新時(shí)期基于IP的移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)化探討

趙 泉

（中國(guó)電信股份有限公司武威分公司，甘肅 武威 733000）

進(jìn)入信息化時(shí)代以后，移動(dòng)網(wǎng)應(yīng)用質(zhì)量受到更多關(guān)注，但就實(shí)際而言，很多地區(qū)因基礎(chǔ)建設(shè)條件差、IP應(yīng)用程度不足等因素而使得用戶體驗(yàn)較差，針對(duì)該種情況，很多地區(qū)運(yùn)營(yíng)商在探索IP移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)化的具體策略，并在實(shí)際工作中取得了初步進(jìn)展，在分析影響移動(dòng)網(wǎng)應(yīng)用因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，效果顯著。

1 IP簡(jiǎn)述

IP（Internet Protocol，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）是TCP/IP的主要構(gòu)成部分，IP設(shè)計(jì)主要是為提升網(wǎng)絡(luò)可延展性，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模的互聯(lián)互通，并起到分隔系統(tǒng)頂層應(yīng)用、底層技術(shù)耦合關(guān)系的作用，結(jié)合端到端設(shè)計(jì)機(jī)制來(lái)講，IP技術(shù)可為主機(jī)提供不可靠、獨(dú)立性、針對(duì)性的數(shù)據(jù)傳輸功能，具備較高適用性。

2 基于IP的移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)化思路

5G網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，在一定程度上給人們生活、生產(chǎn)活動(dòng)等帶來(lái)了較大的便利，但隨之而來(lái)的頻繁擴(kuò)容、運(yùn)行成本增加等卻阻礙了移動(dòng)網(wǎng)的大范圍應(yīng)用，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)阻塞、通話質(zhì)量差等開(kāi)始頻繁發(fā)生，因此探索新時(shí)期基于IP的移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)化策略已經(jīng)勢(shì)在必行，要做好該項(xiàng)工作，有必要對(duì)移動(dòng)網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)加以分析，引入各類先進(jìn)的傳輸技術(shù)、SDN IP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、移動(dòng)網(wǎng)全I(xiàn)P化建設(shè)等，皆具備較大的可行性，探索提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、運(yùn)行效率的可靠方法，進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)資源利益[1]。此外，需關(guān)注移動(dòng)模型的靈活應(yīng)用，尤其是其中的流體模型、馬爾科夫模型等，就前者來(lái)說(shuō)，其描述的是宏觀移動(dòng)行為，關(guān)注單位時(shí)間內(nèi)穿越邊界次數(shù)：

3 新時(shí)期基于IP的移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)化策略

3.1 靈活利用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

（1）IP over ATM技術(shù)。將ATM層中的所有IP數(shù)據(jù)包封裝到ATM信元中，按照信元模式傳輸，在移動(dòng)網(wǎng)交換機(jī)接收到IP數(shù)據(jù)包后，結(jié)合數(shù)據(jù)包顯示的IP地址處理路由地址，并通過(guò)路由系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)操作，如此可在ATM網(wǎng)絡(luò)中搭建VC虛電路，后續(xù)IP數(shù)據(jù)包通過(guò)虛電路直通傳輸。IP over ATM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于推進(jìn)ATM技術(shù)、IP在移動(dòng)網(wǎng)中的融合應(yīng)用，發(fā)揮ATM提供高質(zhì)量服務(wù)、同時(shí)支持多類業(yè)務(wù)的優(yōu)勢(shì)，并適當(dāng)提升移動(dòng)網(wǎng)傳輸速率、降低運(yùn)行成本，增加了移動(dòng)網(wǎng)的可拓展性、可管理性[2]。

（2）IP over SDH技術(shù)。引入PPP點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議，通過(guò)RFC 1662規(guī)范方法在PPP幀整個(gè)信息段中分組插入IP信息，封裝IP數(shù)據(jù)包，再通過(guò)HDLC協(xié)議對(duì)PPP幀定界，得到HDLC幀，后續(xù)通過(guò)SDH通道層業(yè)務(wù)適配器將HDLC協(xié)議內(nèi)容映射到SDH通道凈負(fù)荷處，得到相對(duì)完整的SDH幀結(jié)構(gòu)，并在光纖中直接傳輸，突出IP無(wú)面向連接的應(yīng)用特點(diǎn)。分析IP over SDH應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：進(jìn)行IP分組時(shí)，借助點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議映射到SDH幀，省去ATM層，但又仍具備移動(dòng)網(wǎng)無(wú)連結(jié)性優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)絡(luò)體系得以簡(jiǎn)化，使基于IP的移動(dòng)網(wǎng)傳輸效率得到明顯提升，可靈活實(shí)現(xiàn)各類技術(shù)體系下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與兼容。

（3）IP over WDM技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)融合了WDM技術(shù)、IP優(yōu)勢(shì)，其實(shí)際工作原理是：在發(fā)送端可復(fù)用波長(zhǎng)不一的光信號(hào)，將復(fù)用信號(hào)傳輸?shù)焦饫w中；接收端通過(guò)解復(fù)用器分開(kāi)不同波長(zhǎng)信號(hào)，傳輸?shù)街付ńK端，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包在移動(dòng)網(wǎng)多波長(zhǎng)光路中的同步傳輸[3]。

3.2 移動(dòng)IP城域網(wǎng)建設(shè)

（1）確定建設(shè)目標(biāo)。各個(gè)城市移動(dòng)網(wǎng)發(fā)展情況、戰(zhàn)略狀況、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等有著顯著差異，確定建設(shè)目標(biāo)，對(duì)于引領(lǐng)移動(dòng)IP城域網(wǎng)建設(shè)過(guò)程起到具體的指導(dǎo)作用。主要包括：搭建開(kāi)放式、模塊化的IP數(shù)據(jù)包傳送平臺(tái)；綜合化、寬帶化、數(shù)字化的接入平臺(tái)，具備語(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)等各類業(yè)務(wù)接入能力；具備業(yè)務(wù)提供能力，滿足商業(yè)住宅、行業(yè)用戶、集團(tuán)用戶、工廠生產(chǎn)等各個(gè)方面的移動(dòng)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求；具備較高的運(yùn)營(yíng)能力、移動(dòng)網(wǎng)管理能力等。

（2）業(yè)務(wù)定位。綜合分析當(dāng)前IP城域網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，大多在初期探索階段，在進(jìn)行業(yè)務(wù)定位時(shí)，要求滿足以下業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)需求：其一是QoS要求相對(duì)較高的視頻業(yè)務(wù)、互聯(lián)業(yè)務(wù)，比如基于IP的寬帶網(wǎng)站、智能化社區(qū)服務(wù)、新聞資訊、視頻點(diǎn)播、可視電話、可視會(huì)議、數(shù)字圖書(shū)館、協(xié)同設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程教育、VPN、電子商務(wù)、語(yǔ)言業(yè)務(wù)等；QoS要求相對(duì)較低的移動(dòng)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)，如FTP、E-mail等[4]。

（3）移動(dòng)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在城域網(wǎng)建設(shè)、調(diào)整、優(yōu)化時(shí)，要求建成扁平化、路由型移動(dòng)網(wǎng)，并凸顯管理全面、層次清楚、安全可靠、性能優(yōu)異等優(yōu)勢(shì)，如圖1所示。關(guān)注要點(diǎn)如下。①優(yōu)化思路。分離城域網(wǎng)區(qū)間內(nèi)二層網(wǎng)絡(luò)、三層網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建邏輯層、物理層次相對(duì)清晰的二層寬帶接入網(wǎng)、三層路由網(wǎng)絡(luò)，遵循“多端口、少設(shè)備”布置規(guī)范，引入大帶寬鏈路、大容量路由器，減少鏈路數(shù)量、節(jié)點(diǎn)設(shè)備，如此可在移動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中形成廣覆蓋、少節(jié)點(diǎn)、大容量的特征。②具體優(yōu)化方法。理清網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：層次分明、結(jié)構(gòu)化布置的移動(dòng)網(wǎng)，利于化解問(wèn)題、隔離處理、隱藏相關(guān)信息，借助對(duì)二層、三層網(wǎng)絡(luò)的有效分離，讓IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、流量分配愈加合理；網(wǎng)絡(luò)自愈：即移動(dòng)網(wǎng)在出現(xiàn)不正常變化、故障時(shí)，最大程度降低對(duì)移動(dòng)網(wǎng)的影響，并保持穩(wěn)定的IP數(shù)據(jù)包傳輸，此外在建設(shè)城域網(wǎng)時(shí)，針對(duì)匯聚層以上相關(guān)IP設(shè)備，可設(shè)置雙上連、雙電源、雙引擎，確?；ヂ?lián)網(wǎng)在出現(xiàn)鏈路故障、變化時(shí)不會(huì)影響正常使用；網(wǎng)絡(luò)安全性、拓展性；進(jìn)行IP互聯(lián)網(wǎng)靈活設(shè)計(jì)，構(gòu)建基礎(chǔ)架構(gòu)，滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)用戶遞增需求，保證IP城域網(wǎng)拓展性；在城域網(wǎng)中布設(shè)安全清洗系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)傳輸安全，降低網(wǎng)絡(luò)脆弱性，為系列數(shù)據(jù)傳輸加一層保障[5]。③帶寬估算。包括帶寬用戶計(jì)算：地區(qū)所需帶寬=城市總用戶數(shù)×發(fā)展帶寬用戶率×帶寬并發(fā)用戶數(shù)×每用戶帶寬。

3.3 移動(dòng)網(wǎng)全I(xiàn)P化

（1）基于IP的傳送體系?；贗P的傳送體系是一種獨(dú)立于實(shí)際應(yīng)用的用戶通信數(shù)據(jù)傳送能力，具備降低移動(dòng)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本的潛力。它實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一傳輸體系，解決了數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳送難題，并將垂直網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿植际浇Y(jié)構(gòu)。接入網(wǎng)的演變趨勢(shì)具體內(nèi)容包括采用分布式路由結(jié)構(gòu)，利用增強(qiáng)IP技術(shù)控制服務(wù)質(zhì)量（QoS），并用IP替代第二層ATM。核心網(wǎng)作為移動(dòng)網(wǎng)業(yè)務(wù)傳送的骨干，可實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)的互連和接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的傳送功能。為滿足移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的投資保護(hù)需求，核心網(wǎng)的演變可以分階段進(jìn)行，先將數(shù)據(jù)和語(yǔ)音整合到ATM平臺(tái)，因?yàn)镮P在QoS方面有不足之處，特別是對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的要求。同時(shí)，在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速發(fā)展的環(huán)境下，為提高帶寬應(yīng)用效率，將非實(shí)時(shí)、不重要的業(yè)務(wù)分離出來(lái)，布置在MPLS網(wǎng)絡(luò)上，確保IP優(yōu)先完成實(shí)時(shí)、重要業(yè)務(wù)。此外，還可以利用MPLS的帶寬管理功能測(cè)試IP業(yè)務(wù)能力，并在技術(shù)成熟后逐步轉(zhuǎn)向ATM。

（2）基于IP的網(wǎng)管和信令體系。傳統(tǒng)TDM系統(tǒng)將業(yè)務(wù)交接傳送和呼叫處理捆綁在一個(gè)節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)只能通過(guò)垂直層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。然而，這種結(jié)構(gòu)本身存在弊端，例如與移動(dòng)網(wǎng)的基本特征相沖突，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)話務(wù)量的流動(dòng)性，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商服務(wù)區(qū)的BTS容量大幅波動(dòng)，需要頻繁進(jìn)行割接。此外，在網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生時(shí)，上游的MSC、BSC網(wǎng)元等出現(xiàn)故障會(huì)直接中斷下游單元的服務(wù)。

為了徹底解決這些問(wèn)題，在全I(xiàn)P移動(dòng)網(wǎng)建設(shè)中，必須將數(shù)據(jù)傳送的用戶平面和控制平面分離，確保所有網(wǎng)元在統(tǒng)一綜合骨干網(wǎng)上的用戶平面上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等通信，而傳統(tǒng)網(wǎng)元?jiǎng)t用于專門(mén)服務(wù)某臺(tái)服務(wù)器。隨著互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，需要分析基于SS7的信令系統(tǒng)，并選擇IP設(shè)備作為傳輸載體，開(kāi)發(fā)能夠可靠傳送信令信息的協(xié)議（如SCTP、SUA、M3UA、M2UA等），以確保信令系統(tǒng)的平滑演進(jìn)，并在傳統(tǒng)網(wǎng)元之間建立信令網(wǎng)關(guān)。

3.4 降低IP帶寬利用率

（1）移動(dòng)網(wǎng)流量帶寬利用率高的因素主要是基于IP的移動(dòng)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等的融合，除了GI路由器和防火墻外，其他設(shè)備幾乎都涉及數(shù)據(jù)流量和語(yǔ)音傳輸。為了確保高流量利用率，對(duì)全網(wǎng)各個(gè)IP設(shè)備端口進(jìn)行不間斷的流量監(jiān)控，并統(tǒng)計(jì)流入/流出的峰值利用率是否超過(guò)50%。具體的數(shù)據(jù)情況如表1所示，顯示數(shù)據(jù)流量在流量帶寬利用率方面起到關(guān)鍵作用。

表1 流入/流出峰值利用率統(tǒng)計(jì)情況表

（2）S1-U接口是指移動(dòng)網(wǎng)中的用戶面接口，它連接S-GW和eNodeB，用于傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文。分析S1-U接口在移動(dòng)網(wǎng)中的流量走向，流程如下：eNodeB接口→PTN設(shè)備傳輸→路由器（如MR路由器、TUPS CE路由器等）→交換機(jī)（如S9312）→P-GW。為了優(yōu)化S1-U接口，可以進(jìn)行割接操作，使S1-U流量走向發(fā)生變更：eNodeB接口→PTN→MR路由器→P-GW。通過(guò)這樣的優(yōu)化，割接后的MR路由器可以直接與GGSN內(nèi)部的SI-U接口實(shí)現(xiàn)2個(gè)10 Gigabit Ethernet（千兆以太網(wǎng)）接口的互聯(lián)互通。監(jiān)測(cè)割接后的IUPS CE路由器P-GW在SI-U端口的24小時(shí)流量，并將其與未優(yōu)化前的流量進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，優(yōu)化后的流入/流出峰值利用率明顯下降，這意味著割接后的移動(dòng)網(wǎng)具有更高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和效率，而且無(wú)需額外進(jìn)行擴(kuò)容即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章就基于IP的移動(dòng)網(wǎng)優(yōu)化進(jìn)行了簡(jiǎn)單的論述與分析，以上提出的諸多優(yōu)化策略在實(shí)際落實(shí)中有著較大的可行性，只是在部分細(xì)節(jié)處需加以完善，比如部分優(yōu)化策略是在當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上展開(kāi)研究的，但就移動(dòng)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)而言，6G網(wǎng)絡(luò)可能馬上登場(chǎng)，必須在優(yōu)化策略提出時(shí)留出余量，以此來(lái)保證其具備較大的優(yōu)化空間與適用范圍?！?/p>