（通信与信息系统专业论文）面向电信多业务的ip承载网工程设计.pdf

df “4 汕，、：l 鲋坝 蟛j 二卜j 眨z 面向电信多业务的i p 承载网工程设计 摘要 i p 技术因其简单、丌放、自由而迅速发展和蔓延，人们试图将i p 技术应用到电 信领域，以简化网络结构和降低网络建设成本。如何使i p 承载网具有电信级的安全 性、可靠性、q o s 、运营能力和可用性，既满足多业务的承载的要求，又具备电信级 的运营管理能力，是3 g n g n 时代i p 电信网络的建设目标。 论文在分析研究了承载网技术要求的基础上，给出了承载网解决方案，最后给 出了中国移动、中国电信、中国网通i p 承载网建设的实际应用案例。 主题词：i p 承载网、q o s 、安全性、可靠性、n 6 n e n g i n e e r i n gd e s i g no fb u i l d i n gi pb e a r e rn e t w o r kf o r a b u n d a n tt e l e c o ms e r v i c e s a b s t r a c t i pt e c h n o l o g yr a p i d l yd e v e l o p sd u et oi t ss i m p l e ，f r e ea n do p e nn e t w o r ks t r u c t u r e 1 pt e c h n o l o g yi sa p p l i e dt ot e l e c o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yt or e d u c ec o m p l e xn e t w o r k a n dh i g hc o n s t r u c tc o s t h i g hs e c u r i t y ，r e l i a b i l i t y ，q o s ，o p e r a t i o na b i l i t ya n dh i g h a v a i l a b l ea b i l i t y s u p p o r t sa b u n d a n ts e r v i c e sa n dc a r r i e st e l e c o ml e v e io p e r a t i o n m a n a g e m e n ta b i l i t y , t h a tj st h eo b j e c t i v ei nd e v e l o p m e n to fipt e l e c o mn e t w o r ki n t h e3 g n g na g e t h i sp a p e rs t a r tw i t ha n a l y s i so ft h et e c h n o l o g yi nl pb e a r e rn e t w o r k a n do f f e rt h e s o l u t i o no fi pb e a r e rn e t w o r k a n di ta l s oo f f e r ss e v e r a ll pb e a r e rn e t w o r kc a s e s i n c i u d i n gc h i n am o b i l e ，c h i n at e i e c o m 。c h i n an e t c o mi nt h ef i n a l k e yw o r d ：i pb e a r e rn e t w o r k ，( q o s ) q u a l i t yo fs e r v i c e 。s e c u r i t y ，r e l i a b i l i t y ( 3 g ) 3 r dg e n e r a t i o n ( n g n ) n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k 钉；：i | ： | ；l 也f 、j 。r f ! 蛳! l 纠f ，。：f - f 、，沱乏 英文缩略语表 a g a c c e s sg a t e w a y接入网关 a p d p a i lp a t hd e t e c tp r o t o c o i全路径快速检测协议 a t m a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e异步转移模式 b g p b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l边界网关路由协议 b a s b i d e b a n da c e s ss e r v e r宽带 b f d b i d i r e c t i o n a lf o r w a r d i n gd e t e c t i o n 双向转发检测 c sc i r c u i ts w i t c h 电路交换 c a c c o n n e c t i o n c a l ia d m i s s i o nc o n t r o i 连接允许控制 数字用户线接入复用设 d s l a m d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n ea c c e s sm u l t i p l e x e r 备 f r r f a s tr e r o u t e 快速重路由 g g s n g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e 网关g p r s 支持节点 i g p i n t e r alg a t e w a yp r o t o c o l内部网关协议 中问系统到中间系统路 i s i s i n t e r m e d i as y s t e mt oi n t e r m e d i as y s t e m 由协议 i m s i pm u l i t y m e d i as u b s y s t e r m i p 多媒体子系统 i c m p i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g e sp r o t o c o l网间控制报文协议 l a d i n t e r n e ta c c e s sd e v i c e互联网接入设备 l d p l a b e ld i s t r i b u t i o np r o t o c o i标签分发协议 l s p l a b l es w j t c hp a t h标签交换路径 m p l s m u l t i p r o t o c o ll a b l es w i t c h 多协议标签交换 4 5 jj i i ) i l ；也j 、。尹l f l n ；l 们 j ： 二f ? ii 仑乏 m s c m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r移动交换中心 m b g pm u l t i p r o t o c o lb o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l 多协议边界网关协议 m o w m e d i ag a t e w a y媒体网关 m o sm e a no p i n i o ns c o r e 平均意见分数 n s f n o n es t o pf o r w a r d i n g不i h j 断转发 o s p f o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t 最短路径优先 o a m o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e操作、管理与维护 p s p a c k e ts w i t c h分组交换 p e s o c ep e r c e p t u a le v a l u a t i o no fs p e e c ho u a l i t y感知语音质量评价 p s p tp e rs e r v ic ep e rt u n n e l 每业务每通道 o o sq u a li t yo fs e r v i c e服务质量 r s v p r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o i资源预留协议 s g s n s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e 服务g p r s 支持节点 s d h s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 同步数字系列 s b cs e c s s i o nb o r d e rc o n t r o i 会话边界控制 t d m t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x时分复用 t ef r r t r a f f i ce n g i n e e r i n gf a s tr e r o u t e流量工程快速重路由 t gt r u n kg a t e w a y 中继网关 v p n v i r t u a ip r i v a t en e t w o r k虚拟私有网 w d m w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 波分复用 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：勉虹日期：2 喇 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：1 幽 导师签名： 日期：必 ；j ! ：i ：| ：l 也j 、if 1 埘：l j ! ? i f ，隆乏 第一章前言 1 。1 课题研究的意义 按照i t u t 应g n g n o v e r v i e w 的最新定义，n o n 是基于分组的网络，能够提供包 括电信业务在内的各种业务；能够利用多种宽带且q o s 保证的传送技术；其业务相关 功能与其传送技术相独立，使用户可以自由接入到不同的服务提供商；支持通用移动 性，允许为用户提供始终如一的、普遍存在的业务7 】【15 1 。 可见下一代网涉及的内容十分广泛，从网络角度，实际涉及了从干线网、城域网、 接入网、用户驻地网到各种业务网的所有层面。如果就业务网层面而言，则下一代网 指下一代业务网。如果涉及接入网层面，则下一代网指各种宽带接入网。如果涉及传 送网层面，则下一代网往往指下一代智能光传送网。一句话，泛指的下一代网实际包 容了几乎所有新一代网络技术。 从业务和技术层面看，对传统电信运营商的主要冲击来自两个领域，即移动业务 和i p 业务。以中国为例，中国移动业务对固网业务的替代速度是世界最快的之一。 首先，移动业务总收入已于2 0 0 3 年2 月超过固网，差距还在继续扩大；其次，移动 总用户数已于2 0 0 3 年1 0 月超过固网总用户数，年均增幅是固网的2 倍；第三，尽管 移动本地通话次数还未超过固网，但通话时长已经超过固网，是世界上第一个实现这 一超越的大国。这一趋势与全球通信业务的演进趋势是一致的，简而言之，移动网在 语音业务上对固网的替代趋势是不可逆转的。 从i p 业务对固网业务的冲击来看，i p 业务正在以远高于固定电话增长的速度增 长，2 0 0 4 年9 月底，中国省际干线工p 业务带宽已经是语音的1 0 倍，预计未来5 年骨 干网带宽需求年增长率仍高达8 0 以上。运营商通信骨干网上的业务流量主体确实发 生了根本性变化。然而我们面对的严酷现实是：由i p 业务带来的带宽的消耗速度远 快于流量和业务收入的增长速度，传统电信商务模式遭到严重的挑战1 4 j 。 对于电信运营商来所，建设下一代网络的要求正是为了应对运营模式和业务模 式的改变给运营商带来的挑战，运营商必须逐步从面向网络的管道提供商向面向业务 的多业务提供商转型，必须从以自仃粗放式的管理方式向精细化运营转型。本课题研究 的意义就在于研究运营商在转型过程中，建设一张符合n g n 发展要求、基于i p 技术 3 的多业务承载网在技术层面需要解决的问题，同时从目自 国内的主流运营商一中国移 动、中国电信、中国网通的建设情况分析，电信网必然朝i m s 方向演进，i p 多业务承 载网的建设则是演进的基础，所以本课题的主旨即通过针对i p 多业务承载网的建设 要求和技术要点的详细阐述，提出解决i p 多业务承载的可行方案。 1 - 2 移动网络发展方向 从目前电信网的发展看，i p 将逐步取代传统的t o m 、a t e 4 成为主宰。第一，t d m 设备虽然还在生产，但全世界的t d m 研发已经全面停止；第二，a t m 和i p 之争尘埃落 定，a t m 的许多标准并未得到验证，只在小范围内进行应用；第三，随着互联网技术 的普及，i p 技术已广泛应用于娱乐、工作和学习等各个方面，虽然i p 在q o s 、安全 方面存在不足，但随着技术的发展这些问题都会得到解决。 从移动通讯来看，从g s m 到w c d m ar 9 9 ，再到r 4 和r 5 ，网络承载也从t d m 、a t m ， 过渡到i p 。r 9 9 继承了传统的电路语音交换，在承载类型上f u 口支持a t m ；r 4 的电 路域实现了承载和控制的分离，在承载类型上支持ip 【4 】； 3 g p pr 4 电路域采用分离架构，核心网承载和信令全部可以基于i p 的分组化传输； 3 6 p pr 5 引入i m s 域，i m s 域是叠加在分组域上以分组域为承载的i p 多媒体网络。i m s 域提供基于s i p 会话机制的业务建立和业务管理能力。i m s 域和分组域一起可以综合 实现话音和数据结合的移动工p 多媒体业务，完全不依赖于电路域。因此，c s 、p s 、 i m s 可以采用统一的全i p 核心网。 1 3 传统p s t n 网发展方向 传统p s t n 技术已经趋于完善，在业务能力方面，单纯的话音业务一方面无法满 足用户的需求，另一方面也不能支撑产业的进一步发展。因此，圆网技术必定需要有 一个突破性的发展。因此推动了n g n 的出现。选择n g n ，首先考虑的是，n g n 能够满 足未来用户的业务需求。虽然说目前n g n 所能实现的语音、视频、多媒体数据通信等 业务，在现有的网络基础上也都能够提供，但是由分离的网络提供的业务，最大的问 题就是很难做到业务之间的融合，比如用户需要在统一的终端界面下，实现各类业务 的操作，分离的基础网络从根本上限制了这一类业务的实现。n g n 强调在统一的承载 网络基础上提供融合的业务，意在从根本上解决这个问题，实现各类业务之f a j 的互通 和融合，从而衍生、组合出更多类型的业务7 j 【i5 1 。n o n 具有非常明显的优势： 4 第一，统一的分组交换网络平台现有的网络以电路交换为特征，在支持语音 通信上颇有优势，但在庞大、增长迅速、不可预测的多媒体通信业务量面前心有余而 力不足，而分组网可以弥补这一点。 第二，分布式的网络体系结构现有电信网使用的是节点式体系结构，将交换、 控制、业务等功能都集中在网络节点上。而分布式的网络体系结构把网络元素抽离出 来，分散到网络边缘，从而不会像节点式网络一样把全部业务负荷集中在一起，不 容易出现瓶颈，也较易控制故障。分布式架构的另一个优势是，更易于实现按需布网 和滚动发展。 第三，同时支持语音、数据、视频等多种业务现有网络是分离的、业务单一 的网络，如固定电话网主要支持语音通信，i p 、a t m 、帧中继支持数据业务，移动电 话网自成体系等，而下一代网络是多业务的融合网络。 第四，控制与连接分离现有网络的呼叫控制与呼叫连接合在一起，使升级和 功能扩展成本高、周期长，控制与连接分离避免了这个问题。软交换是下一代网络的 核心技术之一，它实现了呼叫控制与呼叫连接的分离，其体系结构可以有效屏蔽底层 网络的复杂性，有利于在软交换的平台之上进行新业务的丌发【8 】【9 1 。 第五，接入和覆盖优势p s t n 只能通过双绞线接入，而n g n 是基于i p 承载的 网络，理论上说，只要是i p 可以覆盖的地方，就能够实现n g n 的业务。在接入方式 的选择上，可以使基于双绞线的方式，也可以是基于l a n 、h f c 甚至无线的方式。对 于运营商，尤其是新运营商来说，业务布放的速度更快，实现更灵活。 第六，成本拿n g n 建网成本和p s t n 简单对比是没有意义的。p s t n 现在的低 成本是多年的网络建设累积下来的效应，而n g n 网络y j 一刚刚丌始建设。对于一个全新 建设的网络，如果从综合的建网成本来考虑，n g n 成本要远远低于p s t n 。这也是新运 营商倾向n g n 的另一个重要因素。 1 4 承载网络的融合 所谓融合从概念上可以从多种不同的角度和层面去观察和分析，至少涉及技术融 合、业务融合、网络融合、市场融合、行业融合、终端融合乃至监管政策方面的融合 等。即便从较微观的网络技术层面上看，也至少涉及网络水平方向上的融合( 包括核 5 心网、城域网、接入网、用户驻地网、终端等) ，网络垂直层面上的融合( 包括应用、 业务、传送、控制等不同层面问的融合等) ，管理面融合，控制面融合，移动和固定 融合，技术融合( 涉及通用接口、软硬件、协议信令等) ，乃至商务模式融合( 涉及计 费基础、开放业务平台等) 。可见，融合是一个含义十分广泛的大课题，但无论哪一 种意义上的融合都意味着成本的节约和管理的简化。 从历史上看，自从电信网脱离了单纯的电话网进入多业务领域后，新增重要业务 和技术都是采用一个个独立的网络层面来实施的，这种分层结构便于管理运营和规划 建设，但也不可否认，这种按“技术等于业务”方式建立的许多网络像根根烟筒， 每种业务都有自己的网络平台，诸如电话网、f r 、a t m 、互联网、m p l s 、s d h 、w d m 等。 一个典型的大型电信运营商通常至少有2 0 - 3 0 个这样的网络，不仅建网成本很高，而 且由于每一层的管理和控制方法是在不同的历史条件和应用环境下发展起来的，各层 的控制方法存在很大的差异，整个网络的管理变得十分复杂，运营成本十分高昂。以 电路指配为例，一个端到端的连接可能涉及不同技术、不同层面、不同厂家、不同网 管、不同协议、不同端口的指配，相当复杂，耗时费力。 随着i p 成为主要业务量后，在语音时代有用的很多功能将变得毫无意义，多层 结构中的很多层面将会逐步消失，整个功能结构层次将变得简单和扁平化。网络将不 可避免地向着单一、简单、低成本、融合的方向发展。这种融合不仅为运营商和制造 商带来很大的好处，也为用户带来诸多好处，包括统一的业务和产品，跨固网无线 互联网的单个接入、单一账单，与接入技术无关的、一致的客户经验，业务的快速提 供和简化的客户关系等u j 。 从核心业务网的角度，一个统一的基于i p m p l s 的核心网将最可能成为多业务融 合承载网络，可以支撑所有有线和无线，移动和固定，语音、数据和多媒体业务。 当然，融合将涉及大量的技术、业务、市场、体制和监管方面的问题，决不是一 蹴而就的，那将是一个漫长的，也许是永无止境的发展过程，但有一点可以确信的是： 融合将是、会是未来1 0 - 2 0 年电信业和电信技术、业务发展的一个主旋律。 1 5 本文的贡献及章节安排 从当前电信业务发展的要求可以看到在以市场为导向，技术面向需求、网络面向 业务的大背景下，要提升运营商的核心竞争力和实现电信业务的融合，首先必须是网 络和技术的融合。本文研究的目的就在于为建设面向多业务的i p 承载网从技术层面 6 给出完整、切实可行的方案，并且通过中国移动、中国电信、中国网通的实际应用案 例给出可供借鉴的模式。 本章从移动网络和传统的p s t n 网络发展的现状和面临的问题，看多业务承载网 建设的必然性；第二章从技术层面分析多业务承载网需要解决的技术问题；第三章提 出网络的建设方案，从网络规划的层面主要分为i p 骨干网的建设和城域网的建设： 第四章给出中国移动、中国电信和中国网通的应用案例，并总结多业务承载网的建设 模式。 第二章承载网技术分析 2 1 业务q o s 目标 2 1 1i pq o s 要素 i pq o s ( q u a li t yo fs e r v i c e ) 是指i p 网络的一种能力，即在跨越多种底层网络 技术( f r 、a t m 、e t h e r n e t 、s d h 等) 的i p 网络上，为特定的业务提供其所需要的服务 【i o j 。衡量i pq o s 的几个基本要素包括： 1 ) 带宽吞吐量，网络的两个节点之间特定应用业务流的平均速率； 2 ) 时延，数据包在网络的两个节点之间传送的平均往返时间； 3 ) 抖动，时延的变化； 4 ) 丢包率，在网络传输过程中丢失报文的百分比，用来衡量网络j 下确转发用户数据 的能力。 以话音为例，m o s 方法是i t u t 定义的通过人类接听和感知语音质量的行为进行 主观评测的方法【5 1 ，对于数据网络v o i p 质量评估，国际电联的g 1 0 7 标准提出了 e - m o d e l 评测方法，它关注数据全面的网络损伤因素，很好地适应在数据网络中语音 质量的评估，简化的计算公式如下： r = r o i c o d e c i d e l a y i p d v i p a c k e t l o s s 备注： 1 ) i c o d e c ：语音编码方式损伤，低速编码更加削弱了语音质量； 2 ) i d e l a y ：延时在1 0 0 2 0 0 m s 之间丌始被收听者所察觉，使得会话不自然。若延时 达到2 0 0 m s 则丌始有严重的会话中断，包括传播、包转化和包缓冲： 3 ) i p d v ：时延抖动，是指在一个v o i p 呼叫过程中所有发送的数据包到达的时间差异。 抖动在电话呼叫中，它表现为某些字句听不清楚或错误。抖动的大小取决于数据 包的通路时间的差异程度，差异程度越大，则抖动也越大，如果抖动值大于5 0 m s ， 则平均主观值m o s 值剧烈地降低，认为是极差的语音质量： r 4 ) i p a c k e t l o s s ：丢包是一个影响语音质量的关键因素，v o l p 利用r t p 报文头的序 列号检查数据包的丢失和乱序，但是它并没有重传机制，任何丢包和乱序都将影 响语音的质量，丢包会显著地影响语音质量，明显减小r 值。 不同的用户及业务对i pq o s 技术指标的要求是不同的。通过有效地实施各项i p o o s 技术，使得网络运营商能够有效地控制网络资源及其使用，能够在单一i p 网络平 台上融合语音、视频及数据等多种业务，能够在现有网络上细分客户、针对不向的客 户需求提供特色的差别业务，以便能迅速获得利益回报，从而进一步扩大市场占有率、 提高市场竞争力。 2 1 23 g 业务q o s 要求 从应用角度分析，各种业务按业务特性分类，其基本类别为：语音业务、视频业 务、数据业务。这三类业务根据其应用场景的不同，可以具备不同的o o s 性能特征。 3 g p p 规范也规定了四种业务类型：会话类( c o n v e r s a t i o n a l ) 、流类( s t r e a m i n g ) 、 交互类( i n t e r a c t i v e ) 、背景类( b a c k g r o u n d ) 。每种业务的性能特征如下表2 - 1 所示： 性能特缸、3 g 业务 会话类流媒体类交且类背景类 分类 抖动要求对抖动的要求对抖动的蛰抖功受求低尤费求 很高求比较高 时延要求时延要求高时延要求高时延要求低尤璺求 上下行速率对比上行和下行基下行远人于 请求一响心类 有些业务下行 奉对称 ：行型，一股下行人人子j ：行育 于卜行些皋奉对称 误码牢要求可以容忍一定五f 以容忍一对议码牢要求很对误码毕璺求 的误码率 定的议鹤率 高很i 向 表2 - 13 g 业务性能特征 可见，对时延的敏感性是区分以上四类u m t sq o s 级别的主要原则，会话类的承 载对于时延最为敏感，而背景类的承载对于时延要求最低【。 2 1 3 n g n 业务q o s 要求 承载网主要指标和i p 电话质量定义，描述承载网性能指标的参数主要有带宽、 时延、时延抖动、丢包率等，其中带宽是一个基本要求，必须满足规划的带宽要求。 o 对于i p 电话质量的评价采用m o s ( m e a no p i n i o ns c o r e ) 值评价，实际中可以采用 e - m o d e l 、p e s o ( p e r c e p t u ae v a l u a t i o no fs p e e c ho u a l i t y ) 客观测试方法【7 】【l5 1 。 1 ) n g n 对承载网带宽的要求 足够的带宽对于n g n 业务来说是一个基本要求。对于话音业务可以采用传统的 p s t n 话务模型计算，最后带宽需求根据不同的压缩算法乘一个系数。p s t n 上一个话 路为6 4 k b p s 的带宽，定义系数为l 。 控制流和信令流的带宽按照g 7 1 1 编码所需带 宽的o 5 计算，一个简单快速的算法是按照2 5 媒体流带宽预留。如果有静音检测 和拟制能力，话音流量按6 0 计算。 视频通信中的话务模型可以参考语音话务模型【4 1 ，需要考虑的是由于视频吸引可 能引起的话务量增加，平均通话时长应3 分钟，视频带宽可以按照的3 8 4 e b p s 计算。 视频会议由于使用数量少，基于统计的话务模型不合适，应根据实际情况考虑。 带宽不足对于n g n 业务的影响要远大于传输不够对于p s t n 的影响。相对于p s t n ， 目前的n g n 标准还没有引入因承载网资源不够而启动的“呼叫接纳控制与“阻塞” 的机制，因此可能由于话路过载而使其他正在通话的话路质量受到影响。解决这个缺 陷需要引入对承载网感知的技术和“呼叫接纳控制”机制。 2 ) n g n 业务在不同承载网质量下的表现及对承载网q o s 指标的要求 如果需要支持基于g 7 1 1 透传方式传真业务和m o d e m 业务，必须要求承载网的质 量达到良好( 网络时延4 0 m s ，时延抖动l o m s ，丢包率接近o 1 ) ，话音、视频、 二次拨号等业务质量主观评价可达到良以上，其中g 7 1l 的话音业务质量可达到优。 如果不需要支持基于g 7 1 1 透传方式传真和m o d e m 业务，承载网质量在较差的条 件下( 网络时延l o o m s ，时延抖动、 2 0 m s ，丢包率l ) ，话音、视频、二次拨号等 业务质量主观评价可达到或接近良，基本满足运营需要。 3 ) 网络o o s 的总体要求 m o d e m 和透传方式的传真对承载网质量最敏感，因此在网络中应保持最高的优先 级，话音媒体流、t 3 8 传真的承载网质量要求其次，媒体控制流因具有重传机制可配 置一个较低优先级，视频因流量较大对网络冲击较大置于低优先级，实际的优先级跟 具体的网络能力有关，要考虑到网络的具体可实旋性，但是一定要考虑不同业务对承 载网优先级的要求。 1 0 2 1 4 信令q o s 要求 信令对网络的o o s 要求很高，如果基于i p 承载，其指标要求为： 传输时延小于l o o m s ： 时延抖动小于l o m s ： i p 网络丢包率小于0 1 2 1 5lp 承载网q o s 建设目标 标： 我们将3 g 、n g n 业务和信令的o o s 要求进行综合，提出了i p 承载网q o $ 建没目 网络等级 单向时延( m s j 包丢失率 抖动( m s j 良好( 白定义) s 4 0 卯1 s 1 0 较差+ ：1 0 0 s 1 s 2 0 恶劣 - 4 0 0 5 - 6 0 表2 2 业务o o s 费求 i p 承载网建设目标要求达到良好级别，在实际的解决方案中，避免完全依靠技术 手段来解决o o s 问题，我们贯彻i p 电信网建设思路，从话务模型综合分析，网络设 计，服务质量保证技术和可靠性提升等方面来达到承载q o s 建设目标【4 1 。 2 2 业务可靠性要求分析 承载网设备的可靠性是业务顺利发展的保证，设备的关键功能应具有主备倒换或 者其他的冗余备份功能。 3 g n g n 业务对i p 承载网的可靠性要求 网络设备的可用性达到9 9 9 9 9 故障保护倒换时间5 0 m s 网络的可用性达到9 9 9 9 9 其中故障切换保护时间非常重要，故障倒换时问在5 0 m s 以内，语音用户是没有 感觉的，故障倒换时间在l 、2 秒左右时，用户会有感觉，不过不会导致用户的挂 l l 旬! j i f j | ：i uj 、。| j f 埘ii “j i 歹f ? ：f 一沦乏 机重播，倒换时间如果过长，可能会导致受影响的用户挂机重拨。 。恢复时问 “对略的影响“。7 “_ 。7 5 孝 e，j：“ ：；。，。 1 。 _ 。 v ，w ?z1 p，一。，j | i i i 2 s ( 连接丢火门限)语音会话和专线连接中断 2 3 业务安全要求分析 表2 - 3 业务倒换时间要求 解决安全性问题在进行i p 承载网网络规划时必须解决的问题。作为提供电信网 络服务的运营商来说，必须使提供的网络服务满足以下几方面安全性要求： 1 ) 保密性：只有发信者想要的收信方才能识别通信内容； 2 ) 数据完整一致性：信息在收发双方问传送过程中不被第三方修改： 3 ) 业务可用性：通过防范对网络的各类恶意攻击来保障业务可用性； 2 4 承载网建设目标 i p 时代的变迁，“电信业务i p 化，i p 网络电信化”，下一代电信网络基于i p 技术已经成为趋势和迫切需求；业界已经证明传统i p 网络不满足电信业务运营的需 求：i p 时代变迁是一个逐步演进的过程，到达集i n t e r n e t 和电信网优势的i p 电信网 络。 i p 承载网建设目标一i p 电信网，跨领域业务深刻的理解，综合业务规划；电信 级网络设计思路，稳定、简洁、高效；严格服务质量保证和高业务安全；电信级设备 支撑；关注客户需求，并快速响应。 i p 承载网要很好的满足3 g n g n 业务对承载网的上述要求：q o s ，可靠性，安全 性【1 引。 2 5 网络拓扑设计 2 5 1 网络拓扑设置原则 根据承载网设计原则，整个网络所有节点位于一个自治域内，采用扁平化组网原 则，整体网络拓扑设计原则【6 】= 分层组网：核心层，汇聚层，边缘层 同层内尽量多互连，单点考虑多设备 下层双归或是多归到上层单点多设备或是多点 局部根据业务流量情况适当调整 2 5 2 核心节点设计原则 1 ) 节点现有业务量现状和预测规模处于前列； 2 ) 节点的传输资源丰富，处于传输干线交汇节点； 3 ) 节点的地理位置是中心城市，具有区域辐射力。 4 ) 核心节点原则上全连接： 5 ) 根据业务量和传输资源情况不全连接 6 ) 根据汇接层组网情况，核心单接点可以部署多设备 7 ) 两点之问流量大，确保一跳可达； 8 ) 两点之间流量较小，可以考虑多跳可达 9 ) 传输距离对时延影响很大，少绕路 2 5 3 汇聚接点设计原则 1 ) 根据流量流向的预测，以主要业务量城市( 一般为区域中心城市) 为中心设置汇聚 节点，充分考虑网络结构的优化，可以跨越行政区域的限制： 2 ) 根据区域业务发展情况可以增加一个汇聚节点； 3 ) 在设置了核心节点的城市，汇聚节点可以视情况和核心节点合设 4 ) 根据汇聚节点和核心节点之i b j 的链路可靠性情况，还有核心接点的可靠性情况， 可以让汇聚节点分别连到不同的核心节点 5 ) 根据汇聚节点间的流量大小情况，可以考虑直接在流量较大的汇聚之间增加链路 疏导流量 2 5 4 边缘节点设计原则 1 ) 按照本地网的设计设置边缘路由器； 2 )以业务发展现状和业务预测为依据设置接入节点； 3 ) 可以跨越行政区域限制； 4 ) 有一定规模的n g n 业务量，并且有跨区域互通要求的本地网设置接入节点； 5 ) 边缘路由器一般冗余备份设置，分别上行连接到汇聚节点。 2 6 流量承载原则 通过规划整网的链路m e t r i c ，可以科学的疏导整网的业务流量，应流量疏导遵循 以下原则： 1 ) 路径角度： 跳数最小跳数+ 2 2 ) 分担角度： 流量分担合理，且避开压力大的路径，例如：汇接节点例流量不经过接入节点； 节点内部流量不经过其他节点；宁可下层穿透，避免上层穿透； 3 ) 备份角度： 合理备份( 备份路径大多数情况下也较短；尽可能通过压力小的节点和链路) ，汇 接节点问若连接全部中断，则其问流量应通过核心转发，而不是接入节点；汇接 - i - ，p 点 内部若某台设备上联发生故障，则流量应经过同节点的另一台设备而不是其他节点； 1 4 4 ) 分析和调整角度： 对特定目的地，路径尽量是明确、便于分析和调整的。 2 7 路由设计 2 7 1 路由设计原则 路由设计对承载网来说是非常重要的，路由设计会直接影响到承载网的可靠性和 安全性。 1 ) 避免局部路由变化引起整网的路由震荡 2 ) 通过路由设计更好的将网络流量在整网内分担。 3 ) 避免路由孤岛现象出现。 4 ) 路由条数尽量少，同时要考虑传输距离问题 5 ) 快速收敛，快速发现故障并作出响应，使得系统从故障中尽快恢复，避免路由黑 洞和路由循环： 6 ) 路由协议支持g r 2 7 2 路由设计 1 ) 专网所有路由器位于一个域内，i g p 采用i s i s 或是o s p f 路由协议，平面路由设 计，i s i s 采用分l e v e l 方式，o s p f 采用分域方式。 2 ) 专网域问路由协议采用b g p - 4 ，独立a s 号，在a s 边界通过e b g p 控制路由的发送、 接收、汇总和属性修改。 3 ) 采用b g p 采用l 级路由反射器( r r ) 设计，保证b g pp e e r 数量小于1 0 0 r r 。当路 由反射器客户较多时，考虑使用独立的路由器来做r r 。至少设置两台路由器反射 器，避免单点故障，客户至少双归到两台路由反射器上 4 ) 路由器管理地址和链路地址的路由由i g p 承载，其他路由由b g p 承载，如专线用 户、3 0 n g n 设备地址和地址池等。 5 ) v p n 域内路由协议使用m b g p 协议，反射器设置原则和普通的b g p 相同。 6 ) v p n 的p e - c e 之间的路由协议根据网络规模可以选择b g p ，o s p f ，从安全性角度 考虑，推荐使用静态路由协议。 7 ) 路由协议支持m d 5 认证，确保路由协议安全。 2 8 服务质量保证分析 传统i p 网络建设经验表明，在i p 网络解决q o s 不能完全依靠i pq o s 技术，必 须从管理、规划和体制等多个方面采取措施，在3 g 承载网建设中，网络规划+ c a c 机制+ i p m p l sq o s - i - m - 靠性技术三者有机结合保证了承载网业务的服务质量【1 2 1 。 保障措施 网络规划合理规划。让流量尽量分担剑整网，同时考虑时延和备 份流培 c a c 机制流鼍模型分忻，c a c + 中继带宽预舰划，避免过载导 致业务质草卜降，住过载前拒绝接入流鼙 l pq o s 技术i p m p l sd i f f s e r v + 相对轻载，局部d s t e 疏导巫载区 域流堵 i p 可靠性技术快速路由收敛+ m p l sf r r + i pf r r m p l sl d pf r r ， 实现小t - 5 0 m s 的故障1 2 1 愈保护，满足业务无损伤需求 表2 - 43 g 承载刚保障措施 2 8 1 网络规划 在3 g 承载网规划中，首先需要进行详细的话务流量模型分析，规划各个网络节 点的网络容量，并且预留带宽，通过网络设计使得网络流量在各种情况下按照可知的 路径转发。整个网络在正常情况下处于轻载状态，能够充分满足i p 突发流量对带宽 的要求。而合理的流量迂回机制保证在异常情况下流量可控，按照预定的带宽和路径 转发。 对于多业务承载网络和重载网络可以考虑根据网络规模引入t e 疏导流量，确保 关键业务始终可以获得硬q o s 保证。 2 8 2i pq o s 解决方案 1 ) i p m p l sd i f f - s e r v 解决方案 在正常情况下，承载网已经按照整个网络容量预留带宽，并且能够保证在异常情 况下流量合理的迂回，为了保证突发情况下关键业务的q o s ，承载网部署d i f f s e r v ： 1 6 用户和业务流量可预测，流量经过路径容易预知，可舰划，总体上使得i p 专网工 作于轻载状态所有接入i p 专网的业务均需要严格的q o s 保证因此对于对称网络或 是接近对称网络是比较好的选择 在i p 专网边缘设备 r 入接口实施“基于五元组的分类及着色”，在a r 硬c r 的 出接口实施带宽预留和优先级队列调度，在出现异常情况保障最重要业务的服务质 量。 捆 幽2 一i 【p m p l sj 】i f f 鼬r v 解砘方案 2 ) d st eq o s 解决方案 d st e 是一种端到端的q o s 解决方案，可以为用户提供有带宽保证的e f ，a f 业务。通过p e 蚓建立m p l st e 隧道保证服务质量，n g n 语音业务和其它非语苛i - 务通过隧道隔离，各自获得相应的服务质量。因为t e 是一种端到端的面向连接 的q o s 保证方式，更适宜在组网拓扑无规则的承载多业务的网络上部署。但是 d s t e 是种面向连接的技术，因此随着网络规模的扩大，会存在扩展性的问题， 尤其核心接点支持t e 的压力会比较大，因为大量的t e 隧道都要通过核心接点， r s v p t e 是一种软状态的信令协议，需要定时刷新状态，因此会对核心节点控制平 面造成很大的压力，因此要根据网络的规模选择部署t e 。d s t e 可以通过显式指 定路径的方式整网的调节流量。如下图2 2 d s t eq o s 解决方案一所示： - 盟业1 ：7 1 。业型业! ! ! ：! ! 蚓22 1 3 st 1 e 。0 s 群捷方案一 如上面所说d s t e 如果在大规模网络上端到端的部署会有扩展性的问胚，因此 可以根据网络的流量情况可以在局部范围内部署t e ，或是核心部署t e 来调节局部 重载区域的业务流量，使网络资源的利用牢更高。如下圈2 - 2 d st eq o s 解决方案 目2 - 3d s t eq o $ 觯* w # 一 因此在使用t e 技术时首先要计算一下核心接点的隧道容量会有多大应这个规 格应该控制在3 k 以内。一个简单的计算方法如下： 如果有n 台路由器那总条数是( n1 ) ( 双向) ，如果考虑使用备份l ，s p ，那应陵是 2 ( n1 ) ，如果使用链路保护方式那应该是肿( n 1 ) + 链路条数 2 。 283c a c 机制 c a c 控制对保证业务的o o s 至关重要 经接近临界点事，不再接受新的用户接入 c a c 可以分别在3 g n g n 业务系统实现 这个可以借鉴p s t n 的模型，当网络资源已 这样可咀确保己经接八用户不受影响。 比如可以在软交换上实现，在软交换上 南”i n 。u 1 # i # ”州# ” 根据预先的用户业务规划，确定最大的并发业务数，承载网则预留相应的资源。另外 3 g n g n 的业务大部分都使用r t p 协议承载，r t p 协议在传输报文时是携带了时l 标记， 因此可以通过时间标记感知业务流量的时延情况，软交换可以定期的向业务网关系统 采样，根据业务的点到点的时延抖动情况实现c a c 控制。如下图24 所示： s cs e r v e r ! ，“4 * o 。f tr ，i m s cs e n v e r 企? - 一堕婴鼍篓掣? 婴一a 。i t r t p h z l 。 。1 “ r 。 ! 酝竺令南 p e p e 目24 # i * m 鲤hc 虻日目拄制 刚才介绍的是在3 g n g n 业务系统上实现c a c 控制当业务系统不支持h t ，我们 也可【三c 实现在承载网上独立实现c a c 控制，比如可以在s b c 设备上实现，司以在承载 网的边缘部署s b c 设备，s b c 设备是可以感知3 g n g n 业务的信令流和媒体流的因此 也可以通过上面讲的r t p 报文时延标记实现c a c 控制，后续我们的s b c 功能可以内胃 到b a s ，或是p e 设备这样就口，以很容易的支持上述功能。 2 9 承载网可靠性方案分析 为了满足3 g n g n 业务的无损故障切换要求，3 g n g n 业务对承载的可靠性要求指 标如下： 1 ) 网络设备的可用性达到9 99 9 9 2 )