移動回傳網絡的技術選擇

[摘要]目前3G、移動互聯網以及全IP趨勢的發展都對移動回傳的承載和傳送網絡提出更高的要求,IP化的業務呈現出帶寬突發性、很高的峰均值比等特點,傳統基于電路交換的MSTP傳送網以剛性管道為特點,不能很好地滿足這些分組業務的傳送需求,如何構建一個能承載多種新舊業務、易于擴展、可靠且低OPEX和CAPEX的移動回傳網是電信運營商要認真考慮的問題。分析移動回傳網在傳送和承載等方面的新需求,并通過對移動回傳網絡技術的比較和技術演進的討論,提供相關設備研發、網絡規劃及運營商一些參考方向。

[關鍵詞]移動回傳網絡3G分組傳送網(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等新一代通信技術所帶來的信息革命已悄然來到我們身邊,在全球范圍內,各種豐富的數據服務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,隨著移動數據流量呈現爆炸式增長,傳統的網絡構架也將發生重大的變革。IP流量空前增長,對于全業務運營商而言,如何保障移動核心網到基站間信息的傳輸質量成為重中之重,而這段網絡的信息傳輸過程即所謂移動回傳(Mobile Backhaul),見圖1:

圖1移動回傳網絡(資料來源:Heavy Reading)

移動回傳正在全球范圍內成長為一個飛速發展的產業。Verizon、Vodafone等各大運營商紛紛部署回傳網絡,愛立信、華為、中興等設備商也提供了各種回傳設備和解決方案;而在國內,各運營商正緊跟時代潮流,紛紛進行移動回傳試點建設。可以看出,在全球金融風暴帶來經濟陷入低迷的態勢下,移動回傳正進入高速發展期,成為帶動產業發展的一個新增長點。但3G回傳畢竟還很年輕,仍在技術選擇、標準化、演進承載等方面存在諸多挑戰。

二、移動回傳對傳送網的新需求

業務的IP化導致傳送層的分組化,為適應這一變化,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)是運營商在網絡建設中必須要關注的一個方面。尤其是對于移動回傳網,作為節點分布最密集、覆蓋最廣泛、場景最復雜的網絡部分,任何技術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點數量而放大。除了設備本身之外,網絡運營管理維護的方便性、與現存網絡兼容性、設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

移動回傳區別于傳統網絡的主要特點是存在大量基于分組的增值業務。分組業務具有突發、動態、高峰均比等特點,通過統計復用,可以有效地降低帶寬的占用,提升傳輸資源利用率。在應用層面這類業務的本質與固定寬帶業務沒有差異,但受到RAN層業務封裝機制的限制,在統計復用的方法上具有一定的特殊性,基于MAC層或IP層的業務匯聚技術都可以使用,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

網管功能十分重要,它可以簡化網絡操作,檢驗網絡性能和降低網絡運行的成本。OAM機制不僅要預防網絡故障的發生,而且需要實現對網絡故障的迅速診斷和定位,最終提高網絡的可用性和對用戶的服務質量。傳統的SDH/SONET和ATM中都定義了相應的OAM功能,在新的傳送網絡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,性能監測,從而有效節約網絡的運營維護成本。

(四)更高的可靠性及可用性

3G業務包括移動數據業務和話音業務,可靠性要求高于一般的數據網絡,因此3G傳輸網絡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需要依靠移動因特網的支持,為了確保這些服務的安全性,對3G網絡解決方案而言是勢在必行的。3G網絡在向全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絡安全威脅,因此有必要保證網絡的安全性。

(五)提供多種差異化的業務和保障QoS

在融合網絡中,有internet、語音、視頻等業務,各種業務對QoS的要求也不一樣,傳送層必需提供這些多種差異化業務,并保障他們的QoS。例如,傳統的2G移動網絡和傳輸基于電路交換,TD-SCDMAR99/R4商用化版本目前采用ATM協議,3G網絡的發展趨勢是全IP化,因此需要3G傳輸網絡具備多業務支持能力,以有效承載不同的基站傳輸要求。

(六)網絡具有彈性,更好的可擴展性

所謂擴展性,涉及業務和帶寬。業務的可擴展要求具有支持數百萬用戶使用網絡業務的能力,適應于商業、信息、通信和企業等各種廣泛的應用,可同時提供話音、視頻和數據業務。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的發展和數據業務的增加將對3G傳輸容量產生更大需求,這要求承載網在能夠滿足目前容量的基礎上,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絡投資。

(七)滿足同步定時要求的時鐘質量

當傳統TDM電路專由以太網絡提供時,必須通過精準的同步技術來保證傳輸的質量。實時的業務對同步有一定的需求,在分組的環境中提供TDM電路仿真,必需提供時鐘同步機制。另一方面,在移動網絡中,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(無線網絡控制器)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。

無線網絡對于時鐘同步的需求有兩個級別——頻率同步和時鐘同步。基于FDD模式的無線系統如WCDMA需要各節點之間保持頻率同步即可,而基于TDD模式的無線系統,包括cdma2000/TD-SCDMA,則需要更為嚴格的時鐘同步,以確保小區切換能夠順利完成。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。在傳送網的設計中,時鐘同步具有重要意義。

三、網絡技術方案選擇

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

(一)SDH/MSTP

從傳送網的現狀來看,2G的基站回傳主要解決2M、STM-1等TDM接口的傳輸需求,SDH技術在過去的十多年中提供了完善的解決方案,3G IP化的發展趨勢對傳送網提出了多種需求。在數據業務不多的初期,可以考慮繼續采用MSTP技術來構建3G回傳網絡,這一方面可以充分利用現有的網絡,增加部分數據板卡即可實現。在數據業務量不大的情況下,對于帶寬需求和匯聚收斂方面的要求并不高,可以通過MSTP的數據板卡實現透傳和部分匯聚收斂,滿足網絡的傳送需求。但是MSTP的解決方案還是存在采用VC剛性管道承載分組業務,匯聚比受限,統計復用效率不高的問題,在數據業務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數據業務的端口匯聚收斂需求,根據MSTP采用的技術類型和組網方式,可以分為以下兩種方式:

一級匯聚+透傳方案。基站業務通過n*VC12直接透傳至核心節點進行匯聚。要求在基站側配置以太網透傳板卡,在核心節點配置大匯聚比的以太網匯聚板卡,將通向相同RNC的多個基站業務(VC-12級聯組),匯聚到連接RNC設備GE接口上。該方案的優點是業務配置簡單,業務與2M完全一樣,中間節點時隙轉接;便于處理基站負荷分擔及歸屬調整帶來的電路調整問題。缺點是一個RNC管理100多個基站,一次匯聚對中心節點和中心節點以太網盤壓力極大,對骨干節點低階交叉容量要求高。同時,該方案在MSTP網絡中為全程透傳,不進行帶寬收斂,因此消耗網絡帶寬較嚴重。

二級匯聚+收斂方案。基站側配置接入以太網透傳盤,RNC側和匯聚節點配置匯聚型以太網盤。基站業務通過n*VC12透傳至匯聚節點進行一級匯聚,匯聚成GE接口;再通過VC3/VC4-nv級聯通道傳送到核心節點,在核心節點將多個匯聚節點的業務進行二級匯聚,通過GE接口傳送給RNC。該方案的優點是減輕了核心層EOS單板匯聚和配置的壓力;匯聚層可進行一定的帶寬收斂,節省了匯聚層、核心層帶寬。缺點是業務配置復雜,尤其是基站更改歸屬RNC時調整復雜。

綜合來看,EOS一級匯聚+透傳方案成本低,業務配置簡單。但對核心節點的低階交叉和匯聚比要求高,受到MSTP設備的匯聚比能力限制,該方案的網絡可擴展性較差。適用于3G發展初期的小型城市,且每個RNC帶基站數量較少的場景。EOS二級匯聚+收斂方案通過匯聚節點分擔核心節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建設期的數據業務需求。但業務配置和調整稍復雜,成本略高于方案一。適合大中型城市,基站數據業務量較大的場景。

(二)分組傳送網(PTN)

目前業界廣泛關注PTN技術作為移動回傳的一種解決方案,PTN的兩大主流技術分別是MPLS-TP和PBB-TE。從傳統以太網逐步發展而來的PBB-TE技術,從增強以太技術進一步發展為MAC in MAC的運營商骨干橋接(PBB),更好解決了運營商網絡和客戶網絡之間安全隔離問題,進一步提高了網絡擴展性。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),多點業務支持需要借助PBB和PLSB技術。從核心網的IP/MPLS技術發展來的T-MPLS/MPLS-TP技術,簡化了IP的三層無連接特性,增強了MPLS標簽轉發能力,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,預計今年Q4能夠穩定。

總體來說PTN技術采用分組內核和彈性管道承載分組業務,具有統計復用效率高,面向連接,OAM、保護和網管能力強,可靠性高的特點;另外,PTN方案還繼承了SDH優異的時鐘傳輸特性,不僅能夠滿足頻率同步的需求,而且能根據相關協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定,各大主流傳輸設備廠商都陸續推出了相關產品,設備基本成熟,還需進一步完善。

(三)IP/MPLS技術方案

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

IP/MPLS解決方案可以實現對IP業務的高效承載,支持偽線(Pseudo Wires)和L2/L3 VPN業務,可動態、靈活實現創建,但相對于3G回傳的需求來看,目前也存在網管故障定位能力弱,設備可靠性相對較低,運維復雜,而且建設成本相對較高的問題,需要進一步改進OAM、網管和可靠性。

部分數據設備制造商在積極推進IP/MPLS應用在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規范。MPLS將分三個階段逐步從核心網向邊緣延伸,階段1是MPLS應用在移動電話交換局(MTSO),實現集中匯聚、收斂和業務路由;階段2是MPLS延伸在匯聚節點(Hub);階段3是MPLS延伸到基站接入節點(Cell Site),實現IP/MPLS與接入傳輸技術無關。

表1多種IP化傳送技術的比較

到底那種技術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的需求(見論文第2部分)和回傳網絡承載的業務。

從承載的業務來看,有些運營商的回傳網絡是專網,承載業務相對簡單,對設備的要求就可適當降低;有些運營商的回傳網絡在承載移動業務時,也要承載一些VPN等業務,對設備的要求相對較高,功能要求也較多。目前,話音在相當長的時期內仍然是主要的業務和收入來源,因此應當保障傳送網對話音業務連接的高度可靠性,既要保證帶寬,還要保證路由確定性。

從網絡演進來看,由于現網中MSTP大量采用,而且2G/3G網絡會在相當長的時期內共存,3G IP化本身也是一個漸進的趨勢,這就決定了傳送網本身是一個演進的過程,同時要考慮到網絡未來的擴展性和兼容性,在近期3G業務剛剛開展,IP化逐步進行,數據業務量不大的情況下,可以采用MSTP的透傳、匯聚和二層交換功能來實現,隨著數據業務量逐步加大,可以考慮采用PTN技術,采用基于MPLS-TP等技術方案,在密切跟蹤國內外標準化進展和應用進展,技術標準確定且經過實驗室測試后,在匯聚層先引入,逐步向接入層延伸。

四、結束語

在移動回傳網絡向大容量、IP化演進的過程中,任何先進技術的引入和網絡架構的變革都必須滿足當前和未來的業務需求基礎,同時具備良好的性價比。經過分析對比,PTN組網模式憑借其強大的IP業務接入、匯聚及靈活調度能力,是移動運營商組建回傳網的最佳技術選擇,但PTN的技術成熟度和價格問題,使運營商對PTN的引入還非常謹慎。運營商技術的選擇最終還要靠業務驅動。

參考文獻:

[1]Mobile BackhaulGlobal Market Analysis and Forecast,ABI Research,2009.

[2]Dave Williams,Ethernet Backhaul Quarterly Market Tracker,Heavy Reading,2009.

[3]徐榮,3G移動基站回傳:MSTP將會向PTN演進,通信產業報,2008.

[4]基于分組的傳送網技術研究,中國通信標準化協會,2008.

[5]李芳,PTN技術的標準進展,電信技術,2009.6.

作者簡介:

江凌云(1971-),女,漢族,江蘇南京市人,南京郵電大學碩士,主要研究方向:無線網絡技術和應用。