上海貝爾：使用多信道射頻鏈路聚合（LAG）方法提升微波容量

摘要

分組微波系統(tǒng)提供能可靠提升微波容量的新方法

多信道射頻LAG系統(tǒng)從稀缺的頻譜中攫取更多的容量

多信道系統(tǒng)讓微波網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計更為靈活

提升微波容量至新的水平

當(dāng)今新式微波系統(tǒng) 使用高級分組壓縮和高階調(diào)制技術(shù)來增加信道容量。然而，從某種意義上來說，獲得更大微波鏈路帶寬的唯一方法是增加所使用的射頻信道的數(shù)量。

流行的方法是通過捆綁2個或更多的微波信道來建立更大容量的虛擬鏈路，這種方法有多種名稱：信道綁定，或射頻鏈路聚合（LAG），或多信道。盡管所有的方法都使用多個信道提升微波容量，但實現(xiàn)方式和效率可能不盡相同。 本文中，多信道射頻LAG分組微波系統(tǒng)融合了射頻LAG概念和專為微波優(yōu)化的新技術(shù)。這些系統(tǒng)提供新的方法捆綁微波信道，提供更大的容量和更可靠的微波鏈路。

專為微波設(shè)計的多信道射頻LAG

多信道系統(tǒng)應(yīng)具備如下功能：

高階自適應(yīng)調(diào)制

分組壓縮

把傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)視為分組流量，和IP流量一起傳輸

多信道系統(tǒng)為運營商提供了新的靈活性來設(shè)計微波鏈路，以及新的方法來提升微波容量和可靠性：

多信道方法通過綁定下層的2個或更多信道建立一個虛擬鏈路。捆綁后的容量是每個信道容量之和。

多信道束（multichannel bundle）中的每一條信道可以具有不同的頻帶、調(diào)制等級和容量屬性。

在多信道束中自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)可以跨所有信道被使用。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計參數(shù)，這種方法為提升容量和業(yè)務(wù)可靠性提供了空間。

因為現(xiàn)代的分組微波系統(tǒng)把TDM流量分組化了，所以傳統(tǒng)流量和IP流量能夠作為一個整體來使用多信道虛擬鏈路。

業(yè)務(wù)所需的容量和射頻信道所提供的容量之間的嚴(yán)格關(guān)系不再存在了。舉例來說，一個分組化的SDH STM-1/OC-3電路能夠遍布在總體容量與需求容量相匹配的多信道束的信道里而被傳送。

微波鏈路保護能從傳統(tǒng)的N+1冗余信道方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦�高效的多信道N+0方式。N+0方式使用整條虛擬鏈路的容量來增加可靠性。

相比之下，標(biāo)準(zhǔn)的LAG技術(shù)在應(yīng)用到微波環(huán)境時有諸多限制：

在虛擬鏈路中，流和特殊信道之間存在著嚴(yán)格的關(guān)系。這是因為標(biāo)準(zhǔn)的LAG hashing算法使用IP或Ethernet首字段來連續(xù)地映射一個流或信道。如果這些字段的值相差不大，虛擬鏈路里的一些信道會變得擁塞，但其它信道仍只被輕度利用。當(dāng)數(shù)據(jù)包被封裝進IPsec里時，低利用率會是一個特別的挑戰(zhàn)。在這些情況下，用于hashing算法的字段缺少足夠的變化，不能使負載在信道束里實現(xiàn)優(yōu)化分布。結(jié)果是信道束里的一些信道始終被選中，而其它信道未被充分利用。

虛擬鏈路里的每個信道必須支持相同的容量。在微波網(wǎng)絡(luò)里，受到每個信道都采用自適應(yīng)調(diào)制的影響，很少能出現(xiàn)這種情況。

這些限制意味著信道容量必須等于或大于最大的流帶寬。這制約了鏈路尺度，因為射頻容量與IP業(yè)務(wù)流的容量之間是典型的一一對應(yīng)關(guān)系。結(jié)果是在一些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里，比方說LTE回傳網(wǎng)絡(luò)里，信道束未被充分利用。

多信道射頻LAG方法消除了這些問題，因為：

它基于算法使流量負載均勻分布，甚至在信道出錯的情況下，該算法也不會導(dǎo)致信道利用率低下或影響業(yè)務(wù)

不要求信道束中的每個信道都具有能滿足最大業(yè)務(wù)要求的容量

多信道射頻LAG引擎

在多信道系統(tǒng)中多信道引擎是關(guān)鍵的一部分。它把數(shù)據(jù)包優(yōu)化分配在信道束里，而且確保每個流中的數(shù)據(jù)包保持正確的序列。每個流的分配情況取決于當(dāng)時的信道容量水平。不管怎樣，每個信道的屬性和帶寬容量可能都不一樣，例如，一個雙信道束可能是由一條14MHz和一條28MHz的信道捆綁而成。

圖1. 多信道引擎將數(shù)據(jù)包優(yōu)化分配

在圖1中，信道數(shù)量N為4。吞吐量能達到3至5Gb/s，具體取決于分組壓縮效率，調(diào)制形式和鏈路尺度因素。N為8至10的多信道鏈路可以被用來把容量提高到10Gb/s的范圍。

多信道引擎能感知流量的QoS要求，以確保服務(wù)等級協(xié)議（SLA）有效。當(dāng)多信道鏈路的容量改變時，多信道引擎使用整條虛擬鏈路的實時狀態(tài)信息來調(diào)整整個信道束中的流量分配，改善頻譜效率。

冗余容量，無需冗余保護

與傳統(tǒng)提升微波鏈路容量的N+1技術(shù)不同，多信道系統(tǒng)不要求有冗余的保護信道來保護鏈路容量。相反，多信道系統(tǒng)使用信道束中活躍信道的冗余容量的概念。

當(dāng)自適應(yīng)調(diào)制被使用時，信道無須處在簡單的“開”或“閉”狀態(tài)，而可以是部分工作狀態(tài)，盡管此時的容量降低了。極少情況下，多信道束中的可用容量小于需求容量，此時承諾的高優(yōu)先級流量被保障傳輸，而最大限度流量則被舍棄。

從網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的立場來看，實現(xiàn)傳送承諾流量的可能性是非常高的，因為某條信道的劣化可以被信道束中其它信道里可用的額外容量所補償。

在擴展和保護微波鏈路時，傳統(tǒng)的N+1鏈路保護機制不支持冗余容量概念。如果信道容量降低了，所有的流量被轉(zhuǎn)移到專用的保護信道，浪費了劣化信道中的剩余容量。

增加微波容量和可靠性

有兩種方法可以利用多信道帶來的好處：

增加可靠性，但維持與傳統(tǒng)微波系統(tǒng)相同的容量

增加容量，但維持與傳統(tǒng)微波系統(tǒng)相同的可靠性

圖2顯示了當(dāng)目標(biāo)為提高可靠性的同時維持原有容量水平時的可能情況。它對比了傳統(tǒng)的3+1系統(tǒng)和新的4+0多信道系統(tǒng)的可靠性。

圖2. 多信道系統(tǒng)能夠在保持容量不變的情況下增加可靠性

圖中曲線代表了多信道系統(tǒng)的表現(xiàn)，它與所有信道容量和可靠性相關(guān)。它不像傳統(tǒng)的N+1系統(tǒng)那樣采用預(yù)先定義的單點來表示。與N+1系統(tǒng)相比，多信道系統(tǒng)的可靠性從10-5提高到3×10-7，相當(dāng)于99.9999%的可靠性。

如果目標(biāo)是保持相同的可靠性，在使用相同信道數(shù)量的情況下，相較于3+1系統(tǒng)，多信道系統(tǒng)能夠增加25%的容量。這些額外的容量可能導(dǎo)致鏈路的重新設(shè)計以減小天線尺寸，這也能進一步使網(wǎng)絡(luò)的總體成本（TCO）最小化。

使用電路仿真把傳統(tǒng)的TDM應(yīng)用進行分組化是多信道系統(tǒng)能帶來的另一些好處。

多信道系統(tǒng)帶來更好的設(shè)計

在多信道系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)中任意兩點間所需的容量變成了設(shè)計所需考慮的主要因素，這樣能夠更好地進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

圖3比較了傳統(tǒng)3+1鏈路設(shè)計和遞進的多信道設(shè)計中，承諾容量（CC）和最大限度容量（BEC）的差異：

承諾的容量必須被提供，例如要承載電路仿真流量或具有優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)流量

最大限度流量可以被中斷，例如當(dāng)天氣惡劣的時候為維持通訊，自適應(yīng)調(diào)制等級被降低。

圖3. 從N+1系統(tǒng)設(shè)計變?yōu)槎嘈诺老到y(tǒng)設(shè)計，改善了頻譜的使用

傳統(tǒng)的鏈路設(shè)計

傳統(tǒng)的3+1鏈路設(shè)計僅可以為承諾容量提供空間。舉個典型的例子，3+1系統(tǒng)使用4個采用固定128QAM調(diào)制的28MHz射頻信道（3個活躍信道和1個保護信道）來承載3個STM-1/OC-3電路，而沒有空間留給偶發(fā)的最大限度流量。

步驟A：多信道4+0鏈路設(shè)計

在步驟A里，現(xiàn)有的3+1配置被升級到多信道4+0配置。如果調(diào)制等級不受惡劣天氣影響的話，使用第4個信道后可以增加25%的微波鏈路帶寬。

步驟B：增加自適應(yīng)調(diào)制

步驟B是使用自適應(yīng)1024QAM調(diào)制的4+0多信道設(shè)計方案。更高的調(diào)制速率可以增加30%的微波信道和鏈路容量。因為4個信道上都采用了自適應(yīng)調(diào)制方法，所以承諾容量和最大限度容量都增加了。

步驟C：增加靈活的頻譜使用

相比步驟B，步驟C對頻譜使用更加靈活。不使用4個28MHz信道，以下信道帶寬使用：

1個56MHz信道

1個28MHz信道

2個14MHz信道

這種部署方式顯示出多信道系統(tǒng)能夠充分利用可用的頻譜和潛在地降低信道成本。

有些情況下當(dāng)N+1系統(tǒng)變?yōu)镹+0多信道系統(tǒng)時，也可以減少所需的信道數(shù)量。在N+0設(shè)計中，由于冗余的容量被更好的利用，所以不再需要和N+1設(shè)計相關(guān)的冗余信道。也可以調(diào)整多信道的配置參數(shù)來改善鏈路預(yù)算，隨之也能改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性。隨著多信道分組微波系統(tǒng)的引入，已安裝的N+1系統(tǒng)將逐步退出。

多信道微波技術(shù)引領(lǐng)前行

多信道方法使分組微波系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代IP網(wǎng)絡(luò)中對微波容量和可靠性的要求。與傳統(tǒng)的N+1和N:1機制相比，多信道系統(tǒng)提供了一種更加靈活、高效和可靠的方法來擴展微波的容量。

使用了多信道技術(shù)后，微波鏈路設(shè)計者能夠聚焦到實際的容量需求上，減少對頻段是否可用和信道間隔的關(guān)注。這給了鏈路設(shè)計者更多的靈活性，最重要的是它幫助運營商更好地利用稀缺的頻譜和減少網(wǎng)絡(luò)運營支出。

編者注： 本文作者十分感謝Scott Larrigan對此文的貢獻。