基于IP RAN与MSTP叠加组网的无线承载网研究与应用

芦健 范勇 林康 郭欣

摘 要：本文依据中国联通提质增效的指导思想，依托河南联通无线网络现网实际情况，通过对无线承载网多种传输网络融合组网进行研究，挖潜利用现有接入层MSTP传输资源，通过汇聚节点融合的方式接入IP RAN网络，从技术层面为无线网基站传输承载改造提供支撑，解决IP RAN网络覆盖不足以及MSTP设备的减负退网难等问题，达到提升无线接入网络质量、运维管理提质降本增效的目的。

关键词：基站;IP RAN;降本增效

中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）10-0016-03

Research and Application of Wireless Bearer Network Based on IP RAN and MSTP

LU Jian FAN Yong LIN Kang GUO Xin

（China Unicom Henan Branch，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Based on the guideline of improving quality and increasing efficiency of China Unicom and the actual situation of Henan Unicom's wireless network， this paper studied the integration of multiple transmission networks in the wireless bearer network， and tapped the potential of MSTP transmission resources in the existing access layer， connecting to the IP RAN network by means of convergence nodes fusion， providing support for the transformation of the transmission load of the base station of the wireless network from the technical level， and solving the problems such as the insufficient coverage of the IP RAN network and the difficulty of reducing the load and withdrawing the network of the MSTP equipment， to improve the quality of wireless access network， to achieve the quality of operation and maintenance management to reduce costs and increase efficiency。

Keywords： base station;IP RAN;reducing cost and increasing benefit

为更好地满足现阶段各类业务的承载需求，河南联通网络管理中心从河南省无线网的实际和基站维护现状出发，对多种传输网络环境下利用IP RAN与MSTP/SDH混合组网满足基站建维需求进行了研究，验证其可行性，在不改动基站任何硬件连接、不影响网络稳定性并且不需要额外建设投资的前提下，为无线网络建设维护的提质增效提供一种行之有效的解决方案。

1 研究背景

河南省联通移动通信网络规模逐年扩大，截至2020年10月末，河南省联通在网运行的逻辑基站数量已经超过130 000个，物理站址数量超过30 000个。随着4G网络的不断发展，用户对高带宽的手机接入需求越来越多。但实际上，针对联通全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）的退网以及U900的补充覆盖，相当多用户的业务需求依旧需要3G网络承担，对于回程网的承载需求呈现出爆炸式的增长。目前，部分3G基站的承载仍采用MSTP（Multi-Service Transfer Platform，多业务传送节点）技术/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系）技术。该技术本质上是纯物理层时隙交换技术，不能适应大带宽的数据洪流冲击，且设备故障率较高，维护难度大。随着移动互联网的飞速发展，对移动回传网提出了较多要求，包括带宽容量提升、安全可靠性、多业务承载能力、服务质量提升、时钟同步、便于操作维护等。无线接入网IP化（IP Radio Access Network，IP RAN）回传网可以用灵活的IP化承载方案解决传统回传网的多个问题，但是，IP RAN网络建设部署的深度广覆盖仍是一个显著的问题。

W网基站早期开通了大量基于SDH的多业务传送平台（MSTP）承载的基站，随着IP化的推进，大部分基站均迁移到IP RAN上，但还剩余部分基站，占用了大量的无线网络控制器（Radio Network Controller，RNC）和RANCE（無线接入网路由器）设备的端口资源。

IP RAN网络在偏远郊县的区域覆盖广度有所不足，部分区域难以通过IP RAN网络建设LTE（Long Term Evolution，长期演进）基站以及进行3G基站改造。

2 无线网络现状及面临的问题

2.1 无线网络组网现状

河南联通U、LTE、NR三种网络共存。其中，U主要负责郊县等偏远LTE覆盖不足区域承载数据业务、在县区及市区等LTE覆盖较好地区承载语音业务;LTE主要负责在IP RAN覆盖较好的区域承载数据业务;NR主要集中在城区。

LTE、NR基站全部采用纯IP网络承载方式进行建网，W网基站组网情况最为复杂，主要分为以下几种：①传输MSTP直连RNC组网;②站点MSTP-RANCE双栈组网;③IP RAN双栈组网;④MSTP-RANCE单路组网;⑤单IP RAN纯IP组网。

2.2 无线网络资源面临的问题

河南联通3G网络现存在网运行逻辑基站数量超过5万，大部分基站已经改造为单IP RAN网络承载或ATM（Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）+IP RAN方式承载，其中仍有约3 000个基站以MSTP/SDH方式承载。由于IP RAN网络资源覆盖广度不足，全面改造具有一定难度，并且剩余基站大多比较分散，占用了大量的RNC和RANCE的端口资源，甚至有些千兆以太网（Gigabit Ethernet，GE）端口只下挂了几个基站，从而产生了大量端口资源和IP地址资源的浪费，全省近3 000个基站占用了RANCE设备GE端口1 062个，RNC设备端口GE端口672个，同时占用大量MSTP/SDH资源，降低了网络资源利用率，严重阻碍了节能降耗的实施。

2.3 SDH/MSTP基站改造现状

近年来，随着3G基站数据流量及LTE基站承载需要不断增长，带宽不断提升，传统的SDH或MSTP网络受天然大带宽接入适应性差及带宽瓶颈等因素的影響，已经不能满足综合业务接入的需求。从带宽需求、多业务融合及后续发展要求来看，移动网络IP化是不可避免的宽带化发展趋势和承载趋势，尤其是LTE网络的峰值带宽约为3G网络的10倍及接口和业务呈现全IP化的需求。

现有的无线网络中，部分3G业务仍是由SDH或MSTP承载的，面临的情况为：①网络割接调整工作大，基站调整割接需要重新调整端口，布放线缆、数据制作烦琐;②不能适应大带宽数据洪流的冲击;③不利于下一步网络的演进，随着移动通信日趋宽带化和IP化，SDH或MSTP承载的无线网络已无法满足网络演进及发展过渡的需要。

传统的基站承载改造流程如图1所示。直接将基站承载G/U/L基站全部在接入层接入IP RAN网络，不再利用MSTP/SDH传输资源。

2.4 基站改造中存在的问题

现有改造过程中，对IP RAN网络覆盖的广度要求比较高。IP RAN分组网基本覆盖市区、县城及重点乡镇等区域，但是部分偏远郊县的IP RAN网络覆盖不够，往往只能利用现有的MSTP/SDH网络解决，无法接入IP RAN网络。若考虑全部由IP RAN网络解决，目前的IP RAN建设以市区及县城区域的建设为主全部新建会受到限制，而且会造成原有MSTP网络资源的浪费，并提高改造成本与时间成本。

2.5 基站承载IP化改造方法介绍

传统的基站承载IP化改造方案中，主要有以下三种方法。

MSTP网络承载法：原传输MSTP直连RNC组网、站点MSTP-RANCE双栈组网两种方式组网统一改造为MSTP-RANCE单路组网，业务网关放在RANCE。此方案实现方式复杂，后期随着网络发展及MSTP退网可能还需要二次割接至IP RAN，且二次割接的割接量比较大。

IP RAN网络承载法：在不进行基站硬件调整的基础上，全部业务由IP RAN网络承载，目前的IP RAN建设主要以市区及县城区域内的覆盖为主，若郊县全部进行IP RAN传输网新建，不但造成原有MSTP网络的资源浪费，而且会造成成本的提高与时间上的延迟。

室内基带处理单元（Building Base band Unite，BBU）合并法：在BBU上增加不同制式的基带板和接口板，将单制式BBU改造成为多制式共模BBU;对于基站版本不一致的，需要先做版本拉齐工作，通过软件的升级使硬件具备兼容性，然后再对硬件合并;由于LTE的BBU在网年限更短，因此尽量将其他制式基站合并至LTE的BBU内;对于原基站传输为SDH/MSTP承载的，统一合并为IP RAN承载。

2.6 IP RAN与SDH叠加组网的研究

在所有厂家的基站传输组网模式中，县城SDH汇聚节点与IP RAN汇聚节点均位于同一机房，SDH汇聚设备与IP RAN汇聚设备均可以提供GE口接入能力。

本文利用了县城SDH汇聚节点通过以太网板与IP RAN汇聚节点的GE以太网板对接，并且每台设备提供两个端口，以实现端口级的保护。端口之间使用链路聚合组（Link Aggregation Group，LAG）。基站业务汇聚到县城IP RAN汇聚节点后，进入分组网络的L3VPN中转发，采用L3VPN业务保护方式，基站业务地址网关由市区RANCE下沉至IP RAN县城汇聚节点。

2.7 传输网叠加融合

目前，SDH/MSTP网络各个市县的汇聚节点与IP RAN分组网汇聚节点基本重合覆盖，可考虑在MSTP网络的汇聚节点将业务收敛后，通过IP RAN分组网络传送至RNC。

2.7.1 县区SDH汇聚节点与IP RAN汇聚节点对接。县城SDH汇聚节点通过以太网板，与IP RAN核心节点的GE以太网板对接，每台设备提供一到两个端口，实现端口级保护，端口之间也可以使用链路聚合（LAG）方式。基站业务汇聚到县区IP RAN汇聚节点后，进入分组网络的L3VPN中转发，采用L3VPN的业务保护方式。

2.7.2 配置IP RAN侧数据。配置聚合端口，设备上选择一到两个GE端口与SDH对接，两个端口之间形成链路聚合的关系，配置基站业务的三层子接口，基站业务地址网关配置到子接口，将此三层子接口增加到L3VPN业务中[4]。

PRAN的侧网管操作：新建Eth-trunk聚合组，起静态LACP，根据实际业务，起对应的子接口，命令行操作如下：

interface Eth-Trunk1.2001

vlan-type dot1q 2001

description XXXXX

ip binding vpn-instance WCDMA-VPN

ip address 172.X.X.X 255.255.255.252

ip relay address X.X.X.X

dhcp select relay

......

网管操作省略。

2.7.3 基站业务走向。ATM承载部分可根据需要进行拆除，傳输流向改至IP RAN;数据业务流向，在汇聚节点与分组设备完成基站数据流的汇聚收敛与转发，此时利用IP RAN网络取代了MSTP骨干层的功能，向上仍然通过无线CE承载网接入RNC。

2.8 基站侧数据修改及业务验证

2.8.1 基站侧数据修改。首先进入专业网管，打开OMMB网元管理-配置管理，然后在IP传输-IP层配置中选择改造的目标基站，修改业务地址及网关IP，若将操作维护地址改至IP RAN，需要同时修改操作维护地址以及管理地址路由。

2.8.2 进行基站业务验证。基站业务验证主要是进行语音回落测试、上网测试及切换测试。

3 结语

经过持续定期运用基站配置数据库的大数据，进行目标改造基站的对标，河南联通各地市经历了1年半时间，已自主改造MSTP承载基站2 357个，打破了IP RAN弱覆盖区域的MSTP承载基站改造的瓶颈。

IP RAN提供的三层承载方案具有天然归属调整灵活方便的优势，在日常维护操作中，基站网元的割接在传输网络侧无须进行调整，能够极大提升无线网络运维效率;通过对基站传输承载进行IP化改造后，除了节省传输资源外，抗灾容灾方面也具有较好的表现。另外，在网络改造过程中，能更灵活地将W网基站在不同的RNC之间进行割接部署，提供更为简单轻松的网络调整维护模式，提升网络运维效率，满足大容量、多业务的移动通信要求，便于下一步网络的演进。

参考文献：

[1]李建业.移动通信工程理论和应用[M].北京：人民邮电出版社，2002：56.

[2]胡捍英，杨峰义.第三代移动通信系统[M].北京：人民邮电出版社，2001：25.

[3]范勇，杨进进，林康.基于基站性能大数据的运维管理研究[J].电子世界，2018（20）：76-77.

[4]GAO YUEHONG，CHENG LEI，ZHANG XIN，et al. Enhanced Power Allocation Scheme in Ultra-Dense Small Cell Network[J].中国通信，2016（2）：21-29.