基于IP RAN承載實現移動網絡IP化改造的研究

王雅紅

(中國電信山西省分公司,山西太原 030000)

基于IP RAN承載實現移動網絡IP化改造的研究

王雅紅

(中國電信山西省分公司,山西太原 030000)

隨著移動互聯網業務的快速發展,傳統MSTP網絡因承載效率低、擴展性差等問題已無法滿足業務承載需求。IP RAN網絡憑借承載效率高、支持點到多點通信及擴展性好等優點已逐漸成為承載網絡的主要選擇。在此大趨勢下,移動網絡的IP化進程也在逐步展開。針對上述問題,重點研究IP RAN承載實現移動網絡IP化改造的技術方案及保護策略。該研究結論對IP RAN承載實現移動網絡IP化改造具有一定的參考意義。

IP RAN LTE MPLS PW

1 概述

隨著智能終端的普及和移動互聯網流量快速增加,通信運營商加速LTE 網絡的部署進程,同時需要承載網絡以較低的成本承接流量的膨脹。大力擴展移動業務是中國電信的重點戰略之一,大量3G增值業務為運營商帶來無限商機和空間,同時也帶來移動帶寬的迅猛增長。從帶寬需求、多業務融合及后續的發展要求等方面來看,移動網絡IP化是不可避免的寬帶化發展趨勢和承載趨勢,尤其是LTE(Long Term Evolution)網絡的峰值帶寬約為3G網絡的10倍及接口和業務呈現全IP化的需求。

目前分組傳送技術實現LTE網絡的承載主要有兩種技術:PTN(Packet Transport Network)技術和IP RAN(Radio Access Network)技術。PTN技術采用MPLS-TP協議提供二層以太網業務、TDM業務等并可通過升級方式支持三層協議,實現三層相關功能。IP RAN技術則直接承載IP業務并通過偽線仿真方式提供TDM業務。相對于PTN技術,IP RAN技術具有如下優勢:端到端的IP化使得網絡復雜度大大降低；簡化了網絡配置,能極大縮短基站開通、割接和調整的工作量；更高效的網絡資源利用率,采取動態尋址方式,實現承載網絡內自動的路由優化,大大簡化了后期網絡維護和網絡優化的工作量。

本論文結合IP RAN技術的優勢,重點研究IP RAN承載移動網絡IP化改造中的問題并提出相應的解決方案。

2 IP RAN的關鍵問題分析

(1)規模組網問題。IP RAN的組網規模一直是業內有爭議的問題之一。從路由器組網的現網部署情況看,目前尚無上千個節點的單個IP承載網存在；但從全網角度看,整個互聯網就是由自治的多個IP網通過邊界網關協議(BGP)注入形成的完整網絡。因此,基于IP/MPLS的IP RAN網絡也可以采用分域管理,不同的域使用不同的內部網關協議(IGP)協議并互相使用靜態路由注入的方式解決規模組網的問題。靜態路由配合動態路由利于網絡路由收斂、故障恢復和自愈。

(2)OAM管理問題。傳統傳輸設備如MSTP的配置方式是圖形界面(GUI),特點是配置直觀,適合批量管理,使用簡單。為了減少管理方式變化給運維帶來的影響,部分路由器廠家已經開發了基于圖形界面的管理方式并遵循了傳統的MSTP網絡管理習慣。由于IP RAN的承載方式打破了運營商傳統傳輸專業的運維和管理思路,如何平穩過渡還需要在實踐中進一步探討。

(3)保護恢復問題。IP/MPLS采用快速重路由(FRR)機制可以提供50ms級別的故障恢復,但屬于局部網絡保護方式,當鏈路或節點故障發生在TE 域之外,系統的故障恢復需要IGP收斂實現,整網保護倒換可能在幾百ms左右。

(4)端到端QoS保障問題。在傳統IP承載網中,高品質的QoS保障往往要靠大帶寬輕載來實現,網絡帶寬的利用效率較低。為此需要考慮部署端到端的QoS解決方案,以提高網絡利用率。

(5)互聯互通問題。運營商原有MSTP的部署規模較大,承載了現網大部分業務。新部署的IP RAN還不能完全取代MSTP,業務的割接需要遵循漸進過程,因此在MSTP與IP RAN共存的情形下,必須解決MSTP與IP RAN的互聯互通問題,包括業務的互聯互通、OAM的互聯互通及網絡保護的互聯互通。

圖1 電信IP RAN網絡拓撲示意圖

3 IP RAN 網絡組網模型

IP RAN由核心層、匯聚層與接入層三層組成,如圖1所示,各層功能如下:

(1)核心層主要由RAN ER設備組成,核心層RAN ER直接與MCE相連。

(2)匯聚層由B類設備(IP RAN匯聚路由器)組成,用于接入匯聚A類設備。匯聚層承上啟下,B設備的選點、選型是網絡架構的重中之重。

(3)接入層:由連接基站的A類設備(IP RAN接入路由器)組成。承載基站的A類路由器應采用環形接入一對B類路由器,建設初期采用單GE環組網,在4G網絡部署階段需根據流量情況,可擴容至2個GE環。

在實際建設中,核心層需要保持穩定,RAN ER設備一次到位。匯聚層、接入層按需建設,A/B設備根據LTE基站建設進度按需部署。隨著業務的發展,IP RAN網絡由市區向縣城和郊區擴展。

4 IP RAN網絡設計與研究

圖2 VRR部署示意圖

圖3 PW+L3VPN方案上行業務標識流程

4.1 IGP路由設計

IP RAN網絡本質上是一張全IP網絡,其路由的設計會直接影響到IP Backhaul網絡的可靠性和安全性。全網路由采用扁平化結構設計,IGP路由協議僅承載網絡設備的loopback地址和互聯地址,不做業務路由的承載。

為保證路由層面的安全性,綜合業務接入子網與IP RAN核心層采用不同的IGP路由進程,并啟用MPLS；B設備同時屬于多個IGP域,核心與接入的IGP路由相對隔離,不進行路由的相互注入,根據電信集團規范,在接入層部署OSPF協議,匯聚層選用ISIS作為IGP協議。

網絡側的IGP路由規劃分為接入環的IGP規劃和匯聚環的IGP規劃。按照中國集團規范要求和現網的實際情況,IP RAN網絡側IGP設計如下:匯聚層使用雙平面的路由設計,使用ISIS協議。所有B設備、ER設備和EPC CE設備在同一個ISIS進程。為提高匯聚側ISIS進程優先級,使B之間路徑默認選擇ISIS而不選擇接入側OSPF。接入層配置分域的OSPF,對于一對B而言,B互聯鏈路上起一個OSPF區域0,然后接入的每一個接入環都屬于不同的區域。

4.2 BGP路由設計

(1)AS設計。RAN ER、B統一使用山西省會MCE的AS號65431,IP RAN域內存在MP-iBGP鄰居關系。RAN ER和CN2的PE采用Option A方式對接,之間存在MP-eBGP鄰居關系。MCE與RAN ER之間采用Option A方式,之間存在EBGP鄰居關系。

VPN ECMP方案下IP RAN域內的MP-iBGP部署要點:B設備、RAN ER配置雙RD,發布等價路由,使B設備上下行均形成BGP VPNV4 ECMP方式進行流量負載分擔。

(2)VRR(VPN路由反射器)部署設計。在一個本地網AS內,其中一臺路由器作為路由反射器RR(Route Reflector),其它路由器作為客戶機(Client)與路由反射器之間建立IBGP連接。路由反射器在客戶機之間傳遞(反射)路由信息,而客戶機之間不需要建立BGP連接。在IPRAN網絡中RAN ER兼作VRR；所有B、CE設備作為VRR的Client(客戶機)。VRR部署設計如圖2所示。

4.3 隧道部署設計

IPRAN網絡作為一個綜合業務承載平臺,將承載不同業務的傳輸,虛擬專用網技術的應用是必不可缺的,其隧道技術的部署設計將會直接影響業務承載的安全性和可靠性。IPRAN網絡中的隧道部署方案如下:

(1)A到B隧道部署。A和B設備之間部署LDP LSP隧道。A-A的互聯接口、A-B的互聯接口開啟LDP。A和B配置只為32位主機地址分配標簽。接入環的保護無需部署LDP BFD進行保護,只依賴PW FRR。

(2)匯聚核心隧道部署。B設備、RAN ER之間采用LDP作為動態隧道的信令,互聯接口開啟LDP。B設備間存在ISIS互聯和OSPF互聯兩類L3接口,都需要開啟LDP。

圖4 PW+L3VPN方案下行業務標識流程

4.4 保護策略設計

(1)隧道保護。在建立LSP主隧道的同時,建立LSP備份隧道,同時下發到轉發平面,當主隧道出現故障時,業務快速切換到備份隧道。

IP RAN設備接入環只部署LDP形成LSP,不考慮LDP LSP的保護。

(2)業務保護。接入環上A設備與B1建立主PW,和B2建立備用PW。主備PW同時部署PW BFD,檢測周期50ms*3,WTR5分鐘。

匯聚核心層采用VPN FRR(VPN快速重路由)技術,通過預先在遠端PE中設置指向PE和備用PE的主備用轉發項,結合BFD等故障快速探測,在網絡失效后,主備PE快速切換,端到端可達200ms的可靠性。

(3)網絡保護。BSC雙歸到IPRAN網絡,兩臺RAN-CE之間采用的是VRRP以及心跳報文的傳送方式。能夠保證當主機下一跳路由器故障時,可以及時的由另一臺路由器替代,從而保持通信的連續性和可靠性。

4.5 QOS保障

為保障多業務的傳送質量及QOS策略的可實施性,綜合業務接入網總體上采用簡化部署及預防性的QOS策略,滿足業務QOS透傳和差異化傳送的能力。Qos的部署設計需要遵循如下事項:

(1)保持與CN2的QoS部署規范一致；

(2)精簡隊列數量,降低部署難度；

(3)規范并信任無線業務優先級,透傳無線業務優先級；

(4)政企客戶業務按照接入端口/VLAN進行映射,透傳政企業務優先級。

在IPRAN組網中,采用的PW+L3VPN方案組網模型中上下行業務的QOS標識透傳流程如圖3和圖4所示。

對于基站業務,基于IP DSCP進行標識,重置EXP值,IP QoS在基站到BSC/EPC之間的承載網絡實現透傳。對于政企客戶業務,基于端口/VLAN進行標識,重置EXP值,IP QoS在承載網絡實現透傳。

5 結語

面向全業務的路由型IP RAN綜合承載網以IP/MPLS為基礎,滿足未來各種新業務對網絡提出的新需求,其承載移動網絡全網業務IP化技術已經成熟,可以作為各類運營商未來網絡建設的重要技術選擇并能促進運營商網絡的可持續發展和演進。

[1]中國電信集團公司.中國電信移動承載網組網與策略規范(試行).2014.

[2]中興IP RAN解決方案及設備介紹.http://www.doc88.com/p-018708848289.html

[3]成大業.基于IP RAN技術的傳送網建設:[碩士學位論文].吉林:吉林大學,2013.

王雅紅(1977—),男,漢,山西臨汾人,碩士研究生,工程主管,通信工程師,研究方向:移動通信網絡,從事2G/3G/4G網絡規劃及建設工作。