解讀HSPA+/LTE對(duì)承載網(wǎng)需求

杜 偉 沈 杰

[摘要]文章探討了面向HSPA+/LTE演進(jìn)對(duì)承載網(wǎng)提出的三大需求全場(chǎng)景、電信級(jí)和易維護(hù)，從運(yùn)營(yíng)商的角度對(duì)三大需求分別進(jìn)行解析，并分享了若干組網(wǎng)思路。

[關(guān)鍵詞]HSPA+LTE承載網(wǎng)MSTP分組傳送OTKJ/WDM

伴隨3G在全球的規(guī)模部署，技術(shù)演進(jìn)同步向前。對(duì)于擁有WCDMA網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商，選擇網(wǎng)絡(luò)向HSPA+演進(jìn)，或者采取更加激進(jìn)的方式直接提供LTE服務(wù)慢慢成為主流趨勢(shì)。目前，少數(shù)技術(shù)先進(jìn)的運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)宣布提供下行21M/28M的HSPA+服務(wù)。Vodafone和NTT DoMoCo之類的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)宣布將最早于2010年啟動(dòng)LTE服務(wù)。由于LTE引入了扁平化架構(gòu)，改變了傳統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此LTE承載就成為移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)面向未來(lái)演進(jìn)的核心需求。為滿足HSPA+/LTE高質(zhì)量的業(yè)務(wù)承載，承載網(wǎng)需要具備三大關(guān)鍵屬性：全場(chǎng)景、電信級(jí)和易維護(hù)。

1承載網(wǎng)需具備三大屬性之一：全場(chǎng)景

1.1PWE3/MPLS多業(yè)務(wù)承載支持2G/3G/LTE長(zhǎng)期共存

從2G/3G到LTE時(shí)期，90％以上的無(wú)線站址會(huì)重用，而2G/3G又將長(zhǎng)期與LTE共存，這就決定了傳送網(wǎng)必須適應(yīng)無(wú)線技術(shù)發(fā)展不同階段的差異化需求。

但在整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投資中，站址(機(jī)房、租金等)投資近50％，無(wú)線基站約占40％，而傳送網(wǎng)則不足10％。由于投資的巨大差異，運(yùn)營(yíng)商很少會(huì)因傳送網(wǎng)的lP化而去改造現(xiàn)有2G/3G基站，只會(huì)反過(guò)來(lái)要求傳送網(wǎng)具備多業(yè)務(wù)傳送能力。

目前支持TDM/ATM/Eth多業(yè)務(wù)傳送的技術(shù)只有兩種：傳統(tǒng)的MSTP技術(shù)，以及基于PWE3/MPLS的分組傳送技術(shù)。隨著傳送網(wǎng)絡(luò)的IP化轉(zhuǎn)型，PWE3/MPLS技術(shù)已成為目前移動(dòng)承載領(lǐng)域的關(guān)鍵需求。支持多業(yè)務(wù)傳送能力可以重用接入層光纖資源，大大減少投資。

1.2IEEE 1588v2支持低成本同步和深度覆蓋

TD-SCDMA、CDMA、WiMAX和LTE(包括LTE TDD和LTE FDD)都存在對(duì)時(shí)間同步的需求，雖然傳統(tǒng)WCDMA、HSPA和LTE-FDD不需要基站支持時(shí)間同步，但是由于未來(lái)某些重要的寬帶業(yè)務(wù)，如基于SFN(Single Frequency Network)的IMB(Integrated Mobile Broadcast)、基站定位服務(wù)等也需要支持基站時(shí)間同步，因此最終對(duì)承載網(wǎng)的需求是一致的，目前只有GPS或者IEEE 1588v2可以滿足要求。LTE由于受頻點(diǎn)影響，在覆蓋能力上小于2G/3G。意味著將來(lái)需要更多的基站來(lái)補(bǔ)充覆蓋，如果全網(wǎng)采用GPS則意味著投資的上升，而采用IEEE 1588v2地面同步技術(shù)可以減少GPS投資，并可作為在GPS失效時(shí)的同步保護(hù)方案，從而保障電信基礎(chǔ)設(shè)施的安全性。目前包括北美運(yùn)營(yíng)商在LTE承載需求中都明確提出要求支持IEEE1588v2能力。

無(wú)線寬帶的另一個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景是室內(nèi)，由于GPS無(wú)法穿透屋頂，室內(nèi)基站的同步需求也，必須依賴傳送網(wǎng)來(lái)滿足。這樣，GPON、以太等接入技術(shù)也需要支持IEEE 1588v2能力。

1.3寬帶組大網(wǎng)能力

與2G/3G比較。HSPA+/LTE需要傳送網(wǎng)支持組大網(wǎng)能力。組大網(wǎng)的含義有兩個(gè)：一個(gè)是帶寬的數(shù)倍的增長(zhǎng)，另一個(gè)是網(wǎng)元數(shù)量的數(shù)倍增長(zhǎng)。帶寬的增長(zhǎng)是驅(qū)動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)從TDM走向在大帶寬模式下每比特成本更低的分組傳送的重要因素，網(wǎng)元數(shù)量的增長(zhǎng)則對(duì)分組傳送網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)提出了要求。

由于國(guó)內(nèi)人口密集，基站覆蓋半徑小，容量大，即使在2G/3G階段，一個(gè)城域內(nèi)基站數(shù)量已經(jīng)是歐美地區(qū)的數(shù)倍，也是固定寬帶DSLAM數(shù)量的數(shù)倍。與2G/3G比較，LTE頻點(diǎn)較高，造成無(wú)線覆蓋半徑較小，要實(shí)現(xiàn)相同覆蓋能力需要的基站數(shù)量更多。因此，移動(dòng)IP承載網(wǎng)絡(luò)組大網(wǎng)能力非常重要，也超越了傳統(tǒng)DSLAM承載網(wǎng)的組網(wǎng)能力要求。

典型的IP傳送網(wǎng)有兩種建設(shè)模式。一種是端到端全動(dòng)態(tài)組網(wǎng)。設(shè)備基于L3路由協(xié)議自管理；另外一種是靜態(tài)L2組網(wǎng)為主，將L3動(dòng)態(tài)能力限制在比較小的范圍內(nèi)，如應(yīng)用于核心層和改善網(wǎng)管配置效率方面。

端到端全動(dòng)態(tài)路由組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)生存性強(qiáng)、靈活性高，缺點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加時(shí)，如果性能優(yōu)先。為滿足端到端收斂保護(hù)性能要求就需要路由域內(nèi)所有設(shè)備能力提升，從而帶來(lái)全網(wǎng)設(shè)備成本的線性增加，不具備規(guī)模降成本效應(yīng)；如果成本優(yōu)先，為降低接入設(shè)備成本要求，就需要采用復(fù)雜的分層分域組網(wǎng)，帶來(lái)的問(wèn)題是端到端性能的降低。并且由于其無(wú)連接技術(shù)的本質(zhì)決定了其在復(fù)雜組網(wǎng)時(shí)故障定位效率很低，在支持電信級(jí)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)方面存在較大挑戰(zhàn)。

以靜態(tài)L2為主的組網(wǎng)模式的優(yōu)點(diǎn)是采用有連接IP傳送技術(shù)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，只需升級(jí)核心匯聚設(shè)備的容量和接口密度，對(duì)接入設(shè)備的要求不變，這個(gè)特點(diǎn)與SDH網(wǎng)絡(luò)非常類似，即網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，平均單位成本越低，規(guī)模降成本效應(yīng)明顯。其端到端保護(hù)性能和故障快速定位能力基本不受影響，缺點(diǎn)是配置效率較低，但可以在網(wǎng)管配置上引入一些動(dòng)態(tài)協(xié)議加以改善。

對(duì)于LTE承載，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時(shí)，如歐美一些中等城市網(wǎng)絡(luò)，兩種組網(wǎng)模式差別不大，均可支持，但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增加，如國(guó)內(nèi)大中城市的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)IP傳送網(wǎng)動(dòng)態(tài)的應(yīng)用范圍需要加以限制，以保持網(wǎng)絡(luò)端到端性能并控制成本上升。

追求每比特傳送成本更低始終是傳送網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要趨勢(shì)，在LTE成熟階段，每基站帶寬將超過(guò)150Mbps，在城域匯聚核心層對(duì)大顆粒傳送成本更低的OTN/WDM技術(shù)也會(huì)提出需求。

2承載網(wǎng)需具備三大屬性之二：電信級(jí)

2.1LTE承載的需求本質(zhì)是基于連接的IP技術(shù)

LTE接入承載網(wǎng)主要面臨兩種接口，一個(gè)是S1接口，用于基站和核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)之間的連接；另一個(gè)是X2接口，用于基站和基站之間的邏輯連接。

S1接口的拓?fù)漕愃朴?G的Abis和3G的Iub接口。出于容災(zāi)的考慮，S1接口有Flex的需求，這個(gè)需求其實(shí)也不是很獨(dú)特，在2G/3G IP化過(guò)程中對(duì)Abis和lub接口也有過(guò)類似需求，但最終沒(méi)有得到應(yīng)用。原因在于采用什么保護(hù)方式不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，還要考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、機(jī)房局向數(shù)、建網(wǎng)成本和實(shí)際需求等諸多因素。由于S-GW將來(lái)會(huì)下移到RNC機(jī)房位置，因此在S-GW之下只有雙歸屬保護(hù)需求，而MME位置在核心機(jī)房，要在網(wǎng)絡(luò)核心層考慮實(shí)現(xiàn)Flex保護(hù)。

對(duì)于X2接口，考慮到LTE是面向公眾服務(wù)的電信網(wǎng)絡(luò)，需要遵循國(guó)家政策相關(guān)規(guī)定，包括海外也有類似“合法監(jiān)聽(tīng)”的需求。所有的用戶流量都必須可控地經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行內(nèi)容監(jiān)聽(tīng)，不會(huì)出現(xiàn)用戶手機(jī)之間可以不受控制地接入互通的情況。因此，目前運(yùn)營(yíng)商對(duì)于基站和基站之間互連的X2接口的定位，僅限于改善用戶跨基站的移動(dòng)切換時(shí)刻的體驗(yàn)，

在切換完成后，業(yè)務(wù)還是要經(jīng)過(guò)S1進(jìn)行傳輸。

由于切換只發(fā)生在相鄰基站之間，因此在X2接口設(shè)計(jì)上，主流運(yùn)營(yíng)商明確要求僅允許相鄰基站之間存在邏輯連接。而非相鄰基站不允許互通。從避免一個(gè)基站故障擴(kuò)散到所有其他基站的角度考慮，避免所有基站全Mesh互通也是合理的。

由于基站覆蓋相鄰關(guān)系的復(fù)雜性，這種連接關(guān)系只可能通過(guò)靜態(tài)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)；由于X2和S1傳輸有嚴(yán)格的時(shí)延和保護(hù)要求，不可能在業(yè)務(wù)需求出現(xiàn)的時(shí)候再通過(guò)路由創(chuàng)建一條鏈路的方式來(lái)支撐，這就意味著，LTE的承載網(wǎng)絡(luò)在上業(yè)務(wù)之前，X2和S1接口包括連接關(guān)系、保護(hù)方式和QoS特性等都已配置好，這種連接關(guān)系不會(huì)自動(dòng)老化和改變。所以，LTE承載網(wǎng)本質(zhì)上是一個(gè)基于有連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)。

2.2低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)能力保障業(yè)務(wù)體驗(yàn)

LTE的設(shè)計(jì)目標(biāo)是要能夠達(dá)到固網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)的能力。傳統(tǒng)3G/HSDPA架構(gòu)從最終用戶到業(yè)務(wù)之間經(jīng)過(guò)四級(jí)協(xié)議處理，帶來(lái)很大時(shí)延和高昂的成本。而LTE支持扁平架構(gòu)，大大減少了協(xié)議處理的時(shí)延，提升了寬帶業(yè)務(wù)性能。

由于無(wú)線側(cè)空口上的編碼消耗了大量的時(shí)延，為達(dá)到與固網(wǎng)相同的端到端業(yè)務(wù)性能指標(biāo)，LTE承載網(wǎng)上的時(shí)延要求比傳統(tǒng)固網(wǎng)寬帶承載網(wǎng)更加嚴(yán)格。傳輸時(shí)延越大，系統(tǒng)吞吐量就越低，意味著無(wú)線空口頻譜效率越低，為滿足覆蓋容量需求就要求無(wú)線增加更多的載頻來(lái)覆蓋，這會(huì)帶來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成本的上升。因此。減少傳輸時(shí)延就是為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)省錢。目前，北美主流運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在LTE傳送網(wǎng)需求中明確提出單向傳輸時(shí)延小于5ms的要求。

在承載技術(shù)選擇上，由于傳統(tǒng)接入交換機(jī)和路由器傳輸時(shí)延離散性比較大，單站時(shí)延有時(shí)甚至?xí)^(guò)1ms，而一般基站接入網(wǎng)要經(jīng)過(guò)10～20站的傳輸，這樣很難保障LTE承載端到端、穩(wěn)定的低時(shí)延需求。因此在LTE承載上，運(yùn)營(yíng)商更傾向于采取基于Cell定長(zhǎng)包轉(zhuǎn)發(fā)的有連接的分組傳送設(shè)備實(shí)現(xiàn)，為減少端到端時(shí)延，需要盡量減少L3處理環(huán)節(jié)、減少跳數(shù)。

2.3端到端層次化質(zhì)量保障

LTE無(wú)線層通過(guò)信令控制、資源預(yù)留等可實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)層QoS控制，但隨著承載網(wǎng)的IP化，網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包、抖動(dòng)、延時(shí)等質(zhì)量問(wèn)題將影響到LTE業(yè)務(wù)層的QoS質(zhì)量。無(wú)擁塞的IP承載網(wǎng)是不存在的，關(guān)鍵是發(fā)生擁塞之后，如何保障業(yè)務(wù)質(zhì)量，并且在故障發(fā)生時(shí)能夠陜速定位問(wèn)題。

LTE基站承載QoS有兩個(gè)關(guān)鍵需求：一個(gè)是保障高等級(jí)的業(yè)務(wù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，這是傳統(tǒng)Differ-Serv的概念；另一個(gè)是保障在發(fā)生擁塞時(shí)重要基站業(yè)務(wù)可用(如災(zāi)難或者重大事件發(fā)生時(shí)，政府機(jī)關(guān)、醫(yī)院、學(xué)校等重要區(qū)域的基站)。這就要求承載網(wǎng)能夠支持層次化的QoS管理能力。

層次化管理是電信傳送網(wǎng)的基本特征之一，傳統(tǒng)SDH網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)通道層和段層的開(kāi)銷字節(jié)提供性能、告警和保護(hù)管理，IP傳送網(wǎng)實(shí)現(xiàn)層次化管理也需要依托PW、MPLS、以太等層次化的OAM能力實(shí)現(xiàn)。

3承載網(wǎng)需具備三大屬性之三：易維護(hù)

3.1LTE承載重點(diǎn)是S1而不是X2

LTE新的邏輯接口X2主要用于切換，由于這個(gè)接口的出現(xiàn)，基站出現(xiàn)了邏輯部分Mesh互連的承載難題，對(duì)傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了挑戰(zhàn)。但進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)。實(shí)際X2接口帶寬需求不會(huì)很大(通常認(rèn)為是s1接口的3％)，X2接口的傳輸時(shí)延要求約為10ms～20ms，這個(gè)要求比S1用戶面時(shí)延5ms寬松了許多。

由于X2接口時(shí)延考慮的是移動(dòng)性需求，而S1時(shí)延考慮的是業(yè)務(wù)和吞吐量需求，這就造成了一個(gè)事實(shí)：如果承載網(wǎng)能夠滿足S1時(shí)延要求，那么X2時(shí)延是非常寬松且容易滿足的。這樣，X2邏輯交換在承載網(wǎng)或AGW匯聚點(diǎn)實(shí)現(xiàn)都可接受。但需要關(guān)注的是，如果要求承載網(wǎng)支持X2邏輯互連，將帶來(lái)維護(hù)和設(shè)備功能需求的增加，如支持L3 VPN等能力。同時(shí)，為了防止非相鄰基站的非法互連，還需要引入安全控制策略，相應(yīng)會(huì)造成承載網(wǎng)增加30％以上的投資。為3％的流量增加30％的投資，并且影響到97％的S1業(yè)務(wù)的QoS和維護(hù)質(zhì)量，這是一個(gè)值得深入研究的問(wèn)題。

我們可以借鑒固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于寬帶網(wǎng)絡(luò)中流量不大的企業(yè)L3 VPN業(yè)務(wù)，目前的主流模式是。在城域核心機(jī)房集中設(shè)置VPN PE路由器。這在配置和管理模式上與X2的承載需求和固網(wǎng)企業(yè)L3 VPN的需求存在很多相似點(diǎn)：流量不大、需要配置、經(jīng)常變化。只要時(shí)延指標(biāo)可滿足要求，采用集中配置的VPN PE路由器可能是X2承載一種比較合理的解決方案。

3.2統(tǒng)一維護(hù)和管理保障平滑演進(jìn)

對(duì)于LTE傳送，目前有兩種典型思路：一種對(duì)新技術(shù)存在顧慮——2G/3G采用MSTP承載，LTE則另建一張分組傳送網(wǎng)；另一種主張保護(hù)未來(lái)投資——3G和LTE都采用分組傳送網(wǎng)承載，現(xiàn)網(wǎng)2G業(yè)務(wù)逐步從MSTP上遷移到分組傳送網(wǎng)上。

無(wú)論采用哪種方式，都必須考慮到一個(gè)事實(shí)：基站末端機(jī)房空間一般很小，傳送設(shè)備內(nèi)置在基站機(jī)柜內(nèi)部，空間只有2U～3U。而基站本身是支持3G到LTE平滑演進(jìn)的，而且2G/3G在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)退網(wǎng)。這就意味著，無(wú)論采用哪種方案，在末端接入點(diǎn)上都是統(tǒng)一的，而且都是通過(guò)一個(gè)盒子實(shí)現(xiàn)的。

傳統(tǒng)無(wú)線只需要考慮與MSTP維護(hù)團(tuán)隊(duì)一個(gè)接口，考慮到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常需要調(diào)整帶寬、增加載頻、遷移站點(diǎn)等客觀情況，在傳送網(wǎng)絡(luò)分組化后，無(wú)線和傳送網(wǎng)之間保持唯一的維護(hù)接口是非常必要的，否則會(huì)導(dǎo)致大量的跨部門溝通成本上升，并會(huì)降低故障解決效率。因此，分組傳送網(wǎng)和現(xiàn)有MSTP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一維護(hù)和管理是平滑演進(jìn)的關(guān)鍵需求。

3.3IP可視化實(shí)現(xiàn)OPEX的降低

LTE規(guī)模部署最大的挑戰(zhàn)還在于OPEX。從OECD(世界經(jīng)合組織)對(duì)無(wú)線寬帶的分析可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)線寬帶發(fā)展初期主要是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，但很快趨于平緩，而中后期OPEX將成為運(yùn)營(yíng)商的沉重負(fù)擔(dān)。如何有效降低OPEX是寬帶運(yùn)營(yíng)商目前最關(guān)注的問(wèn)題之一。

傳送網(wǎng)絡(luò)OPEX主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維上，主要分為開(kāi)局配置和日常管理兩個(gè)過(guò)程，日常的管理是維護(hù)的主要工作，據(jù)統(tǒng)計(jì)占維護(hù)工作量的80％以上。因此，降低基站傳送網(wǎng)絡(luò)OPEX的關(guān)鍵是提升網(wǎng)絡(luò)故障定位能力。

傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)lP網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是自組織無(wú)連接性，采用命令行配置為主，由于只關(guān)注單設(shè)備協(xié)議配置，不關(guān)注網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜瓦B接關(guān)系，因此在配置上效率較高，并符合數(shù)據(jù)維護(hù)人員的操作習(xí)慣，但是也基于相同原因，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诰W(wǎng)管上是“一團(tuán)未知的云”，在故障快速定位解決方面存在先天不足，往往需要資深的專家花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

面向LTE承載的有連接的IP傳送網(wǎng)由于設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎每梢暬芾?，在故障快速定位方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，并且保持了多數(shù)運(yùn)營(yíng)商目前SDH運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的維護(hù)體驗(yàn)，對(duì)技術(shù)人員的IP化轉(zhuǎn)型較平滑，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)管支持部分動(dòng)態(tài)協(xié)議。用于改善配置效率，從而實(shí)現(xiàn)了降低運(yùn)維成本的目的。

4結(jié)束語(yǔ)

務(wù)實(shí)和聚焦是移動(dòng)承載網(wǎng)長(zhǎng)期健康發(fā)展的基石。華為聚焦移動(dòng)承載關(guān)鍵需求，推出以PTN產(chǎn)品為主的多業(yè)務(wù)分組傳送平臺(tái)，滿足了全球移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商寬帶化和全I(xiàn)P轉(zhuǎn)型的需求。華為IPTime(IP Infrastructure for multi-play experience)移動(dòng)承載解決方案在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了包括微波、銅線和光纖在內(nèi)的多場(chǎng)景接入，大大降低了運(yùn)營(yíng)商維護(hù)復(fù)雜度，并率先在包括PTN、OTN、GPON和路由器在內(nèi)的全系列產(chǎn)品上，支持端到端JEEE 1588v2能力。IPTime的核心理念是聚焦運(yùn)營(yíng)商LTE承載的關(guān)鍵需求。借鑒了SDH網(wǎng)絡(luò)分層維護(hù)和管理的設(shè)計(jì)思想，采用成熟的分組技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，從而顯著提升了分組傳送網(wǎng)在多場(chǎng)景、電信級(jí)和易維護(hù)方面的特性，助力運(yùn)營(yíng)商從2G/3G走向LTE全業(yè)務(wù)承載。