CDMA<E移動(dòng)承載網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展演進(jìn)策略

張曉濱中國(guó)電信股份有限公司北京分公司工程師

裴滿林 中國(guó)電信股份有限公司北京分公司工程師

柴菲 中國(guó)信息通信研究院助理工程師

竺際陽(yáng) 中國(guó)信息通信研究院助理工程師

發(fā)展策略

CDMA<E移動(dòng)承載網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展演進(jìn)策略

張曉濱中國(guó)電信股份有限公司北京分公司工程師

裴滿林 中國(guó)電信股份有限公司北京分公司工程師

柴菲 中國(guó)信息通信研究院助理工程師

竺際陽(yáng) 中國(guó)信息通信研究院助理工程師

傳統(tǒng)的SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)已無(wú)法滿足LTE移動(dòng)承載需求，IPRAN的承載方案是基于IP網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，能承載多樣化的業(yè)務(wù)，具備很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力和新業(yè)務(wù)適應(yīng)能力，成為L(zhǎng)TE移動(dòng)承載網(wǎng)首選方案。本文根據(jù)CDMA<E混合組網(wǎng)現(xiàn)狀，對(duì)CDMA<E移動(dòng)承載網(wǎng)中SDH/MSTP和IPRAN網(wǎng)絡(luò)靈活組網(wǎng)、靈活運(yùn)維以及技術(shù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，提出IPRAN向SDN技術(shù)的演進(jìn)策略。

CDMA LTE SDH/MSTP IPRAN

1 引言

CDMA<E混合組網(wǎng)要求移動(dòng)承載網(wǎng)滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)高品質(zhì)大帶寬需求，具備網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)及持續(xù)帶寬擴(kuò)容能力，具備差異化的QoS業(yè)務(wù)承載能力、滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)端到端可管理要求。傳統(tǒng)的2G/3G網(wǎng)絡(luò)基于TDM/SDH技術(shù)，采用TDM獨(dú)享管道的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容模式提供上層網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)業(yè)務(wù)回傳，不支持流量統(tǒng)計(jì)復(fù)用，承載效率低，無(wú)法承載基于3層交換的多點(diǎn)到多點(diǎn)業(yè)務(wù)，無(wú)法滿足LTE網(wǎng)絡(luò)中S1-Flex和X2接口的引入所需3層交換的能力。

IPRAN是以IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)的硬件結(jié)構(gòu)，具備豐富的3層路由能力，能承載多樣化的業(yè)務(wù)，并且具備很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力和新業(yè)務(wù)適應(yīng)能力，符合未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，可滿足未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)多種多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信場(chǎng)景需求，比如LTE網(wǎng)絡(luò)X2接口中多個(gè)eNB之間的流量交換以及MME/SAE都需要支持多點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，IPRAN使得平滑支持LTE業(yè)務(wù)變得更易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，IPRAN具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用的能力，在匯聚、核心層部署網(wǎng)絡(luò)時(shí)，總帶寬可以根據(jù)一定的收斂比進(jìn)行收斂，以充分利用IPRAN的統(tǒng)計(jì)復(fù)用能力，降低每比特流量的成本，提高網(wǎng)絡(luò)的效率，提供智能、易用、面向未來(lái)的承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。因此，成為移動(dòng)承載網(wǎng)首選的解決方案。

隨著IPRAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，IPRAN在網(wǎng)絡(luò)高可用性、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等方面面臨困境。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，新的增值業(yè)務(wù)和應(yīng)用層出不窮，IPRAN網(wǎng)絡(luò)如何更好地適應(yīng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和要求，快速響應(yīng)業(yè)務(wù)的建立及對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)也是需要考慮的問(wèn)題。SDN具有轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離、控制邏輯集中、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等特點(diǎn)，能更好地滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)回傳的需求，解決當(dāng)前IPRAN面臨的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議復(fù)雜、組網(wǎng)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備硬件成本高、維護(hù)難度高、缺乏統(tǒng)一管理等問(wèn)題。通過(guò)在IPRAN網(wǎng)絡(luò)中引入SDN架構(gòu)及相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于SDN的IPRAN網(wǎng)絡(luò)，可簡(jiǎn)化IPRAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化部署、運(yùn)維、管理能力，并為未來(lái)新業(yè)務(wù)的快速開(kāi)放提供能力，更符合IPRAN網(wǎng)絡(luò)后續(xù)長(zhǎng)期演進(jìn)的要求。

2 CDMA<E組網(wǎng)情況及承載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前CDMA室外基站每基站帶寬30M，每個(gè)基站覆蓋半徑約700m，LTE基站覆蓋半徑和將來(lái)4G頻段有很大相關(guān)性，頻段越高覆蓋半徑越小，LTE基站覆蓋半徑約為300～500m左右。每基站帶寬和覆蓋小區(qū)數(shù)有關(guān)，每小區(qū)100～150m，每基站覆蓋2～3個(gè)小區(qū)，大概每基站帶寬要求為300～450M。在混合組網(wǎng)趨勢(shì)下，F(xiàn)DD LTE一直是電信4G組網(wǎng)的首選，在高話務(wù)覆蓋地區(qū)用TD-LTE進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋補(bǔ)充帶寬需求，被視為是TD-LTE能夠發(fā)揮最適合作用的方式。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)中多種無(wú)線接入的特點(diǎn)，對(duì)CDMA<E多網(wǎng)協(xié)同承載業(yè)務(wù)定位如下：CDMA 1x網(wǎng)絡(luò)主要承載語(yǔ)音、短信等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)；CDMAEV-DO網(wǎng)絡(luò)主要承載中低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及邊遠(yuǎn)郊區(qū)農(nóng)村等地的網(wǎng)絡(luò)覆蓋；LTEFDD網(wǎng)絡(luò)主要承載高ARUP值、高帶寬需求的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并逐步完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，最終實(shí)現(xiàn)VoLTE承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)；TD-LTE覆蓋城區(qū)業(yè)務(wù)密集的熱點(diǎn)地區(qū)、有高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分流需求的城郊地區(qū)和暫不具備光纖到戶的城郊富裕地區(qū)，主要承載上網(wǎng)卡和M IFI/CPE數(shù)據(jù)。

當(dāng)前CDMA移動(dòng)基站回傳的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)主要采用基于SDH技術(shù)的MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)承載，基站一般使用2M的TDM接口或捆綁多個(gè)2M的FE接口。承載基站回傳業(yè)務(wù)的MSTP傳輸網(wǎng)，在邏輯上分為以下3個(gè)層次：

（1）核心層

核心層是由交換局、數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)途局等組成的主干節(jié)點(diǎn)，采用城域OTN或2.5/10G的SDH/MSTP設(shè)備組建網(wǎng)狀網(wǎng)或環(huán)形網(wǎng)。

（2）匯聚層

匯聚層是由重要局站、數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)組成的匯聚節(jié)點(diǎn)，以2.5/10G的SDH/MSTP設(shè)備為主，輔以少量155/ 622M的SDH/MSTP設(shè)備組建環(huán)形網(wǎng)，環(huán)上節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一般為3～6個(gè)。

（3）接入層

接入層是由基站、其他業(yè)務(wù)接入點(diǎn)組成的接入節(jié)點(diǎn)，主要采用155/622M的SDH/MSTP設(shè)備，輔助以微波、PDH接入技術(shù)組建環(huán)形網(wǎng)，根據(jù)接入光纜路由有環(huán)型、鏈型、樹(shù)型等結(jié)構(gòu)，MSTP環(huán)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一般為6～15個(gè)。

CDMA<E的混合組網(wǎng)模型除滿足帶寬需求及3GPPE-UTRAN承載網(wǎng)主要性能要求外，還需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)協(xié)議配合，對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力提出了新的挑戰(zhàn)。為滿足CDMA<EFDD&TD-LTE多網(wǎng)協(xié)同承載需求，在仔細(xì)研究LTEFDD和TD-LTE技術(shù)要求特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)移動(dòng)承載組網(wǎng)總體要求如下：滿足當(dāng)前3G移動(dòng)業(yè)務(wù)要求的同時(shí)，滿足4G業(yè)務(wù)高品質(zhì)大帶寬需求，具備網(wǎng)絡(luò)平滑升級(jí)及持續(xù)帶寬擴(kuò)容能力，具備差異化的QoS業(yè)務(wù)承載能力、滿足移動(dòng)業(yè)務(wù)端到端可管理要求。

IPRAN是當(dāng)前LTE移動(dòng)承載網(wǎng)主流的解決方案，它基于靈活I(lǐng)P通信的設(shè)計(jì)理念，以傳統(tǒng)的路由器架構(gòu)為基礎(chǔ)，增強(qiáng)OAM機(jī)制，業(yè)務(wù)保護(hù)機(jī)制以及分組時(shí)鐘傳輸能力。相對(duì)于傳統(tǒng)的SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)，IPRAN方案由于其承載移動(dòng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)使其更加關(guān)注簡(jiǎn)化運(yùn)維，化繁為簡(jiǎn)，采用端到端方式節(jié)省OPEX支出。憑借IP RAN高可擴(kuò)展、可演進(jìn)的特性可以滿足CDMA<E的綜合業(yè)務(wù)承載需求，適應(yīng)快速業(yè)務(wù)變化與演進(jìn)。根據(jù)CDMA<E混合組網(wǎng)需求及IPRAN承載網(wǎng)組網(wǎng)原則和CDMA<E傳輸資源現(xiàn)狀，移動(dòng)承載網(wǎng)建設(shè)思路比較統(tǒng)一：對(duì)于已有的CDMA基站，繼續(xù)采用SDH/ MSTP承載，但有計(jì)劃地逐步隨著LTE建設(shè)推進(jìn)IP RAN改造；對(duì)于新建CDMA<E基站，優(yōu)先采用IP RAN進(jìn)行承載；在光纜纖芯資源不足的情況下，可采用IP RAN替換3G傳輸設(shè)備方式進(jìn)行承載CDMA<E業(yè)務(wù)。如圖1所示，當(dāng)前CDMA<E業(yè)務(wù)主要通過(guò)以下幾種方式承載：

●4GLTE基站業(yè)務(wù)及部分CDMA基站業(yè)務(wù)

eNodeB與EPC、BTS、BSC之間采用以太接口，經(jīng)過(guò)IPRAN進(jìn)行承載，由RANCE匯聚經(jīng)過(guò)GE/10GE接入BSC，CDMA基站語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)1個(gè)FE接入BSC，LTE基站業(yè)務(wù)通過(guò)1個(gè)GE/10GE接入EPC。

●少部分CDMA基站業(yè)務(wù)

BTS和BSC之間采用MSTP后，由傳輸匯聚到RANCE以太接口，并經(jīng)過(guò)GE/10GE接口接入BSC，基站語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)1～2個(gè)FE接入BSC。

●大部分CDMA基站業(yè)務(wù)

BTS和BSC之間采用SDH n×E1MLPPP綁定后，由傳輸匯聚到BSC信道化STM-1連接端口，3G基站語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均通過(guò)1～18個(gè)2M接入BSC。

圖1 CDMA<E混合組網(wǎng)下移動(dòng)承載網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載

3 IPRAN承載網(wǎng)的發(fā)展瓶頸及后續(xù)演進(jìn)趨勢(shì)

IPRAN網(wǎng)絡(luò)規(guī)模更大、組網(wǎng)更加靈活、可擴(kuò)展性也更強(qiáng)，但網(wǎng)絡(luò)故障及故障所產(chǎn)生的影響與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比也更大，尤其是基站的批量新建及擴(kuò)容會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性造成持續(xù)的沖擊，對(duì)IPRAN運(yùn)維提出了諸多挑戰(zhàn)，現(xiàn)有IPRAN在網(wǎng)絡(luò)高可用性、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等方面面臨困境，具體表現(xiàn)為：

（1）設(shè)備數(shù)量大，尤其接入層為海量盒式設(shè)備，要求強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力。

（2）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工期緊張，對(duì)開(kāi)局部署和業(yè)務(wù)開(kāi)通效率要求較高。

（3）接入技術(shù)復(fù)雜，承載管道多樣，要求E2E業(yè)務(wù)開(kāi)放系統(tǒng)支持所有的承載管道的端到端的發(fā)放及管理。

（4）移動(dòng)承載網(wǎng)絡(luò)可靠性要求高，要求管理系統(tǒng)能夠高效地配置各種保護(hù)技術(shù)；能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)故障，以及提供有效的故障定位手段。

（5）移動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，頻繁地進(jìn)行接入層的擴(kuò)容，要求管理系統(tǒng)能夠高效地配置各種保護(hù)技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)故障，以及提供有效的故障定位手段。

SDN（SoftwareDefined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）是一種新興的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離并直接可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SDN將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緊耦合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被分拆成應(yīng)用、控制、轉(zhuǎn)發(fā)3層分離的架構(gòu)?？刂乒δ鼙晦D(zhuǎn)移到了服務(wù)器，上層應(yīng)用、底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)施被抽象成多個(gè)邏輯實(shí)體。如圖2所示，根據(jù)IPRAN組網(wǎng)的特征，面向SDN架構(gòu)的IPRAN虛擬化的基本思路是：SDN用基站回傳的設(shè)備作為遠(yuǎn)端設(shè)備，用實(shí)現(xiàn)邊緣業(yè)務(wù)控制的設(shè)備作為中心設(shè)備，SDN控制器統(tǒng)一對(duì)中心設(shè)備及遠(yuǎn)端設(shè)備實(shí)施控制，使維持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需要配置的協(xié)議大幅減少。當(dāng)遠(yuǎn)端設(shè)備完成初始化注冊(cè)和配置之后，就被虛擬化成中心設(shè)備上增加的一塊擴(kuò)展板卡，而后網(wǎng)絡(luò)管理人員就可以像配置中心設(shè)備一樣直接實(shí)現(xiàn)對(duì)所有遠(yuǎn)端設(shè)備端口的統(tǒng)一管理和配置。接入路由設(shè)備的拓?fù)湫畔R總到虛擬控制平面集中計(jì)算路徑后，指導(dǎo)接入設(shè)備的流量轉(zhuǎn)發(fā)。業(yè)務(wù)部署接入環(huán)免規(guī)劃、免人工調(diào)測(cè)，即插即用。網(wǎng)絡(luò)故障定位、故障原因分析只在控制器節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行，顯著提升了故障定位的準(zhǔn)確性和效率，大幅度降低了海量邊緣節(jié)點(diǎn)的OPEX。

圖2 IPRAN移動(dòng)承載網(wǎng)發(fā)展演進(jìn)SDN模型

SDN具有轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離、控制邏輯集中、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等特點(diǎn)，能解決當(dāng)前IPRAN面臨的主要問(wèn)題。SDN技術(shù)針對(duì)海量的末端設(shè)備的虛擬化管理，極大降低了網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)模，提升了運(yùn)維效率，綜合運(yùn)營(yíng)效率相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可提升近60%；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的解耦，可實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)落地與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備無(wú)關(guān)，大大縮短了LTE創(chuàng)新業(yè)務(wù)上市周期，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，支撐未來(lái)LTE新業(yè)務(wù)發(fā)展與快速創(chuàng)新；通過(guò)IPRAN技術(shù)，可提供基于每用戶、每業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)性能檢測(cè)，其精度高達(dá)10-6，從而使網(wǎng)絡(luò)性能可視、可評(píng)估、可預(yù)測(cè)，幫助運(yùn)營(yíng)商有針對(duì)性地定位網(wǎng)絡(luò)性能瓶頸。SDN IPRAN為大規(guī)模無(wú)縫覆蓋移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供了可管、可視、可擴(kuò)展的高效運(yùn)維平臺(tái)，將為未來(lái)打造覆蓋最好、體驗(yàn)最好的“CDMA+LTE”一體化移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略邁出關(guān)鍵一步。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是SDH&MSTP還是IPRAN，都不能完美地解決運(yùn)營(yíng)商對(duì)于承載網(wǎng)絡(luò)的所有需求，因此融合的趨勢(shì)在所難免。網(wǎng)絡(luò)融合趨勢(shì)無(wú)疑已經(jīng)成為電信乃至整個(gè)通信行業(yè)未來(lái)的主要發(fā)展方向，核心網(wǎng)、移動(dòng)承載網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)都在融合，運(yùn)營(yíng)商希望能通過(guò)一張網(wǎng)絡(luò)平面，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載，并且要求網(wǎng)絡(luò)靈活、智能、低OPEX。未來(lái)承載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向是大容量、分組化、智能化。其中，大容量是滿足容量的爆炸式增長(zhǎng)和提供更低成本的帶寬，具體表現(xiàn)在電交換演進(jìn)至光交換，SDH發(fā)展至OTN，傳輸帶寬也由前期的STM-N→10G→40G→100G→400G/1T甚至更高；分組化以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)扁平化、業(yè)務(wù)分組化和資源高效利用需求，具體表現(xiàn)在SDH技術(shù)發(fā)展到MSTP再演進(jìn)至PTN/IPRAN；智能化是滿足資源提供的靈活性、動(dòng)態(tài)性和自動(dòng)化要求，具體表現(xiàn)在由ASON網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至SDN網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)通過(guò)在IPRAN網(wǎng)絡(luò)中引入SDN架構(gòu)及相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于SDN的IPRAN網(wǎng)絡(luò)，可簡(jiǎn)化IPRAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，提高網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化部署、運(yùn)維、管理能力，并為未來(lái)新業(yè)務(wù)的快速開(kāi)放提供能力。

1 中國(guó)電信移動(dòng)承載網(wǎng)組網(wǎng)與策略規(guī)范.中國(guó)電信集團(tuán).2013

2 陳運(yùn)清,吳偉等.電信級(jí)IPRAN實(shí)現(xiàn).電子工業(yè)出版社.2014

3 王元杰,楊宏博等.電信網(wǎng)新技術(shù)IPRAN/PTN.人民郵電出版社.2014

4 雷葆華,王峰等.SDN核心技術(shù)剖析和實(shí)戰(zhàn)指南.電子工業(yè)出版社.2014

5 張寶亞.基于SDN的IPRAN網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù).中興通訊技術(shù).2014,4

2015-01-10）