移動回傳網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)選擇

[摘要]目前3G、移動互聯(lián)網(wǎng)以及全IP趨勢的發(fā)展都對移動回傳的承載和傳送網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求,IP化的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出帶寬突發(fā)性、很高的峰均值比等特點,傳統(tǒng)基于電路交換的MSTP傳送網(wǎng)以剛性管道為特點,不能很好地滿足這些分組業(yè)務(wù)的傳送需求,如何構(gòu)建一個能承載多種新舊業(yè)務(wù)、易于擴展、可靠且低OPEX和CAPEX的移動回傳網(wǎng)是電信運營商要認真考慮的問題。分析移動回傳網(wǎng)在傳送和承載等方面的新需求,并通過對移動回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的比較和技術(shù)演進的討論,提供相關(guān)設(shè)備研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及運營商一些參考方向。

[關(guān)鍵詞]移動回傳網(wǎng)絡(luò)3G分組傳送網(wǎng)(PTN)

中圖分類號:TN92文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210121-02

一、引言

3G、LTE等新一代通信技術(shù)所帶來的信息革命已悄然來到我們身邊,在全球范圍內(nèi),各種豐富的數(shù)據(jù)服務(wù)成為運營商的利潤增長點,移動商城、手機支付、手機電視、視頻通話等已不再是遙遠的夢想,為人們的生活增色不少。然而,隨著移動數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆炸式增長,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架也將發(fā)生重大的變革。IP流量空前增長,對于全業(yè)務(wù)運營商而言,如何保障移動核心網(wǎng)到基站間信息的傳輸質(zhì)量成為重中之重,而這段網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸過程即所謂移動回傳(Mobile Backhaul),見圖1:

圖1移動回傳網(wǎng)絡(luò)(資料來源:Heavy Reading)

移動回傳正在全球范圍內(nèi)成長為一個飛速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。Verizon、Vodafone等各大運營商紛紛部署回傳網(wǎng)絡(luò),愛立信、華為、中興等設(shè)備商也提供了各種回傳設(shè)備和解決方案;而在國內(nèi),各運營商正緊跟時代潮流,紛紛進行移動回傳試點建設(shè)?？梢钥闯?在全球金融風(fēng)暴帶來經(jīng)濟陷入低迷的態(tài)勢下,移動回傳正進入高速發(fā)展期,成為帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個新增長點。但3G回傳畢竟還很年輕,仍在技術(shù)選擇、標準化、演進承載等方面存在諸多挑戰(zhàn)。

二、移動回傳對傳送網(wǎng)的新需求

業(yè)務(wù)的IP化導(dǎo)致傳送層的分組化,為適應(yīng)這一變化,移動回傳對傳送層的功能提出了新要求,具體有以下幾點:

(一)成本

較低的總體費用成本(TCO)是運營商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中必須要關(guān)注的一個方面。尤其是對于移動回傳網(wǎng),作為節(jié)點分布最密集、覆蓋最廣泛、場景最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)部分,任何技術(shù)的選擇都將帶來巨大的影響,細微的成本差異也會被龐大的接入節(jié)點數(shù)量而放大。除了設(shè)備本身之外,網(wǎng)絡(luò)運營管理維護的方便性、與現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)兼容性、設(shè)備替換及演進過程中的投資保護等都是要考慮的因素。

(二)基于分組的高效傳送

移動回傳區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點是存在大量基于分組的增值業(yè)務(wù)。分組業(yè)務(wù)具有突發(fā)、動態(tài)、高峰均比等特點,通過統(tǒng)計復(fù)用,可以有效地降低帶寬的占用,提升傳輸資源利用率。在應(yīng)用層面這類業(yè)務(wù)的本質(zhì)與固定寬帶業(yè)務(wù)沒有差異,但受到RAN層業(yè)務(wù)封裝機制的限制,在統(tǒng)計復(fù)用的方法上具有一定的特殊性,基于MAC層或IP層的業(yè)務(wù)匯聚技術(shù)都可以使用,如何選擇則要兼顧效率與成本的平衡。

(三)簡化快捷地管理能力

網(wǎng)管功能十分重要,它可以簡化網(wǎng)絡(luò)操作,檢驗網(wǎng)絡(luò)性能和降低網(wǎng)絡(luò)運行的成本。OAM機制不僅要預(yù)防網(wǎng)絡(luò)故障的發(fā)生,而且需要實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)故障的迅速診斷和定位,最終提高網(wǎng)絡(luò)的可用性和對用戶的服務(wù)質(zhì)量。傳統(tǒng)的SDH/SONET和ATM中都定義了相應(yīng)的OAM功能,在新的傳送網(wǎng)絡(luò)中必需提供更加豐富的OAM功能,以便可以更加方便的進行故障檢測、定位、通告,性能監(jiān)測,從而有效節(jié)約網(wǎng)絡(luò)的運營維護成本。

(四)更高的可靠性及可用性

3G業(yè)務(wù)包括移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和話音業(yè)務(wù),可靠性要求高于一般的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),因此3G傳輸網(wǎng)絡(luò)必須具有運營級的保護能力,提供較高的可靠性。在移動信息社會的演進過程中,不斷增加的豐富多樣的服務(wù)需要依靠移動因特網(wǎng)的支持,為了確保這些服務(wù)的安全性,對3G網(wǎng)絡(luò)解決方案而言是勢在必行的。3G網(wǎng)絡(luò)在向全IP的演進過程中,不僅帶來了許多利益,同時也引入了許多新的網(wǎng)絡(luò)安全威脅,因此有必要保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

(五)提供多種差異化的業(yè)務(wù)和保障QoS

在融合網(wǎng)絡(luò)中,有internet、語音、視頻等業(yè)務(wù),各種業(yè)務(wù)對QoS的要求也不一樣,傳送層必需提供這些多種差異化業(yè)務(wù),并保障他們的QoS。例如,傳統(tǒng)的2G移動網(wǎng)絡(luò)和傳輸基于電路交換,TD-SCDMAR99/R4商用化版本目前采用ATM協(xié)議,3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢是全IP化,因此需要3G傳輸網(wǎng)絡(luò)具備多業(yè)務(wù)支持能力,以有效承載不同的基站傳輸要求。

(六)網(wǎng)絡(luò)具有彈性,更好的可擴展性

所謂擴展性,涉及業(yè)務(wù)和帶寬。業(yè)務(wù)的可擴展要求具有支持數(shù)百萬用戶使用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的能力,適應(yīng)于商業(yè)、信息、通信和企業(yè)等各種廣泛的應(yīng)用,可同時提供話音、視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。帶寬擴展性要求支持從1Mbps到10Gbps甚至更高速率,帶寬顆粒逐漸增加。3G的發(fā)展和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增加將對3G傳輸容量產(chǎn)生更大需求,這要求承載網(wǎng)在能夠滿足目前容量的基礎(chǔ)上,能夠具有良好的可擴展性,提供標準的接口(UNI、NNI),可以平滑的進行演進,以更好地保護原有網(wǎng)絡(luò)投資。

(七)滿足同步定時要求的時鐘質(zhì)量

當傳統(tǒng)TDM電路專由以太網(wǎng)絡(luò)提供時,必須通過精準的同步技術(shù)來保證傳輸?shù)馁|(zhì)量。實時的業(yè)務(wù)對同步有一定的需求,在分組的環(huán)境中提供TDM電路仿真,必需提供時鐘同步機制。另一方面,在移動網(wǎng)絡(luò)中,在基站與基站之間、基站和基站控制器之間提供同步,以防止頻率干擾和掉話。用戶終端在切換時,如果RNC(無線網(wǎng)絡(luò)控制器)和NodeB(基站)之間沒有時間同步,可能在選擇器中的指令不匹配,從而使通話連接不能建立。

無線網(wǎng)絡(luò)對于時鐘同步的需求有兩個級別——頻率同步和時鐘同步?；贔DD模式的無線系統(tǒng)如WCDMA需要各節(jié)點之間保持頻率同步即可,而基于TDD模式的無線系統(tǒng),包括cdma2000/TD-SCDMA,則需要更為嚴格的時鐘同步,以確保小區(qū)切換能夠順利完成。目前頻率同步可通過地面時鐘信號分配解決,而時鐘同步則需要由GPS提供,需頗為可觀的費用支出。在傳送網(wǎng)的設(shè)計中,時鐘同步具有重要意義。

三、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案選擇

面對IP化承載和傳送需求,理論上有許多候選技術(shù)可以使用,主要有基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺MSTP技術(shù)、IP/MPLS三層承載技術(shù),還有新型的面向IP的分組化傳送PTN技術(shù)。具體見下表1:

(一)SDH/MSTP

從傳送網(wǎng)的現(xiàn)狀來看,2G的基站回傳主要解決2M、STM-1等TDM接口的傳輸需求,SDH技術(shù)在過去的十多年中提供了完善的解決方案,3G IP化的發(fā)展趨勢對傳送網(wǎng)提出了多種需求。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不多的初期,可以考慮繼續(xù)采用MSTP技術(shù)來構(gòu)建3G回傳網(wǎng)絡(luò),這一方面可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò),增加部分數(shù)據(jù)板卡即可實現(xiàn)。在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量不大的情況下,對于帶寬需求和匯聚收斂方面的要求并不高,可以通過MSTP的數(shù)據(jù)板卡實現(xiàn)透傳和部分匯聚收斂,滿足網(wǎng)絡(luò)的傳送需求。但是MSTP的解決方案還是存在采用VC剛性管道承載分組業(yè)務(wù),匯聚比受限,統(tǒng)計復(fù)用效率不高的問題,在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量逐步增大的情況下,必然會受到一定的限制。

為滿足MSTP承載3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的端口匯聚收斂需求,根據(jù)MSTP采用的技術(shù)類型和組網(wǎng)方式,可以分為以下兩種方式:

一級匯聚+透傳方案?；緲I(yè)務(wù)通過n*VC12直接透傳至核心節(jié)點進行匯聚。要求在基站側(cè)配置以太網(wǎng)透傳板卡,在核心節(jié)點配置大匯聚比的以太網(wǎng)匯聚板卡,將通向相同RNC的多個基站業(yè)務(wù)(VC-12級聯(lián)組),匯聚到連接RNC設(shè)備GE接口上。該方案的優(yōu)點是業(yè)務(wù)配置簡單,業(yè)務(wù)與2M完全一樣,中間節(jié)點時隙轉(zhuǎn)接;便于處理基站負荷分擔(dān)及歸屬調(diào)整帶來的電路調(diào)整問題。缺點是一個RNC管理100多個基站,一次匯聚對中心節(jié)點和中心節(jié)點以太網(wǎng)盤壓力極大,對骨干節(jié)點低階交叉容量要求高。同時,該方案在MSTP網(wǎng)絡(luò)中為全程透傳,不進行帶寬收斂,因此消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬較嚴重。

二級匯聚+收斂方案?；緜?cè)配置接入以太網(wǎng)透傳盤,RNC側(cè)和匯聚節(jié)點配置匯聚型以太網(wǎng)盤?；緲I(yè)務(wù)通過n*VC12透傳至匯聚節(jié)點進行一級匯聚,匯聚成GE接口;再通過VC3/VC4-nv級聯(lián)通道傳送到核心節(jié)點,在核心節(jié)點將多個匯聚節(jié)點的業(yè)務(wù)進行二級匯聚,通過GE接口傳送給RNC。該方案的優(yōu)點是減輕了核心層EOS單板匯聚和配置的壓力;匯聚層可進行一定的帶寬收斂,節(jié)省了匯聚層、核心層帶寬。缺點是業(yè)務(wù)配置復(fù)雜,尤其是基站更改歸屬RNC時調(diào)整復(fù)雜。

綜合來看,EOS一級匯聚+透傳方案成本低,業(yè)務(wù)配置簡單。但對核心節(jié)點的低階交叉和匯聚比要求高,受到MSTP設(shè)備的匯聚比能力限制,該方案的網(wǎng)絡(luò)可擴展性較差。適用于3G發(fā)展初期的小型城市,且每個RNC帶基站數(shù)量較少的場景。EOS二級匯聚+收斂方案通過匯聚節(jié)點分擔(dān)核心節(jié)點的匯聚比和低階交叉壓力,匯聚收斂能力較強,可以滿足3G建設(shè)期的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。但業(yè)務(wù)配置和調(diào)整稍復(fù)雜,成本略高于方案一。適合大中型城市,基站數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量較大的場景。

(二)分組傳送網(wǎng)(PTN)

目前業(yè)界廣泛關(guān)注PTN技術(shù)作為移動回傳的一種解決方案,PTN的兩大主流技術(shù)分別是MPLS-TP和PBB-TE。從傳統(tǒng)以太網(wǎng)逐步發(fā)展而來的PBB-TE技術(shù),從增強以太技術(shù)進一步發(fā)展為MAC in MAC的運營商骨干橋接(PBB),更好解決了運營商網(wǎng)絡(luò)和客戶網(wǎng)絡(luò)之間安全隔離問題,進一步提高了網(wǎng)絡(luò)擴展性。為了增強QOS能力,進而增加了流量工程(TE)演進為PBB-TE。PBB-TE目前主要支持點到點的傳送(Trunk),多點業(yè)務(wù)支持需要借助PBB和PLSB技術(shù)。從核心網(wǎng)的IP/MPLS技術(shù)發(fā)展來的T-MPLS/MPLS-TP技術(shù),簡化了IP的三層無連接特性,增強了MPLS標簽轉(zhuǎn)發(fā)能力,使其具有面向連接的端到端特性,從而可增強端到端的OAM、QOS和保護能力。標準化工作在IETF和ITU-T同期開展,預(yù)計今年Q4能夠穩(wěn)定。

總體來說PTN技術(shù)采用分組內(nèi)核和彈性管道承載分組業(yè)務(wù),具有統(tǒng)計復(fù)用效率高,面向連接,OAM、保護和網(wǎng)管能力強,可靠性高的特點;另外,PTN方案還繼承了SDH優(yōu)異的時鐘傳輸特性,不僅能夠滿足頻率同步的需求,而且能根據(jù)相關(guān)協(xié)議的成熟情況支持高精度時間同步功能。目前標準化方面也基本穩(wěn)定,各大主流傳輸設(shè)備廠商都陸續(xù)推出了相關(guān)產(chǎn)品,設(shè)備基本成熟,還需進一步完善。

(三)IP/MPLS技術(shù)方案

IP/MPLS作為移動基站回傳網(wǎng)絡(luò)的另一個解決方案,也受到各方的關(guān)注。IP/MPLS方式是從IP骨干網(wǎng)演進來的,本質(zhì)上通過三層MPLS與二層網(wǎng)絡(luò)的疊加,是一種L2的MPLSVPN組網(wǎng)技術(shù)。用MPLS仿真方式來提供以太網(wǎng)業(yè)務(wù),在處理點對點專線時較容易,但在處理點到多點時需全網(wǎng)采用VPLS方式并要求全網(wǎng)狀連接,成本太高。而且通過疊加建網(wǎng)來對二層以太網(wǎng)進行管理和維護,會引入大量的開銷和復(fù)雜度,同時無法適應(yīng)移動回傳網(wǎng)上以二層為主的業(yè)務(wù)傳送需求。

IP/MPLS解決方案可以實現(xiàn)對IP業(yè)務(wù)的高效承載,支持偽線(Pseudo Wires)和L2/L3 VPN業(yè)務(wù),可動態(tài)、靈活實現(xiàn)創(chuàng)建,但相對于3G回傳的需求來看,目前也存在網(wǎng)管故障定位能力弱,設(shè)備可靠性相對較低,運維復(fù)雜,而且建設(shè)成本相對較高的問題,需要進一步改進OAM、網(wǎng)管和可靠性。

部分數(shù)據(jù)設(shè)備制造商在積極推進IP/MPLS應(yīng)用在3G移動無線回傳,并在IP/MPLS Forum牽頭制定移動無線回傳的相關(guān)規(guī)范。MPLS將分三個階段逐步從核心網(wǎng)向邊緣延伸,階段1是MPLS應(yīng)用在移動電話交換局(MTSO),實現(xiàn)集中匯聚、收斂和業(yè)務(wù)路由;階段2是MPLS延伸在匯聚節(jié)點(Hub);階段3是MPLS延伸到基站接入節(jié)點(Cell Site),實現(xiàn)IP/MPLS與接入傳輸技術(shù)無關(guān)。

表1多種IP化傳送技術(shù)的比較

到底那種技術(shù)是最佳的移動基站回傳解決方案呢?這最終還是要取決于對移動回傳網(wǎng)的需求(見論文第2部分)和回傳網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)。

從承載的業(yè)務(wù)來看,有些運營商的回傳網(wǎng)絡(luò)是專網(wǎng),承載業(yè)務(wù)相對簡單,對設(shè)備的要求就可適當降低;有些運營商的回傳網(wǎng)絡(luò)在承載移動業(yè)務(wù)時,也要承載一些VPN等業(yè)務(wù),對設(shè)備的要求相對較高,功能要求也較多。目前,話音在相當長的時期內(nèi)仍然是主要的業(yè)務(wù)和收入來源,因此應(yīng)當保障傳送網(wǎng)對話音業(yè)務(wù)連接的高度可靠性,既要保證帶寬,還要保證路由確定性。

從網(wǎng)絡(luò)演進來看,由于現(xiàn)網(wǎng)中MSTP大量采用,而且2G/3G網(wǎng)絡(luò)會在相當長的時期內(nèi)共存,3G IP化本身也是一個漸進的趨勢,這就決定了傳送網(wǎng)本身是一個演進的過程,同時要考慮到網(wǎng)絡(luò)未來的擴展性和兼容性,在近期3G業(yè)務(wù)剛剛開展,IP化逐步進行,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量不大的情況下,可以采用MSTP的透傳、匯聚和二層交換功能來實現(xiàn),隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量逐步加大,可以考慮采用PTN技術(shù),采用基于MPLS-TP等技術(shù)方案,在密切跟蹤國內(nèi)外標準化進展和應(yīng)用進展,技術(shù)標準確定且經(jīng)過實驗室測試后,在匯聚層先引入,逐步向接入層延伸。

四、結(jié)束語

在移動回傳網(wǎng)絡(luò)向大容量、IP化演進的過程中,任何先進技術(shù)的引入和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革都必須滿足當前和未來的業(yè)務(wù)需求基礎(chǔ),同時具備良好的性價比。經(jīng)過分析對比,PTN組網(wǎng)模式憑借其強大的IP業(yè)務(wù)接入、匯聚及靈活調(diào)度能力,是移動運營商組建回傳網(wǎng)的最佳技術(shù)選擇,但PTN的技術(shù)成熟度和價格問題,使運營商對PTN的引入還非常謹慎。運營商技術(shù)的選擇最終還要靠業(yè)務(wù)驅(qū)動。

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作者簡介:

江凌云(1971-),女,漢族,江蘇南京市人,南京郵電大學(xué)碩士,主要研究方向:無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用。