HSPA

2009-01-15 08:42:36郭中華

移動通信訂閱 2009年23期 收藏

關鍵詞：網(wǎng)管以太網(wǎng)時鐘

郭中華

[摘要]HSPA或LTE不同于GSM的特性對傳送網(wǎng)提出了更高的要求，從網(wǎng)絡的角度來看，包括網(wǎng)絡拓展能力、多業(yè)務承載與多顆粒調(diào)度能力、時鐘與時間同步要求、端到網(wǎng)管需求。文章以PTN技術為例，詳細分析了傳送網(wǎng)如何從這四個維度應對這種變化。同時，也對業(yè)界有爭議的LTE承載方式進行了分析，包括需要什么樣的L3功能，X2與S1接口的帶寬以及業(yè)務匯聚的方式與層次。

[關鍵詞]HSPA承載LTE承載方案高速數(shù)據(jù)回傳PTN方案

因擁有每比特成本的巨大優(yōu)勢，雖然目前3G在網(wǎng)絡規(guī)模上尚無法與GSM相比，但其在發(fā)展速度上遠超過2G。為差異化運營與搶占大客戶。大多數(shù)省運營商通過規(guī)模啟動HSPA技術來邁向“無線大帶寬”時代，全力開展數(shù)據(jù)增值業(yè)務。HSPA以及后期LTE可提供高達300M的下載帶寬。這對傳送網(wǎng)提出了更高的要求。為適應變化，光傳送網(wǎng)從主要負責基于TDM、E1、155/622M中小顆粒的傳送演進到基于Packet、155M/FE/GE/中大顆粒的傳送。

從網(wǎng)絡與技術的角度來看，傳送網(wǎng)的變化有四方面，分別為網(wǎng)絡拓展能力、多業(yè)務承載與多顆粒調(diào)度能力、時鐘與時間同步要求、端到網(wǎng)管需求。在滿足這個要求的準繩下，運營商選擇了分組傳送設備來進行新一代網(wǎng)絡建設。主要包括PTN以及IP路由器方案。本文重點以內(nèi)核實現(xiàn)業(yè)務的統(tǒng)計復用、QoS等優(yōu)化處理，同時兼顧現(xiàn)有TDM業(yè)務的PTN為主要承載技術進行應對解決方案的分析。

1網(wǎng)絡的拓展能力

網(wǎng)絡的拓展能力從傳送網(wǎng)的角度可細分為兩方面，一個是傳送網(wǎng)本身帶寬與容量的拓展，另一個則是全業(yè)務承載能力的拓展。從承載HSPA業(yè)務基站傳輸接口的角度具體細分，又可分為基站與傳送網(wǎng)的接口為E1或E1+FE雙棧協(xié)議，以及純FE接口。

1.1開展HSPA的基站與傳送網(wǎng)的接口基于E1或FE+E1雙棧

從無線網(wǎng)絡的角度來看，HSPA以及LTE空口的帶寬提供能力比LIMTS高37.5倍以上。從工程應用的角度來看，不可能把全部載頻給一個用戶使用，因此，多個用戶實際上是共享空中接口并在Node B出口帶寬處進行統(tǒng)計復用。因此，HSPA或LTE單純的空中接口的帶寬并不等于回傳網(wǎng)絡實際提供的帶寬需求。

以WCDMA制式為例，綜合計算結果顯示，在密集城區(qū)采用3×4站型基站，從無線網(wǎng)絡發(fā)展開始發(fā)展的5年內(nèi)，會出現(xiàn)16個E1需求；而在3G發(fā)展的中期，采用3×4站型基站場景下，最大只需要10個E1。在實際工程設計中，一般按照8E1～10E1作為HSPA基站的典型傳輸接口配置。無論是理論計算還是工程實際，HSPA業(yè)務對傳送網(wǎng)要求的平均帶寬是GSM的4～8倍。

自2005年以來，現(xiàn)網(wǎng)MSTP已經(jīng)具備從155M到622M甚至2.5G平滑升級的能力，外加640G交叉容量設備，例如ASON，可廣泛部署在傳送網(wǎng)核心甚至匯聚層。實際上，目前傳送網(wǎng)的帶寬早已增加了4～8倍。MSTP網(wǎng)絡可以通過擴容、裂環(huán)、疊加等方式，便捷地應對這個單純的容量增長挑戰(zhàn)。

在實際部署中。3G基站會出現(xiàn)雙棧協(xié)議，例如E1接口傳遞語音，F(xiàn)E接口在傳遞HSPA的同時進行RNC側的回傳。因此，在上文單純帶寬分析之外，更需特別關注采用FE接口之后，其在整個回傳網(wǎng)絡使用以太網(wǎng)進行帶寬的匯聚和收斂，引發(fā)的基站與RNC之間的尋址方式導致VLAN規(guī)劃問題。解決VLAN劃分的方法需要無線專業(yè)與傳輸專業(yè)共同配合，具體可分為3種實施方案。運營商可根據(jù)自身運維習慣、基站設備能力以及傳送網(wǎng)設備功能進行具體的優(yōu)選方案。

◆方案一：由無線基站來打VLAN標簽，每個無線網(wǎng)絡全網(wǎng)統(tǒng)一分配VLAN，每個基站分配網(wǎng)內(nèi)唯一的VLAN ID。MSTP傳輸網(wǎng)采用EVPL(以太網(wǎng)虛擬專線業(yè)務)方式承載3G分組業(yè)務，同時考慮到移動網(wǎng)絡的可擴展性，要求整個網(wǎng)絡內(nèi)基站業(yè)務VLAN ID分配數(shù)量不超過1000個。

◆方案二：由傳輸網(wǎng)來分配VLAN地址。根據(jù)本地傳輸網(wǎng)的區(qū)域劃分，對基站分配唯一的VLAN ID，每個區(qū)域內(nèi)的3G基站數(shù)量原則上不多于1000個，不同區(qū)域的3G分組業(yè)務不能共用同一塊MSTP以太網(wǎng)匯聚板卡。MSTP傳輸網(wǎng)采用EVPL(以太網(wǎng)虛擬專線業(yè)務)方式承載基站分組業(yè)務。

◆方案三：首先將RNC管理的基站分成若干組，每組基站分別分配唯一的業(yè)務VLAN 1D和管理VLAN ID，本地網(wǎng)全網(wǎng)統(tǒng)一分配VLAN。本地MSTP傳輸網(wǎng)采用EVPLAN(以太網(wǎng)虛擬專網(wǎng)業(yè)務)方式承載基站分組業(yè)務，并應開啟廣播風暴抑制功能。為了降低可能的廣播風暴影響，每組的基站數(shù)量原則上不超過60個。

1.2開展HSPA的基站與基于FE接口的傳送網(wǎng)

HSPA的業(yè)務以FE接口的方式在MSTP上承載，其在MSTP內(nèi)部等效于VC12級聯(lián)方式，這種方式具有很強可靠性以及現(xiàn)網(wǎng)運維便利性的優(yōu)勢，但會降低承載效率。由于MSTP可以實現(xiàn)以太網(wǎng)的一級匯聚或二級匯聚，因此FE承載效率的略微下降給直接接入基站的傳輸接入層帶來的沖擊并不大。主要的壓力會首先出現(xiàn)在匯聚層或骨干層。

以目前最熱的技術之一——回傳網(wǎng)絡技術PTN為例，其可在群路(線路)上將MSTP的剛性管道變成可變帶寬的彈性管道，可以解決HSPA大規(guī)模開展帶給傳送網(wǎng)帶寬與承載效率的壓力。引入PTN來優(yōu)化HSPA高速數(shù)據(jù)回傳之后，必須要關注其對傳送網(wǎng)新的指標要求。

◆很強的統(tǒng)計復用以及QoS差分能力。在分組網(wǎng)絡中可能出現(xiàn)統(tǒng)計復用的參考點，包括傳送設備與Node B的接口處、傳送設備本身以及線路(群路)接口。如果要在這些參考點保障傳送質(zhì)量，要么極度輕載，要么提供有針對性的差分QoS保障能力。在一個大型城市，需要承載多達上萬條來自基站的HSPA以太網(wǎng)業(yè)務(EVC)，每條業(yè)務內(nèi)都需要區(qū)分至少3~4種業(yè)務優(yōu)先級進行QoS管理，這直接對匯聚和核心層分組化傳送網(wǎng)設備QoS管理能力提出了非常高的要求。

◆優(yōu)化的大量PTN管道的匯聚優(yōu)化方式。隨著3G基站數(shù)量的不斷增加，為保障HSPA上行流量以高質(zhì)量的方式傳送到核心網(wǎng)，需要按照每個基站至少1個LSP(有運營商按照每基站4LSP進行預留)分配來進行網(wǎng)絡規(guī)劃，因此對HSPA直接感知的匯聚層的LSP數(shù)量將顯著增加。大量的LSP在匯聚骨干層終結會導致一根光纖的中斷。而光纖中斷則會帶來上千條LSP同時倒換的風險，這個時間很可能越限，從而帶來HSPA回傳業(yè)務流動中斷或Session中斷或分組包連續(xù)重發(fā)。對此，較好的解決方法為采用終結LSP但不終結PW的方式，即在關鍵業(yè)務匯聚節(jié)點，業(yè)務進行PW層的歸并、交換。并統(tǒng)計復用到某個／某組LSP中，若干個屬性類似的PW共享一個LSP。采用這種方式的好處是：由于PW沒有被終結?？梢灾С謴腘ode B到RNC的端到端的HSPA

流的0AM以及保護倒換；同時又解決了LSP層面由于數(shù)據(jù)過大而可能保護越限的問題。

◆核心層會出現(xiàn)多纖環(huán)，從而帶來DWDM或OTN(OTH)需求。由于分組網(wǎng)絡只有GE以及10GE兩種速率，不同于MSTP網(wǎng)絡具有4種線路速率，因此會出現(xiàn)接入層為GE匯聚、匯聚層與骨干層都是1 0GE的情況。因此，當Node B數(shù)量逐步增加以及HSPA流量越來越大時，在傳送網(wǎng)的匯聚骨干層會出現(xiàn)多個10GE環(huán)來分擔匯聚流量。這個四纖環(huán)甚至入纖環(huán)的組網(wǎng)方式會帶來較多光纖資源的占用，因此在網(wǎng)絡核心適當?shù)匾隓WDM不失為一個解決光纖利用率的好網(wǎng)絡架構方案。

2多業(yè)務承載與多顆粒調(diào)度能力

在實際網(wǎng)絡建設中，3G與2G網(wǎng)絡都會有超過70％的共站情況出現(xiàn)。由于無線網(wǎng)絡的龐大規(guī)模，對某個特定Node B的語音和HSPA業(yè)務而言，不可能分別使用2個涇渭分明的回傳網(wǎng)絡來進行各自的業(yè)務上傳，這樣不利于復雜網(wǎng)絡的運維與投資延續(xù)。因此。在3G的網(wǎng)絡中，除了HSPA的FE接口之外，還應考慮GSM或3G基站中期的E1接口，這就是多業(yè)務承載的需求。

對于LTE網(wǎng)絡完全沒有E1接口純分組化的架構，面臨更多來自多業(yè)務承載能力方面的壓力。目前，業(yè)界最大的爭議是：LTE的高速數(shù)據(jù)回傳以及業(yè)務調(diào)度是否需要L3功能參與?eNode B在傳送網(wǎng)的匯聚點的放置是在基站節(jié)點、匯聚節(jié)點?還是在RNC節(jié)點?L3功能是個大概念，其中包括很多的細節(jié)，不能以偏概全。為辨析這個問題。我們首先為L3給出一個定義，即為基于IP包的轉發(fā)、控制平面。

圖1為典型的LTE網(wǎng)絡架構圖。LTE eUTRAN采用與3GUTRAN完全不同的扁平化網(wǎng)絡架構，只保留e-Node B、不再有RNC，將無線承載控制、無線接入控制、連接移動控制、資源動態(tài)分配等移至e-Node B，大大簡化了網(wǎng)絡架構和信令流程，降低了網(wǎng)絡時延。在此架構下，LTE網(wǎng)絡架構引入兩個特殊的接口S1與X2:S1接口負責e-Node B與MME/S-GW/P-GW之間的通訊；X2接口，在小區(qū)切換時作為e-Node B之間進行小容量帶寬切換信息的傳遞使用。

2.1LTE需要L2層回傳還是13層回傳網(wǎng)絡

二層回傳方案需要eNB與S/P GW本身具有一定的QoS差分、用戶識別、業(yè)務歸并能力。因此不需求傳送設備參與3層運維與調(diào)度。這時，回傳網(wǎng)絡的作用類似于基站傳輸接口的延伸，僅僅做基于傳送層面的保護、二層的QoS差分，而不改變?nèi)魏蝸碜曰厩以诨緝?nèi)部已將業(yè)務進行QoS差分歸并結束的客戶信號。L2層回傳方案協(xié)議圖如圖2所示。

回傳網(wǎng)絡全程參與L3層運維；回傳網(wǎng)絡允許基于路由層面對e-Node B與S/P GW進行直接調(diào)度，允許回傳網(wǎng)絡基于業(yè)務并直接修訂基站或e-Node B的業(yè)務屬性。L3回傳網(wǎng)絡的協(xié)議棧如圖3所示。

對比以上兩種實現(xiàn)方式之優(yōu)劣，以及LTE無線設備的發(fā)展趨勢，結合目前中國運營商的運維／工程分工界面，建議優(yōu)選基于技術來實現(xiàn)LTE的回傳。

一方面，隨著IP化的進程，e-Node B與S/P也會基于IP技術實現(xiàn)，其本身將越來越具有IP路由器的特性。正如3G的Node B與RNC從某種意義上講，實際上就是一個完整的ATM交換機。當無線設備本身已經(jīng)完成復雜的基于業(yè)務的OoS差分、業(yè)務尋路之后，其對回傳網(wǎng)絡的需求就只剩下高質(zhì)量、高效率的回傳等與傳送網(wǎng)相關的要求。當這個要求被提出。其又回歸到2G或3G的時代。正如3G的基站，并沒有使用ATM交換機而是MSTP作為回傳網(wǎng)絡一樣。雖然在LTE階段是基于IP化的技術，但也并不是所有的節(jié)點都需要更擅長業(yè)務差分、用戶鑒權認證的路由器，作為回傳網(wǎng)絡，而很可能采用更加關注傳送功能的PTN來實現(xiàn)。

其次，從運維習慣的角度，如果將回傳網(wǎng)絡定位為傳送網(wǎng)絡，則無線網(wǎng)絡是回傳網(wǎng)絡的客戶層?？蛻魧右呀?jīng)在IP三層甚至以太網(wǎng)的二層將業(yè)務差分、OoS策略定義好，無論是從運維還是調(diào)度的角度，都不希望傳送網(wǎng)再次修改其業(yè)務屬性。原因在于，e-Node B與S/P GW是對最終的用戶(手機)負責，而不是回傳網(wǎng)絡本身。以3層為層界面，GW完全可以與傳送設備獨立配置，而采用以基站主導的L3以上網(wǎng)絡以及回傳網(wǎng)絡為主導的L2、分層獨立組網(wǎng)與運維調(diào)度的方式，非常符合目前運營商各專業(yè)的運維習慣。

第三，毫無疑問，TMPLS/MPLS-TP的二層技術在保護、網(wǎng)絡可靠性上具有很大的優(yōu)勢。其繼承了SDH的復雜組網(wǎng)拓撲、簡單便捷的運維習慣，同時能夠支持4K條來自LTE基站的LSP同時倒換以及在50MS內(nèi)業(yè)務快速恢復。

最后，性價比優(yōu)勢突出。在商務成本上，2009年10月進行了首次PTN正式公開集采招標，按照不同的技術配置模型。PTN的價格是IP路由器解決方案的1/2～1/4不等。

2.2在匯聚節(jié)點終結X2還是在核心節(jié)點終結X2

引入LTE之后，在匯聚節(jié)點終結X2還是在核心節(jié)點終結X2也是另外一個有爭議的話題。從某種角度上來講，這實際上是個“偽命題”。

在LTE中，按照典型的蜂窩6個臨近節(jié)點網(wǎng)絡模型。S1接口為整個e-Node B流量的97％左右，X2接口僅僅為3％，因此，實際回傳網(wǎng)絡關注更多的應該是S1接口而不是占據(jù)流量3％的X2接口。

其次，即使關注X2接口，X2對回傳網(wǎng)絡的最大需求為低時延。在引入例如TMPLS/MPLS-TP這個面向連接的技術之后，其可實現(xiàn)4K條LSP在50MS內(nèi)的保護倒換、1 OE8精度時間與時鐘同步。以及8MS的E1時延，因此數(shù)據(jù)在分組網(wǎng)絡的時延完全可以達到X2的接口需求。這個需求的滿足?？赏耆毩⒂诨貍骶W(wǎng)絡實際的規(guī)模、網(wǎng)絡拓撲、業(yè)務流量與流向之外。

表1為X2在不同層面的業(yè)務匯聚的優(yōu)劣分析對比。

3高精度時鐘與時間同步要求

高速數(shù)據(jù)回傳需要高精度的時鐘與時間同步。如果采用分組網(wǎng)絡作為HSPA以及LTE高速數(shù)據(jù)回傳網(wǎng)絡技術，那么如何在異步分組網(wǎng)絡傳送高精度時鐘信號?同步以太網(wǎng)與1588V2都是熱門的技術。TD-SCDMA基站有時間同步要求，WCDMA和CDMA 1X在建設初期和成熟階段均有頻率同步要求，在LTE階段則有時間同步要求。

以TD-SCDMA為例，以往時間同步功能主要由GPS來保障。為保障3G網(wǎng)絡的安全以及室內(nèi)覆蓋的需要，中國移動在2008年末提出了以有線時間源來替代GPS空中接口的需求。在正負15us的要求下，去掉GPS時間接收和精度偏差以及Node B級聯(lián)偏差處理，實際上留給傳送網(wǎng)從源到宿的時間精度要求控制在1000us以內(nèi)。這要求在傳送網(wǎng)的接

八層設備支持1 PPS+TOD的方式，同時滿足按照參考時鐘經(jīng)過16個節(jié)點模型，在時間信號經(jīng)過15跳傳輸之后的精度偏差小于800ns～1000ns。

這個高精度的時間與頻率同步要求，需要傳送網(wǎng)提供完整的端到端分組化時鐘同步方案，例如同步以太網(wǎng)和1588V2結合的方式。要求傳送網(wǎng)基于端到端的同步以太網(wǎng)實現(xiàn)高精度的全網(wǎng)頻率同步，基于1588v2進行時間同步。同時支持1588主備用時鐘的自動選擇。此外，還需要支持傳統(tǒng)的2Mbps/2MHz的頻率同步傳送。在與基站或LTE設備的接口上，需要傳送網(wǎng)設備提供標準的1 PPS+ToD時間輸入輸出接口，從時間格式到接口電氣特性上，要求完全按照業(yè)界最新高精度時間同步要求規(guī)范開發(fā)。時鐘與時間同步流程如圖4所示。

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在具體組網(wǎng)時，還必須考慮LTE或3G網(wǎng)絡組網(wǎng)的復雜性可能引起傳送網(wǎng)絡雙向時延不對稱；由此會帶來時間與頻率同步的影響。這些需要傳送網(wǎng)能夠自動補償分組網(wǎng)絡引入的時延不對稱性，這樣大大提高了1588v2在高負載復雜網(wǎng)絡環(huán)境下的時間傳遞性能。在實驗室以及現(xiàn)網(wǎng)測試的結果表明，有技術可實現(xiàn)容忍超過200公里不對稱光路等效鏈路造成的時延差。

4整個傳送網(wǎng)范疇內(nèi)端到端網(wǎng)管

網(wǎng)管系統(tǒng)一直是一線運維專家十分關心的方面，也是直接感知的工具。由于HSPA等數(shù)據(jù)的引入，使現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)在原有SDH特性之外，一定要有更多的數(shù)據(jù)控制、監(jiān)控特性。從運維習慣上，網(wǎng)管系統(tǒng)要基于運營商十分熟悉的SDH網(wǎng)管方式，從而降低運維人員對新業(yè)務的陌生感。同時，要求新網(wǎng)管系統(tǒng)必須保留2G時代已經(jīng)驗證為非常便利與可靠的一層(光路)感知能力，同時要大量增強3G HSPA、LTE分組時代的二層感知能力。

同時，從移動網(wǎng)絡的角度來看，Node B到RNC之間要求從源到宿的調(diào)度與網(wǎng)管監(jiān)控。從無線的角度出發(fā)，其是不關心回傳業(yè)務其間是否經(jīng)過了MSTP或IP路由器或是PTN的。無線網(wǎng)絡需求是要在整個回程內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)整個傳送網(wǎng)絡內(nèi)的端到端網(wǎng)管。這個端到端網(wǎng)管不僅僅局限在PTN或MSTP或IP路由器網(wǎng)絡中，而是整個回傳網(wǎng)絡。在這個從Node B到RNC的端到端的范疇內(nèi)，整個回傳網(wǎng)絡要能夠達到與SDH網(wǎng)絡類似的業(yè)務運維能力，能夠提供圖形化網(wǎng)管、端到端的業(yè)務配置、快速故障定位、自動保護倒換以及告警和性能的實時準確監(jiān)控。

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