移動無線接入網(wǎng)IP化重點問題

目前，移動網(wǎng)絡向AllIP演進的步伐正在加快，3GPP、3GPP2、IEEE等國際標準組織相繼提出了基于AllIP的網(wǎng)絡架構。移動網(wǎng)絡的AllIP化是一個全網(wǎng)絡端到端的IP化過程，包括終端應用、接入網(wǎng)絡、承載網(wǎng)絡、核心網(wǎng)絡、維護管理等方面。終端IP化的目標是在提供個性化體驗，推進多媒體業(yè)務，體現(xiàn)智能化的同時，能夠通過軟件裝載實現(xiàn)多種業(yè)務的支持。接入網(wǎng)絡IP化意在承接多樣化用戶帶寬和質量需求，為多種業(yè)務提供更高的帶寬，全面降低成本。承載網(wǎng)絡IP化采用扁平化的網(wǎng)絡結構實現(xiàn)，可以提供各種QoS分類轉發(fā)、電信級倒換保護和更靈活的承載能力，以實現(xiàn)承載和業(yè)務的分離，突破帶寬瓶頸。核心網(wǎng)絡IP化通過將電路交換轉換為分組交換，給予網(wǎng)絡融合各種業(yè)務應用和用戶體驗的能力，使運營商能夠快速提供新業(yè)務，克服了原有網(wǎng)絡業(yè)務提供周期過長、業(yè)務適應性差等缺點，為多業(yè)務融合開啟便利之門。維護管理的IP化要實現(xiàn)業(yè)務層面端到端的質量和安全的管理，確保網(wǎng)絡的告警和監(jiān)控能力。

移動網(wǎng)絡All IP化的架構

移動網(wǎng)絡AllIP架構可以分為核心網(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，而其他網(wǎng)絡要實現(xiàn)IP化則需要一個過程。圖1為移動網(wǎng)絡AllIP化架構。

圖1 移動網(wǎng)絡All IP化架構

在核心網(wǎng)層面，3G網(wǎng)絡實際上已經(jīng)是AllIP的核心網(wǎng)。從2G網(wǎng)絡到3G網(wǎng)絡的演進，某種意義上就是從封閉的、基于電路交換的系統(tǒng)向開放的、基于IP技術的統(tǒng)一承載網(wǎng)絡轉變。IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）將成為統(tǒng)一的融合平臺，是實現(xiàn)未來統(tǒng)一核心網(wǎng)的關鍵技術，可提供豐富的下一代多媒體業(yè)務，實現(xiàn)網(wǎng)絡的融合。IMS始于R5版本，已被ITU所接納；其基于SIP的通用平臺，使得核心網(wǎng)與接入無關；IMS是一種開發(fā)性更好、標準化程度更高、適用于所有接入和業(yè)務的統(tǒng)一網(wǎng)絡體系架構，有利于固網(wǎng)和移動網(wǎng)的無縫融合；IMS中各種業(yè)務具有共同的核心網(wǎng)、用戶數(shù)據(jù)庫、后臺計費系統(tǒng)和業(yè)務開發(fā)平臺，在用戶數(shù)據(jù)管理和漫游方面更加完善；2G、3G階段的業(yè)務仍以語音業(yè)務為主，軟交換和IMS是PSTN向NGN演進的兩個不同階段，兩者將以互通方式長期共存，并最終融入IMS架構中。HSS作為下一代網(wǎng)絡統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)庫，將為業(yè)務分布、網(wǎng)絡性能等關鍵部分提供重要的支撐，并在融合過程中替代現(xiàn)有的HLR設備。由于移動運營商需要進一步發(fā)展用戶并擴大網(wǎng)絡規(guī)模，所以必須對其網(wǎng)絡進行擴容。在這種形勢下，雖然可以選擇沿襲傳統(tǒng)方式擴容TDM網(wǎng)絡，但這樣一來網(wǎng)絡結構將會更加復雜，網(wǎng)絡穩(wěn)定性會下降，而且不利于今后的運營維護和長遠發(fā)展。所以，移動運營商應該把網(wǎng)絡擴容和網(wǎng)絡IP化的趨勢結合起來，將原有的電路交換系統(tǒng)升級為基于IP的軟交換系統(tǒng)。這樣一來，目前的2G網(wǎng)絡和未來的3G網(wǎng)絡就可以共用核心網(wǎng)，并且在3G階段也不需要建設新的核心網(wǎng)。為進一步降低網(wǎng)絡復雜度，很多移動運營商還將在未來網(wǎng)絡中引入CMN，以實現(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鍵技術，WDM、GMPLS、MSTP、ASON將成為未來全IP傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢。統(tǒng)一的IP接入可實現(xiàn)傳送資源的共享和性能的提升。在骨干網(wǎng)上，IP技術和傳統(tǒng)的光傳輸技術會在很長時間內分層共存，“IPoverDWDM”會成為主要技術。而在城域網(wǎng)內，IP技術和光技術將走向融合，以便提供高帶寬、高質量的業(yè)務。在末梢端，統(tǒng)一的IP接入可以實現(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)技術包括3G或后3G技術，都與IP技術有著密不可分的關系。建立一個現(xiàn)有3G無線接入網(wǎng)之外的、接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP核心網(wǎng)可以滿足寬帶無線接入的需求。目前，現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡主要是基于電路交換技術，而在3GLTE階段，NodeB將代替BTS，RNC將代替BSC，并且將會采用包交換取代電路交換，以實現(xiàn)傳統(tǒng)電路交換業(yè)務的全IP化。

移動網(wǎng)絡AllIP化的發(fā)展歷程

移動網(wǎng)絡的IP化從軟交換網(wǎng)絡和IP承載開始，直到在3GLTE階段建立一個全IP化、接入網(wǎng)與固網(wǎng)融合的純IP核心網(wǎng)，完成標準上的端到端IP化。在移動網(wǎng)絡IP化演進的過程中，國內運營商甚至走的更快、更領先。中國移動、中國聯(lián)通等各大運營商均完成了IP承載網(wǎng)的建設，并相繼啟動軟交換的規(guī)模應用。根據(jù)業(yè)界權威機構的預測，在全球范圍內，傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡的核心網(wǎng)（如固定交換網(wǎng)絡和GSM網(wǎng)絡）將在有限的幾年內實現(xiàn)IP化。圖2所示為移動IP化的發(fā)展歷程。

圖2  移動網(wǎng)絡ALL IP化歷程

實現(xiàn)無線接入網(wǎng)IP化的重點問題

移動網(wǎng)絡IP化不是移動通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的簡單疊加，也不是無線語音和無線數(shù)據(jù)的簡單疊加，它是移動通信和IP的深層融合，也是對現(xiàn)有移動通信方式的深刻變革。針對眾多必須面對和解決的難題，運營商的網(wǎng)絡IP化建設應該從核心網(wǎng)向邊緣網(wǎng)絡分階段完成。首先，引入控制和承載分離的R4軟交換架構，在長途網(wǎng)層面實現(xiàn)IP承載。其次，在端局和關口局實施軟交換改造，最終實現(xiàn)包括傳送網(wǎng)和無線接入網(wǎng)在內的全IP架構。目前，隨著核心網(wǎng)IP化改造的逐步完成，無線接入網(wǎng)的IP化將成為整個移動網(wǎng)絡向All-IP演進的關鍵。在實現(xiàn)無線接入網(wǎng)IP化的過程中，同步問題、IP化網(wǎng)絡的QoS問題和保障IP化網(wǎng)絡的安全是重點。

1.同步問題

為了符合標準并保證網(wǎng)絡性能，GSM和WCDMA系統(tǒng)都有基站時鐘，用于解決同步問題�；�站時鐘主要用于空口和Abis/Iub接口，其中空口時鐘對切換性能和覆蓋性能的影響非常大，因此對時鐘精度要求比較嚴格，宏基站的精度要求為0.05ppm。

對于傳統(tǒng)的TDM傳輸組網(wǎng)方案，基站能夠很容易從TDM的E1/T1鏈路中恢復同步時鐘信號，非常好地滿足基站時鐘的要求。但是在采用IP方式傳輸組網(wǎng)時，由于IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡目前無法支持物理層的時鐘傳送，站點時鐘不能像傳統(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實現(xiàn)，如外接GPS時鐘、同步以太網(wǎng)技術等。其中，基站外接GPS時鐘的方式比較容易實現(xiàn)，只需在易于接收到GPS信號的地方架設天線，將GPS信號引入基站即可。但是采用這種時鐘方案，每個站點都需要一個GPS時鐘，數(shù)量較大，成本較高，個別站點施工困難，室內覆蓋問題無法解決。

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

2.IP化網(wǎng)絡的QoS問題

IP網(wǎng)絡具有強大的數(shù)據(jù)帶寬能力，但是IP網(wǎng)絡盡力而為的特征，難以保證傳送語音、視頻等實時業(yè)務的QoS�；�于IP的移動通信網(wǎng)絡，必須是一個可運營、可維護、可管理的電信級IP網(wǎng)絡，只有這樣才能保證語音、視頻、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務的高質量承載，保證IP化網(wǎng)絡的QoS。在引入多種電信網(wǎng)絡理念（如面向連接的MPLS改造、資源預約或者核算機制、冗余體制電信化設計等）的同時，必須綜合考慮其所帶來的復雜性，避免重蹈ATM覆轍。

IP傳輸組網(wǎng)主要通過區(qū)分業(yè)務、優(yōu)先級調度機制等手段，保障不同業(yè)務的QoS。3GPP規(guī)范規(guī)定了四種業(yè)務類型——會話類、流類、交互類、背景類，各類業(yè)務對時延、抖動、丟包等QoS要求各有不同，其中語音、視頻等會話類業(yè)務對時延最敏感，QoS的要求最高，而背景類業(yè)務對時延最不敏感，QoS要求低。對于無線傳輸而言，除了上述四類無線業(yè)務外，還要滿足信令、OAM、不同級別用戶等QoS管理。

另外，IP傳輸網(wǎng)絡的質量波動較大，包括時延抖動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)務速率不跟隨網(wǎng)絡質量變化，一方面會出現(xiàn)大量丟包導致業(yè)務中斷，另一方面將無法有效利用帶寬資源。

3.保障IP化網(wǎng)絡的安全保障

互聯(lián)網(wǎng)是IP化網(wǎng)絡的先例，其最大的問題就是安全性。雖然移動網(wǎng)絡IP化絕不等同于Internet網(wǎng)絡化，但是移動終端的高度智能化及網(wǎng)絡的多業(yè)務提供能力使得通過終端發(fā)動攻擊變得十分容易，而且，應用和承載的不對應（面向非連接）使得識別和防范非法用戶變得更加困難。此外，部署防火墻等安全設備又會占用大量的系統(tǒng)軟硬件資源，進而導致運營成本的增加。所以，運營商需要平衡考慮安全性和系統(tǒng)資源的問題。

在無線接入網(wǎng)中引入IP承載，從而代替原有的TDM、ATM、FR等承載方案，這必然會帶來安全性方面的顧慮。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訪問，數(shù)據(jù)安全無法保證。

出于網(wǎng)絡資源共享或降低成本等方面的考慮，用作無線接入承載的IP網(wǎng)絡，常常會與其他系統(tǒng)共用IP網(wǎng)絡資源，甚至會直接利用普通IP資源來傳輸無線接入網(wǎng)數(shù)據(jù)。因此，如何保證無線接入網(wǎng)絡傳輸?shù)臉I(yè)務不受攻擊，就成了采用IP承載必須要考慮的問題。