解读HSPA+/LTE对承载网需求

杜 伟 沈 杰

[摘要]文章探讨了面向HSPA+/LTE演进对承载网提出的三大需求全场景、电信级和易维护，从运营商的角度对三大需求分别进行解析，并分享了若干组网思路。

[关键词]HSPA+LTE承载网MSTP分组传送OTKJ/WDM

伴随3G在全球的规模部署，技术演进同步向前。对于拥有WCDMA网络的运营商，选择网络向HSPA+演进，或者采取更加激进的方式直接提供LTE服务慢慢成为主流趋势。目前，少数技术先进的运营商已经宣布提供下行21M/28M的HSPA+服务。Vodafone和NTT DoMoCo之类的业内领先运营商已经宣布将最早于2010年启动LTE服务。由于LTE引入了扁平化架构，改变了传统组网结构，因此LTE承载就成为移动承载网络面向未来演进的核心需求。为满足HSPA+/LTE高质量的业务承载，承载网需要具备三大关键属性：全场景、电信级和易维护。

1承载网需具备三大属性之一：全场景

1.1PWE3/MPLS多业务承载支持2G/3G/LTE长期共存

从2G/3G到LTE时期，90％以上的无线站址会重用，而2G/3G又将长期与LTE共存，这就决定了传送网必须适应无线技术发展不同阶段的差异化需求。

但在整个无线网络建设的投资中，站址(机房、租金等)投资近50％，无线基站约占40％，而传送网则不足10％。由于投资的巨大差异，运营商很少会因传送网的lP化而去改造现有2G/3G基站，只会反过来要求传送网具备多业务传送能力。

目前支持TDM/ATM/Eth多业务传送的技术只有两种：传统的MSTP技术，以及基于PWE3/MPLS的分组传送技术。随着传送网络的IP化转型，PWE3/MPLS技术已成为目前移动承载领域的关键需求。支持多业务传送能力可以重用接入层光纤资源，大大减少投资。

1.2IEEE 1588v2支持低成本同步和深度覆盖

TD-SCDMA、CDMA、WiMAX和LTE(包括LTE TDD和LTE FDD)都存在对时间同步的需求，虽然传统WCDMA、HSPA和LTE-FDD不需要基站支持时间同步，但是由于未来某些重要的宽带业务，如基于SFN(Single Frequency Network)的IMB(Integrated Mobile Broadcast)、基站定位服务等也需要支持基站时间同步，因此最终对承载网的需求是一致的，目前只有GPS或者IEEE 1588v2可以满足要求。LTE由于受频点影响，在覆盖能力上小于2G/3G。意味着将来需要更多的基站来补充覆盖，如果全网采用GPS则意味着投资的上升，而采用IEEE 1588v2地面同步技术可以减少GPS投资，并可作为在GPS失效时的同步保护方案，从而保障电信基础设施的安全性。目前包括北美运营商在LTE承载需求中都明确提出要求支持IEEE1588v2能力。

无线宽带的另一个主要应用场景是室内，由于GPS无法穿透屋顶，室内基站的同步需求也，必须依赖传送网来满足。这样，GPON、以太等接入技术也需要支持IEEE 1588v2能力。

1.3宽带组大网能力

与2G/3G比较。HSPA+/LTE需要传送网支持组大网能力。组大网的含义有两个：一个是带宽的数倍的增长，另一个是网元数量的数倍增长。带宽的增长是驱动承载网络从TDM走向在大带宽模式下每比特成本更低的分组传送的重要因素，网元数量的增长则对分组传送网组网技术提出了要求。

由于国内人口密集，基站覆盖半径小，容量大，即使在2G/3G阶段，一个城域内基站数量已经是欧美地区的数倍，也是固定宽带DSLAM数量的数倍。与2G/3G比较，LTE频点较高，造成无线覆盖半径较小，要实现相同覆盖能力需要的基站数量更多。因此，移动IP承载网络组大网能力非常重要，也超越了传统DSLAM承载网的组网能力要求。

典型的IP传送网有两种建设模式。一种是端到端全动态组网。设备基于L3路由协议自管理；另外一种是静态L2组网为主，将L3动态能力限制在比较小的范围内，如应用于核心层和改善网管配置效率方面。

端到端全动态路由组网的优点在于网络生存性强、灵活性高，缺点是在网络规模增加时，如果性能优先。为满足端到端收敛保护性能要求就需要路由域内所有设备能力提升，从而带来全网设备成本的线性增加，不具备规模降成本效应；如果成本优先，为降低接入设备成本要求，就需要采用复杂的分层分域组网，带来的问题是端到端性能的降低。并且由于其无连接技术的本质决定了其在复杂组网时故障定位效率很低，在支持电信级实时业务方面存在较大挑战。

以静态L2为主的组网模式的优点是采用有连接IP传送技术，随着网络规模扩大，只需升级核心汇聚设备的容量和接口密度，对接入设备的要求不变，这个特点与SDH网络非常类似，即网络规模越大，平均单位成本越低，规模降成本效应明显。其端到端保护性能和故障快速定位能力基本不受影响，缺点是配置效率较低，但可以在网管配置上引入一些动态协议加以改善。

对于LTE承载，当网络规模较小时，如欧美一些中等城市网络，两种组网模式差别不大，均可支持，但是随着网络规模增加，如国内大中城市的网络，对IP传送网动态的应用范围需要加以限制，以保持网络端到端性能并控制成本上升。

追求每比特传送成本更低始终是传送网络发展的重要趋势，在LTE成熟阶段，每基站带宽将超过150Mbps，在城域汇聚核心层对大颗粒传送成本更低的OTN/WDM技术也会提出需求。

2承载网需具备三大属性之二：电信级

2.1LTE承载的需求本质是基于连接的IP技术

LTE接入承载网主要面临两种接口，一个是S1接口，用于基站和核心网网关之间的连接；另一个是X2接口，用于基站和基站之间的逻辑连接。

S1接口的拓扑类似于2G的Abis和3G的Iub接口。出于容灾的考虑，S1接口有Flex的需求，这个需求其实也不是很独特，在2G/3G IP化过程中对Abis和lub接口也有过类似需求，但最终没有得到应用。原因在于采用什么保护方式不仅仅是技术问题，还要考虑实际网络拓扑、机房局向数、建网成本和实际需求等诸多因素。由于S-GW将来会下移到RNC机房位置，因此在S-GW之下只有双归属保护需求，而MME位置在核心机房，要在网络核心层考虑实现Flex保护。

对于X2接口，考虑到LTE是面向公众服务的电信网络，需要遵循国家政策相关规定，包括海外也有类似“合法监听”的需求。所有的用户流量都必须可控地经过网关进行内容监听，不会出现用户手机之间可以不受控制地接入互通的情况。因此，目前运营商对于基站和基站之间互连的X2接口的定位，仅限于改善用户跨基站的移动切换时刻的体验，

在切换完成后，业务还是要经过S1进行传输。

由于切换只发生在相邻基站之间，因此在X2接口设计上，主流运营商明确要求仅允许相邻基站之间存在逻辑连接。而非相邻基站不允许互通。从避免一个基站故障扩散到所有其他基站的角度考虑，避免所有基站全Mesh互通也是合理的。

由于基站覆盖相邻关系的复杂性，这种连接关系只可能通过静态配置来实现；由于X2和S1传输有严格的时延和保护要求，不可能在业务需求出现的时候再通过路由创建一条链路的方式来支撑，这就意味着，LTE的承载网络在上业务之前，X2和S1接口包括连接关系、保护方式和QoS特性等都已配置好，这种连接关系不会自动老化和改变。所以，LTE承载网本质上是一个基于有连接技术实现的网络。

2.2低时延转发能力保障业务体验

LTE的设计目标是要能够达到固网宽带业务的能力。传统3G/HSDPA架构从最终用户到业务之间经过四级协议处理，带来很大时延和高昂的成本。而LTE支持扁平架构，大大减少了协议处理的时延，提升了宽带业务性能。

由于无线侧空口上的编码消耗了大量的时延，为达到与固网相同的端到端业务性能指标，LTE承载网上的时延要求比传统固网宽带承载网更加严格。传输时延越大，系统吞吐量就越低，意味着无线空口频谱效率越低，为满足覆盖容量需求就要求无线增加更多的载频来覆盖，这会带来无线网络成本的上升。因此。减少传输时延就是为无线网络省钱。目前，北美主流运营商已经在LTE传送网需求中明确提出单向传输时延小于5ms的要求。

在承载技术选择上，由于传统接入交换机和路由器传输时延离散性比较大，单站时延有时甚至会超过1ms，而一般基站接入网要经过10～20站的传输，这样很难保障LTE承载端到端、稳定的低时延需求。因此在LTE承载上，运营商更倾向于采取基于Cell定长包转发的有连接的分组传送设备实现，为减少端到端时延，需要尽量减少L3处理环节、减少跳数。

2.3端到端层次化质量保障

LTE无线层通过信令控制、资源预留等可实现端到端的业务层QoS控制，但随着承载网的IP化，网络拥塞、丢包、抖动、延时等质量问题将影响到LTE业务层的QoS质量。无拥塞的IP承载网是不存在的，关键是发生拥塞之后，如何保障业务质量，并且在故障发生时能够陕速定位问题。

LTE基站承载QoS有两个关键需求：一个是保障高等级的业务优先转发，这是传统Differ-Serv的概念；另一个是保障在发生拥塞时重要基站业务可用(如灾难或者重大事件发生时，政府机关、医院、学校等重要区域的基站)。这就要求承载网能够支持层次化的QoS管理能力。

层次化管理是电信传送网的基本特征之一，传统SDH网络是通过通道层和段层的开销字节提供性能、告警和保护管理，IP传送网实现层次化管理也需要依托PW、MPLS、以太等层次化的OAM能力实现。

3承载网需具备三大属性之三：易维护

3.1LTE承载重点是S1而不是X2

LTE新的逻辑接口X2主要用于切换，由于这个接口的出现，基站出现了逻辑部分Mesh互连的承载难题，对传统点到点的传输网络架构提出了挑战。但进一步分析可以发现。实际X2接口带宽需求不会很大(通常认为是s1接口的3％)，X2接口的传输时延要求约为10ms～20ms，这个要求比S1用户面时延5ms宽松了许多。

由于X2接口时延考虑的是移动性需求，而S1时延考虑的是业务和吞吐量需求，这就造成了一个事实：如果承载网能够满足S1时延要求，那么X2时延是非常宽松且容易满足的。这样，X2逻辑交换在承载网或AGW汇聚点实现都可接受。但需要关注的是，如果要求承载网支持X2逻辑互连，将带来维护和设备功能需求的增加，如支持L3 VPN等能力。同时，为了防止非相邻基站的非法互连，还需要引入安全控制策略，相应会造成承载网增加30％以上的投资。为3％的流量增加30％的投资，并且影响到97％的S1业务的QoS和维护质量，这是一个值得深入研究的问题。

我们可以借鉴固网运营商的建设经验。对于宽带网络中流量不大的企业L3 VPN业务，目前的主流模式是。在城域核心机房集中设置VPN PE路由器。这在配置和管理模式上与X2的承载需求和固网企业L3 VPN的需求存在很多相似点：流量不大、需要配置、经常变化。只要时延指标可满足要求，采用集中配置的VPN PE路由器可能是X2承载一种比较合理的解决方案。

3.2统一维护和管理保障平滑演进

对于LTE传送，目前有两种典型思路：一种对新技术存在顾虑——2G/3G采用MSTP承载，LTE则另建一张分组传送网；另一种主张保护未来投资——3G和LTE都采用分组传送网承载，现网2G业务逐步从MSTP上迁移到分组传送网上。

无论采用哪种方式，都必须考虑到一个事实：基站末端机房空间一般很小，传送设备内置在基站机柜内部，空间只有2U～3U。而基站本身是支持3G到LTE平滑演进的，而且2G/3G在相当长时间内不会退网。这就意味着，无论采用哪种方案，在末端接入点上都是统一的，而且都是通过一个盒子实现的。

传统无线只需要考虑与MSTP维护团队一个接口，考虑到无线网络经常需要调整带宽、增加载频、迁移站点等客观情况，在传送网络分组化后，无线和传送网之间保持唯一的维护接口是非常必要的，否则会导致大量的跨部门沟通成本上升，并会降低故障解决效率。因此，分组传送网和现有MSTP网络统一维护和管理是平滑演进的关键需求。

3.3IP可视化实现OPEX的降低

LTE规模部署最大的挑战还在于OPEX。从OECD(世界经合组织)对无线宽带的分析可以发现，无线宽带发展初期主要是网络建设投资，但很快趋于平缓，而中后期OPEX将成为运营商的沉重负担。如何有效降低OPEX是宽带运营商目前最关注的问题之一。

传送网络OPEX主要体现在网络运维上，主要分为开局配置和日常管理两个过程，日常的管理是维护的主要工作，据统计占维护工作量的80％以上。因此，降低基站传送网络OPEX的关键是提升网络故障定位能力。

传统动态lP网络的基础是自组织无连接性，采用命令行配置为主，由于只关注单设备协议配置，不关注网络拓扑和连接关系，因此在配置上效率较高，并符合数据维护人员的操作习惯，但是也基于相同原因，其网络拓扑在网管上是“一团未知的云”，在故障快速定位解决方面存在先天不足，往往需要资深的专家花费较长时间才能发现问题。

面向LTE承载的有连接的IP传送网由于设备和网络拓扑采用可视化管理，在故障快速定位方面具有明显优势，并且保持了多数运营商目前SDH运维团队的维护体验，对技术人员的IP化转型较平滑，同时可以通过网管支持部分动态协议。用于改善配置效率，从而实现了降低运维成本的目的。

4结束语

务实和聚焦是移动承载网长期健康发展的基石。华为聚焦移动承载关键需求，推出以PTN产品为主的多业务分组传送平台，满足了全球移动运营商宽带化和全IP转型的需求。华为IPTime(IP Infrastructure for multi-play experience)移动承载解决方案在一个统一的平台上实现了包括微波、铜线和光纤在内的多场景接入，大大降低了运营商维护复杂度，并率先在包括PTN、OTN、GPON和路由器在内的全系列产品上，支持端到端JEEE 1588v2能力。IPTime的核心理念是聚焦运营商LTE承载的关键需求。借鉴了SDH网络分层维护和管理的设计思想，采用成熟的分组技术和标准，从而显著提升了分组传送网在多场景、电信级和易维护方面的特性，助力运营商从2G/3G走向LTE全业务承载。