BFD技术在LTE网络中的应用研究

摘要

LTE网络是目前移动通信的主流网络,采用全IP网络结构。其中,无线接入网E-UTRAN采用1Ge和10Ge的宽带组网。随着手机用户数量的爆炸式增长及各种应用的普及流行,通过LTE网络单位时间内传输的用户业务数据量越来越大,同时,用户应用对网络故障和时延的敏感度越来越高,给LTE网络的可靠性带来巨大挑战。如何保证网络链路故障的快速检测、定位与切换,是保证LTE网络可靠性的关键问题。 当前,无线接入网设备eNodeB采用的故障检测机制是基于硬件接口光信号或者电信号的检测机制,只能提供基于本地接口的状态检测能力,无法提供eNodeB和MME之间链路、eNodeB和SGW之间链路的端到端链路故障检测能力。一旦链路故障出现在不和该物理接口直接相连的位置,eNodeB等网元的故障检测和链路切换时延大(达到秒级),不能满足LTE网络可靠性保证要求(低于100ms)。 针对上述问题,首先建立了LTE网络的链路故障恢复的时间模型,分析了业务从中断到恢复的端到端处理流程，找出了链路故障恢复时间的关键点,提出了链路检测时延的关键性能指标要求。该时间模型包括四个关键时间--故障检测时间、链路故障保持时间、链路切换时间及应用恢复时间。其中,故障检测时间的长短直接影响链路恢复的效率,目前在LTE网络中的检测时延长,对业务恢复的影响大。因此,本文重点针对该关键问题开展研究。进一步结合业务需求分析,对于时延敏感型业务的链路故障，业务在200ms以内恢复,用户不感知。因此,基于建模分析,提出链路检测时间的指标小于100ms。 其次，针对链路检测时间长的问题,提出了采用BFD协议的链路检测机制,分析了该机制的可行性,提出面临的关键技术,即毫秒级的BFD控制报文收发问题。最后,提出了与LTE网络链路故障恢复流程结合的实现方案,通过实际测试,性能达到毫秒级,大幅提升了网络性能。 通过详细分析BFD协议报文结构、检测模式、状态机、协议工作流程,以及在LTE网络中部署的可行性及面临的问题,进一步提出了在LTE系统中的具体实现技术方案,依托eNodeB已有的软硬件功能,在eNodeB软件系统中增加BFD链路保护功能,包括BFD链路检测功能、BFD会话管理功能和BFD链路切换功能。其中,作为解决链路检测关键问题的BFD链路检测模块由主线程控制子模块、定时器及链路检测子模块、报文接收和解析子模块及基础功能子模块组成。为保证毫秒级的链路检测时延要求,通过实现毫秒级的BFD控制报文收发技术,实际测试结果满足了时延检测时延小于100ms,且不影响eNodeB系统原有功能的性能要求。 通过上述研究,解决了当前LTE网络中链路故障恢复时间长的问题,保证了链路故障检测的快速性和链路切换的及时性,进而保证了底层链路的稳定连通。经实际系统测试，eNodeB系统中基于BFD技术的链路保护机制具备了100ms以内链路快速检测能力,优化了LTE无线接入网链路检测机制。该技术的研究及应用对于提高无线接入网可靠性、提升用户体验、增强用户粘性具有重要的实用价值。

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