浅谈IP RAN网络建设思路与策略*

李 聪，宋 路

0 引言

随着通信技术的发展，移动通信在LTE(Long Term Evolution，长期演进)阶段基站规模将提升为现在的数倍，直接导致回传网络规模急速膨胀。IPRAN的典型特征是动态三层，采用传统方式组建大规模网络时，一方面导致接入层设备路由等性能指标压力过大;另一方面所有隧道直接终结于核心设备，导致核心设备压力过大。通过引入分层技术，将一个大网分割为多个小网，通过路由隔离与故障隔离，弱化了接入层盒式设备的性能要求，降低了核心设备的性能要求，实现设备能力与网络规模解耦。此外，分层之后，不同层次可以采用不同的隧道及业务承载技术，进一步提升了组网的灵活性。

1 IP RAN整体网络架构

IP RAN(IP Radio Access Network，无线接入网IP化)依托IP城域网骨干网的平面进行搭建。上联至接入城域骨干网业务控制层SR/MSE，下联至接入基站和移动客户。IP RAN可分为汇聚层与接入层，汇聚层由连接SR/MSE的IPRAN B类汇聚路由器组成，接入层由连接基站和客户的称IP RAN接入A类路由器组成［1］，IP RAN的网络架构如图1所示。

图1 IP RAN的网络架构Fig．1 IPRAN network architecture

2 业务承载需求分析

(1)基站回传业务时，IP RAN需与各本地网移动核心机房内设置的BSC(基站控制器)汇聚路由器(也叫BSC PE)实现三层路由层面的互通［2］。

根据3GPP相关LTE标准，E－UTRAN对承载网的需求见表1。

表1 E－UTRAN对承载网的需求Table 1 E－UTRAN demand for bearing network

表1中带宽为应用层带宽，假设从应用层到空口的封装开销因子为1．3，则峰值速率 =320×1．3=416 MHz。

均值速率 =(80～120)×1．3=(104～156)MHz。

(2)客户组网型业务承载需求分析［3］

政企客户组网型业务需求主要有以下几点:

1)高带宽接入需求。

2)点到点和多点到多点间通信需求。

3)不同业务有不同等级的QOS需求。

目前，各本地网政企客户业务承载方案较多，主要包括以下几种:

1)通过 MSTP/MSAP(Muti－Services Access Platform)承载。

2)通过城域网L2/L3 VPN承载。

3)通过裸光纤承载。

未来可通过IP RAN网络逐步替代上述承载方式。

3 建设模式

为满足基站IP化改造，提供LTE规模部署的接入基站资源储备，在接入光缆资源丰富，综合维护能力较强的地方进行IPRAN网络的部署，IPRAN网络根据MSTP传输系统组网模式，结合基站覆盖情况以片区模式进行组网，目前优先提供基站业务的承载，待大客户业务承载模式明确后利用IPRAN网络进行综合业务承载［4］。

综合业务接入网可划分为两层网络，即汇聚层和接入层，接入层由A类设备组成，通常位于基站侧的主机房;汇聚层由B类路由器组成，主要用于汇聚接入层的流量，也可以直接接入相关业务。核心骨干层是以核心局的两套ER设备构建，主要实现业务汇聚、调度以及落地。

接入层、汇聚层建设原则:

1)接入层A类设备的拓扑以环形为主，双挂汇聚层B类设备。根据本地网的光缆资源情况接入层拓扑也可以呈现环带链形等，从可实施性角度考虑，目前建议采用类似MSTP的环形组网。

2)汇聚层B类设备通常成对出现，一对B位于不同机房或者相同机房，与ER成“U”型组网，一对汇聚层B类设备以及下挂的接入层A类设备称为综合业务接入子网。

4 站回传逻辑组网方案

基站回传方案有PW(伪线)+L3 MPLSVPN和native IP+L3 MPLSVPN两种。

1)PW+L3 MPLSVPN方案

承载方案如图2所示。

图2 PW+L3 MPLSVPN方案Fig．2 PW+L3 MPLSVPN plan

该方案中，B类路由器与BSC/EPC侧汇聚路由器间建立L3 MPLSVPN(基站回传VPN)，A类路由器与一对B类路由器间建立主备PW进入B类路由器的基站回传VPN中。

2)native IP+L3 MPLSVPN方案

承载方案如图3所示。

图3 Native IP+L3 MPLSVPN方案Fig．3 Native IP+L3 MPLSVPN plan

该方案中，A类路由器通过native IP接入B类路由器，B类路由器与BSC/EPC侧汇聚路由器间建立L3 MPLSVPN(基站回传VPN)。

3)方案建议

综合考虑多业务承载的需求，及对组网规范化部署及可维护性要求，推荐优先采用PW+L3 VPN作为IP RAN部署方案。

如本地网采用双归结构组网，且A类设备未进行级联的场景下，可选择native IP+L3 VPN方案。

5 建设方案

根据以上建设模式，将完成基站IP化改造的区域，进行IP RAN网络建设，主要分为三层结构进行部署，即核心层、汇聚层和接入层［5］。

本方案中B设备放置根据目前传输组网的模式，考虑到局房、光缆、管道等资源的实际情况，采取利用现有传输网汇聚节点放置多台B设备的模式，配合后期中继光缆及局房建设完成后再进行分离。

新增B设备节点采用10GE链路成对结构“U”字型上行，通过OTN系统上行至两个核心局的ER设备，根据覆盖A设备接入环情况本期新增B设备数量48台，采用GE端口进行下行，上行与下行分离。

本方案的业务承载方案采用PW+L3VPN(非联动方式)的业务模式进行配置，B设备至A、ER设备应满足IEEE．1588V2(以太网同步协议)要求，并且在LTE阶段1588V2功能开启前，各相关设备专业需提前做好支持1588V2功能建设准备［6］。

(1)PW+L3VPN方案

3G ETH、LTE及动环监控业务通过FE接口承载(LTE后续采用GE)，采用以太封装，且全部IP化，更适合通过分组传送技术进行承载，具体的承载技术为PW+L3VPN。

PW+L3VPN方案的设计理念为接入层通过一种技术PW实现所有业务的接入，降低接入层的维护复杂度，以及维护人员的技能要求，到达汇聚路由器后再进入L3VPN转发。

如图4所示，接入层建立二层管道PW，汇聚路由器以上起L3VPN，通过内部环回接口实现PW与L3VPN的桥接。通常一个接入环会双挂两台汇聚路由器，汇聚路由器作为基站的三层网关，此时需要为两台汇聚路由器三层内部环回接口设置相同的MAC和IP，实现双网关保护，如图5所示。

图4 PW+L3VPN承载方案Fig．4 PW+L3 MPLSVPN plan

图5 PW+L3VPN双网关方案Fig．5 PW+L3 MPLSVPN double－ gateway solution

PW+L3VPN技术是采用二层PW及三层VPN技术，与之相互配合的保护方案也是对两种技术保护方案优点的整合［7］。

依照两种技术保护方案可以划分为业务保护、隧道保护、网关保护三大类:

(1)隧道保护

用于网络内部链路及节点故障，特征是保护倒换前后业务源宿节点不变，相关的技术为快速LDP收敛、LSP 1:1、TE FRR，检测技术为 BFD for IGP/LSP。

(2)业务保护

用于B类路由器及RAN CE节点故障，特征是保护前后业务源宿节点以及PW与L3VPN的桥接点避免发生变化，相应的保护技术为PW Redundancy和 VPN FRR，检测技术分别为 BFD for PW 和BFD for Tunnel。

(3)网关保护

用于BSC/aGW的网关及BSC/aGW与网关之间的链路故障，相应的保护技术为E－VRRP。

保护方案按照PW与L3VPN通常采用非联动方案，具体方案如下:

接入层A类设备配置主备PW分别终结到两台汇聚层B类设备的L2VE接口，再通过内部环回接口实现PW与L3VPN的桥接，逻辑上相当于接入层A类设备直连两台B类设备。主备PW保持单发双收状态，即从接入层A类设备到汇聚层B类设备的上行方向，流量仅从主用PW发送，从汇聚层B设备到接入层A类设备的下行方向，主备PW可同时接受流量，实现A类设备与B类设备之间的松耦合。

为实现汇聚层B类设备节点故障下的快速保护倒换，接入层A类设备需支持ARP(Address Reso-lution Protocol，地址解析协议)双发功能，如图6所示。ARP双发即A类设备从基站侧收到的ARP报文后，同时将ARP报文复制两份分别从主备PW发送出去，两台B类设备将同时收到该ARP报文，进而学习到基站的ARP，从而保证B类设备节点故障时下行流量无需重新学习ARP，达到快速保护倒换的目的。PW+L3VPN的非联动保护方案倒换路径如表2所示。

图6 ARP双发机制Fig．6 ARP double mechanism

表2 PW+L3VPN非联动方案故障倒换路径Table 2 Linkage scheme fault rearrangement of path

6 IEEE．1588V2方案

1588v2是目前唯一能够提供精确时间同步的地面同步技术，1588协议由IEEE定义，全称为“联网测量和控制系统的精确时间同步协议”(Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems)，简称 PTP(Precision Time Protocol，精确时间协议)。1588v2被定义为时间同步的协议，本来只是用于设备之间的高精度时间同步;但也可以被借用来进行设备之间的时钟同步。

1588v2时间同步的过程是通过交换1588v2报文来完成的。从时钟通过1588v2报文中携带的时间戳信息计算与主时钟之间的偏移和延时，据此调整本地时间达到与主时钟的同步。由于在链路层对1588v2报文进行时间戳读取和写入操作，因此，与传统的应用层协议NTP(Network Time Protocol，网络时间协议)相比，1588v2的精度更高。

1588v2要求逐跳部署，根据现网设备支持情况及改造难度，1588v2部署方案可以分为:

(1)端到端逐跳1588v2方案

如现网所有设备端到端支持1588v2，建议采用端到端逐跳部署1588v2的方案，从核心机房注入时间信息，逐跳部署1588v2，如中间有OTN设备，那么OTN也需要支持1588v2。

推荐采用 BC(Boundary Clock)模型组网，TC(Transparent Clock)模型故障定位困难，如无特殊需要，不推荐使用。

(2)BITS设备下移到ER或者B类设备

如果现网存在不支持1588V2的节点或者网络，例如现网CR不支持1588v2，可以通过下移时间注入点的方式规避此问题，具体方案包括:

如果现网CR设备不支持1588v2，则可以考虑将BITS设备下沉到ER，从ER注入时间信息，ER以下部署逐跳1588v2，包括IP RAN及波分设备。由于时间注入点位置偏低，BITS设备数量较多，方案成本较高。

BITS设备与ER之间建议采用1PPS+TOD，进一步降低部署成本，当然也可以采用1588v2;接入层A类设备与基站之间建议采用1588v2，在不支持1588v2的情况下可考虑采用1PPS+TOD，但1PPS+TOD没有国际标准，只有中移动标准，并且存在秒脉冲状态(代表时钟质量)和Clockclass(1588V2中的时钟质量)转化的问题，可能存在异厂商无法互通的问题。需合理规划优先级，实现时间主备保护。

(3)ER或者B类设备通过OTN网路获取时间信息

如果现网OTN当前支持1588v2(或者通过改造支持)，可以考虑通过OTN网络传递时间信息。在核心机房部署BITS设备，从OTN设备注入时间信息，OTN网络部署逐跳1588v2，ER从相同机房的OTN设备通过1588v2获取时间信息，ER以下部署逐跳1588v2，包括IP RAN及波分设备。由于时间注入点位置较高，BITS设备数量较少，方案部署成本较低，但对OTN(Optical Transport Network，光传送网)网络要求较高。

汇聚层组网结构图如图7所示。

图7 汇聚层组网结构Fig．7 Convergence layer network structure

7 设备要求

(1)A类路由器，用于接入基站和政企客户，业务侧以GE/FE接口为主，网络侧现阶段以GE接口为主，设备能力表如表3所示。

1)设备分类:A设备分为A1和A2两类，其中A1设备典型配置为4GE+4GE/FE(自适应)+2FE;A2设备典型配置为2×10GE+8GE;3G及LTE阶段A1即可满足业务需求。LTE ADVANCE阶段可采用A2设备组网。

2)业务侧端口:LTE采用一个GE接入，动环监控用1个FE接入，1X/DO业务采用1个或2个FE(根据基站的接口数量定)接入，业务侧总端口需求为1GE+(2～3)FE。

3)网络侧端口:若组建GE环网，配置2GE，若组建2GE环，配置4GE。

4)备份端口:1GE+1FE。

5)总端口需求:一个A类路由器承载一个3G基站和一个LTE基站时，端口需求为6GE+4FE;一个A类路由器承载多个基站(假设为n个3G基站，N个LTE基站)时，端口需求=5GE+2FE+N·GE+n·(1～2)FE。

(2)B类路由器，用于汇接来自于接入路由器的流量至城域网。业务侧接口以GE为主，网络侧接口以GE和10GE为主。B类路由器可分成B1和B2两类。其中 B1类路由器可配置端口容量为60G，B2类路由器可配置端口容量为120G。现阶段优先采用B1类路由器组网;LTE Advance阶段，可考虑B2类路由器组网，设备能力表如表4所示。

(3)BSC/EPC侧汇聚路由器一般采用与城域网SR/MSE或B类路由器同档次的设备。

1)3G阶段，BSC侧接口以GE为主，网络侧接口以10GE为主。可选用B类路由器同档次的设备。

2)LTE阶段:当城域网LTE基站少于400个时，可选用B类路由器同档次的设备;当LTE基站数量大于400个时，选用SR/MSE路由器同档次的设备。

表3 A类路由器设备能力Table 3 Class A router table equipment ability

表4 B类路由器设备能力Table 4 Class A router table equipment ability

8 IP RAN网络与IP城域网的连接

IP RAN承载的基站回传的流量经由IP城域网中转，原则上不允许为基站回传建立专网，通过B类路由器至BSC/EPC侧汇聚路由器之间的L3 MPLS VPN实现回传流量与城域网流量的隔离。

对于IP RAN规模覆盖后，B设备数量仍少于20台的小型本地网，组网方案报集团审批后，B类路由器可直接接入BSC/EPC侧汇聚路由器。

9 与接入光缆的协同

IP RAN设备组网要尽量与接入光缆网的物理结构匹配，兼顾建设成本和组网安全，做好两者的协同规划。原则如下:

1)成对设置的B类路由器应该尽量放置在光纤资源丰富、路由方向多的机楼和光缆汇聚点。

2)组环的A类路由器应尽量不跨接接入主干光缆环，并应使用环上的公共纤，避免使用独占纤。

3)对于不具备光缆组环条件的非重要基站，A类路由器可以采用链型单归，就近接入另一台A类路由器，但应严格控制设备级联级数。

4)接入光缆网规划要考虑IP RAN的组网需求，并针对IP RAN适当优化。

10 结语

由于LTE通信系统除了提供语音，还包括视频会议、多方通讯、游戏娱乐等多媒体服务，在数据速率、带宽方面提出更多要求。这些要求是昂贵的传统传输技术无法满足的，唯一解决办法就是过渡到全IP网络。此外，将无线语音和无线数据综合到一个技术平台上进行传输，借助全IP的LTE系统并结合IMS技术，将在真正意义上实现语音和数据的业务融和。这一平台也是IP协议的。由此可见，全IP网络可节约成本，提高无线系统的可扩展性、灵活性，使网络运作更有效率;基于移动IP技术，为用户快速、高效、方便地部署丰富的应用服务成为可能。

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