LTE Transzport hálózat Moldován István
[email protected] BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK
LTE Rendszer Arhitektúra BME-TMIT
S11
S5
MME
P-GW
S-GW
S1-c
X2
S1-u
-u S1
S1 -c
S1-u
S1-c
SAE-GW
Evolved Packet Core (EPC)
eNB X2
X2
eNB
eNB
Jelölések: MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: Packet Gateway SAE-GW: System Architecture Evolution Gateway eNB: enhanced NodeB
LTE Protokoll Arhitektúra BME-TMIT
SAE-GW
User Plane
eNB
S-GW
Control Plane
eNB
P-GW MME
IP kapcsolatok az User/Control és Management Plane-en BME-TMIT
IP alapú protokoll stackek az olcsó transzport és egyszerűbb tervezés és menedzsmnet miatt
eNB 2
Inter-eNB connection (X2)
X2-u/c
S1-c (S1_MME) MME
IP
S1-u SAE-GW
O&M eNB1
NetAct
Az LTE csak „hard” handovert támogat (egyidejűleg csak 1 eNB-hez kapcsolódik)
Handover over X2 - Principle BME-TMIT
Target eNB
Target eNB
Target eNB
S1-u
X2-u S-GW
S1-u
S1-u
Source eNB
Before
Source eNB
During
S-GW
S-GW
Source eNB
After
30…50ms radio link szakadás HO alatt → optimálisan az X2 késleltetés kevesebb vagy egyenlő a rádiós link szakadás idejével
Handover over X2 - Kapacitás BME-TMIT
Target eNB
Target eNB X2-u
S1-u
Source eNB
S-GW
S1-u
S-GW
Source eNB
During HO (1) Source eNB: Target eNB:
During HO (2)
X2 DL traffic kitölti az enyhén foglalt UL linket (feltételezve hogy a felhasználói forgalom asszimmerikus és a link szimmetrikus) → extra kapacitás nem feltétlen szükséges Rövid idejű torlódás az X2 DL és S1 DL linken (csomagvesztés lehetséges), de az eNB limitálja a throughputot → minimizálni kell az X2 idejét → némi extra kapacitás szükséges lehet
LTE S1 és X2 kapcsolat scenario-k BME-TMIT
●
Physical connectivity matches logical requirement ●
●
Physical connectivity follows S1 hub/spoke connectivity ● ●
●
Will be very expensive High peak data-rate of X2 may have a significant impact on capacity Delay and delay variation considerations
A level of physical meshing between access edge and core ●
Allows optimal flexibility and scalability SGW/MME
SGW/MME
SGW/MME
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
Transport Function
eNB
eNB
eNB
eNB
eNB
eNB
Blue = S1 Interface
Red = X2 Interface
Mobile Backhaul: két entitás BME-TMIT
● Mobile backhaul - Wireless Provider és Backhaul Provider ● Mindkettő lehet egy szolgáltató tulajdona ● Szolgáltatások és pénzmozgások a kettő közt ● Két hálózat – két követelmény rendszer Mobile Switching Center
Cell Site
Backhaul Network
BTS NodeB eNodeB
BSC RNC S-GW
Wireless Provider BTS NodeB eNodeB
Cell Site
CE
Service Layer Transport Layer Backhaul Provider
CE
BSC RNC S-GW
Mobile Switching Center
E2E Architecture and Connectivity BME-TMIT
eNB Group eNBs with high HO probability within one group
eNB 11
eNB 12
Mobile Backhaul
Core
Network
Network
X2-u/c
MME S1-u/c Small or no HO probability between eNB groups
eNB 21
eNB 22
SAE-GW
Forrás: NSN
A maghálózat IP/MPLS BME-TMIT
eNB Group eNB 11
Mobile Backhaul
Core
Network
Network
eNB 12
MME eNB 21
eNB 22
SAE-GW
Forrás: NSN
A Wireless backhaul BME-TMIT
eNB Group eNB 11
Mobile Backhaul
Core
Network
Network
Mikrohullám
eNB 12
Réz (T1)
MME
eNB 21
Réz SAE-GW
eNB 22
Optikai Forrás: NSN
A Mobil Backhaul Követelményei BME-TMIT
Mobile Backhaul Network
-IP kapcsolat -Control plane -User Plane – megnövekedett forgalom! - QoS követelmények biztosítása -Késleltetés -Jitter, Csomagvesztés -A megfelelő sávszélesség biztosítása -Méretezés -Menedzsment -Hiba és performancia
Ugyanakkor adott: Ethernet kapcsolódási pontok
Technológiai alternatívák BME-TMIT
● IP: IP útvonalválasztás, címzés ● IP/MPLS: IP címzés, MPLS tunneleken ● MPLS-TP: transport MPLS
● Ethernet: L2 címzés, VLAN-ok ● Carrier Ethernet (CET): Ethernet VPN-ek ● IP/MPLS/Ethernet: Ethernet VPN IP/MPLS felett – P2P – P2MP
● … és ezek mindenféle kombinációja
[email protected]
13
BME-TMIT
Intermezzo
ETHERNET SZOLGÁLTATÁSOK
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
14
Carrier Ethernet (CET) BME-TMIT
Standardized Services • MEF 6.1 Service Definitions • MEF 10.2 Service Attributes
Deterministic QoS
Scalability
• Lowest Delay, Delay Variation, Loss • Bandwidth Resource Reservation • Connection Admission Control
• Layer 2 Aggregation • Statistical Multiplexing COE
Ethernet OAM
• 802.3ah Link Fault Management • Y.1731 Service Fault Management
Security
Reliability / Availability • G.8031 50ms EVC Protection • 802.3ad UNI & ENNI Protection
• Bridging disabled-MAC DoS attacks mitigated • Completely Layer 2 - no IP vulnerabilities
VPN szolgáltatások BME-TMIT
● L3 VPN – IPVPN, VPRN ● IP szintű kapcsolatot biztosít a végpontok között ● A csomagok routing segítségével jutnak célba
● L2 VPN – VLL vagy PW ● Pont-pont kapcsolat
● L2 VPN – TLS, VPLS ● Ethernet szintű kapcsolat a végpontok közt ● Bridging – A két végpont egyetlen LAN-t lát
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
16
Ethernet szolgáltatások BME-TMIT
● E-Line (MEF) [ITU: Ethernet Virtual Private Line EVPL, IETF: Virtual Private Wire Service, VPWS] ● Bérelt vonali szolgáltatás: PW ● Pont-pont kapcsolat
● E-LAN (MEF) [ITU: Ethernet Virtual Private LAN EVPLAN, IETF: Virtual Private LAN Service, VPLS] ● Virtuális LAN szolgáltatás ● Multipont-multipont
● UNI-kapcsolódási pont
Forrás: MEF
● Virtuális kapcsolat - EVC
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
17
P2P versus MP Connectivity BME-TMIT
● P2P ●
● Three generations of Ethernet customer edge (CE) end point or node are able to communicate to a single other CE nodes.
● P2MP (a.k.a. hub-and-spoke) ●
● ● ●
● MP by nature
end customer designates one CE node to be the hub that multiplexes multiple point-to-point services over a single User-Network Interface (UNI) to reach multiple "spoke" CE nodes. This means that each spoke ● can reach any other spoke only by communicating through the hub.
●
CSMA/CD: – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
●
Full-Duplex (on P2P links) – L2 and L3 communication = MP
L2/L3 protocols ●
● MP ●
FE: CSMA/CD* GE: CSMA/CD + Full-Duplex 10GE: Full-duplex Only
assumes MP connectivity by default on Ethernet interfaces
CE end point or node is able to communicate directly and independently to all other CE nodes.
.1 .3
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
.2 .4
.5
18
VPLS hálózat BME-TMIT VPLS -A VPLS -B PE CE-1 CE-2’
PE
VPLS -B
Service Provider Backbone
CE-1’
PE VPLS -A
Emulated LAN
Bridged LAN
CE-2
Customer Edges (CE): kliens oldali eszköz, tipikusan Etherneten csatlakozik Provider Edges (PE): itt található a VPLS inteligencia, kezdő/végső pont Core: csak a továbbításban vesz részt
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
19
VPLS rendszer példa BME-TMIT
Full Mesh alagutak a PE-k között - nem feltétlen fizikai, sőt! PE-k egy virtuális bridge-t mutatnak a CE-k felé
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
20
VPLS Működési elv BME-TMIT
● VPLS instance : Service–identifier (Svc-id) ● Full mesh tunnelek kialakítása ● Célzott LDP üzenetekkel
● Csomag továbbítás: tanuló bridge ● Ismeretlen cél: broadcast az összes tunnelre ● Split-horizon: soha nen továbbít oda, ahonnan érkezett – a hurkok ellen
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
21
VPLS – csomagtovábbítás BME-TMIT E.g ARP-request
CE
CE PE
PE
CE
MPLS core
E.g ARP-reply
CE PE
PE
CE
MPLS core
[email protected]
CE
● Flooding (Broadcast, Multicast, Unknown Unicast) ● Dynamic learning of MAC addresses on PHY and VCs ● Forwarding – Physical Port – Virtual Circuit
LTE Transzport
22
VPLS skálázhatóság - hierarchia BME-TMIT
● MTU - Multi-Tenant Unit: több felhasználó által bérelt eszköz, bridge ● MTU-ig kiterjeszthető a VPLS ● MAC/VLAN skálázhatóság megnő ● Komplexebb MTU
● Hierarchikus VPLS ● PE-k között „HUB” pseudowire-k (hub PW) ● MTU-PE között „spoke” PW – Spoke PW lehet QiQ, MPLS, …
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
23
Hierarchikus VPLS BME-TMIT
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
24
Ethernet UNI – sok jellemző BME-TMIT
●
Ethernet UNI az a pont ahol a felhasználói forgalom belép a szolgáltató hálózatába
● ITU-T G.8012/Y.1308 ● Carry informational elements of 3 planes: ● Data (or User) Plane* ● Control Plane (e.g., related to BPDUs etc.) ● Management Plane
● "Standard IEEE 802.3 Ethernet PHY&MAC" ● Functions of the Ethernet UNI include: ● ● ● ● ● ●
Customer separation (Security) Rate policing (Bandwidth, BW granularity) Marking** (CoS transparency) Queuing*** (PQ+CBWFQ) Accounting (operational statistics) other (e.g. filtering, OAM, L2CP, VLAN transparency, etc.)
● Not provided at the UNI:
*optionally including a DCN supporting management and control plane communications **802.1p (8 Class of Service) ***802.1p default = PQ
● Synchronization (CES)
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
25
Technológiai Opciók BME-TMIT
Nem routolt
Routolt Static PW/MPLS
IP/MPLS
T-MPLS MPLS-TP
PBB-TE
VLAN Tag Switching
IP/MPLS-alapú
IS-IS, OSPF, BGP, IP addressing, BFD MPLS LSP
PW Eth
Ethernet+PW+LSP
MPLS-TP-alapú MPLS-TP LSP
PW
Eth
BFD, RSVP-TE/LDP, FRR T-LDP/BFD, VCCV 802.1ag, 802.3ah, Y.1731
(3) Data Plane Layers 1)Ethernet 2)Pseudowire (PW) 3)LSP (1) Control Plane Layer • IP
PW Eth
Ethernet+PW+LSP
PW Eth
BFD, Protection Protocol BFD, VCCV 802.1ag, 802.3ah, Y.1731
(3) Data Plane Layers 1)Ethernet 2)Pseudowire (PW) 3)LSP
Ethernet-alapú
S-VLAN or PBB-TE Tunnel Eth
Ethernet
Eth
G.8031, 802.1ag, 802.3ah, Y.1731
(1) Data Plane Layer • Ethernet
L2 Mobile Backhaul - E-Line BME-TMIT
eNB Group eNB 11
UNI
Mobile Backhaul
Core
Network
Network
EVC 11 (E-Line) UNI
eNB 12
UNI
EVC 12 (E-Line) MME
eNB 21
eNB 22
UNI
UNI
EVC 21 (E-Line) SAE-GW EVC 22 (E-Line)
X2 routing between eNBs within one group and between eNB groups
Forrás: NSN
L2 MBH - E-LAN BME-TMIT
eNB Group eNB 11
eNB 12
UNI
Mobile Backhaul
Core
Network
Network
EVC 1 (E-LAN)
UNI
UNI MME
eNB 21
eNB 22
UNI EVC 2 (E-LAN)
SAE-GW
UNI
X2 switching between eNBs of one group
X2 routing between eNB groups
Forrás: NSN
L2 Access és Aggregációs hálózat – Logikai felépítés BME-TMIT
Access Network
eNB Group eNB 11
UNI
Aggregation
Core
Network
Network
UNI eNB 12
UNI MME
eNB 21
eNB 22
UNI
UNI
SAE-GW
Forrás: NSN
L2 Access és Aggregációs hálózat – Fizikai felépítés BME-TMIT
Access Network eNB 11
Aggregation
Core
Network
Network
eNB 12 MME eNB 21
eNB 22
SAE-GW
Forrás: NSN
Carrier Ethernet Transport for Backhaul, IP/MPLS for Core BME-TMIT
Access Network
eNB 11
Aggregation
Core
Network
Network
eNB 12
VLAN Eth
eNB 21
VLAN Eth PW MPLS Eth
VLAN Eth
MME
SAE-GW
eNB 22
Carrier Ethernet Transport eNB / eNB group identification with VLAN
IP/MPLS Forrás: NSN
Alternatíva: L2 Access & L3 Hozzáférés BME-TMIT
Access Network
eNB Group eNB 11
UNI
Aggregation
Core
Network
Network
UNI eNB 12
UNI MME
eNB 21
eNB 22
UNI
SAE-GW
UNI
X2 switching between eNBs of one group
X2 routing between eNB groups
Forrás: NSN
Hálózat választás- VLAN BME-TMIT
Virtuálisan szétválasztott menedzsment és user forgalmak
UNI U/CPlane UNI
EVC/VLAN 1
Ethernet
IP IP Router
MME
SAE-GW
EVC/VLAN 2 eNB UNI MPlane Mgmt
● IEEE 802.1q VLAN ID‘s are configurable ● With dedicated VLAN, M-plane traffic can be optionally assigned to a separate IP subnet (requires second IP address at Flexi Multiradio BTS)
Útvonalválasztás - VLAN BME-TMIT
Ethernet alapú EVC útvonal választás a szolgáltatások szétválasztására
UNI
Ethernet
UNI
MME
EVC/VLAN 1
IP eNB
Ethernet switch UNI
Ethernet EVC/VLAN 2
IP UNIRouter
SAE-GW
Mgmt
Útvonal választás - PBR BME-TMIT
Policy alapú útvonalválasztás a különböző szolgáltatások számára DSCP based PBR
DSCP based PBR
IP MME
IP eNB
IP Router with PBR support
IP
IP Router with PBR support
SAE-GW
Mgmt
● Policy Based Routing (PBR) based upon DSCP look-up
Ethernet kapcsoló – eNB daisy chain BME-TMIT
integrated Ethernet switch
eNB
IP / Ethernet
Eth Eth
MME Other Base Station
SAE-GW
FE/GE Eth
Other Controller / GW
● QoS aware Ethernet switching between 3 ports or 2 ports ● Policing of traffic from daisy-chained BTS ● Shaping of the aggregated traffic on the uplink interface according to the SLA ● VLAN IDs are transparent to the switch (VLAN IDs are not changed) ● Daisy-chaining between different sites also possible
User IPv4 az LTE Transport IPv4 felett BME-TMIT
eNB
UE
Security GW (opcionális)
User App
SAE-GW
Internet Operator Services
User App
IPv4
(User) IP
(User) IP
GTP-U
GTP-U
UDP
UDP
IPv4
(LTE App) IP
IPv4
Server
(LTE App) IP
IPSec
PDCP
PDCP
IPSec
LTE MAC
LTE MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
LTE PHY
LTE PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
eNB Interface address független az
eNB application address -től
A GTP-u tunnelezés megengedi hogy a felhasználói IP címek privát címek legyenek
User IPv6 az LTE Transport IPv4 felett BME-TMIT
eNB
UE
Security GW (optional)
User App
SAE-GW
(User) IP
GTP-U
GTP-U
UDP
UDP
IPv4
(LTE App) IP
IPv4
Server User App
IPv4/IPv6
(User) IP
Internet Operator Services
(LTE App) IP
IPSec
PDCP
PDCP
IPSec
LTE MAC
LTE MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
Eth MAC
LTE PHY
LTE PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Eth PHY
Transparens az LTE transzport network számára
Összefoglalás BME-TMIT
● Az LTE transzport hálózat nagy szabadságot enged az implementációra ● Sokféle technológia alkalmazható
● Ethernet szolgáltatásokkal hatékonyan lehet megvalósítani ● A különböző technológiák aránya esetenként és szolgáltatónként változó
[email protected]
LTE Transport
39
BME-TMIT
Köszönöm a figyelmet!
[email protected]
40
Források BME-TMIT
● Torsten Musiol : LTE Transport, 18-May-2009 ● MEF: Carrier Ethernet for Mobile Backhaul ● Light Reading: LTE Backhaul:New Architectures for All-IP
[email protected]
Ethernet Szolgáltatások
41
