IPRAN部署方案研究

黃松喬

（上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院，上海 200092）

1 背景

隨著移動通信2G向3G技術(shù)的演進(jìn)，以話音為主的移動業(yè)務(wù)向著話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并重的方向發(fā)展，且移動互聯(lián)網(wǎng)的新型業(yè)務(wù)爆發(fā)增長，這些需求推動著移動業(yè)務(wù)、承載網(wǎng)絡(luò)的IP化進(jìn)程，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃發(fā)展成為運(yùn)營商關(guān)注焦點(diǎn)。

RAN（Radio Access Network）即從無線基站到基站控制器之間的傳送網(wǎng)絡(luò)，通常為基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)，多以MSTP、微波等傳統(tǒng)傳輸產(chǎn)品組網(wǎng)為主。

隨著無線業(yè)務(wù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)、視頻、非實(shí)時(shí)話音等新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，RAN對帶寬的需求越來越高?；窘尤雮鬏斁W(wǎng)絡(luò)，在面向3G基站業(yè)務(wù)IP化、寬帶化的發(fā)展，需要更充足的帶寬資源、更彈性的承載方式、更融合的解決方案來支撐IPRAN的需求。同時(shí)，移動運(yùn)營市場競爭不斷加劇，利潤逐年下降。為了滿足終端用戶不斷提高的帶寬需求，同時(shí)降低投資成本，每bit價(jià)格低廉的IP網(wǎng)絡(luò)，成為了越來越多運(yùn)營商的新選擇。

2 主流IPRAN技術(shù)

未來無線的承載需求是變化的，并需兼顧考慮基站及運(yùn)營商其它高價(jià)值業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，這就需選擇一個(gè)具備靈活擴(kuò)展能力的承載平臺，以適應(yīng)新的業(yè)務(wù)部署要求。當(dāng)前，移動運(yùn)營商紛紛尋求建設(shè)面向IP的傳送網(wǎng)，以應(yīng)對業(yè)務(wù)發(fā)展和競爭的壓力。

當(dāng)前，面對基站IP化的承載需求，存在3種最主流的接入技術(shù)：MSTP、PTN和路由型IPRAN。

MSTP技術(shù)將多業(yè)務(wù)（FE、ATM）等封裝到SDH幀結(jié)構(gòu)，在SDH上進(jìn)行傳送，其為寬窄帶混合業(yè)務(wù)傳送的最佳載體，當(dāng)基站采用E1/FE混合出口時(shí)，最適合采用MSTP技術(shù)；但MSTP采用剛性管道承載分組業(yè)務(wù)，匯聚比受限，統(tǒng)計(jì)復(fù)用效率不高，無法應(yīng)對全業(yè)務(wù)的發(fā)展。

PTN技術(shù)以分組交換為核心，融合了SDH的電信級特性和數(shù)據(jù)設(shè)備的統(tǒng)計(jì)復(fù)用理念，有效完成大量小顆粒業(yè)務(wù)的收斂和傳輸，非常適用于城域網(wǎng)匯聚接入層IP化業(yè)務(wù)量大、突發(fā)性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)PTN具有傳統(tǒng)傳輸設(shè)備的保護(hù)能力和豐富的OAM，為業(yè)務(wù)提供了電信級的保護(hù)和監(jiān)控管理。但在城域網(wǎng)的核心骨干層以及干線場景下，面對以各專業(yè)網(wǎng)元間互聯(lián)的大顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)點(diǎn)到點(diǎn)的傳送為主，且此類業(yè)務(wù)不再需要進(jìn)一步的收斂時(shí)，PTN特點(diǎn)不明顯，并不適合在骨干層以上應(yīng)用。綜上，PTN技術(shù)的引入，將主要借助于它在業(yè)務(wù)接入的靈活性、2層收斂、統(tǒng)計(jì)復(fù)用的優(yōu)勢，聚焦于解決城域傳輸網(wǎng)匯聚接入層面上，IPRAN以及全業(yè)務(wù)的接入、傳送問題。

而在進(jìn)入LTE的4G時(shí)代，無線網(wǎng)絡(luò)演變?yōu)檐浗粨Q架構(gòu)，基站之間以及基站與MME/SAE Pool之間都存在業(yè)務(wù)流向。從3G時(shí)代的基站業(yè)務(wù)流向?yàn)榛镜絉NC的匯聚型變成動態(tài)的Mesh網(wǎng)型。同時(shí)，高QoS的IP業(yè)務(wù)將趨向于采用統(tǒng)一承載的發(fā)展思路。大客戶VPN和IPTV等業(yè)務(wù)快速發(fā)展，將對IP網(wǎng)提出3層到邊緣、高效支持多播等需求。路由型的IPRAN技術(shù)，是基于標(biāo)準(zhǔn)的全I(xiàn)P承載技術(shù)，具有對IP承載更加靈活、功能更加全面的優(yōu)勢。全面支持IPTV多播，大客戶全網(wǎng)的2、3層VPN業(yè)務(wù)，動態(tài)高效的PW功能，可與已有的IP城域網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)的無縫對接。是未來高QoS IP業(yè)務(wù)在接入層的最佳解決方案。

綜上所述，MSTP方案僅是端口級的IP化，適合于3G初期和中期的基站業(yè)務(wù)和L2專線業(yè)務(wù)的承載；PTN方案依托于MPLS-TP協(xié)議，適合于2G/3G基站業(yè)務(wù)和專線業(yè)務(wù)承載；路由器方案廣泛應(yīng)用于寬帶城域網(wǎng)，天然具備2、3層專線、IPTV多播等業(yè)務(wù)的承載能力，同時(shí)吸收基站承載的必要需求，滿足綜合承載的需要。

3 網(wǎng)絡(luò)部署案例分析

3.1 某運(yùn)營商傳送網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

某運(yùn)營商傳送網(wǎng)目前采用的是基于SDH多業(yè)務(wù)傳送平臺的MSTP技術(shù)，主要是用于無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）的基站承載，并兼顧解決大客戶專線、TDM電路等業(yè)務(wù)的傳送需求。傳輸城域網(wǎng)MSTP系統(tǒng)大致采用3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別為骨干層、匯聚層和接入層。骨干層采用10 Gbit/s SDH二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)，環(huán)網(wǎng)骨干節(jié)點(diǎn)數(shù)量普遍不多于5個(gè)，部分地市由于需求業(yè)務(wù)帶寬較大采用市縣波分系統(tǒng)；匯聚層采用10 Gbit/s SDH二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)，環(huán)網(wǎng)匯聚節(jié)點(diǎn)普遍不多于6個(gè)，且單匯聚節(jié)點(diǎn)下掛基站不多于50個(gè)，平均20～30個(gè)；接入層普遍采用622 Mbit/s或155 Mbit/s二纖單向通道保護(hù)環(huán)，兼以部分622 Mbit/s和155 Mbit/s支鏈系統(tǒng)，基站節(jié)點(diǎn)數(shù)量普遍小于20個(gè)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對于現(xiàn)階段的3G基站傳送，現(xiàn)有的MSTP網(wǎng)絡(luò)可以很好地滿足要求，只需要在實(shí)現(xiàn)對TDM業(yè)務(wù)進(jìn)行傳送的同時(shí)兼顧一些數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，后期擴(kuò)容可以通過MSTP收斂以及MSTP＋OTN等方式繼續(xù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級優(yōu)化，滿足3G未來相當(dāng)長一段時(shí)間的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

然而，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬提出了更高的需求和要求。在3.5G階段及LTE階段初期，MSTP系統(tǒng)可能面臨近百兆的帶寬壓力，以現(xiàn)有MSTP系統(tǒng)的承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足如此高的帶寬需求。

3.2 某運(yùn)營商分組網(wǎng)建設(shè)思路

3G時(shí)期業(yè)務(wù)類型由以TDM為主向以IP分組為主轉(zhuǎn)變，業(yè)務(wù)接口由E1向FE變化，業(yè)務(wù)粒度由2 Mbit/s向10/100 Mbit/s發(fā)展，業(yè)務(wù)需求驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)向All IP化發(fā)展。作為3G網(wǎng)絡(luò)的基站接入傳輸網(wǎng)絡(luò)，在面向3G基站業(yè)務(wù)IP化、寬帶化發(fā)展趨勢時(shí)，將需要更充足的帶寬資源、更彈性的承載方式、更融合的解決方案來支撐3G IPRAN的發(fā)展需求。

圖1 某運(yùn)營商傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

IPRAN的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與業(yè)務(wù)需求及運(yùn)營商的現(xiàn)有資源情況有關(guān)，通常分為接入網(wǎng)與骨干網(wǎng)兩個(gè)層面，其中接入網(wǎng)又分為接入層與匯聚層。電信運(yùn)營商根據(jù)現(xiàn)有資源與運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，選擇的組網(wǎng)設(shè)備類型也有區(qū)別。下面將結(jié)合3G時(shí)期的業(yè)務(wù)需求和該運(yùn)營商的現(xiàn)有資源，就該運(yùn)營商的IPRAN組網(wǎng)進(jìn)行分析討論。

從業(yè)務(wù)需求來看，3G業(yè)務(wù)發(fā)展可分為3個(gè)階段。

（1）初期，即目前1～2年，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)較少。話音采用E1接口，數(shù)據(jù)采用FE接口，單基站總體帶寬規(guī)劃為8～10 Mbit/s。

（2）中期，即未來的3～5年，3G成熟期，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大規(guī)模成熟發(fā)展，基站全FE接口，單基站帶寬規(guī)劃為30 Mbit/s。

（3）未來，即LTE及4G階段，LTE架構(gòu)、基站全FE接口、基站間以及基站與MME/SAE Pool間存在靈活多變的Mesh業(yè)務(wù)流向需求，單基站帶寬規(guī)劃為50 Mbit/s。同時(shí)，可能存在大客戶VPN和IPTV等高QoS的IP業(yè)務(wù)在接入層統(tǒng)一承載需求。

面對3G基站業(yè)務(wù)發(fā)展的各個(gè)階段，以及后期LTE和高QoS的IP業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載需求的出現(xiàn)，可以采用3種組網(wǎng)模式逐漸演進(jìn)到全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)：端到端PTN、PTN+SR混合組網(wǎng)和端到端路由器。

3.2.1 初期組網(wǎng)模式

經(jīng)過多年的發(fā)展，該運(yùn)營商SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)成熟、穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也比較龐大，而且SDH/MSTP也具備相當(dāng)?shù)腎P業(yè)務(wù)承載能力，所以在3G初期，3G基站業(yè)務(wù)、小顆粒數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及小規(guī)模的專線業(yè)務(wù)仍然可以由SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載，以充分利用已配置的網(wǎng)絡(luò)資源。并且，在骨干層采用MSTP的統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，對帶寬進(jìn)行1∶2的匯聚，可解決資源利用率偏高的問題。

然而，MSTP的分組處理或IP化程度不夠“徹底”，其IP化主要體現(xiàn)在用戶接口（即表層分組化），內(nèi)核卻仍然是電路交換（即內(nèi)核電路化）。這就使得MSTP在承載IP分組業(yè)務(wù)時(shí)效率較低，并且無法適應(yīng)以大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的3G和全業(yè)務(wù)時(shí)代的需要。因此，為滿足全業(yè)務(wù)時(shí)代的高帶寬需求，推動城域傳輸網(wǎng)向著統(tǒng)一的、融合的扁平化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，3G初期建設(shè)基于PTN的城域傳輸網(wǎng)，即匯聚層以下采用PTN組網(wǎng)，核心骨干層則充分利用IP over WDM/OTN將上聯(lián)業(yè)務(wù)調(diào)度至PTN所屬業(yè)務(wù)落地機(jī)房，端到端的PTN組網(wǎng)如圖2所示。

如圖2所示，在該組網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，業(yè)務(wù)在匯聚接入層完成收斂后，上聯(lián)至核心機(jī)房，并通過GE光口1+1的Trunk保護(hù)方式與BSC/RNC相聯(lián)。其中，骨干節(jié)點(diǎn)PTN設(shè)備，通過GE光口僅與所屬BSC/RNC節(jié)點(diǎn)的PTN交叉機(jī)連接，而不與其它BSC/RNC節(jié)點(diǎn)的PTN交叉機(jī)以及匯聚環(huán)的骨干PTN設(shè)備發(fā)生關(guān)系。

初期的端到端PTN組網(wǎng)主要解決該運(yùn)營商以移動業(yè)務(wù)為主，但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)資源相對較少的情況。匯聚層以下采用PTN組網(wǎng)，核心骨干層則充分利用IP over WDM/OTN將上聯(lián)業(yè)務(wù)調(diào)度至PTN所屬業(yè)務(wù)的落地機(jī)房，其上聯(lián)GE通道的數(shù)量可以根據(jù)該P(yáng)TN中實(shí)際接入的業(yè)務(wù)總數(shù)按需配置，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)投資。

圖2 端到端的PTN 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 中期組網(wǎng)模式

在全業(yè)務(wù)運(yùn)營和IP融合承載趨勢下，初期采用端到端的PTN組網(wǎng)方案由于技術(shù)局限性導(dǎo)致承載的業(yè)務(wù)比較單一，基本以移動業(yè)務(wù)為主，不適合多業(yè)務(wù)綜合承載。因此端到端的PTN承載網(wǎng)只能用于在3G初期用戶對業(yè)務(wù)帶寬需求較小的情況下進(jìn)行移動分組業(yè)務(wù)的承載，以及分組實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)。

隨著未來IP城域網(wǎng)的建設(shè)，在IP資源得到廣泛覆蓋的情況下,接入網(wǎng)采用PTN進(jìn)行承載，骨干網(wǎng)采用IP網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一承載。接入網(wǎng)主要以GE/10 GE PTN組網(wǎng)（接入層采用GE/10 GE PTN組網(wǎng)，匯聚層采用10 GE PTN或者OTN組網(wǎng)），骨干網(wǎng)上行IP城域網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)。PTN接入網(wǎng)到IP網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

若接入網(wǎng)采用PTN，骨干網(wǎng)采用路由器組網(wǎng)時(shí)，接入網(wǎng)通常采用環(huán)形組網(wǎng)1：1保護(hù)，骨干網(wǎng)則采用FRR技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。

根據(jù)分組網(wǎng)組網(wǎng)的重點(diǎn)，PTN接入網(wǎng)到IP網(wǎng)組網(wǎng)方式適用于3G中期，以移動業(yè)務(wù)為主，且擁有覆蓋廣泛的IP網(wǎng)絡(luò)資源的情況下進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的建設(shè)。

由于PTN一般不處理IP 層業(yè)務(wù),只是作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)的廣泛延伸，考慮業(yè)務(wù)擴(kuò)展性，需要考慮滿足未來LTE環(huán)境下的BTS組網(wǎng)要求，如實(shí)現(xiàn)基站靈活歸屬、基站互連等；并適用于VoIP、政企客戶業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，當(dāng)接入層需要進(jìn)行3層功能應(yīng)用時(shí)，PTN將無法滿足。因此這種組網(wǎng)模式適合綜合承載網(wǎng)的建設(shè)，適用于初期LTE綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的組網(wǎng)模式。

3.2.3 遠(yuǎn)期組網(wǎng)模式

圖3 PTN接入網(wǎng)到IP網(wǎng)組網(wǎng)方式

由于PTN屬于2層傳送技術(shù)，面對不支持靈活的業(yè)務(wù)路由、無強(qiáng)大的多播能力，對3層VPN業(yè)務(wù)無法支撐、與IP城域網(wǎng)無法進(jìn)行業(yè)務(wù)層的無縫對接等限制，面向全I(xiàn)P業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)需要引入新技術(shù)進(jìn)行解決。而路由型的IPRAN技術(shù)，是基于標(biāo)準(zhǔn)的全I(xiàn)P承載技術(shù)，具有對IP承載更加靈活、功能更加全面的優(yōu)勢。全面支持IPTV多播，大客戶全網(wǎng)的2、3層VPN業(yè)務(wù)，動態(tài)高效的PW功能，可與已有的IP城域網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)的無縫對接，是未來高QoS IP業(yè)務(wù)在接入層的最佳解決方案。

未來隨著IP城域網(wǎng)建設(shè)的完善，采用端到端的路由器（IPRAN/RT）進(jìn)行組網(wǎng)，即接入網(wǎng)采用路由器（IPRAN/RT）進(jìn)行組網(wǎng)，骨干網(wǎng)采用統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡(luò)承載，適用于FMC環(huán)境下的電信運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)運(yùn)營。接入網(wǎng)采用GE/10 GE IPRAN組網(wǎng)，骨干網(wǎng)采用IP城域網(wǎng)進(jìn)行承載。IPRAN融合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 端到端的路由器組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

在保護(hù)方式上，接入網(wǎng)繼續(xù)采用環(huán)形組網(wǎng)1：1保護(hù)，骨干網(wǎng)則采用FRR技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。

端到端路由器IP RAN方案采用的IP/MPLS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并且支持MPLS-TP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，適用于運(yùn)營商城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)和承載網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，可以很好的支撐傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，保障NGN話音業(yè)務(wù)、IPTV視頻業(yè)務(wù)、大客戶專線、3G/LTE等業(yè)務(wù)的高質(zhì)量傳送，在部署1588v2、OAM等機(jī)制后，對于移動基站業(yè)務(wù)，IPRAN網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)開通、業(yè)務(wù)調(diào)整、維護(hù)和管理等方面將更加完善，可以大大節(jié)約建設(shè)和維護(hù)成本。

4 總結(jié)

移動通信技術(shù)的發(fā)展、移動互聯(lián)網(wǎng)的新型業(yè)務(wù)以及電信運(yùn)營商的全業(yè)務(wù)拓展需求推動著移動業(yè)務(wù)和承載網(wǎng)絡(luò)的IP化進(jìn)程。面對基站IP化的承載需求，主流的接入技術(shù)：MSTP、PTN和路由型IPRAN有著各自的技術(shù)優(yōu)勢和局限，在運(yùn)營商部署策略時(shí)，需根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)承載需求，選擇分期分步驟的組網(wǎng)模式和建設(shè)策略。

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