3G本地接入網(wǎng)承載技術(shù)方案探討

摘要

隨著3G技術(shù)及應(yīng)用的迅猛發(fā)展，本地接入網(wǎng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。在這一背景下，本文討論了3G本地接入網(wǎng)為適應(yīng)多業(yè)務(wù)承載和寬帶化所應(yīng)具備的功能特征，重點闡述了兩大類不同的解決方案，即MSTP優(yōu)化方案和分組化承載方案，全面綜述了不同技術(shù)的實現(xiàn)方案，并對它們進行了分析和比較，最后對網(wǎng)絡(luò)的演進提出了進一步的建議。

1  引言

隨著3G業(yè)務(wù)的發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)正在由原來單一語音業(yè)務(wù)逐步地向語音、數(shù)據(jù)和視頻等多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展，對于網(wǎng)絡(luò)容量也提出了更高的需求。為了更好地滿足用戶規(guī)模發(fā)展，適應(yīng)移動業(yè)務(wù)IP化和寬帶化的發(fā)展趨勢，要求移動通信網(wǎng)從TDM（Time Division Multiplex，時分復(fù)用）和ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳送模式）網(wǎng)絡(luò)向IP網(wǎng)絡(luò)演進。移動網(wǎng)絡(luò)的IP化能夠有效地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，提升網(wǎng)絡(luò)容量，提高傳送效率，降低建網(wǎng)成本和運維成本，從而提升運營商移動網(wǎng)絡(luò)的競爭力。目前，移動網(wǎng)絡(luò)的IP化已成為眾多運營商的整體戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型方向，正加快IP化的發(fā)展步伐。在完成移動核心網(wǎng)絡(luò)的IP化改造之后，結(jié)合近期3G基站回傳業(yè)務(wù)的承載和未來大客戶專線的承載需求，考慮固定和移動網(wǎng)絡(luò)的融合趨勢，對移動接入網(wǎng)進行IP化改造以適應(yīng)高速分組化業(yè)務(wù)的傳送迫在眉睫。

2  3G本地接入網(wǎng)承載需求分析

3G本地接入網(wǎng)主要完成基站(Node B)與基站控制器(Radio Network Control，RNC)之間業(yè)務(wù)的接入和傳送功能。相對于2G網(wǎng)絡(luò)而言，3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸接口的顯著變化是除支持E1/IMA EI接口外，還應(yīng)支持以太網(wǎng)接口（FE和GE），這就要求本地接入網(wǎng)具備多業(yè)務(wù)承載的能力，既要滿足以話音業(yè)務(wù)為主的TDM業(yè)務(wù)承載需求，又要滿足以以太網(wǎng)業(yè)務(wù)為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載需求。而且隨著移動多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，對本地接入網(wǎng)的帶寬提出更高的需求，因此本地接入網(wǎng)必須具備大容量、高帶寬、多業(yè)務(wù)、高可靠性等能力，從而實現(xiàn)全網(wǎng)層面的寬帶IP化業(yè)務(wù)的支持。

在本地接入網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)中，應(yīng)充分考慮以下需求來滿足移動多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展：

（1）大帶寬

隨著新的空中接口技術(shù)，如高速下行數(shù)據(jù)分組接入（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）和多輸入/多輸出（Multiple Input Multiple Outpu，MIMO）天線等新技術(shù)的引入，每用戶數(shù)據(jù)速率會大幅度提高，因此在建設(shè)傳輸承載網(wǎng)絡(luò)時需要大幅提高網(wǎng)絡(luò)帶寬，消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸，盡量避免擁塞。

（2）分組化

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有突發(fā)性和大帶寬的特征，因此只有充分利用分組網(wǎng)絡(luò)高效的統(tǒng)計復(fù)用功能以及動態(tài)分配帶寬能力，才能夠滿足其高效低成本的傳送需求。

（3）多業(yè)務(wù)承載與多顆粒調(diào)度能力

本地接入網(wǎng)應(yīng)提供多種易用的標(biāo)準(zhǔn)接口來承載不同的業(yè)務(wù)，如TDM，以太網(wǎng)，ATM等。此外，需要具有IP數(shù)據(jù)包層面和TDM VC12/VC3/VC4等不同層面、不同顆粒的業(yè)務(wù)調(diào)度、交換/交叉連接能力。

（4）具備業(yè)務(wù)區(qū)分和差異化QoS服務(wù)能力

本地接入網(wǎng)應(yīng)能夠根據(jù)802.1p，DSCP，IP ToS等信息區(qū)分移動業(yè)務(wù)的不同等級。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時根據(jù)業(yè)務(wù)等級優(yōu)先保證高QoS業(yè)務(wù)的帶寬資源，提供差異化的服務(wù)。

（5）電信級的可靠性

為達到電信級99.999%的可用性要求，本地接入網(wǎng)應(yīng)能夠在鏈路、節(jié)點故障的情況下實現(xiàn)50ms保護倒換。

（6）網(wǎng)絡(luò)平滑升級和靈活擴展

對運營商而言，一方面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是分階段逐步推進實現(xiàn)廣覆蓋和深覆蓋；另一方面，希望通過升級擴容來滿足未來業(yè)務(wù)的發(fā)展需要，這要求網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備平滑升級和擴容能力，以減少建網(wǎng)成本。

（7）面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)運維能力

為了管理和維護的方便，本地接入網(wǎng)應(yīng)具有故障診斷、故障定位、性能監(jiān)測等功能。

（8）精確的同步

本地接入網(wǎng)應(yīng)提供必要的技術(shù)機制來提供精準(zhǔn)的時鐘、頻率同步，滿足3G移動業(yè)務(wù)的同步需求。

（9）實現(xiàn)基站業(yè)務(wù)隔離。

3  3G本地接入網(wǎng)承載方案分析

對于3G本地接入網(wǎng)承載方案的選擇需要分別從運營角度和技術(shù)兩方面來考慮。從運營的角度考慮，主要取決于業(yè)務(wù)需求、建設(shè)成本、運維成本以及擁有的網(wǎng)絡(luò)資源狀況等因素；從技術(shù)層面考慮，主要取決于技術(shù)發(fā)展趨勢、技術(shù)特點、技術(shù)成熟度以及網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)特性等因素。目前，針對3G本地接入網(wǎng)的承載方案主要有兩類：一類是基于MSTP的優(yōu)化方案；另一類是分組化傳送方案，它又分為增強以太、分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）和IP/MPLS等不同的技術(shù)路線。

3.1  MSTP優(yōu)化技術(shù)方案

MSTP（Multi Service Transport Plateform，多業(yè)務(wù)傳送平臺）是新一代的傳輸系統(tǒng)平臺，它在充分利用SDH技術(shù)對業(yè)務(wù)提供保護恢復(fù)能力和較小時延的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳送層做了改進，在SDH幀格式中提供不同顆粒的多種業(yè)務(wù)、多種協(xié)議的接入、匯聚和傳輸能力。目前，MSTP已廣泛部署用于2G移動業(yè)務(wù)的承載，考慮到保護存量網(wǎng)絡(luò)投資和2G，3G基站共址的實際情況，在3G建設(shè)初期數(shù)據(jù)流量比較小的情況下，可以通過在MSTP系統(tǒng)中內(nèi)嵌EoS(Ethernet over SDH)單板將來自以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)幀直接進行2層交換處理后，通過GFP（Generic Framing Procedure）協(xié)議封裝，映射到VC容器中，再加入開銷，最后形成STM-N的幀，實現(xiàn)對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載。

采用MSTP技術(shù)構(gòu)建本地接入傳輸網(wǎng)，由于其剛性的管道特性和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有的突發(fā)和不確定性特點，會對傳送網(wǎng)接入層、匯聚層帶來巨大的帶寬壓力，因此需要對其進行帶寬收斂和匯聚，以提高傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。可以考慮以下3種方案實現(xiàn)帶寬的匯聚和收斂：

●一級匯聚+透傳模式

該方案在基站側(cè)配置接入以太網(wǎng)透傳盤將基站業(yè)務(wù)直接透傳至核心節(jié)點進行匯聚，其優(yōu)點是業(yè)務(wù)配置簡單，便于處理基站負(fù)荷分擔(dān)及歸屬調(diào)整帶來的電路調(diào)整問題；缺點是骨干節(jié)點EoS匯聚比要求高、后續(xù)擴容壓力大。

●二級匯聚+收斂模式

該方案分別在匯聚節(jié)點和骨干節(jié)點進行二級匯聚，其優(yōu)點是減輕核心層EoS單板匯聚和配置壓力，匯聚層可做帶寬收斂，節(jié)省帶寬；其缺點是業(yè)務(wù)配置復(fù)雜，尤其是基站更改歸屬RNC時配置更復(fù)雜，而且無法滿足骨干、匯聚層雙節(jié)點歸屬組網(wǎng)的需求。

●內(nèi)嵌RPR+EoS透傳

該方案在接入層采用EoS透傳模式將基站業(yè)務(wù)透傳至匯聚節(jié)點，在匯聚層采用內(nèi)嵌RPR的MSTP環(huán)結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是可以利用RPR MAC層具有的服務(wù)等級分類功能、統(tǒng)計復(fù)用功能，實現(xiàn)帶寬共享和公平接入；其缺點是無法實現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)配置，需要分段配置EoS和RPR。

此外，也可以考慮在MSTP網(wǎng)絡(luò)與RNC之間增加3層設(shè)備來終結(jié)2層網(wǎng)絡(luò)，減輕RNC帶寬匯聚和處理VLAN的壓力；還可以通過其完成基站電路調(diào)整工作，從而降低MSTP的電路調(diào)整工作量；同時，可以提供與MSTP和RNC更為靈活的對接保護。

3.2  分組化技術(shù)方案

隨著新的空中接口技術(shù)，如高速下行數(shù)據(jù)分組接入（HSDPA）和多輸入/多輸出（MIMO）天線等新技術(shù)的引入，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的速率會大幅度提高，若繼續(xù)沿用MSTP技術(shù)承載，會由于下述特性造成每比特的傳送成本過高：

●TDM電路交換內(nèi)核（不適應(yīng)大量移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的統(tǒng)計復(fù)用需求）。

●剛性管道（對分組業(yè)務(wù)的適配顆粒是VC-12/3/4，承載突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的帶寬利用率低，且?guī)�寬調(diào)整粒度過粗，缺乏彈性）。

●擴展性差（在基站FE帶寬需求明顯提速時，單板級的VC匯聚和L2交換存在擴展性差和調(diào)整不靈活問題）。

●服務(wù)質(zhì)量保障機制簡單（難以提供差異化服務(wù)）。

因此，有必要引入具有高效統(tǒng)計復(fù)用功能的分組技術(shù)來降低每比特傳送成本，提高網(wǎng)絡(luò)的傳送效率。目前，主流的分組承載技術(shù)包括增強以太，PTN和IP/MPLS技術(shù)。

3.2.1  增強以太技術(shù)

增強以太技術(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用Q-in-Q封裝，增強QoS功能、高可靠性和OAM能力提供的一種低成本電信級以太網(wǎng)技術(shù)解決方案，它具有以下特點：

（1）在業(yè)務(wù)承載方面

支持多業(yè)務(wù)承載，包括以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和TDM業(yè)務(wù)。

（2）在可靠性方面

通過G.8031（線型保護），G.8032（環(huán)型保護）和IETF RFC 3619 EAPS等保護倒換協(xié)議提供在環(huán)形拓?fù)湎碌?0ms保護倒換能力。

（3）在擴展性方面

通過Q-in-Q封裝方式來實現(xiàn)擴展，解決單層VLAN ID空間的局限性，并且基于雙層VLAN ID來提供用戶的定位和業(yè)務(wù)分流。但在組網(wǎng)拓?fù)渖�，僅適用于環(huán)形拓?fù)�，靈活性受限。

（4）在QoS方面

由于工作在無連接模式下，不能確保端到端的QoS。

（5）在OAM管理方面

通過支持IEEE802.3ah，802.1ag，ITU-T Y.1731等OAM標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)端到端的故障檢測和性能管理功能。

增強以太技術(shù)由于其封裝格式為標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，不同廠商的設(shè)備在數(shù)據(jù)平面不存在互聯(lián)互通的問題。目前，影響互通性的主要制約在于保護倒換時各廠商采用的標(biāo)準(zhǔn)和控制幀的封裝格式不同，導(dǎo)致控制平面無法互通。而這一問題將隨著ITU-T G.8031和G.8032標(biāo)準(zhǔn)的完善會逐漸得到解決。