分利用現(xiàn)有資源，快速、低成本地部署LTEHeNB，適合已經(jīng)部署3GHNB且希望能夠融合LTEHeNB網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景。如果運(yùn)營(yíng)商在某一較集中的范圍內(nèi)部署大規(guī)模的HeNB，大量HeNB產(chǎn)生的大量SCTP消息和UDP/IP通道會(huì)對(duì)MME/S-GW性能負(fù)荷提出更高的要求，部署一個(gè)獨(dú)立的HeNBGW來(lái)處理這些大量的消息和通道，將會(huì)減少HeNB數(shù)量的增加對(duì)MME/S-GW的影響。未配置HeNBGW|_工丄_S-G'A此結(jié)構(gòu)中沒(méi)有未配置HeNBGW|_工丄_S-G'A此結(jié)構(gòu)中沒(méi)有HeNBGW實(shí)體，如圖所示。HeNB直接連接到MME或S-GW，沒(méi)有GW的聚合轉(zhuǎn)發(fā)功能。HeNB可以支持Sl-Flex接口，連接到多個(gè)MME/S-GW。優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)故障點(diǎn)少，且不會(huì)出現(xiàn)GW單點(diǎn)故障。如果一個(gè)HeNB故障，不會(huì)影響到其他HeNB；而第1種結(jié)構(gòu)中，如果GW故障，則會(huì)影響到該GW下所有的HeNB。扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和eNB結(jié)構(gòu)類似，包括支持Sl-Flex。HeNB直接通過(guò)S1接口和MME/S-GW相連，不需要GW處理，減少系統(tǒng)級(jí)處理，降低時(shí)延。前向兼容性好，HeNB支持新特性需要升級(jí)時(shí)，不用考慮是否需要升級(jí)HeNBGW支持S1接口°HeNBGW支持SIPTO的功能部分可集中部署到SIPTO網(wǎng)關(guān)上。缺點(diǎn)不提供SCTP/GTP-U（用戶層面的GPRS隧道協(xié)議）的集中連接，在新增大量HeNB時(shí)，SCTP心跳消息（每個(gè)SCTP連接）可能會(huì)導(dǎo)致MME超負(fù)荷運(yùn)行。用戶頻繁開(kāi)關(guān)HeNB時(shí)，產(chǎn)生的SCTP連接建立和釋放消息，會(huì)增加MMECPU負(fù)荷。新增大量HeNB時(shí)，UDP/IP數(shù)據(jù)、GTP-echo消息可能會(huì)導(dǎo)致S-GW超負(fù)荷。MME/S-GW超負(fù)荷時(shí)，需要另外部署MME/S-GW處理。如果新部署MME/S-GW,則由于要支持HeNB和eNB的切換，需要考慮新部署MME/S-GW和原MME/S-GW之間的互聯(lián)關(guān)系。HeNB的數(shù)量由MME和S-GW的處理能力決定。HeNB支持Sl-Flex功能，將會(huì)導(dǎo)致HeNB更加復(fù)雜。應(yīng)用場(chǎng)景這種結(jié)構(gòu)適合小規(guī)模數(shù)量HeNB或HeNB位置分散的網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)導(dǎo)致MME/S-GW超負(fù)荷。在LTEFemto發(fā)展初期，HeNB數(shù)量少，無(wú)法利用已有3GHeNBGW時(shí)；以及HeNB用于熱點(diǎn)覆蓋、補(bǔ)盲應(yīng)用，HeNB的位置比較分散時(shí)，可以選擇此結(jié)構(gòu)，將HeNB直接連接到MME/S-GW，與eNB使用共同的核心網(wǎng)設(shè)備，而不需要新部署HeNBGW。HeNBGW用于控制平面匚兇拠也LT：lluCSGHeNBGW用于控制平面匚兇拠也LT：lluCSG卜IgMESGWHeNB此結(jié)構(gòu)中HeNBGW只用于控制平面，如圖所示。HeNBGW只對(duì)S1-MME進(jìn)行聚合轉(zhuǎn)發(fā)。HeNB的用戶面接口S1-U直連到S-GW，和eNB的S1-U一樣。S1-MME接口方面的優(yōu)點(diǎn)和第1種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)相同:新增HeNB時(shí)不會(huì)影響到MME,MME上的SCTP心跳消息數(shù)不會(huì)增加，不會(huì)增加MME負(fù)荷。用戶頻繁開(kāi)關(guān)HeNB產(chǎn)生的SCTP連接建立和釋放消息，由HeNBGW處理，不會(huì)發(fā)送到MME，因此不會(huì)增加MME的CPU負(fù)載。HeNB不需要支持S1-Flex接口，且會(huì)減少S1C-Plane連接，可以簡(jiǎn)化HeNB實(shí)現(xiàn)。HeNBGW可實(shí)現(xiàn)尋呼優(yōu)化、故障處理優(yōu)化，避免MME處理大量的HeNB故障消息，如HeNB電源故障。HeNBGW可實(shí)現(xiàn)切換優(yōu)化，同一GW下的HeNB之間切換可由GW處理，減少M(fèi)ME/S-GW消息處理過(guò)程。HeNBGW可以做進(jìn)一步的優(yōu)化，如HeNBGW可以作為X2接口的控制器，減少HeNB的接口數(shù)量（X2接口本來(lái)由eNB實(shí)現(xiàn)）。S1-U接口有更少的故障點(diǎn)、更小的單點(diǎn)故障可能性。U-Plane具有更低的時(shí)延和系統(tǒng)級(jí)處理。缺點(diǎn)不提供GTP-U的集中連接，新增大量HeNB時(shí)，UDP/IP數(shù)據(jù)、GTP-echo消息會(huì)導(dǎo)致S-GW超負(fù)荷。當(dāng)S-GW超負(fù)荷時(shí)，需要另外部署S-GW處理。在C-Plane，HeNB一次只能連接到一個(gè)HeNBGW,減少了冗余備份和負(fù)載分擔(dān)的能力。應(yīng)用場(chǎng)景這種結(jié)構(gòu)中HeNBGW只實(shí)現(xiàn)S1-MME接口，不支持S1-U接口，比第1種結(jié)構(gòu)中GW的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；由于GW提供S1-MME的集中連接，當(dāng)HeNB數(shù)量增加時(shí)，可以在S-GW優(yōu)化U-Plane連接處理，保證S-GW不超負(fù)荷，因此能支持的HeNB數(shù)量比第2種結(jié)構(gòu)多，但比第1種結(jié)構(gòu)少。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中已部署3GHNBGW設(shè)備，HeNB數(shù)量中等（介于前兩種結(jié)構(gòu)支持的HeNB數(shù)量之間），可以