张海懿 李 芳 张国颖
[摘要]文章分析了不同阶段3G网络建设对回传网络的需求,综述了SDH/MSTP、PTN和IP/MPLS三种无线基站回传技术方案,对其应用前景进行了展望。
[关键词]PTNSDH/MSTPIP/MPLS3G回传网络
13G网络的主要特点及对回传网络的需求
1.13G网络的发展阶段和特点
随着今年年初3G牌照发放,各个运营商的3G网络建设正式开始,根据3G无线网络的发展情况,可以将3G网络的建设主要分为三个阶段,每个阶段的特点和需求不同。
(1)3G建设期
2G和3G协调发展。3G开始大规模建设,重点是完善无线覆盖;核心网逐渐IP化,采用2G和3G共核心网的方式,采用E1+FE的双栈模型;基站的带宽需求在10Mb/s~30Mb/s左右;业务发展重点向数据业务转移,无线上网卡、音乐下载等3G数据业务快速开展。
(2)3G成熟期
主要以数据业务为主。3G的移动网络结构保持不变;无线接入网将逐步IP化;3G数据业务蓬勃发展,一方面采用HSPA+等技术,另一方面进行基站载频的扩容(S111站型升级为S222或S333站型等),基站的带宽需求大幅提升。达到30Mb/s~80Mb/s;大城市开始进行LTE热点覆盖的试验网络应用。
(3)LTE时代
高速率、高频谱效率和低时延,达成移动无限互连。移动网络结构扁平化(核心网EPC+无线接入网eNode B),内核全IP化,空口速率大幅提升:下行>100Mb/s,上行>50Mb/s;eNode B能力提升,具有部分RNC的功能,有对核心网的S1(S1-Flex)和相邻eNode B之间的X2两类接口,需要基于IP地址实现动态连接。
1.2面向3G回传网络的主要需求
传送网作为底层传送网,满足3G网络的底层传输需求是当务之急。在2G时代,基站与基站控制器之间的传输接口为2M,MSTP构建的城域传送网很好地满足了传送需求。相对于2G,3G的IP化发展趋势是一个渐进的过程,这对传送网来说是最明显的需求变化。结合3G网络的发展阶段和特点,对承载3G回传业务的传送网提出以下要求。
(1)多种业务接口承载和汇聚收敛
由于2G和3G会在相当长的时期内共存,同时3G IP化也是一个渐进的过程,因此3G无线回传网络在近期应当能够满足多种业务接口如E1/STM-1+FE/GE等的统一传送,在未来要能够适应大量IP化业务的传送。
由于3G数据业务突发性强,在不影响业务质量的前提下,传送网应当能够满足3G数据业务的带宽收敛比的需求,以便实现高效低成本的传送,降低运营成本。
(2)实现基站数据业务的安全隔离,保障QoS性能
3G RNC与Node B之间为点到点通信,RNC下行到各个Node B的分组域数据业务之间需要标识和安全隔离。无线网和传输网需对RNC管辖的基站VLAN ID进行统一规划,基站扩容和基站归属RNC发生变化时。需要联合进行调整。
3G回传网络应当能够识别分组域数据业务的流分类,并映射到传送网的优先级队列中,根据业务优先级和QOS性能要求提供差异化的服务。
(3)提高数据业务承载的可靠性,具有较强的OAM能力
3G回传网络需要为数据业务提供足够的可靠性,保护方式包括网内保护、网问保护和设备级保护,提高数据业务承载的可靠性,网络内应当提供50毫秒的自动保护倒换。网间互联主要负责传输设备与RNC设备之间的互联接口保护,另外在设备方面需要实现关键板卡的1+1或者1:N的冗余保护。
在数据业务的运维方面,要能够达到与SDH网络类似的业务运维能力,能够提供图形化网管、端到端的业务配置、快速故障定位和自动保护倒换以及告警和性能的实时准确监控。
(4)满足基站回传的同步要求
能够满足多种3G制式在同步方面的要求、TD-SCDMA基站的时间同步要求以及WCDMA和CDMA 1X建设初期和成熟阶段的频率同步要求,未来在LTE阶段可能还需要满足业务的时间同步需求。
23G无线基站回传可供选择的技术方案
2.1SDH/MSTP技术方案
从传送网的现状来看,2G的基站回传主要解决2M、STM-1等TDM接口的传输需求,SDH技术在过去十多年中提供了完善的解决方案,3G IP化的发展趋势对传送网提出了多种需求。在数据业务不多的初期,可以考虑继续采用MSTP技术来构建3G回传网络,通过充分利用现有网络,增加部分数据板卡即可实现。在数据业务量不大的情况下,对于带宽需求和汇聚收敛方面的要求并不高,可以通过MSTP的数据板卡实现透传和部分汇聚收敛,满足网络的传送需求。但是MSTP的解决方案还是存在采用VC刚性管道承载分组业务、汇聚比受限、统计复用效率不高的问题,在数据业务量逐步增大的情况下,这种方案必然会受到一定的限制。
为满足MSTP承载3G数据业务的端口汇聚收敛需求,根据MSTP采用的技术类型和组网方式,分为以下两种方式:
◆一级汇聚+透传方案。基站业务通过n*VC12直接透传至核心节点进行汇聚。要求在基站侧配置以太网透传板卡,在核心节点配置大汇聚比的以太网汇聚板卡,将通向相同RNC的多个基站业务(VC-12级联组),汇聚到连接RNC设备GE接口上。该方案的优点是业务配置简单,业务与2M完全一样,中间节点时隙转接,便于处理基站负荷分担及归属调整带来的电路调整问题;缺点是一个RNC管理100多个基站,一次汇聚对中心节点和中心节点以太网盘压力极大,对骨干节点低阶交叉容量要求高。同时,该方案在MSTP网络中为全程透传,不进行带宽收敛,因此消耗网络带宽较严重。
◆二级汇聚+收敛方案。基站侧配置接入以太网透传盘,RNC侧和汇聚节点配置汇聚型以太网盘。基站业务通过n*VC12透传至汇聚节点进行一级汇聚,汇聚成GE接口;再通过VC3/VC4-nv级联通道传送到核心节点,在核心节点将多个汇聚节点的业务进行二级汇聚,通过GE接口传送给RNC。该方案的优点是减轻了核心层EOS单板汇聚和配置的压力,汇聚层可进行一定的带宽收敛,节省了汇聚层、核心层带宽;缺点是业务配置复杂,尤其是基站更改归属RNC时调整复杂。
综合来看,EOS一级汇聚+透传方案成本低,业务配置简单,但对核心节点的低阶交叉和汇聚比要求高,受到MSTP设备的汇聚比能力限制,该方案的网络可扩展性较差,适用于3G发展初期的小型城市,且每个RNC带基站数量较少的场景;EOS二级汇聚+收敛方案通过汇聚节点分担核心节点的汇聚比和低阶交叉压力,汇聚收敛能力较强,可以满足3G建设期的数据业务需求,但业务配置和调整稍复杂,成本略高于方案一,适合大中型城市,基站数据业务量
较大的场景。
2.2PTN技术方案
目前业界广泛关注的PTN技术可作为3G回传的一种解决方案,PTN的两大主流技术分别是MPLS-TP和PBB-TE。从核心网的IP/MPLS技术发展来的T-MPLS/MPLS-TP技术,简化了IP的三层无连接特性,增强了MPLS标签转发能力。使其具有面向连接的端到端特性,从而可增强端到端的OAM、QOS和保护能力。标准化工作在IETF和ITU-T同期开展,预计今年Q4能够稳定。从传统以太网逐步发展而来的PBB+PBB-TE技术,从增强以太技术进一步发展为MAC I MAC的运营商骨干桥接(PBB),更好地解决了运营商网络和客户网络之间安全隔离问题,进一步提高了网络扩展性。为了增强QOS能力,进而增加了流量工程(TE)演进为PBB-TE。PBB-TE目前主要支持点到点的传送(Trunk),多点业务支持需要借助PBB和PLSB技术。IEEE计划2009年第二季度发布PBB-TE标准802.1Qay,点到多点业务和控制平面协议需进一步标准化。
总体来说,PTN技术采用分组内核和弹性管道承载分组业务具有统计复用效率高,面向连接,OAM、保护和网管能力强,可靠性高的特点,预计在2009年Q4标准化方面也会基本稳定,各大主流传输设备厂商都陆续推出了相关产品,设备基本成熟。待标准稳定后,需进一步完善。
从网络演进来看,由于现网中MSTP大量采用,而且2G/3G网络会在相当长的时期内共存,3G IP化本身也是一个渐进的趋势,这就决定了传送网本身是一个演进的过程,同时要考虑到网络未来的扩展性和兼容性,在近期3G业务刚刚开展,IP化逐步进行,数据业务量不大的情况下,可以采用MSTP的透传、汇聚和二层交换功能来实现;随着数据业务量逐步加大,可以考虑采用PTN技术,采用基于MPLS-TP等技术方案,在密切跟踪国内外标准化进展和应用进展,技术标准确定且经过实验室测试后,在汇聚层先引入。逐步向接入层延伸。
MSTP网络向PTN网络演进的可以分为以下步骤:
◆演进步骤1:汇聚层引入PTN。充分利旧MSTP接入层设备,继续统一接入2G/3G E1和3G FE(VC12透传),满足3G初期和中期需求。带接入环的MSTP汇聚节点实现3G PS的数据业务分流。采用PTN设备组建汇聚层第二平面,解决汇聚层MSTP的带宽压力。要求MSTP和PTN尽量实现统一的端到端业务管理。同时PTN设备的分组处理能力强。为全分组传送做好准备。
◆演进步骤2:PTN延伸到接入层。随着3G基站全IP化和多业务开展,PTN逐渐向接入层延伸,同时PTN的标准化和产业化已成熟完善。性价比较高;3G基站的电路域实现lP化;多业务在一张网络上融合开展。此时PTN网络可考虑负责承载3G数据业务、集团客户业务(以太网专线、L2VPN)、高品质宽带接入业务(1PTV等)的统一承载。
◆演进步骤3:LTE时代,PTN升级支持L3 VPN功能。汇聚节点扩容具有L3功能的10GE/GE板卡,并加载控制平面,实现智能的业务动态配置,满足S1和X2接口的L3 VPN承载需求。
2.3IP/MPLS技术方案
IP/MPLS作为无线基站回传网络的另一个解决方案,也受到各方的关注,IP/MPLS解决方案可以实现对IP业务的高效承载,支持伪线和L2/L3 VPN业务,可动态、灵活实现创建。但相对于3G回传的需求来看,目前也存在网管故障定位能力弱、设备可靠性相对较低、运维复杂、而且建设成本相对较高的问题,需要进一步改进OAM、网管和可靠性。
部分数据设备制造商在积极推进IP/MPLS应用在3G移动无线回传,并在IP/MPLS Forum牵头制定移动无线回传的相关规范。MPLS将分三个阶段逐步从核心网向边缘延伸:阶段1是MPLS应用在移动电话交换局(MTSO),实现集中汇聚、收敛和业务路由;阶段2是MPLS延伸在汇聚节点(Hub);阶段3是MPLS延伸到基站接入节点(Cell Site),实现IP/MPLS与接入传输技术无关。
3小结
随着3G牌照的发放,3G无线回传网络的建设受到了运营商和制造商的普遍关注,受到2G/3G共存、3G双栈运行、短期内数据业务量小等因素的影响,在3G回传网络的建设初期,MSTP是一种成熟稳定的解决方案,但是需要从组网、汇聚收敛、QoS和保护等方面进行规范。面临3G IP化的发展,3G数据业务量将逐步增大,分组化的3GN传承载方案是3G回传的未来发展方向,面对PTN和IP/MPLS两类主流的解决方案,各大运营商已经积极开展研究,并进行了实验室测试和一些现网试点工作,相信随着IP化需求的更加明确,设备标准逐步完善,不同解决方案的适用场景将更加明确。