移动网络IP化演进策略探讨.doc

移动网络IP化演进策略探讨黄韬 中国联合通信有限公司 北京 100032 1 引言在多业务融合和高速数据业务需求的驱动下，移动网络将向全IP化演进已经成为业界的共识。ITU、3GPP、3GPP2等标准组织相继提出了基于全IP技术的网络架构，IP技术正逐渐渗透到移动网络的各个层面。移动网IP化对于网络发展的意义十分重大，它能够有效提升网络性能，提高业务支持能力，改善用户体验，降低运营商CAPEX和OPEX，并保障移动网的长期演进，最终实现完全扁平化的移动网络架构。除上述技术优势外，移动网的IP化还有利于一系列相关技术的应用，如便于在MSC/SGSN引入Pool技术，大幅度提升网络可靠性并提高设备利用率，节约投资。另外，还可以引入TrFO等技术，减少编解码次数，提升语音质量，改善用户体验。目前，软交换设备在全球范围内大规模部署，IMS逐步成为运营商关注的热点，基于IP技术的承载网已经开始在核心网层面部署，下一步，无线接入网的IP化也将成为移动网络向全IP化演进的关键。2 移动网IP化的策略与步骤在如此复杂的移动网络上推行IP化，是一项非常有挑战性的工程。一般地，移动网络的全IP化可以分为核心网和接入网两大部分。考虑到目前运营商网络的实际情况，移动网络IP化建议采用先核心网后接入网的总体思路。具体来讲，核心网的IP化可采用先语音后信令的策略，即首先实现Nc、Mc、Nb等接口的IP化，然后实现信令网C、Gr等接口的IP化。接入网的IP化主要包括基站设备及相关接口的IP化，建议采用先3G后2G的顺序，即首先实现Iu-CS、Iu-PS、Iub、Iur接口的IP化，然后适时开展Gb接口的IP化，最后根据情况考虑A接口与Abis接口的IP化，如图1所示。2.1 核心网的IP化在核心网方面，电路域的发展趋势是全IP化，在具体实施过程中应先实现语音业务的IP化，然后适时逐步进行信令网的IP化。分组域的发展趋势是向EPS系统演进，即非会话类数据业务直接由分组域提供，会话类数据业务及多媒体业务由IMS域提供。长远来看，基于IP的IMS技术由于可以实现与接入方式无关的统一控制并提供丰富的下一代多媒体业务，促进网络的融合，将成为融合网络的统一控制核心。现阶段核心网正在进行的是电路域的IP化，即电路域交换机的IP化（包括TDM交换机和软交换机），具体又可分为汇接局的IP化和端局的IP化。随着端局IP化的全面完成，汇接局也将随之退出历史舞台，电路域核心网将实现端局到端局直接互通并最终实现控制与交换相分离，即交换平面由路由器和MGW负责，控制平面由MSC服务器和MGW代替原有MSC，充分发挥交换与控制相分离所带来的“集中管理、分布组网”的优势。作为核心网的神经，信令网也逐步在向全IP化演进，其演进过程可以分成信令承载的IP化和信令本身的IP化两个阶段。在软交换时代，将主要通过信令网承载IP化改造来实现；而在IMS时代，现有信令将向SIP信令转变，最终实现信令的全IP化。IP信令网是一个对安全性要求极高的信令网络，然而IP网络属于开放型网络，因此需要考虑恶意攻击、恶意访问等异常情况。鉴于信令在电信网中的重要地位以及IP网承载信令的方式受IP网络特性的制约，QoS、时延、丢包率等对传输信令的影响尚不明确，建议对信令网的IP化采取慎重态度，在建设之前要进行全面的测试与论证。2.2 接入网的IP化作为未来全业务运营网络的重要组成部分，接入网也在向全IP化演进。与核心网相比，接入网的IP化面临着更复杂的问题。一方面，由于接入网改造的复杂性，改造时应兼顾业务和网络发展的长期需求，如HSPA、LTE等高速数据宽带业务的需求；另一方面，由于接入网在建网总体投资中占大部分份额，其更新改造必须更多地考虑成本因素。具体来讲，可首先考虑接入网到核心网接口的IP化，对3G系统主要是指RNC到MGW的Iu-CS接口和RNC到SGSN的Iu-PS接口，对2G系统则主要包括BSC到MGW的A接口和PCU到SGSN的Gb接口。从目前的标准进展与设备发展情况来看，3G系统IP化的问题不大。考虑到GPRS数据业务的大量增长，Gb接口的IP化显得较为迫切，因此，建议现阶段运营商重点考虑Gb接口IP化的问题，以满足数据业务增长的需求。对于A接口的IP化目前正在标准化过程中，预计2008年年底将会完成A over IP标准化工作，建议运营商根据实际需求及设备支持情况适时考虑A接口IP化的实施。其次，需考虑接入网内部接口的IP化，主要是3G系统中RNC与Node B之间的Iub接口及2G系统中BSC与BTS之间的Abis接口。未来由于HSPA技术的引入，Iub/Iur接口的IP化已成为趋势，目前很多产品都已支持该功能。对于Abis接口的IP化，则需要对BTS和BSC进行软硬件升级，鉴于目前移动基站的数量巨大，建议运营商充分考虑现有的资源情况，逐步推进接入网内部接口的全IP化。3 对承载网的需求及解决方案承载网的IP化是整个电信网络向全IP架构转型的基础，未来承载网将能够获知并控制业务系统对网络资源的占用情况，并作为统一的控制平台以支撑多业务网络的融合。同时，未来承载网的整体网络层次将更加清晰：骨干层负责数据的高速转发；汇聚层负责对业务进行有效的分类和汇聚，屏蔽接入层变化对骨干层的影响；接入层则负责提供各类业务的综合接入。3.1 核心网IP化对承载网的需求与方案核心网的IP化对承载网提出了QoS、可靠性、安全性等方面的要求，目前要求时延小于150 ms，延时抖动小于10 ms，丢包率小于0.1%。同时，核心网移动承载网络的部署还必须充分考虑网络发展的需求，尤其是要考虑未来与软交换等网络的融合和引入IMS对承载网的影响和需求，以适应融合业务开展的需求。2G/3G核心网IP化对应于承载网的骨干层，以提供长途业务的高效、灵活承载。目前核心网的骨干传输网有以下两种建设方案，如图2所示。l IP over SDH/ASON over WDM，适用于2.5 Gbit/s以下颗粒的传输，其中路由器负责存储转发，SDH负责调度与保护，WDM提供线路带宽，同时解决长途专线小颗粒业务的调度需求。大容量的光核心调度设备叠加智能控制平面ASON，还可以进一步提升网络的安全性和灵活性。l IP over OTN，适用于 2.5/10 Gbit/s以上大颗粒业务的传输，IP业务直接承载在具备交换和管理能力的OTN上是未来最理想的承载方式之一，网络层次清晰、架构简单。考虑到各传输核心节点之间业务呈无规则分布，近期可以在骨干网引入Mesh组网模式的ASON来实现优化，从而更加适应未来移动网络的业务调度需求。远期可考虑在骨干层引入OTN，通过完善光层的保护，减轻IP层保护的压力，使IP层更关注业务的承载，同时保证大颗粒业务的传输更高效，最终实现2.5 Gbit/s以下颗粒的业务采用IP over SDH/ASON over WDM传输， 2.5/10 Gbit/s以上大颗粒业务由IP over OTN传输的混合机制。3.2 接入网IP化对承载网的需求与方案2G/3G不同阶段对无线接入的承载能力要求各不相同。在2G阶段，主要以语音业务为主，同时辅以少量的数据业务，接入网多采用E1接口，带宽需求为 24 Mbit/s。在3G发展初期，以发展数据业务为主，但受空中接口限制一般对网络带宽需求不大，且2G/3G大多共站址，需要考虑统一承载。在3G成熟期，无线接入网将走向IP化、宽带化，基站接入带宽迅速提升，S111型单基站的平均带宽需求为 810 Mbit/s，S222型单基站的平均带宽需求为2030 Mbit/s，此时承载方案需重点关注数据业务的承载效率与成本。接入承载网络主要完成基站(BTS/Node B)与基站控制器(BSC/RNC)之间的业务接入和传输。由于基站通常很分散，由基站到基站控制器间的传输常常需要经过接入与汇聚两层网络。目前，无线接入网的主流承载网技术有SDH、MSTP、微波、GPON、PTN等，其对比分析见表1。l MSTP是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理与传输，提供统一网管的多业务节点。MSTP具有可靠性高、稳定性强、易于管理维护、成本低等特点。l 微波可作为MSTP的补充。在部分郊县或者光缆资源缺乏情况下，可采用微波设备进行基站业务的接入，在SDH无法成环的地方，亦可采用微波设备与SDH混合组环。l GPON是同步系统，具备线路时钟传输能力，可作为微蜂窝基站的补充接入手段，提供无保护的低成本接入。l PTN采用分组架构，是电信级以太网和MSTP传输技术的融合，可为移动业务IP化和宽带化发展提供统一的承载与高精度时钟，但是从现阶段的业务需求与产品成熟度考虑，PTN的规模商用还比较早。根据国外运营商经验，只有当全网的IP包流量超过整个网络承载业务流量的70%时，采用分组传送技术才能在整网总体拥有成本上体现出较大的优势。在3G发展初期，MSTP是无线接入网最佳、最成熟的承载方案，可以很好地满足2G/3G无线接入网的承载要求，目前国内各大运营商的MSTP网络基本覆盖完善，只需进行补点扩容即可满足新建基站承载的需要。微波与GPON技术则建议作为MSTP传输网灵活的补充接入手段。在3G成熟期，伴随HSPA业务的开展，IP业务所占比重不断加大，可考虑逐步引入PTN技术，实现综合业务承载，提高数据业务的承载效率，降低承载成本。4 移动网IP化需注意的问题移动网的全面IP化将带来多方面的变化和影响，一方面网络的IP化可以在一定程度上节约传输资源，降低建网成本；另一方面，网络的IP化在QoS、安全性、可靠性、运维与网管等方面也给运营商带来了一定的挑战。 （1）QoSIP网络拥有强大的数据传输能力，但其具有“尽力而为”的特征，如何根据网络的实际情况，制定相应的QoS保证机制，是网络IP化过程中需要重点考虑的问题。一方面，可采用专用、轻载、有质量保证的IP承载网来保障业务层的QoS。另一方面，应支持区分服务、排队调度、拥塞管理、流量控制等技术手段来保证QoS，当检测到IP链路质量不好时，应保证重要客户的消息优先传递，实现差异化服务。 （2）安全性与可靠性运营商要彻底全面地推进网络的IP化，必须重视网络的安全性与可靠性。在安全性方面，由于IP网络是开放型网络，存在受到各种攻击的可能性，因此，可以通过VLAN、VPN等方式隔离相关数据，以确保传输的安全性。在可靠性方面，对于IP承载网，可采用双平面等冗余结构设计，配合故障检测，保证传输的可靠性；对于核心网设备，还可考虑配置冗余的IP端口以及引入Pool的方案，保障数据传递的可靠性。另外，在解决网络安全性与可靠性的同时，还必须注意平衡系统资源占用情况以及成本等方面的因素，保证移动网络IP化的顺利实施。 （3）网络的运维与管理传统的网络运维与管理模式是以网络为中心，通过网管系统监控整个网络，随着网络向全IP架构的演进，这种模式将不再适应网络的要求。在未来全IP网络环境下，网络的运维管理模式应逐步从“以网络为中心”向“以业务为中心”转变，从传统的网元管理向网络层管理转变，最终向业务层服务保障转变，建立以客户为中心、以服务保障为手段、以服务质量为主要管理内容的新型运维管理模式。5 结束语从电信业务需求和通信网技术的发展