移动回传网络的技术选择

[摘要]目前3G、移动互联网以及全IP趋势的发展都对移动回传的承载和传送网络提出更高的要求,IP化的业务呈现出带宽突发性、很高的峰均值比等特点,传统基于电路交换的MSTP传送网以刚性管道为特点,不能很好地满足这些分组业务的传送需求,如何构建一个能承载多种新旧业务、易于扩展、可靠且低OPEX和CAPEX的移动回传网是电信运营商要认真考虑的问题。分析移动回传网在传送和承载等方面的新需求,并通过对移动回传网络技术的比较和技术演进的讨论,提供相关设备研发、网络规划及运营商一些参考方向。

[关键词]移动回传网络3G分组传送网(PTN)

中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210121-02

一、引言

3G、LTE等新一代通信技术所带来的信息革命已悄然来到我们身边,在全球范围内,各种丰富的数据服务成为运营商的利润增长点,移动商城、手机支付、手机电视、视频通话等已不再是遥远的梦想,为人们的生活增色不少。然而,随着移动数据流量呈现爆炸式增长,传统的网络构架也将发生重大的变革。IP流量空前增长,对于全业务运营商而言,如何保障移动核心网到基站间信息的传输质量成为重中之重,而这段网络的信息传输过程即所谓移动回传(Mobile Backhaul),见图1:

图1移动回传网络(资料来源:Heavy Reading)

移动回传正在全球范围内成长为一个飞速发展的产业。Verizon、Vodafone等各大运营商纷纷部署回传网络,爱立信、华为、中兴等设备商也提供了各种回传设备和解决方案;而在国内,各运营商正紧跟时代潮流,纷纷进行移动回传试点建设。可以看出,在全球金融风暴带来经济陷入低迷的态势下,移动回传正进入高速发展期,成为带动产业发展的一个新增长点。但3G回传毕竟还很年轻,仍在技术选择、标准化、演进承载等方面存在诸多挑战。

二、移动回传对传送网的新需求

业务的IP化导致传送层的分组化,为适应这一变化,移动回传对传送层的功能提出了新要求,具体有以下几点:

(一)成本

较低的总体费用成本(TCO)是运营商在网络建设中必须要关注的一个方面。尤其是对于移动回传网,作为节点分布最密集、覆盖最广泛、场景最复杂的网络部分,任何技术的选择都将带来巨大的影响,细微的成本差异也会被庞大的接入节点数量而放大。除了设备本身之外,网络运营管理维护的方便性、与现存网络兼容性、设备替换及演进过程中的投资保护等都是要考虑的因素。

(二)基于分组的高效传送

移动回传区别于传统网络的主要特点是存在大量基于分组的增值业务。分组业务具有突发、动态、高峰均比等特点,通过统计复用,可以有效地降低带宽的占用,提升传输资源利用率。在应用层面这类业务的本质与固定宽带业务没有差异,但受到RAN层业务封装机制的限制,在统计复用的方法上具有一定的特殊性,基于MAC层或IP层的业务汇聚技术都可以使用,如何选择则要兼顾效率与成本的平衡。

(三)简化快捷地管理能力

网管功能十分重要,它可以简化网络操作,检验网络性能和降低网络运行的成本。OAM机制不仅要预防网络故障的发生,而且需要实现对网络故障的迅速诊断和定位,最终提高网络的可用性和对用户的服务质量。传统的SDH/SONET和ATM中都定义了相应的OAM功能,在新的传送网络中必需提供更加丰富的OAM功能,以便可以更加方便的进行故障检测、定位、通告,性能监测,从而有效节约网络的运营维护成本。

(四)更高的可靠性及可用性

3G业务包括移动数据业务和话音业务,可靠性要求高于一般的数据网络,因此3G传输网络必须具有运营级的保护能力,提供较高的可靠性。在移动信息社会的演进过程中,不断增加的丰富多样的服务需要依靠移动因特网的支持,为了确保这些服务的安全性,对3G网络解决方案而言是势在必行的。3G网络在向全IP的演进过程中,不仅带来了许多利益,同时也引入了许多新的网络安全威胁,因此有必要保证网络的安全性。

(五)提供多种差异化的业务和保障QoS

在融合网络中,有internet、语音、视频等业务,各种业务对QoS的要求也不一样,传送层必需提供这些多种差异化业务,并保障他们的QoS。例如,传统的2G移动网络和传输基于电路交换,TD-SCDMAR99/R4商用化版本目前采用ATM协议,3G网络的发展趋势是全IP化,因此需要3G传输网络具备多业务支持能力,以有效承载不同的基站传输要求。

(六)网络具有弹性,更好的可扩展性

所谓扩展性,涉及业务和带宽。业务的可扩展要求具有支持数百万用户使用网络业务的能力,适应于商业、信息、通信和企业等各种广泛的应用,可同时提供话音、视频和数据业务。带宽扩展性要求支持从1Mbps到10Gbps甚至更高速率,带宽颗粒逐渐增加。3G的发展和数据业务的增加将对3G传输容量产生更大需求,这要求承载网在能够满足目前容量的基础上,能够具有良好的可扩展性,提供标准的接口(UNI、NNI),可以平滑的进行演进,以更好地保护原有网络投资。

(七)满足同步定时要求的时钟质量

当传统TDM电路专由以太网络提供时,必须通过精准的同步技术来保证传输的质量。实时的业务对同步有一定的需求,在分组的环境中提供TDM电路仿真,必需提供时钟同步机制。另一方面,在移动网络中,在基站与基站之间、基站和基站控制器之间提供同步,以防止频率干扰和掉话。用户终端在切换时,如果RNC(无线网络控制器)和NodeB(基站)之间没有时间同步,可能在选择器中的指令不匹配,从而使通话连接不能建立。

无线网络对于时钟同步的需求有两个级别——频率同步和时钟同步。基于FDD模式的无线系统如WCDMA需要各节点之间保持频率同步即可,而基于TDD模式的无线系统,包括cdma2000/TD-SCDMA,则需要更为严格的时钟同步,以确保小区切换能够顺利完成。目前频率同步可通过地面时钟信号分配解决,而时钟同步则需要由GPS提供,需颇为可观的费用支出。在传送网的设计中,时钟同步具有重要意义。

三、网络技术方案选择

面对IP化承载和传送需求,理论上有许多候选技术可以使用,主要有基于SDH的多业务传送平台MSTP技术、IP/MPLS三层承载技术,还有新型的面向IP的分组化传送PTN技术。具体见下表1:

(一)SDH/MSTP

从传送网的现状来看,2G的基站回传主要解决2M、STM-1等TDM接口的传输需求,SDH技术在过去的十多年中提供了完善的解决方案,3G IP化的发展趋势对传送网提出了多种需求。在数据业务不多的初期,可以考虑继续采用MSTP技术来构建3G回传网络,这一方面可以充分利用现有的网络,增加部分数据板卡即可实现。在数据业务量不大的情况下,对于带宽需求和汇聚收敛方面的要求并不高,可以通过MSTP的数据板卡实现透传和部分汇聚收敛,满足网络的传送需求。但是MSTP的解决方案还是存在采用VC刚性管道承载分组业务,汇聚比受限,统计复用效率不高的问题,在数据业务量逐步增大的情况下,必然会受到一定的限制。

为满足MSTP承载3G数据业务的端口汇聚收敛需求,根据MSTP采用的技术类型和组网方式,可以分为以下两种方式:

一级汇聚+透传方案。基站业务通过n*VC12直接透传至核心节点进行汇聚。要求在基站侧配置以太网透传板卡,在核心节点配置大汇聚比的以太网汇聚板卡,将通向相同RNC的多个基站业务(VC-12级联组),汇聚到连接RNC设备GE接口上。该方案的优点是业务配置简单,业务与2M完全一样,中间节点时隙转接;便于处理基站负荷分担及归属调整带来的电路调整问题。缺点是一个RNC管理100多个基站,一次汇聚对中心节点和中心节点以太网盘压力极大,对骨干节点低阶交叉容量要求高。同时,该方案在MSTP网络中为全程透传,不进行带宽收敛,因此消耗网络带宽较严重。

二级汇聚+收敛方案。基站侧配置接入以太网透传盘,RNC侧和汇聚节点配置汇聚型以太网盘。基站业务通过n*VC12透传至汇聚节点进行一级汇聚,汇聚成GE接口;再通过VC3/VC4-nv级联通道传送到核心节点,在核心节点将多个汇聚节点的业务进行二级汇聚,通过GE接口传送给RNC。该方案的优点是减轻了核心层EOS单板汇聚和配置的压力;汇聚层可进行一定的带宽收敛,节省了汇聚层、核心层带宽。缺点是业务配置复杂,尤其是基站更改归属RNC时调整复杂。

综合来看,EOS一级汇聚+透传方案成本低,业务配置简单。但对核心节点的低阶交叉和汇聚比要求高,受到MSTP设备的汇聚比能力限制,该方案的网络可扩展性较差。适用于3G发展初期的小型城市,且每个RNC带基站数量较少的场景。EOS二级汇聚+收敛方案通过汇聚节点分担核心节点的汇聚比和低阶交叉压力,汇聚收敛能力较强,可以满足3G建设期的数据业务需求。但业务配置和调整稍复杂,成本略高于方案一。适合大中型城市,基站数据业务量较大的场景。

(二)分组传送网(PTN)

目前业界广泛关注PTN技术作为移动回传的一种解决方案,PTN的两大主流技术分别是MPLS-TP和PBB-TE。从传统以太网逐步发展而来的PBB-TE技术,从增强以太技术进一步发展为MAC in MAC的运营商骨干桥接(PBB),更好解决了运营商网络和客户网络之间安全隔离问题,进一步提高了网络扩展性。为了增强QOS能力,进而增加了流量工程(TE)演进为PBB-TE。PBB-TE目前主要支持点到点的传送(Trunk),多点业务支持需要借助PBB和PLSB技术。从核心网的IP/MPLS技术发展来的T-MPLS/MPLS-TP技术,简化了IP的三层无连接特性,增强了MPLS标签转发能力,使其具有面向连接的端到端特性,从而可增强端到端的OAM、QOS和保护能力。标准化工作在IETF和ITU-T同期开展,预计今年Q4能够稳定。

总体来说PTN技术采用分组内核和弹性管道承载分组业务,具有统计复用效率高,面向连接,OAM、保护和网管能力强,可靠性高的特点;另外,PTN方案还继承了SDH优异的时钟传输特性,不仅能够满足频率同步的需求,而且能根据相关协议的成熟情况支持高精度时间同步功能。目前标准化方面也基本稳定,各大主流传输设备厂商都陆续推出了相关产品,设备基本成熟,还需进一步完善。

(三)IP/MPLS技术方案

IP/MPLS作为移动基站回传网络的另一个解决方案,也受到各方的关注。IP/MPLS方式是从IP骨干网演进来的,本质上通过三层MPLS与二层网络的叠加,是一种L2的MPLSVPN组网技术。用MPLS仿真方式来提供以太网业务,在处理点对点专线时较容易,但在处理点到多点时需全网采用VPLS方式并要求全网状连接,成本太高。而且通过叠加建网来对二层以太网进行管理和维护,会引入大量的开销和复杂度,同时无法适应移动回传网上以二层为主的业务传送需求。

IP/MPLS解决方案可以实现对IP业务的高效承载,支持伪线(Pseudo Wires)和L2/L3 VPN业务,可动态、灵活实现创建,但相对于3G回传的需求来看,目前也存在网管故障定位能力弱,设备可靠性相对较低,运维复杂,而且建设成本相对较高的问题,需要进一步改进OAM、网管和可靠性。

部分数据设备制造商在积极推进IP/MPLS应用在3G移动无线回传,并在IP/MPLS Forum牵头制定移动无线回传的相关规范。MPLS将分三个阶段逐步从核心网向边缘延伸,阶段1是MPLS应用在移动电话交换局(MTSO),实现集中汇聚、收敛和业务路由;阶段2是MPLS延伸在汇聚节点(Hub);阶段3是MPLS延伸到基站接入节点(Cell Site),实现IP/MPLS与接入传输技术无关。

表1多种IP化传送技术的比较

到底那种技术是最佳的移动基站回传解决方案呢?这最终还是要取决于对移动回传网的需求(见论文第2部分)和回传网络承载的业务。

从承载的业务来看,有些运营商的回传网络是专网,承载业务相对简单,对设备的要求就可适当降低;有些运营商的回传网络在承载移动业务时,也要承载一些VPN等业务,对设备的要求相对较高,功能要求也较多。目前,话音在相当长的时期内仍然是主要的业务和收入来源,因此应当保障传送网对话音业务连接的高度可靠性,既要保证带宽,还要保证路由确定性。

从网络演进来看,由于现网中MSTP大量采用,而且2G/3G网络会在相当长的时期内共存,3G IP化本身也是一个渐进的趋势,这就决定了传送网本身是一个演进的过程,同时要考虑到网络未来的扩展性和兼容性,在近期3G业务刚刚开展,IP化逐步进行,数据业务量不大的情况下,可以采用MSTP的透传、汇聚和二层交换功能来实现,随着数据业务量逐步加大,可以考虑采用PTN技术,采用基于MPLS-TP等技术方案,在密切跟踪国内外标准化进展和应用进展,技术标准确定且经过实验室测试后,在汇聚层先引入,逐步向接入层延伸。

四、结束语

在移动回传网络向大容量、IP化演进的过程中,任何先进技术的引入和网络架构的变革都必须满足当前和未来的业务需求基础,同时具备良好的性价比。经过分析对比,PTN组网模式凭借其强大的IP业务接入、汇聚及灵活调度能力,是移动运营商组建回传网的最佳技术选择,但PTN的技术成熟度和价格问题,使运营商对PTN的引入还非常谨慎。运营商技术的选择最终还要靠业务驱动。

参考文献:

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

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

[3]徐荣,3G移动基站回传:MSTP将会向PTN演进,通信产业报,2008.

[4]基于分组的传送网技术研究,中国通信标准化协会,2008.

[5]李芳,PTN技术的标准进展,电信技术,2009.6.

作者简介:

江凌云(1971-),女,汉族,江苏南京市人,南京邮电大学硕士,主要研究方向:无线网络技术和应用。