市場趨勢

　　LTE（Long Term Evolution,長期演進）項目是3G的演進，始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的標準，它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡演進的標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。3GPP長期演進（LTE）項目是近兩年來3GPP啟動的的新技術(shù)研發(fā)項目，這種以OFDM/FDMA為的技術(shù)可以被看作"準4G"技術(shù)。3GPP LTE項目的主要性能目標包括：在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行100Mbps、上行50Mbps的峰值速率；改善小區(qū)邊緣用戶的性能；提高小區(qū)容量；降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms,控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時間低于50ms,從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時間小于100ms;支持100Km半徑的小區(qū)覆蓋；能夠為350Km/h高速移動用戶提供>100kbps的接入服務；支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。

　　預計 LTE 初期部署始于 2010 年，Verizon、NTT Docomo、 Teliasonera、Telenor 是批部署的運營商。依據(jù) GSA Report,1已經(jīng)有 39 家運營商承諾部署 LTE.預計這個數(shù)字在接下來的五年里會顯著增大，因為 LTE 將繼續(xù)作為可供運營商滿足用戶日益增長的對更高數(shù)據(jù)傳輸速率的需求的。

　　但是，也有會影響在世界范圍內(nèi)部署 LTE 的障礙。LTE 是一種新的復雜技術(shù)，需要原始設備制造商 （OEM） 進行巨額投資。估計從頭建立 LTE 節(jié)點，OEM 需要至少 18-24 個月才能完成開發(fā)、集成、測試、實驗室試用、現(xiàn)場試用等各個階段。此外，這些節(jié)點需要高得驚人的數(shù)億美元投資。由于近的經(jīng)濟低迷，大多數(shù) OEM 已經(jīng)減少了他們的研發(fā) （R&D） 投資，這當然也影響了很多供應商的 LTE 計劃。很多的 OEM 已經(jīng)延遲了他們的開發(fā)計劃，并且尋求代替品以進行內(nèi)部開發(fā)，其中成本優(yōu)化是一個關鍵條件。

　　OEM 面臨的挑戰(zhàn)與要求

　　OEM生產(chǎn)，即代工生產(chǎn)，也稱為定點生產(chǎn)，俗稱代工，基本含義為品牌生產(chǎn)者不直接生產(chǎn)產(chǎn)品，而是利用自己掌握的關鍵的技術(shù)負責設計和開發(fā)新產(chǎn)品，控制銷售渠道，具體的加工任務通過合同訂購的方式委托同類產(chǎn)品的其他廠家生產(chǎn)。之后將所訂產(chǎn)品低價買斷，并直接貼上自己的品牌商標。這種委托他人生產(chǎn)的合作方式簡稱OEM,承接加工任務的制造商被稱為OEM廠商，其生產(chǎn)的產(chǎn)品被稱為OEM產(chǎn)品?？梢姡c生產(chǎn)屬于加工貿(mào)易中的"代工生產(chǎn)"方式，在國際貿(mào)易中是以商品為載體的勞務出口。

　　對于 LTE 基礎設施的開發(fā)，OEM 正面臨著若干挑戰(zhàn)與要求。以下列出在滿足運營商需求的過程中 OEM 面臨的某些主要挑戰(zhàn)與要求。

　　上市時間

　　隨著用戶對應用越來越了解，并且表現(xiàn)出對使用需要高帶寬和高品質(zhì)體驗的新服務做出越來越充分的準備，服務提供商既看到了機遇，也看到了威脅。部署新服務增加每單元平均收入 （ARPU） 是機遇，如果不能及時部署新功能并提供這些服務則面臨威脅，競爭會"吃掉他們的蛋糕"! 這正在驅(qū)使運營商縮短他們的上市時間，因為他們希望能夠首先啟用并體驗更大的帶寬服務。這反過來又會推動 OEM 做相同的事情。依據(jù) GSA Report,1在 2010 年結(jié)束前有 14 個 LTE 網(wǎng)絡會投入服務。大多數(shù) OEM 仍在從經(jīng)濟低迷中恢復，并且已經(jīng)減少了他們的研發(fā)支出。在這種情況下，OEM（一流公司除外）不太可能在要求的時間內(nèi)提供可行的 LTE 解決方案-尤其如果他們從頭開始的話。這些 OEM 正在尋求代替解決方案，這些解決方案既能幫助他們滿足上市時間要求，又能減少需要的投資水平。使用能實現(xiàn)所需可擴展性和靈活性的基于構(gòu)建塊的預集成框架，能夠幫助縮短開發(fā)周期。

　　減少初始投資

　　盡管通過電信服務提供商網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量正在呈指數(shù)增長，但是 ARPU 仍然保持在相對平坦的水平。請參閱來自 GSA Report 的圖 1.

      圖 1. 預期流量增

　　因此，服務提供商面臨將任何網(wǎng)絡擴展貨幣化的挑戰(zhàn)。如果運營商要求資本支出水平，這會限制 OEM 建立更加靈活且可擴展性更好的解決方案，這些解決方案能夠在初期滿足數(shù)以千計的用戶的需要，然后可依據(jù)市場需求擴展。預計 LTE 部署始于 2010 年，而用戶的實際增長將在接下來的三至四年里出現(xiàn)。依據(jù) Juniper Research,2 到 2014 年年底，將會有一億 LTE 用戶。這正在推動對初始同位置 LTE 分組演進 （EPC） 節(jié)點的需求，這種節(jié)點只為一組有限的用戶服務，并且之后能夠擴展以滿足用戶增長。這些節(jié)點將隨著帶寬需求的增長而逐步擴展。分布式 EPC 節(jié)點還能提供更好的覆蓋范圍和地理位置冗余。同位置節(jié)點和分布式節(jié)點將服務于同一區(qū)域， 并且將不斷地從現(xiàn)有部署進行擴張。

　　與原有網(wǎng)絡的相互作用

　　OEM 需要確保正在建立的新 LTE 節(jié)點能夠與原來的網(wǎng)絡節(jié)點相互作用。LTE EPC 基礎設施內(nèi)的移動性管理實體 （MME） 必須在用戶從 2G/3G 網(wǎng)絡路由區(qū)域移入 LTE 區(qū)域時能夠處理用戶環(huán)境。同樣，如果用戶正期待連接到一個接入點名稱 （APN），運營商可能希望單個分組網(wǎng)關 （PGQ） 擔當 GGSN.在被名為調(diào)用服務網(wǎng)關 （SGW） 的 LTE EPC 元素請求時，擔當 PGW 的同時，在被 SGSN 請求時，PGW 也可起到 APN 的作用。因此，EPC 元素必須允許與原來的 2G/3G 網(wǎng)絡以及 CDMA 網(wǎng)絡具有無縫互用性。

　　語音和短信 （SMS） 支持

　　SMS 是一種存儲和轉(zhuǎn)發(fā)服務。也就是說，短消息并不是直接從發(fā)送人發(fā)送到接收人，而始終通過 SMS 中心進行轉(zhuǎn)發(fā)。如果接收人處于未連接狀態(tài)（可能電話已關閉），則消息將在接收人再次連接時發(fā)送。短信息應用于內(nèi)部管理，業(yè)務系統(tǒng)和客戶服務系統(tǒng)： A公司在全國已有100多個業(yè)務劃分區(qū)域，日常工作中有大量諸如新商品信息、價格調(diào)整等業(yè)務資訊需要及時提供給所有區(qū)域經(jīng)理，在應用短信息之前，主要通過電話或Email來完成這些事情，需要投入大量的人力來完成這些工作，并且還經(jīng)常由于各種因素的影響而出現(xiàn)延誤的現(xiàn)象，現(xiàn)在用短信息則可以快捷和輕松地完成這部分工作。

　　對可定制構(gòu)建塊的需要

　　OEM 的大多數(shù)增值項目是應用空間，但是他們通常還擁有為了在市場中脫穎而出而開發(fā)和維護的專有元素。在某些情形下，服務提供商的要求可能因網(wǎng)絡而異。例如，某些運營商可能希望增加他們自己的軟件以提供網(wǎng)絡接入功能或進行記費。能夠充分利用一個模塊化兼靈活性的構(gòu)建塊庫非常重要，它使 OEM 能夠依據(jù)需要代替具體的層。

　　滿足不同用戶使用需要的共同解決方案

　　無論從開發(fā)還是從支持的觀點來看，依不同的部署節(jié)點使用不同的解決方案對 OEM 和服務提供商而言都非常昂貴。解決方案應有足夠的靈活性，在高密度市區(qū)允許擴展，同時在低密度郊區(qū)又能符合成本效益。

　　流量模型

　　依據(jù)市場數(shù)據(jù)，無線數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長，但是來自數(shù)據(jù)流量的收入并沒有以相同的水平增加。Cisco3 預計流量增長的推動因素將來自視頻流量，在 2013 年，該流量將占所有移動數(shù)據(jù)流量的 64% 左右。在 2008 年，每月的視頻流量平均約為 13,000 太字節(jié)，或約為所有移動流量的 39%.Cisco 預計到 2013 年，視頻流量將增加 100 倍以上，每月的流量平均約為 130 萬太字節(jié)。移動瀏覽器開發(fā)商 Opera Software 進行的一項研究表明，與 2007 年11 月相比，發(fā)送到手機的數(shù)據(jù)流量在 2008 年 11 月躍升了 463%,同一時間在手機上查看的網(wǎng)頁增加了 303%.

　　依據(jù)運營商的數(shù)據(jù)，10% 的用戶 - 通常是帶寬密集型視頻游戲玩家或音樂愛好者 - 占了數(shù)據(jù)流量的 80%.Allemand 說，解密狗和智能手機的擴展使用造成 SFR 移動網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量增加了十倍，而收入增加了 30%.

　　流量模式

　　為了理解部署要求，為簡單起見，可以在兩個主要業(yè)務內(nèi)研究流量模式：

　　用戶集中地區(qū)（例如大城市）中的網(wǎng)絡節(jié)點高數(shù)據(jù)用戶密度

　　用戶分散地區(qū)（例如郊區(qū)/偏遠地區(qū)）中的低數(shù)據(jù)用戶密度

　　用于流量模型的數(shù)據(jù)

　　為了研究和分析需求，我們必須做出幾個假設以估計通過 LTE 節(jié)點的流量。

　　依據(jù)此預測，到 2011 年，估計（）每月有約 50 萬太字節(jié)的移動流量。在此時間內(nèi)，預計約有 20% 的流量（依據(jù) UMTS Forum 2008 年 2 月的白皮書）將通過 LTE 網(wǎng)絡 [10 萬太字節(jié)].假定 80% 的流量出現(xiàn)在 20% 的時間/天數(shù)中，這會得出每天有 4.8 小時的峰值時間。我們計算出通過 LTE 網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)吞吐量約為 0.1 x 106 *8*0.8/（4.8*30*3600） = 1.23 太比特/秒?，F(xiàn)在，估計到 2011 年約有 400 3萬移動用戶在 LTE 基礎設施之上。這帶來平均 0.30 Mbps/用戶的數(shù)據(jù)流量。

　　高密度 - 集中地區(qū)

　　此模式在大城市部署或城市部署中常見。依據(jù) GSA 預測的數(shù)據(jù)，我們假設到 2011 年將安裝 40 個 LTE 網(wǎng)絡。并且依據(jù)分析預測和其他參考資料，假定每年的用戶數(shù)量和數(shù)據(jù)流量都增倍。

　　試用/初期部署（2011 年為基準），每個安裝面向約 300,000?8224 . 名用戶。峰值數(shù)據(jù)傳輸速率為 0.30Mbps,這意味著每個 LTE 分組演進（EPC） 節(jié)點將需要支持約 90Gbps 的流量。

　　接下來的 24 個月（2013 年）：每年用戶數(shù)量加倍（120 萬），數(shù)據(jù)流量也加倍 （1.20Mbps），每個安裝的流量將需要支持 1.4Tbps 的數(shù)據(jù)吞吐量。

　　歷史上，以每個安裝的用戶群為基礎，運營商在指定安裝上供應的典型用戶數(shù)量范圍約為一百萬至兩百萬（超過此范圍通常會被視為有極大的風險）。

　　在此部署中，會期待 EPC 將部署在至少兩個位置中以維持冗余性。

　　低 LTE 密度 - 分散地區(qū)

　　此模式在低認知度的的分散地區(qū)（包括若干二級或三級城市或鄉(xiāng)村）中常見。

　　試用/初期部署：35,000 名平均數(shù)據(jù)流量為 0.3Mbps 的用戶，使每個安裝約支持 10.5Gbps 的數(shù)據(jù)流量。

　　接下來的 24 個月（2013 年）：14 萬用戶，每個用戶 1.2Mbps 的流量。每個安裝需要支持 168Gps 的總峰值流量。

　　RADISYS 的 LTE 就緒平臺

　　LTE（Long Term Evolution,長期演進）項目是3G的演進，始于2004年3GPP的多倫多會議。LTE并非人們普遍誤解的4G技術(shù)，而是3G與4G技術(shù)之間的一個過渡，是3.9G的標準，它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡演進的標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行326Mbit/s與上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量和降低系統(tǒng)延遲。

　　RadiSys 提供廣泛的 ATCA 產(chǎn)品系列，包括交換、基于 x86 的處理、分組處理與采用硅技術(shù)的媒體處理電路板，為 LTE EPC 提供配置。RadiSys 的 ATCA 應用就緒平臺還包含一個集成機架、操作系統(tǒng)、診斷程序、系統(tǒng)管理器及高可用性中間件。此平臺已經(jīng)使 35 個以上的電信應用成為可能，并且在 LTE EPC 中針對 10G 和 40G 配置的強大性能進行了特別配置。

　　6WINDGate 實施提供一個生產(chǎn)就緒確認快速路徑分組處理，包括 IPv4 和 IPv6 轉(zhuǎn)發(fā)、虛擬路由 （VRF）、鏈路匯聚、VLAN、GRE 封裝、IP in IP、GTP、過濾與防火墻、IPsec、QoS、IP 碎片重組、ROHC 等。RadiSys 充分利用 6WINDGate 實施來為 Intel 和 Octeon 多核電路板提供強大動力，使平臺能夠用一組多核 CPU 進行擴展。Aricent 使用 6WINDGate 路由和安全控制層協(xié)議來集成 LTE 信令協(xié)議。解決方案提供在 SGW 中用于 GTP 穿隧的 EPC 數(shù)據(jù)路徑處理、在 PGW 中用于 GTP-U 至 IP 轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)路徑處理，以及依據(jù) EPC 要求進行測量、過濾和QoS.

　　Aricent 提供針對 MME、SGW 和 PGW 的預集成預優(yōu)化框架。這些框架基于 Aricent 行業(yè)的 Diameter 和 GTP 知識產(chǎn)權(quán)，它們經(jīng)過眾多供應商和網(wǎng)絡的充分測試、集成與部署。MME 解決方案提供一組全面的用于支持移動性管理、會話管理和安全的功能集。此解決方案支持的外部接口包括 S1-MME、S11、S6a、S10、S13、S101、S102、S3、 SGs.SGW/PGW 解決方案支持的功能集包括聯(lián)機和脫機充電、靜態(tài)接口以及支持的接口（包括 S11、透明 SGi、非透明 SGi、S5、Gn、Gx、Gy/Ro、Gz/Rf 和 S4）?？刂瓶蚣茴A先集成有一個管理接口，該接口可被客戶自己的管理框架輕松代替。LTE 解決方案可擴展到支持一百萬用戶。

　　部署模型

　　聯(lián)合框架提供以下兩種部署模型：

　　單一部署中的可擴展節(jié)點

　　這種部署會構(gòu)成一個容納 6WINDGate 分組處理框架和針對 MME、SGW 和 PGW 的 Aricent EPC 框架的 RadiSys 機架。當用戶和流量要求增加時，添加更多刀片服務器以增加吞吐量。添加的刀片服務器將擔當池中的其他 MME、SGW 或 PGW.每個刀片服務器會服務于一組跟蹤區(qū)域 （TA）。eNodeB 會依據(jù)跟蹤區(qū)域指示符 （TAI） 選擇正確的MME.MME 會進一步依據(jù) TAI 選擇正確的 SGW.因此，當添加新的刀片服務器時，配置會允許 MME 選擇新的 SGW 而不會停機?？梢砸罁?jù) APN 為每名用戶選擇 PGW.

　　使用分布式部署的可擴展節(jié)點

　　這種部署模式會適合地理冗余。在這種情形中，EPC 節(jié)點應位于 eNodeB 附近的不同位置。每個位置應將 EPC 節(jié)點部署在單獨的機架中。所有 EPC 節(jié)點都應相互知道。同樣在這種情形中，通過識別每個新的 MME、SGW 或 PGW 的新節(jié)點的刀片服務器，即可實現(xiàn)擴展。新的刀片服務器的使用與上面的相同。在這里，如果一個位置關閉，則不同位置中的其他 EPC 節(jié)點能夠處理流量。運營商獲得擴展和地理冗余的雙重好處。

　　流量模型的使用

　　如第 3.1.2 節(jié)和第 3.1.3 節(jié)中的流量和用戶要求假定，可以使用 RadiSys Promentum ATCA 平臺和構(gòu)建塊來開發(fā) LTE EPC 解決方案，從而具備運營商級可靠性和冗余、可擴展性，因此可用符合成本效益的方式，以配置開始部署，并且隨著用戶群的增長通過模塊化升級來增加容量。依據(jù) Cavium Octeon 和 Intel 處理器以及帶 6WIND 和 Aricent 軟件堆疊的 RadiSys 構(gòu)建塊的性能基準，建議以下硬件配置（圖 6 和圖 7），以作為構(gòu)建集成分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關和服務網(wǎng)關解決方案的例子：

　　高密度 - 集中地區(qū)（表 1）

　　如大致的數(shù)量級計算所示，需要二至十個 14 至 16-插槽系統(tǒng)才能支持 120 萬用戶。圖 6 是一個系統(tǒng)配置例子。

　　性能可擴展

　　給定資本支出限制和期待的用戶與數(shù)據(jù)增長率，解決方案的性能是一個關鍵的考慮因素：

　　6WINDGate 的基于快速路徑的架構(gòu)提供可能的分組處理性能。例如，它在 CN5860 Octeon 處理器上提供 14.8 Mpps 轉(zhuǎn)發(fā)性能，在 RadiSys 雙 Octeon ATCA 電路板上提供約 30 Mpps 的速率。由于其分布式架構(gòu)，6WINDGate 性能與多核 Octeon 和多核 -x86 RadiSys 電路板集群成比例，在 ATCA 機架中為 Aricent LTE 信令和 LTE 用戶分組處理提供動力，無論機架配置如何。

　　彈性和高可用性

　　6WINDGate 軟件與高可用性系統(tǒng)完全集成在一起。6WINDGate 提供高可用性就緒關鍵功能，包括 NSR（Non Stop Routing,不間斷路由）、NSF（Non-Stop Forwarding,不間斷轉(zhuǎn)發(fā)）、ISU（In Service Upgrades,服務中升級）、Graceful Restart（優(yōu)雅重啟）、監(jiān)視服務和針對路由、安全和防火墻等關鍵功能的控制層協(xié)議之間的活動同步。

　　全管理解決方案

　　RadiSys/Aricent/6WIND/ 解決方案有一個完整的管理系統(tǒng)。它為 L2-L4 軟件集成了 6WINDGate 的 XML-based Management Software （XMS）。從管理觀點來看，XMS 的開放架構(gòu)簡化了增值功能的集成。

　　部署經(jīng)驗

　　LTE 就緒平臺基于歷經(jīng)證明的技術(shù)和流程。

　　Aricent 在無線領域提供產(chǎn)品與服務已有 15 年以上的歷史。它合作開發(fā)了很多行業(yè)，例如 Femtocell 解決方案和 WiMAX 基站。它擁有跨幾種無線技術(shù)領域的眾多知識產(chǎn)權(quán)，包括 GSM、GPRS、UMTS、HSPA 和 WiMAX,并且近宣布推出針對分組節(jié)點的預優(yōu)化 LTE 框架，包括 MME、SGW 和 PGW.

　　6WINDGate 已經(jīng)獲得所有主要多核芯片組供應商的認可。它專為在嵌入式芯片組及其操作系統(tǒng)環(huán)境以及在多核設備上使用而設計，用于電信、網(wǎng)絡和安全等方面。6WINDGate 分組處理解決方案已經(jīng)被眾多一流設備制造商選中，用于部署整個 LTE 基礎設施，包括 eNodeB 和 EPC 分組。

參考文獻:

[1]. EPC datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/EPC_2343714.html.
[2]. S11 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/S11_1617658.html.
[3]. NSR datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/NSR_2043425.html.
[4]. GPRS datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/GPRS_1594650.html.