移動(dòng)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)IP化重點(diǎn)問(wèn)題

目前,移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向AllIP演進(jìn)的步伐正在加快,3GPP、3GPP2、IEEE等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織相繼提出了基于AllIP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的AllIP化是一個(gè)全網(wǎng)絡(luò)端到端的IP化過(guò)程,包括終端應(yīng)用、接入網(wǎng)絡(luò)、承載網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)、維護(hù)管理等方面。終端IP化的目標(biāo)是在提供個(gè)性化體驗(yàn),推進(jìn)多媒體業(yè)務(wù),體現(xiàn)智能化的同時(shí),能夠通過(guò)軟件裝載實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的支持。接入網(wǎng)絡(luò)IP化意在承接多樣化用戶(hù)帶寬和質(zhì)量需求,為多種業(yè)務(wù)提供更高的帶寬,全面降低成本。承載網(wǎng)絡(luò)IP化采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn),可以提供各種QoS分類(lèi)轉(zhuǎn)發(fā)、電信級(jí)倒換保護(hù)和更靈活的承載能力,以實(shí)現(xiàn)承載和業(yè)務(wù)的分離,突破帶寬瓶頸。核心網(wǎng)絡(luò)IP化通過(guò)將電路交換轉(zhuǎn)換為分組交換,給予網(wǎng)絡(luò)融合各種業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶(hù)體驗(yàn)的能力,使運(yùn)營(yíng)商能夠快速提供新業(yè)務(wù),克服了原有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供周期過(guò)長(zhǎng)、業(yè)務(wù)適應(yīng)性差等缺點(diǎn),為多業(yè)務(wù)融合開(kāi)啟便利之門(mén)。維護(hù)管理的IP化要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層面端到端的質(zhì)量和安全的管理,確保網(wǎng)絡(luò)的告警和監(jiān)控能力。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)All IP化的架構(gòu)

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)AllIP架構(gòu)可以分為核心網(wǎng)、傳送網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和接入網(wǎng)等,數(shù)據(jù)網(wǎng)本身就是基于IP的網(wǎng)絡(luò),而其他網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)IP化則需要一個(gè)過(guò)程。圖1為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)AllIP化架構(gòu)。

圖1 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)All IP化架構(gòu)

在核心網(wǎng)層面,3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上已經(jīng)是AllIP的核心網(wǎng)。從2G網(wǎng)絡(luò)到3G網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn),某種意義上就是從封閉的、基于電路交換的系統(tǒng)向開(kāi)放的、基于IP技術(shù)的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。IMS(IP多媒體子系統(tǒng))將成為統(tǒng)一的融合平臺(tái),是實(shí)現(xiàn)未來(lái)統(tǒng)一核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),可提供豐富的下一代多媒體業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的融合。IMS始于R5版本,已被ITU所接納;其基于SIP的通用平臺(tái),使得核心網(wǎng)與接入無(wú)關(guān);IMS是一種開(kāi)發(fā)性更好、標(biāo)準(zhǔn)化程度更高、適用于所有接入和業(yè)務(wù)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu),有利于固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的無(wú)縫融合;IMS中各種業(yè)務(wù)具有共同的核心網(wǎng)、用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、后臺(tái)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)平臺(tái),在用戶(hù)數(shù)據(jù)管理和漫游方面更加完善;2G、3G階段的業(yè)務(wù)仍以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主,軟交換和IMS是PSTN向NGN演進(jìn)的兩個(gè)不同階段,兩者將以互通方式長(zhǎng)期共存,并最終融入IMS架構(gòu)中。HSS作為下一代網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù),將為業(yè)務(wù)分布、網(wǎng)絡(luò)性能等關(guān)鍵部分提供重要的支撐,并在融合過(guò)程中替代現(xiàn)有的HLR設(shè)備。由于移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要進(jìn)一步發(fā)展用戶(hù)并擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,所以必須對(duì)其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容。在這種形勢(shì)下,雖然可以選擇沿襲傳統(tǒng)方式擴(kuò)容TDM網(wǎng)絡(luò),但這樣一來(lái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將會(huì)更加復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性會(huì)下降,而且不利于今后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。所以,移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該把網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和網(wǎng)絡(luò)IP化的趨勢(shì)結(jié)合起來(lái),將原有的電路交換系統(tǒng)升級(jí)為基于IP的軟交換系統(tǒng)。這樣一來(lái),目前的2G網(wǎng)絡(luò)和未來(lái)的3G網(wǎng)絡(luò)就可以共用核心網(wǎng),并且在3G階段也不需要建設(shè)新的核心網(wǎng)。為進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度,很多移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商還將在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中引入CMN,以實(shí)現(xiàn)信令層面的分層管理。

在傳送網(wǎng)層面,作為光傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù),WDM、GMPLS、MSTP、ASON將成為未來(lái)全I(xiàn)P傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。統(tǒng)一的IP接入可實(shí)現(xiàn)傳送資源的共享和性能的提升。在骨干網(wǎng)上,IP技術(shù)和傳統(tǒng)的光傳輸技術(shù)會(huì)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)分層共存,“IPoverDWDM”會(huì)成為主要技術(shù)。而在城域網(wǎng)內(nèi),IP技術(shù)和光技術(shù)將走向融合,以便提供高帶寬、高質(zhì)量的業(yè)務(wù)。在末梢端,統(tǒng)一的IP接入可以實(shí)現(xiàn)傳送資源的共享和性能的提升。

在接入網(wǎng)層面,大多數(shù)技術(shù)包括3G或后3G技術(shù),都與IP技術(shù)有著密不可分的關(guān)系。建立一個(gè)現(xiàn)有3G無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)之外的、接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP核心網(wǎng)可以滿(mǎn)足寬帶無(wú)線(xiàn)接入的需求。目前,現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)主要是基于電路交換技術(shù),而在3GLTE階段,NodeB將代替BTS,RNC將代替BSC,并且將會(huì)采用包交換取代電路交換,以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電路交換業(yè)務(wù)的全I(xiàn)P化。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)AllIP化的發(fā)展歷程

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP化從軟交換網(wǎng)絡(luò)和IP承載開(kāi)始,直到在3GLTE階段建立一個(gè)全I(xiàn)P化、接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP核心網(wǎng),完成標(biāo)準(zhǔn)上的端到端IP化。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化演進(jìn)的過(guò)程中,國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商甚至走的更快、更領(lǐng)先。中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等各大運(yùn)營(yíng)商均完成了IP承載網(wǎng)的建設(shè),并相繼啟動(dòng)軟交換的規(guī)模應(yīng)用。根據(jù)業(yè)界權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè),在全球范圍內(nèi),傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)(如固定交換網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò))將在有限的幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)IP化。圖2所示為移動(dòng)IP化的發(fā)展歷程。

圖2  移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)ALL IP化歷程

實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)IP化的重點(diǎn)問(wèn)題

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化不是移動(dòng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加,也不是無(wú)線(xiàn)語(yǔ)音和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單疊加,它是移動(dòng)通信和IP的深層融合,也是對(duì)現(xiàn)有移動(dòng)通信方式的深刻變革。針對(duì)眾多必須面對(duì)和解決的難題,運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)IP化建設(shè)應(yīng)該從核心網(wǎng)向邊緣網(wǎng)絡(luò)分階段完成。首先,引入控制和承載分離的R4軟交換架構(gòu),在長(zhǎng)途網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)IP承載。其次,在端局和關(guān)口局實(shí)施軟交換改造,最終實(shí)現(xiàn)包括傳送網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)在內(nèi)的全I(xiàn)P架構(gòu)。目前,隨著核心網(wǎng)IP化改造的逐步完成,無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的IP化將成為整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向All-IP演進(jìn)的關(guān)鍵。在實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)IP化的過(guò)程中,同步問(wèn)題、IP化網(wǎng)絡(luò)的QoS問(wèn)題和保障IP化網(wǎng)絡(luò)的安全是重點(diǎn)。

1.同步問(wèn)題

為了符合標(biāo)準(zhǔn)并保證網(wǎng)絡(luò)性能,GSM和WCDMA系統(tǒng)都有基站時(shí)鐘,用于解決同步問(wèn)題;緯r(shí)鐘主要用于空口和Abis/Iub接口,其中空口時(shí)鐘對(duì)切換性能和覆蓋性能的影響非常大,因此對(duì)時(shí)鐘精度要求比較嚴(yán)格,宏基站的精度要求為0.05ppm。

對(duì)于傳統(tǒng)的TDM傳輸組網(wǎng)方案,基站能夠很容易從TDM的E1/T1鏈路中恢復(fù)同步時(shí)鐘信號(hào),非常好地滿(mǎn)足基站時(shí)鐘的要求。但是在采用IP方式傳輸組網(wǎng)時(shí),由于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)目前無(wú)法支持物理層的時(shí)鐘傳送,站點(diǎn)時(shí)鐘不能像傳統(tǒng)方案那樣從物理層獲取,因此需要借助其他的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn),如外接GPS時(shí)鐘、同步以太網(wǎng)技術(shù)等。其中,基站外接GPS時(shí)鐘的方式比較容易實(shí)現(xiàn),只需在易于接收到GPS信號(hào)的地方架設(shè)天線(xiàn),將GPS信號(hào)引入基站即可。但是采用這種時(shí)鐘方案,每個(gè)站點(diǎn)都需要一個(gè)GPS時(shí)鐘,數(shù)量較大,成本較高,個(gè)別站點(diǎn)施工困難,室內(nèi)覆蓋問(wèn)題無(wú)法解決。

分組交換網(wǎng)的同步技術(shù)目前有兩種:一是同步以太網(wǎng)(基于ITU-TG.8261),從物理層提取同步時(shí)鐘;二是包同步技術(shù)(基于IEEE1588v2)。這兩種同步技術(shù)只有在承載網(wǎng)設(shè)備支持的情況下,才能為基站提供同步時(shí)鐘。遺憾的是,現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備均不支持這兩種同步技術(shù)。

2.IP化網(wǎng)絡(luò)的QoS問(wèn)題

IP網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)帶寬能力,但是IP網(wǎng)絡(luò)盡力而為的特征,難以保證傳送語(yǔ)音、視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS。基于IP的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),必須是一個(gè)可運(yùn)營(yíng)、可維護(hù)、可管理的電信級(jí)IP網(wǎng)絡(luò),只有這樣才能保證語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)的高質(zhì)量承載,保證IP化網(wǎng)絡(luò)的QoS。在引入多種電信網(wǎng)絡(luò)理念(如面向連接的MPLS改造、資源預(yù)約或者核算機(jī)制、冗余體制電信化設(shè)計(jì)等)的同時(shí),必須綜合考慮其所帶來(lái)的復(fù)雜性,避免重蹈ATM覆轍。

IP傳輸組網(wǎng)主要通過(guò)區(qū)分業(yè)務(wù)、優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制等手段,保障不同業(yè)務(wù)的QoS。3GPP規(guī)范規(guī)定了四種業(yè)務(wù)類(lèi)型——會(huì)話(huà)類(lèi)、流類(lèi)、交互類(lèi)、背景類(lèi),各類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等QoS要求各有不同,其中語(yǔ)音、視頻等會(huì)話(huà)類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延最敏感,QoS的要求最高,而背景類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延最不敏感,QoS要求低。對(duì)于無(wú)線(xiàn)傳輸而言,除了上述四類(lèi)無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)外,還要滿(mǎn)足信令、OAM、不同級(jí)別用戶(hù)等QoS管理。

另外,IP傳輸網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量波動(dòng)較大,包括時(shí)延抖動(dòng)不斷變化以及帶寬不斷變化(比較明顯的就是ADSL傳輸)。如果業(yè)務(wù)速率不跟隨網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量變化,一方面會(huì)出現(xiàn)大量丟包導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷,另一方面將無(wú)法有效利用帶寬資源。

3.保障IP化網(wǎng)絡(luò)的安全保障

互聯(lián)網(wǎng)是IP化網(wǎng)絡(luò)的先例,其最大的問(wèn)題就是安全性。雖然移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化絕不等同于Internet網(wǎng)絡(luò)化,但是移動(dòng)終端的高度智能化及網(wǎng)絡(luò)的多業(yè)務(wù)提供能力使得通過(guò)終端發(fā)動(dòng)攻擊變得十分容易,而且,應(yīng)用和承載的不對(duì)應(yīng)(面向非連接)使得識(shí)別和防范非法用戶(hù)變得更加困難。此外,部署防火墻等安全設(shè)備又會(huì)占用大量的系統(tǒng)軟硬件資源,進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)成本的增加。所以,運(yùn)營(yíng)商需要平衡考慮安全性和系統(tǒng)資源的問(wèn)題。

在無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)中引入IP承載,從而代替原有的TDM、ATM、FR等承載方案,這必然會(huì)帶來(lái)安全性方面的顧慮。TDM承載采用的是物理層隔離的方式,其安全性可以得到有效保證,而IP則是一種帶寬共享的方案,如果沒(méi)有有效的安全措施,其數(shù)據(jù)很容易遭到攻擊或被其他用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn),數(shù)據(jù)安全無(wú)法保證。

出于網(wǎng)絡(luò)資源共享或降低成本等方面的考慮,用作無(wú)線(xiàn)接入承載的IP網(wǎng)絡(luò),常常會(huì)與其他系統(tǒng)共用IP網(wǎng)絡(luò)資源,甚至?xí)苯永闷胀↖P資源來(lái)傳輸無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)數(shù)據(jù)。因此,如何保證無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)不受攻擊,就成了采用IP承載必須要考慮的問(wèn)題。

作者:徐伯   來(lái)源:通信世界周刊
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