新时期基于IP的移动网优化探讨

赵 泉

（中国电信股份有限公司武威分公司，甘肃 武威 733000）

进入信息化时代以后，移动网应用质量受到更多关注，但就实际而言，很多地区因基础建设条件差、IP应用程度不足等因素而使得用户体验较差，针对该种情况，很多地区运营商在探索IP移动网优化的具体策略，并在实际工作中取得了初步进展，在分析影响移动网应用因素的基础上，进行有针对性的调整，效果显著。

1 IP简述

IP（Internet Protocol，互联网协议）是TCP/IP的主要构成部分，IP设计主要是为提升网络可延展性，实现异构网络大规模的互联互通，并起到分隔系统顶层应用、底层技术耦合关系的作用，结合端到端设计机制来讲，IP技术可为主机提供不可靠、独立性、针对性的数据传输功能，具备较高适用性。

2 基于IP的移动网优化思路

5G网络迅速发展，在一定程度上给人们生活、生产活动等带来了较大的便利，但随之而来的频繁扩容、运行成本增加等却阻碍了移动网的大范围应用，数据业务阻塞、通话质量差等开始频繁发生，因此探索新时期基于IP的移动网优化策略已经势在必行，要做好该项工作，有必要对移动网运行指标加以分析，引入各类先进的传输技术、SDN IP网络优化、移动网全IP化建设等，皆具备较大的可行性，探索提升网络质量、运行效率的可靠方法，进一步扩大网络资源利益[1]。此外，需关注移动模型的灵活应用，尤其是其中的流体模型、马尔科夫模型等，就前者来说，其描述的是宏观移动行为，关注单位时间内穿越边界次数：

3 新时期基于IP的移动网优化策略

3.1 灵活利用网络传输技术

（1）IP over ATM技术。将ATM层中的所有IP数据包封装到ATM信元中，按照信元模式传输，在移动网交换机接收到IP数据包后，结合数据包显示的IP地址处理路由地址，并通过路由系统进行转发操作，如此可在ATM网络中搭建VC虚电路，后续IP数据包通过虚电路直通传输。IP over ATM技术的优势在于推进ATM技术、IP在移动网中的融合应用，发挥ATM提供高质量服务、同时支持多类业务的优势，并适当提升移动网传输速率、降低运行成本，增加了移动网的可拓展性、可管理性[2]。

（2）IP over SDH技术。引入PPP点到点协议，通过RFC 1662规范方法在PPP帧整个信息段中分组插入IP信息，封装IP数据包，再通过HDLC协议对PPP帧定界，得到HDLC帧，后续通过SDH通道层业务适配器将HDLC协议内容映射到SDH通道净负荷处，得到相对完整的SDH帧结构，并在光纤中直接传输，突出IP无面向连接的应用特点。分析IP over SDH应用优势，主要体现在：进行IP分组时，借助点对点协议映射到SDH帧，省去ATM层，但又仍具备移动网无连结性优势，网络体系得以简化，使基于IP的移动网传输效率得到明显提升，可灵活实现各类技术体系下的网络互联与兼容。

（3）IP over WDM技术。该项技术融合了WDM技术、IP优势，其实际工作原理是：在发送端可复用波长不一的光信号，将复用信号传输到光纤中；接收端通过解复用器分开不同波长信号，传输到指定终端，以此来实现IP数据包在移动网多波长光路中的同步传输[3]。

3.2 移动IP城域网建设

（1）确定建设目标。各个城市移动网发展情况、战略状况、经济发展等有着显著差异，确定建设目标，对于引领移动IP城域网建设过程起到具体的指导作用。主要包括：搭建开放式、模块化的IP数据包传送平台；综合化、宽带化、数字化的接入平台，具备语言、图像、数据等各类业务接入能力；具备业务提供能力，满足商业住宅、行业用户、集团用户、工厂生产等各个方面的移动网业务需求；具备较高的运营能力、移动网管理能力等。

（2）业务定位。综合分析当前IP城域网发展现状，大多在初期探索阶段，在进行业务定位时，要求满足以下业务标准需求：其一是QoS要求相对较高的视频业务、互联业务，比如基于IP的宽带网站、智能化社区服务、新闻资讯、视频点播、可视电话、可视会议、数字图书馆、协同设计、远程教育、VPN、电子商务、语言业务等；QoS要求相对较低的移动网上网业务，如FTP、E-mail等[4]。

（3）移动网系统结构优化。在城域网建设、调整、优化时，要求建成扁平化、路由型移动网，并凸显管理全面、层次清楚、安全可靠、性能优异等优势，如图1所示。关注要点如下。①优化思路。分离城域网区间内二层网络、三层网络，构建逻辑层、物理层次相对清晰的二层宽带接入网、三层路由网络，遵循“多端口、少设备”布置规范，引入大带宽链路、大容量路由器，减少链路数量、节点设备，如此可在移动网结构中形成广覆盖、少节点、大容量的特征。②具体优化方法。理清网络结构：层次分明、结构化布置的移动网，利于化解问题、隔离处理、隐藏相关信息，借助对二层、三层网络的有效分离，让IP网络结构、流量分配愈加合理；网络自愈：即移动网在出现不正常变化、故障时，最大程度降低对移动网的影响，并保持稳定的IP数据包传输，此外在建设城域网时，针对汇聚层以上相关IP设备，可设置双上连、双电源、双引擎，确保互联网在出现链路故障、变化时不会影响正常使用；网络安全性、拓展性；进行IP互联网灵活设计，构建基础架构，满足数据业务、网络用户递增需求，保证IP城域网拓展性；在城域网中布设安全清洗系统，确保数据传输安全，降低网络脆弱性，为系列数据传输加一层保障[5]。③带宽估算。包括带宽用户计算：地区所需带宽=城市总用户数×发展带宽用户率×带宽并发用户数×每用户带宽。

3.3 移动网全IP化

（1）基于IP的传送体系。基于IP的传送体系是一种独立于实际应用的用户通信数据传送能力，具备降低移动网运营成本的潜力。它实现了统一传输体系，解决了数据和语音传送难题，并将垂直网络结构转变为全分布式结构。接入网的演变趋势具体内容包括采用分布式路由结构，利用增强IP技术控制服务质量（QoS），并用IP替代第二层ATM。核心网作为移动网业务传送的骨干，可实现与其他网络的互连和接入网业务的传送功能。为满足移动运营商的投资保护需求，核心网的演变可以分阶段进行，先将数据和语音整合到ATM平台，因为IP在QoS方面有不足之处，特别是对实时业务的要求。同时，在数据业务快速发展的环境下，为提高带宽应用效率，将非实时、不重要的业务分离出来，布置在MPLS网络上，确保IP优先完成实时、重要业务。此外，还可以利用MPLS的带宽管理功能测试IP业务能力，并在技术成熟后逐步转向ATM。

（2）基于IP的网管和信令体系。传统TDM系统将业务交接传送和呼叫处理捆绑在一个节点，导致网络结构只能通过垂直层次结构进行管理。然而，这种结构本身存在弊端，例如与移动网的基本特征相冲突，难以准确预测话务量的流动性，导致运营商服务区的BTS容量大幅波动，需要频繁进行割接。此外，在网络故障发生时，上游的MSC、BSC网元等出现故障会直接中断下游单元的服务。

为了彻底解决这些问题，在全IP移动网建设中，必须将数据传送的用户平面和控制平面分离，确保所有网元在统一综合骨干网上的用户平面上可以实现对等通信，而传统网元则用于专门服务某台服务器。随着互联网结构向全IP网络发展，需要分析基于SS7的信令系统，并选择IP设备作为传输载体，开发能够可靠传送信令信息的协议（如SCTP、SUA、M3UA、M2UA等），以确保信令系统的平滑演进，并在传统网元之间建立信令网关。

3.4 降低IP带宽利用率

（1）移动网流量带宽利用率高的因素主要是基于IP的移动网实现了语音、数据等的融合，除了GI路由器和防火墙外，其他设备几乎都涉及数据流量和语音传输。为了确保高流量利用率，对全网各个IP设备端口进行不间断的流量监控，并统计流入/流出的峰值利用率是否超过50%。具体的数据情况如表1所示，显示数据流量在流量带宽利用率方面起到关键作用。

表1 流入/流出峰值利用率统计情况表

（2）S1-U接口是指移动网中的用户面接口，它连接S-GW和eNodeB，用于传输数据报文。分析S1-U接口在移动网中的流量走向，流程如下：eNodeB接口→PTN设备传输→路由器（如MR路由器、TUPS CE路由器等）→交换机（如S9312）→P-GW。为了优化S1-U接口，可以进行割接操作，使S1-U流量走向发生变更：eNodeB接口→PTN→MR路由器→P-GW。通过这样的优化，割接后的MR路由器可以直接与GGSN内部的SI-U接口实现2个10 Gigabit Ethernet（千兆以太网）接口的互联互通。监测割接后的IUPS CE路由器P-GW在SI-U端口的24小时流量，并将其与未优化前的流量进行对比。结果显示，优化后的流入/流出峰值利用率明显下降，这意味着割接后的移动网具有更高的运行经济性和效率，而且无需额外进行扩容即可实现运行目标。

4 结束语

综上所述，文章就基于IP的移动网优化进行了简单的论述与分析，以上提出的诸多优化策略在实际落实中有着较大的可行性，只是在部分细节处需加以完善，比如部分优化策略是在当前5G网络的基础上展开研究的，但就移动网发展趋势而言，6G网络可能马上登场，必须在优化策略提出时留出余量，以此来保证其具备较大的优化空间与适用范围。■