基于IP RAN承載實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化改造的研究

王雅紅

(中國(guó)電信山西省分公司,山西太原 030000)

基于IP RAN承載實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化改造的研究

王雅紅

(中國(guó)電信山西省分公司,山西太原 030000)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)MSTP網(wǎng)絡(luò)因承載效率低、擴(kuò)展性差等問(wèn)題已無(wú)法滿足業(yè)務(wù)承載需求。IP RAN網(wǎng)絡(luò)憑借承載效率高、支持點(diǎn)到多點(diǎn)通信及擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)已逐漸成為承載網(wǎng)絡(luò)的主要選擇。在此大趨勢(shì)下,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP化進(jìn)程也在逐步展開(kāi)。針對(duì)上述問(wèn)題,重點(diǎn)研究IP RAN承載實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化改造的技術(shù)方案及保護(hù)策略。該研究結(jié)論對(duì)IP RAN承載實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化改造具有一定的參考意義。

IP RAN LTE MPLS PW

1 概述

隨著智能終端的普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量快速增加,通信運(yùn)營(yíng)商加速LTE 網(wǎng)絡(luò)的部署進(jìn)程,同時(shí)需要承載網(wǎng)絡(luò)以較低的成本承接流量的膨脹。大力擴(kuò)展移動(dòng)業(yè)務(wù)是中國(guó)電信的重點(diǎn)戰(zhàn)略之一,大量3G增值業(yè)務(wù)為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)無(wú)限商機(jī)和空間,同時(shí)也帶來(lái)移動(dòng)帶寬的迅猛增長(zhǎng)。從帶寬需求、多業(yè)務(wù)融合及后續(xù)的發(fā)展要求等方面來(lái)看,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化是不可避免的寬帶化發(fā)展趨勢(shì)和承載趨勢(shì),尤其是LTE(Long Term Evolution)網(wǎng)絡(luò)的峰值帶寬約為3G網(wǎng)絡(luò)的10倍及接口和業(yè)務(wù)呈現(xiàn)全I(xiàn)P化的需求。

目前分組傳送技術(shù)實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的承載主要有兩種技術(shù):PTN(Packet Transport Network)技術(shù)和IP RAN(Radio Access Network)技術(shù)。PTN技術(shù)采用MPLS-TP協(xié)議提供二層以太網(wǎng)業(yè)務(wù)、TDM業(yè)務(wù)等并可通過(guò)升級(jí)方式支持三層協(xié)議,實(shí)現(xiàn)三層相關(guān)功能。IP RAN技術(shù)則直接承載IP業(yè)務(wù)并通過(guò)偽線仿真方式提供TDM業(yè)務(wù)。相對(duì)于PTN技術(shù),IP RAN技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì):端到端的IP化使得網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度大大降低；簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)配置,能極大縮短基站開(kāi)通、割接和調(diào)整的工作量；更高效的網(wǎng)絡(luò)資源利用率,采取動(dòng)態(tài)尋址方式,實(shí)現(xiàn)承載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)自動(dòng)的路由優(yōu)化,大大簡(jiǎn)化了后期網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的工作量。

本論文結(jié)合IP RAN技術(shù)的優(yōu)勢(shì),重點(diǎn)研究IP RAN承載移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化改造中的問(wèn)題并提出相應(yīng)的解決方案。

2 IP RAN的關(guān)鍵問(wèn)題分析

(1)規(guī)模組網(wǎng)問(wèn)題。IP RAN的組網(wǎng)規(guī)模一直是業(yè)內(nèi)有爭(zhēng)議的問(wèn)題之一。從路由器組網(wǎng)的現(xiàn)網(wǎng)部署情況看,目前尚無(wú)上千個(gè)節(jié)點(diǎn)的單個(gè)IP承載網(wǎng)存在；但從全網(wǎng)角度看,整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)就是由自治的多個(gè)IP網(wǎng)通過(guò)邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)注入形成的完整網(wǎng)絡(luò)。因此,基于IP/MPLS的IP RAN網(wǎng)絡(luò)也可以采用分域管理,不同的域使用不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)協(xié)議并互相使用靜態(tài)路由注入的方式解決規(guī)模組網(wǎng)的問(wèn)題。靜態(tài)路由配合動(dòng)態(tài)路由利于網(wǎng)絡(luò)路由收斂、故障恢復(fù)和自愈。

(2)OAM管理問(wèn)題。傳統(tǒng)傳輸設(shè)備如MSTP的配置方式是圖形界面(GUI),特點(diǎn)是配置直觀,適合批量管理,使用簡(jiǎn)單。為了減少管理方式變化給運(yùn)維帶來(lái)的影響,部分路由器廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于圖形界面的管理方式并遵循了傳統(tǒng)的MSTP網(wǎng)絡(luò)管理習(xí)慣。由于IP RAN的承載方式打破了運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)傳輸專(zhuān)業(yè)的運(yùn)維和管理思路,如何平穩(wěn)過(guò)渡還需要在實(shí)踐中進(jìn)一步探討。

(3)保護(hù)恢復(fù)問(wèn)題。IP/MPLS采用快速重路由(FRR)機(jī)制可以提供50ms級(jí)別的故障恢復(fù),但屬于局部網(wǎng)絡(luò)保護(hù)方式,當(dāng)鏈路或節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生在TE 域之外,系統(tǒng)的故障恢復(fù)需要IGP收斂實(shí)現(xiàn),整網(wǎng)保護(hù)倒換可能在幾百ms左右。

(4)端到端QoS保障問(wèn)題。在傳統(tǒng)IP承載網(wǎng)中,高品質(zhì)的QoS保障往往要靠大帶寬輕載來(lái)實(shí)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用效率較低。為此需要考慮部署端到端的QoS解決方案,以提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

(5)互聯(lián)互通問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)商原有MSTP的部署規(guī)模較大,承載了現(xiàn)網(wǎng)大部分業(yè)務(wù)。新部署的IP RAN還不能完全取代MSTP,業(yè)務(wù)的割接需要遵循漸進(jìn)過(guò)程,因此在MSTP與IP RAN共存的情形下,必須解決MSTP與IP RAN的互聯(lián)互通問(wèn)題,包括業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通、OAM的互聯(lián)互通及網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的互聯(lián)互通。

圖1 電信IP RAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

3 IP RAN 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模型

IP RAN由核心層、匯聚層與接入層三層組成,如圖1所示,各層功能如下:

(1)核心層主要由RAN ER設(shè)備組成,核心層RAN ER直接與MCE相連。

(2)匯聚層由B類(lèi)設(shè)備(IP RAN匯聚路由器)組成,用于接入?yún)R聚A類(lèi)設(shè)備。匯聚層承上啟下,B設(shè)備的選點(diǎn)、選型是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重中之重。

(3)接入層:由連接基站的A類(lèi)設(shè)備(IP RAN接入路由器)組成。承載基站的A類(lèi)路由器應(yīng)采用環(huán)形接入一對(duì)B類(lèi)路由器,建設(shè)初期采用單GE環(huán)組網(wǎng),在4G網(wǎng)絡(luò)部署階段需根據(jù)流量情況,可擴(kuò)容至2個(gè)GE環(huán)。

在實(shí)際建設(shè)中,核心層需要保持穩(wěn)定,RAN ER設(shè)備一次到位。匯聚層、接入層按需建設(shè),A/B設(shè)備根據(jù)LTE基站建設(shè)進(jìn)度按需部署。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展,IP RAN網(wǎng)絡(luò)由市區(qū)向縣城和郊區(qū)擴(kuò)展。

4 IP RAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與研究

圖2 VRR部署示意圖

圖3 PW+L3VPN方案上行業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)流程

4.1 IGP路由設(shè)計(jì)

IP RAN網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一張全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò),其路由的設(shè)計(jì)會(huì)直接影響到IP Backhaul網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。全網(wǎng)路由采用扁平化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),IGP路由協(xié)議僅承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的loopback地址和互聯(lián)地址,不做業(yè)務(wù)路由的承載。

為保證路由層面的安全性,綜合業(yè)務(wù)接入子網(wǎng)與IP RAN核心層采用不同的IGP路由進(jìn)程,并啟用MPLS；B設(shè)備同時(shí)屬于多個(gè)IGP域,核心與接入的IGP路由相對(duì)隔離,不進(jìn)行路由的相互注入,根據(jù)電信集團(tuán)規(guī)范,在接入層部署OSPF協(xié)議,匯聚層選用ISIS作為IGP協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)側(cè)的IGP路由規(guī)劃分為接入環(huán)的IGP規(guī)劃和匯聚環(huán)的IGP規(guī)劃。按照中國(guó)集團(tuán)規(guī)范要求和現(xiàn)網(wǎng)的實(shí)際情況,IP RAN網(wǎng)絡(luò)側(cè)IGP設(shè)計(jì)如下:匯聚層使用雙平面的路由設(shè)計(jì),使用ISIS協(xié)議。所有B設(shè)備、ER設(shè)備和EPC CE設(shè)備在同一個(gè)ISIS進(jìn)程。為提高匯聚側(cè)ISIS進(jìn)程優(yōu)先級(jí),使B之間路徑默認(rèn)選擇ISIS而不選擇接入側(cè)OSPF。接入層配置分域的OSPF,對(duì)于一對(duì)B而言,B互聯(lián)鏈路上起一個(gè)OSPF區(qū)域0,然后接入的每一個(gè)接入環(huán)都屬于不同的區(qū)域。

4.2 BGP路由設(shè)計(jì)

(1)AS設(shè)計(jì)。RAN ER、B統(tǒng)一使用山西省會(huì)MCE的AS號(hào)65431,IP RAN域內(nèi)存在MP-iBGP鄰居關(guān)系。RAN ER和CN2的PE采用Option A方式對(duì)接,之間存在MP-eBGP鄰居關(guān)系。MCE與RAN ER之間采用Option A方式,之間存在EBGP鄰居關(guān)系。

VPN ECMP方案下IP RAN域內(nèi)的MP-iBGP部署要點(diǎn):B設(shè)備、RAN ER配置雙RD,發(fā)布等價(jià)路由,使B設(shè)備上下行均形成BGP VPNV4 ECMP方式進(jìn)行流量負(fù)載分擔(dān)。

(2)VRR(VPN路由反射器)部署設(shè)計(jì)。在一個(gè)本地網(wǎng)AS內(nèi),其中一臺(tái)路由器作為路由反射器RR(Route Reflector),其它路由器作為客戶機(jī)(Client)與路由反射器之間建立IBGP連接。路由反射器在客戶機(jī)之間傳遞(反射)路由信息,而客戶機(jī)之間不需要建立BGP連接。在IPRAN網(wǎng)絡(luò)中RAN ER兼作VRR；所有B、CE設(shè)備作為VRR的Client(客戶機(jī))。VRR部署設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.3 隧道部署設(shè)計(jì)

IPRAN網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)綜合業(yè)務(wù)承載平臺(tái),將承載不同業(yè)務(wù)的傳輸,虛擬專(zhuān)用網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是必不可缺的,其隧道技術(shù)的部署設(shè)計(jì)將會(huì)直接影響業(yè)務(wù)承載的安全性和可靠性。IPRAN網(wǎng)絡(luò)中的隧道部署方案如下:

(1)A到B隧道部署。A和B設(shè)備之間部署LDP LSP隧道。A-A的互聯(lián)接口、A-B的互聯(lián)接口開(kāi)啟LDP。A和B配置只為32位主機(jī)地址分配標(biāo)簽。接入環(huán)的保護(hù)無(wú)需部署LDP BFD進(jìn)行保護(hù),只依賴PW FRR。

(2)匯聚核心隧道部署。B設(shè)備、RAN ER之間采用LDP作為動(dòng)態(tài)隧道的信令,互聯(lián)接口開(kāi)啟LDP。B設(shè)備間存在ISIS互聯(lián)和OSPF互聯(lián)兩類(lèi)L3接口,都需要開(kāi)啟LDP。

圖4 PW+L3VPN方案下行業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)流程

4.4 保護(hù)策略設(shè)計(jì)

(1)隧道保護(hù)。在建立LSP主隧道的同時(shí),建立LSP備份隧道,同時(shí)下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)平面,當(dāng)主隧道出現(xiàn)故障時(shí),業(yè)務(wù)快速切換到備份隧道。

IP RAN設(shè)備接入環(huán)只部署LDP形成LSP,不考慮LDP LSP的保護(hù)。

(2)業(yè)務(wù)保護(hù)。接入環(huán)上A設(shè)備與B1建立主PW,和B2建立備用PW。主備PW同時(shí)部署PW BFD,檢測(cè)周期50ms*3,WTR5分鐘。

匯聚核心層采用VPN FRR(VPN快速重路由)技術(shù),通過(guò)預(yù)先在遠(yuǎn)端PE中設(shè)置指向PE和備用PE的主備用轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng),結(jié)合BFD等故障快速探測(cè),在網(wǎng)絡(luò)失效后,主備PE快速切換,端到端可達(dá)200ms的可靠性。

(3)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。BSC雙歸到IPRAN網(wǎng)絡(luò),兩臺(tái)RAN-CE之間采用的是VRRP以及心跳報(bào)文的傳送方式。能夠保證當(dāng)主機(jī)下一跳路由器故障時(shí),可以及時(shí)的由另一臺(tái)路由器替代,從而保持通信的連續(xù)性和可靠性。

4.5 QOS保障

為保障多業(yè)務(wù)的傳送質(zhì)量及QOS策略的可實(shí)施性,綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)總體上采用簡(jiǎn)化部署及預(yù)防性的QOS策略,滿足業(yè)務(wù)QOS透?jìng)骱筒町惢瘋魉偷哪芰?。Qos的部署設(shè)計(jì)需要遵循如下事項(xiàng):

(1)保持與CN2的QoS部署規(guī)范一致；

(2)精簡(jiǎn)隊(duì)列數(shù)量,降低部署難度；

(3)規(guī)范并信任無(wú)線業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí),透?jìng)鳠o(wú)線業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)；

(4)政企客戶業(yè)務(wù)按照接入端口/VLAN進(jìn)行映射,透?jìng)髡髽I(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)。

在IPRAN組網(wǎng)中,采用的PW+L3VPN方案組網(wǎng)模型中上下行業(yè)務(wù)的QOS標(biāo)識(shí)透?jìng)髁鞒倘鐖D3和圖4所示。

對(duì)于基站業(yè)務(wù),基于IP DSCP進(jìn)行標(biāo)識(shí),重置EXP值,IP QoS在基站到BSC/EPC之間的承載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)透?jìng)?。?duì)于政企客戶業(yè)務(wù),基于端口/VLAN進(jìn)行標(biāo)識(shí),重置EXP值,IP QoS在承載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)透?jìng)鳌?/p>

5 結(jié)語(yǔ)

面向全業(yè)務(wù)的路由型IP RAN綜合承載網(wǎng)以IP/MPLS為基礎(chǔ),滿足未來(lái)各種新業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出的新需求,其承載移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)業(yè)務(wù)IP化技術(shù)已經(jīng)成熟,可以作為各類(lèi)運(yùn)營(yíng)商未來(lái)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要技術(shù)選擇并能促進(jìn)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展和演進(jìn)。

[1]中國(guó)電信集團(tuán)公司.中國(guó)電信移動(dòng)承載網(wǎng)組網(wǎng)與策略規(guī)范(試行).2014.

[2]中興IP RAN解決方案及設(shè)備介紹.http://www.doc88.com/p-018708848289.html

[3]成大業(yè).基于IP RAN技術(shù)的傳送網(wǎng)建設(shè):[碩士學(xué)位論文].吉林:吉林大學(xué),2013.

王雅紅(1977—),男,漢,山西臨汾人,碩士研究生,工程主管,通信工程師,研究方向:移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),從事2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及建設(shè)工作。