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传输技术
IP RAN移动承载技术
文章来源:本站原创  发布时间:2014-10-28  浏览次数:1005
作者:孟昭军
(辽宁省电信公司网络发展部110168)
摘要: 随着LTE的时代到来,原有承载技术面临新的挑战,已无法满足新业务需求。本文分析无线业务趋势,展望移动承载技术的发展方向和要求,对IP RAN的移动承载的关键技术高可靠性、同步、维护、安全进行分析,结合沈阳IP RAN建设组网经验,以期对IP RAN移动承载技术进行浅析论述
关键词:LTE、IP RAN、PTN、高可靠性、同步、易维护
1 移动承载技术趋势
1.1 承载技术现状
      辽宁电信网络目前主要包括IP城域网、163骨干网、CN2网络,主要承载固网接入、移动语音以及公众大客户业务;目前承载技术主要是SDH和MSTP技术,SDH作为一种传输技术,在承载网的历史舞台上发挥了重要的作用,MSTP是在基于SDH承载技术基础上,由于其高可靠性和安全性得到了全球范围内的广泛应用。
      随着无线通讯从传统语音通讯需求到多媒体通讯需求的发展,无线技术也从2G发展到3G,再到LTE;相应的,承载无线业务的RAN网络也随之演进。
      2G语音通信对RAN网络的带宽要求低,但对RAN网络的可靠性,稳定性,可管理性和QOS要求高,SDH网络的特点很好的满足了2G语音业务的需求。3G数据通信的发展对RAN网络提出了高带宽和多突发的要求。SDH网络带宽利用率很低,如果通过一味扩容SDH网络的方式来承载3G数据业务,运营商的收入/投资比将非常低,影响运营商的收益。这时候, 采用ATM分组技术承载3G业务的网络应运而生[1],ATM分组交换技术不仅能满足无线业务的可靠性,稳定性,可管理性和QOS的要求,同时带宽利用率高
      3G/LTE多媒体业务的进一步发展, RAN网络不仅需要具备高带宽和多突发的特点,而且对RAN网络提出了多流量模型和灵活易扩展的要求。ATM分组网络部署运营复杂,产业链不成熟,大规模部署ATM网络显得力不从心。IP RAN分组网络开放自由成熟的特点能够很好的适应3G/LTE多媒体业务的发展
1.2 移动承载技术发展方向
      传统的RAN(Radio Access Network)网络主要是基于TDM/SDH技术而构建,无线2G/3G业务承载在SDH等传送设备上。SDH设备的高可靠性、高稳定性、易于管理维护等特点很好的满足了无线业务对承载网络的要求,这些特点是传统移动传送网络至关重要的优势。然而,随着无线数据业务,特别是LTE的发展,无线数据业务呈现出高带宽,多突发,且流量模型灵活等特点,如果在无线业务发展的基础上一味提升原有SDH传送网的带宽,扩容更多的设备,解决不了根本问题。在此背景下,移动运营商纷纷寻求建设面向IP的无线业务传送网,以应对业务发展和竞争的压力,IP RAN网络也应运而生[2]。见图1示意图:

图1:移动承载示意图
      基于IP技术的RAN网络采用分组交换技术,相比较SDH 时分复用技术而言,其天然具备带宽利用率高的特点,加上IP技术灵活多变的特点,IP RAN网络能够很好的适应无线数据业务的发展。
2 移动承载技术传送需求
      IP RAN无线承载网络主要用于承载无线业务,由于无线业务其固有的特点决定了IP RAN网络的传送需求不同于IP固网承载网络,运营商对IP RAN的传送需求包括以下四个方面:
可靠的端到端连接:无线网络架构的演进,在相当长的一段时期内不会改变RAN的连接拓扑。尤其是对于实时话音业务,承载网应提供高度可靠的连接性。传统的已广泛应用的传送网技术如SDH/微波/xDSL等,能够很好地满足这一需求,IPRAN传送网也需要继续提供类似于专线质量的连接性,以供给话音业务使用;
      基于分组的统计复用:IP RAN区别于传统接入网的主要特点是存在大量基于分组的增值业务。分组业务具有突发、动态、高峰均比等特点[3],通过统计复用,可以有效地降低带宽的占用,提升传输资源利用率。在应用层面这类业务的本质与固定宽带业务没有差异,但受到RAN层业务封装机制的限制,在统计复用的方法上具有一定的特殊性,基于MAC层或IP层的业务汇聚技术都可以使用;
      满足同步定时要求的时钟质量:无线网络对于时钟同步的需求有两个级别——频率同步和时钟同步。基于FDD模式的无线系统如WCDMA需要各节点之间保持频率同步即可,而基于 TDD模式的无线系统,包括CDMA2000/TD-SCDMA,则需要更为严格的时钟同步,以确保小区切换能够顺利完成。目前频率同步可通过地面时钟信号分配解决[4],而时钟同步则需要由GPS提供,需颇为可观的费用支出。在IPRAN传送网的设计中,时钟同步具有重要意义。IP RAN需要具备高精度、高可靠的时钟传送机制,包括同步以太时钟、IEEE 1588V2时钟以及1588ACR时钟传送机制等,能够满足无线基站之间的时钟       频率同步需求以及LTE时代对相位同步的高精度同步要求;
      低成本:较低的总体费用成本(TCO)是运营商在网络建设中必须要关注的一个方面。尤其是对于IPRAN,作为节点分布最密集、覆盖最广泛、场景最复杂的接入网,任何技术的选择都将带来巨大的影响,细微的成本差异也会被庞大的接入节点数量而放大。除了设备本身之外,网络运营管理维护的方便性、与现存网络兼容性、设备替换及演进过程中的投资保护等都是要考虑的因素;
更丰富的QOS机制:通过丰富的QOS满足无线对低时延和高保真的业务传送要求;
      端到端网络管理:IP RAN管理模式的着眼点相对城域网发生了根本的变化。IP RAN着眼于网络和具体的业务进行管理,而传统城域网则着眼于单台网元和单条命令行。IP RAN运维可实现整网设备的端到端统一管理,一次进站开通站点,只需点击业务的始点和终点,选择业务类型与相应参数即可完成业务的创建,还可以实现业务发放的快速复制、连通检测、故障自动定界定位等智能化功能,满足根据海量基站部署需求;
      无线业务对IP RAN网络的传送需求直接决定了IP RAN网络的设计目标。总体而言,IP RAN既要具备传统城域网的大容量扩展性、丰富的动态路由能力和对新业务灵活的兼容性,同时也具备移动业务相关的可靠传送特性、时钟特性和网管能力。
3 IP RAN关键技术
3.1 高可靠性
      我们知道,无论是SDH RAN网络,还是IP RAN网络都是为了满足无线业务的不同需求而产生的,而高可靠性是承载技术首要解决问题,不同类型无线业务的QOS需求有稍微的差异,而且不同客户对无线业务的QOS的要求又不一致,所以需要以客户给出的QOS需求为基准来设计无线承载网,从而满足客户对无线业务QOS的要求。这也是将来无线承载网络验收的重要指标,一般情况下,如果网络的可靠性倒换时间在1s之内,可基本满足业务要求。如果倒换时间在200ms之内,网络中断时,终端用户几乎不感知。
      目前可靠性技术BFD检测周期大小可分为业务保护、隧道保护、链路保护,图2示意图:

图2:保护技术分类
      采用自下而上的保护倒换策略,即按照链路保护->隧道保护->业务保护(网关保护)触发保护倒换[5],通过设置不同的检测时间,下面以IP RAN典型组网拓扑为例,介绍一下各种保护技术的不同,见图3示意图:

图3:保护模式
3.2 同步技术
      同步技术是指指两个或两个以上信号之间,在频率或相位上保持某种特定关系,即两个或两个以上信号在 相对应的有效瞬间,其相位差或频率差保持在约定的允许范围之内。
目前广泛应用的是GPS时间同步,但其具备如下缺点:
      施工难度大
      GPS天线对安装环境有特殊要求 ,长距离下GPS天线馈线较粗
      失效率高,无失效备份保护
      GPS每年失效率大约在5%;基站每站只配置1块星卡,无失效保护
      可维护性差
      GPS失效需要现场硬件更换,无法远程维护
      有安全隐患
      战争情况下GPS可能被关掉,从而造成整网的瘫痪
      采用一种新的同步技术应用而生,目前广泛采用的是1588V2原理,其关键技术是采用BMC算法[6],计算过程如下:
1.各端口定期发送announce报文,通告时钟信息。
2.每单板上的各端口,比较收到时钟信息,得出这个单板的最佳时钟源Erbest。
3.时钟板比较各单板选出的Erbest,决定出最佳时钟源Ebest,下发给各端口进行同步。
4.同时,根据Ebest、Erbest和其它相关信息,BMC算法+端口状态机决定出端口的状态。
3.3 维护性
      随着LTE海量的网络节点涌现,易维护变成为IP RAN技术应用的关键,其包括可视化运维、融合管理、网络质量管理等方面,简化开局流程,支撑海量设备开局是IP RAN启用关键,自动智能网络设计,图形化拓扑设计、批量复制、IP地址自动分配、资源集中规划管理并自动冲突校验等IP RAN应用必要条件[7],与SDH网络类似,IP RAN需要类似SDH网管提供高易维护性,见图4示意图:

图4:类SDH网管
3.4 安全性
      由于PTN继承了SDH技术的很多特点,因此大家都默认PTN设备的安全性很高,其实这是个误区。首先,安全性问题包含很多维度,包括组网的安全性、业务的安全性、管理的安全性以及设备的安全性。业务的安全性和管理的安全性相对独立,暂且不提。从组网的安全性上来讲,如果网络是专为某个业务单独建设的,没有引入其它业务特别是互联网业务,那么这个网络就像一个孤岛,安全性本身就很高。PTN网络只承载移动和少量大客户专线业务,因此对业务的安全性是有保障的,同理,用IP RAN设备为移动业务建个专网,安全性和PTN组网是一样的。那么单独考量设备的安全性,IP RAN基于路由器价格,基于长期在互联网领域的积累,本身的安全性特性就比PTN设备丰富,这是很容易进行对比的。这也是电信集团选在IP RAN作为移动承载技术原因之一
4 IP RAN应用组网
      中国电信从2009年开始启动8个本地网的IP RAN/PTN本地网试点, 2011年网发启动以IP RAN为主的测试和集采,IP RAN最终成为主流模式,各个厂家开始纷纷跟进,同年联通也大力发展分组传送的研究,确定三层功能,2012年电信集团启动IP RAN规模集采,与高端数据一起采购,IP RAN产业链逐步成熟,同年辽宁电信参加沈阳、大连、鞍山三个地市IP RAN建设,沈阳IP RAN已承载全运会业务;电信集团已相继指定相关组网标准,为帮助读者了解IP RAN组网情况,以沈阳组网为例,见图5:

图5:电信IP RAN组网图
参考文献:
[1]: 毕晓峰;成珏飞;;IP RAN承载移动回传业务的优与忧[J];科技信息;2012年26期
[2]: 徐瀚;陈炜;梅仪国;郑玲玲;;IP RAN技术在本地传送网中的应用分析[J];中国新通信;2013年02期
[3]: 黄玉文;;IP RAN——综合业务接入网建设综述[J];无线互联科技;2012年08期
[4]: 赵光磊;;IP RAN国内部署道路坎坷 应用前景仍被看好[J];通信世界;2011年33期
[5]: 方鸣;;IP城域网承载IP-RAN基站回传的现网研究[J];电信科学;2011年S1期 
[6]: 方志勇;林军辉;张坚伟;屠云刚;;构建面向未来的IP RAN综合承载网[J];电信技术;2012年04期 
[7]: 崔强;黄成;;面向全业务的传输承载网规划与设计[J];移动通信;2011年06期
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