IPRAN技术及规划方法

IPRAN规划建设培训,2013年5月,提纲,无线网络需求分析3G承载需求分析LTE承载需求分析IPRAN技术及设备规划方法,CDMA,CS域,PS域,Abis,A1/A2orA1p/A2p,A10/A11(R-P),IPRAN网络范畴,CDMA核心网分CS（电路交换）域和PS（数据交换）域，前者主要承载话音，后者主要承载数据3G以后，伴随着CS域和PS域的内核IP化，BSC/PCF与CS域和PS域的接口已经从TDM接口向IP接口转变BTS和BSC/PCF间的网络在国外叫MBH（mobilebackhaul）即移动回程网络，在2G和3G初期以TDM方式（SDH/MSTP）承载，目前正逐步以IP方式承载为主，即形成IPRAN,A10/A11(R-P),Abis,3G业务承载需求,大流量转发：如果按每个BSC接入1000个基站，BSC需要接入带宽=（8M26M）*1000=8G26G当数据业务流量超过整个网络承载业务流量的70%以上时，采用MSTP建设传送网成本上就不再有优势。EV-DO数据业务具有突发、动态和高峰均比等特点，需要支持分组的统计复用高可靠性需求：支持电信级OAM和保护机制，以提供可靠的RAN连接传送全网的频率同步和时间同步,LTE标准进展,LTE:即LongTermEvolution,长期演进，是3GPP主导的无线通信技术的演进。LTE标准主要版本有R8:R8是LTE的最早版本，于2008年底完成-带宽为100MR9:R9版本于2009年完成，对R8的改动不大，被认为是LTE的过渡版本-带宽为100MR10:代表4G技术的R10版本也称为LTE-Advanced，其主要技术规范在2011年初完成-带宽为1G,LTE相对3G的性能提升,2*1.25MHz,2*20MHz,峰值速率,业务时延,3.1Mbps,150Mbps,50倍,EVDO,更宽的频谱,多天线传输技术,更高的调制方式,MIMO增益：2倍,带宽增益：16倍,调制增益：1.5倍,LTE：1.25MHz20MHz,LTE：1T2R2*2MIMO,16QAM64QAM,扁平化网络架构,取消基站控制器,60毫秒,10毫秒,6倍,LTE网络结构,E-UTRAN,UE,EPC,EPS,LTE:LongTermEvolutionSAE:SystemArchitectureEvolutionEPC:EvolvedPacketCoreEPS:EvolvedPacketSystemPCRF:PolicyandChargingRulesFunction,网络架构总体叫做EPS(EvolvedPacketSystem)，主要分为以下三个部分：UE（UserEquipment）：UE是移动用户设备，可以通过空中接口发起、接收呼叫。LTE（LongTermEvolution）：无线接入网部分，又称为E-UTRAN，处理所有与无线接入有关的功能。EPC（EvolvedPacketCore）：核心网部分，主要包括MME、S-GW、P-GW、HSS等网元，连接Internet等外部PDN（PacketDataNetwork）。,EPC网元功能,网络管理实体（MME）MME主要功能是NAS信令及安全，跟踪区域（TrackingArea）列表的管理，P-GW和S-GW的选择，跨MME切换时对于MME的选择，鉴权，漫游控制以及承载管理，EPS接入网络节点之间的移动性管理等。服务网关（S-GW）S-GW是面向eNodeB终结S1-U接口的网关。S-GW对基于GTP和PMIP的S5/S8接口可以提供的主要功能有当eNodeB间切换时作为本地锚定点并协助完成eNodeB的重排序功能，合法侦听以及数据包的路由和前转，根据每个UE，PDN和QCI的上行链路和下行链路的相关计费等。PDN网关（P-GW）P-GW是面向PDN终结于SGi接口的网关。如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个P-GW。P-GW对基于GTP和PMIP的S5/S8提供的主要功能有基于用户的包过滤，合法侦听，UE的IP地址分配，在上行链路中进行数据包传送级标记，上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制，基于业务的上下行速率的控制。P-GW还提供仅基于GTP的S5/S8接口的主要功能有上下行链路承载绑定，上行链路绑定校验等。,LTE的承载需求（1）,LTE组网对承载网提出的需求主要包括：E-UTRAN：包括eNodeB和EPC之间的互连需求（S1-MME和S1-U接口），以及eNodeB之间的互连需求（X2接口）。核心网：指EPC网元之间的互连需求，包括MME、S-GW和P-GW等。,PS域,LTE承载需求（2）,EPC,CN2,163,LTE阶段承载网的变化,网络扁平化，承载域变大3G流量流向为：基站BSCPDSN；以BSC为分界，分为本地网承载段和省内长途承载段LTE流量流向为：本地网eNodeB省会EPC互联网；取消了BSC且初期EPC省集中部署，需事先跨本地网的承载,3G基站,B,LTE基站,大客户,本地网1,3G基站,大客户,LTE基站,本地网2,ER,A,ER,B,承载带宽变大：每个eNodeB流量均值为150200M，是3G带宽的10倍,承载范围,承载范围,EPCPE,现网基站回传功能与性能测试带宽,武汉现网测试单基站承载网峰值为422M，UE峰值为363.9M多用户均匀分布时，承载网带宽需求为232M，UE带宽为189.3M,广州现网测试：单站带宽需求能达到平均120M150M左右单站2个UE定点附着，S1接口平均速率达到150M；单站6个UE定点附着，S1接口平均速率达到120M；单站6个UE均匀分布，S1接口平均速率达到73M；,现网基站回传功能与性能测试-时延,VOIP测试工具（测试环境中无IMS网元）：PC上装载的VOIP模拟软件（Ixchariot）发送VOIP模拟数据并统计MOS值、时延、抖动等值测试结果测试结论：结论：时延和抖动对FTP业务影响不大结论：时延、抖动会对VoIP质量产生影响，但是不是很敏感，加载时延、抖动在100ms以内时，VoIP质量仍然在正常范围内（有可能是因为PC的BUFFER太大，可缓存大量数据报文）,3GPP针对各类业务端到端时延（UEPGW）定义,备注1中说明eNodeB到PGW之间平均时延20ms,摘自3GPPTS23.203的章节,MEF论坛针对移动回传网传输时延要求（1）,将业务分为4种等级（H+/H/M/L），分别定义相应的质量要求，其中H+业务仅包括同步业务,摘自MobileBackhaulImplementationAgreement11.5.1章节,针对4种等级（H+/H/M/L）的业务，分别定义了不同的时延等质量要求，其中H+业务明确要求时延=10ms，其他业务的时延要求在MEF23.1中定义,摘自MobileBackhaulImplementationAgreement11.5.2章节,MEF论坛针对移动回传网传输时延要求（2）,针对H/M/L业务，城域内时延=10ms,针对H/M/L业务，区域（省）内时延=25ms,摘自CarrierEthernetClassofServiceIA6.11.3章节,摘自CarrierEthernetClassofServiceIA6.11.3章节,提纲,无线网络需求分析IPRAN技术及设备国内运营商移动回传网方案IPRAN设备情况后续研究关注规划方法,LTE商用情况,GSA（GlobalMobileSuppliersAssociation，全球移动设备供应商协会）统计：全球338家运营商承诺将部署LTE网络，并有45个国家的89个LTE网络已商用，2012年底达150个。,在89个LTE商用网络中，80个为LTEFDD，7个为TD-LTE（巴西，日本，沙特（2个），澳大利亚，印度，英国），2个同时运营FDD和TD-LTE（波兰Aero2，瑞典3Swenden）。,在89个运营商中，LTE的承载方案，除中移动采用PTN方案、日本软银采用PTN+路由器方案外，其余采用IPRAN方案,现网MSTP承载的技术特点和问题,MSTP存在的问题不支持流量统计复用，承载效率低。MSTP基于SDH固定时隙（2M/155M）进行传输，BSC与其所辖的所有BTS间采用独立的E1传送，不能实现流量汇聚复用使其传输效率低。无法承载多点到多点业务，业务承载扩展性差。LTE阶段要求基站间业务直通，MSTP无法满足承载需求。,MSTP基于SDH平台，同时实现对TDM、以太网等业务的接入、处理和传送。,3G基站,MSTP网络,核心环,汇聚环,接入环,大客户,城域骨干网,BSC,CN2,PE,互联网接入,VPN接入,基站接入,宽带接入网,IPRAN定义：IPRadioAccessNetwork，基于IP的无线接入网，是基于IP/MPLS分组交换的无线接入网技术。该技术在转发和控制协议上以IP/MPLS为基础，基于BFD、MPLS-TE等技术实现保护功能，基于SNMP等提供OAM能力，并采用了以太网的同步机制。,IPRAN技术组成,国际：采用IETF已有IP/MPLS标准国内：CCSA的设备标准已经报批，即将发布,中国电信：已发布了IPRAN设备技术要求；已下发综合接入网试点建设指引和维护指引（含PTN和IPRAN）,IPRAN技术标准,IPRAN技术概况,中国电信2010年以来的试点工作,2010年和2011年，集团公司在广东、浙江、江苏、福建、上海和湖北6省13个本地网开展试点。试点方案：除上海外，均以环网为主。,A,A,GE,IPBSC/AN,B,城域骨干网,CE,CE,试点业务：以基站回传和动力环境监控为主试点结论：IPRAN可实现对现有基站回传、动环监控等多业务的融合承载，IPRAN设备管理可纳入城域网网管管理，采用端到端的IP的OAM机制，相对于路由器+PTN方式便于故障定位IPRAN设备产业链已经成熟，主流厂商均可提供满足需求的设备,B,SR,SR,IPRAN分为核心层、汇聚层与接入层三层核心层直接与BSC或IP骨干网相连，一般采用大容量路由器构建，具备高密度端口和大流量汇聚能力（暂命名为RANER）汇聚层由B类设备（IPRAN汇聚路由器）组成，用于接入汇聚A类设备接入层由连接基站的A类设备（IPRAN接入路由器）组成。3G网络中，ER汇接从基站到BSC流量；LTE网络中，ER汇接从EnodeB到PGW/SGW的流量,IPRAN网络架构,IPRAN设备分类,设备分类,主流厂家设备型号(A/B）,主流厂家设备能力（B类）,主流厂家设备能力（ER）,后续研究关注网络,汇聚网络侧网元的ER与汇聚核心侧网元的MCE如何融合MCE、BSCCE、EPCCE如何融合IPv6环境下的承载网组网,后续研究关注业务监控,网络异常导致基站退服,传输有专门的误码监控字段,G.707建议中提供的误码监视字节BIP-X描述如下，BIP-8:B1BIP-N*24:B2BIP-8:B3BIP-2:V51-2,G.828/G.829建议中提供的误码监视字节N*BIP-m描述如下，BIP-8:B1(24*N)*BIP-1:B2BIP-8:B3BIP-2:V51-2,无线检测到误码会降级乃至退役,AL基站：2G基站的误码达到10-6，就有可能导致小区不可用，达到10-410-5就基本挂掉3G基站当监测出每秒大于3个错误包时（连续3S都出现3个错报，启动10S的timer),继续监测错误，如果在10S内错误率降低则一切清零；如果10S内错误率仍大于每秒3个，则基站向RNC上报AAL2的告警并退服华为基站：在10-6误码率时，业务质量良好；降级误码率为10-4以上。中兴基站：降级误码率为10-4,1、无线和传输都以误码率作为判断网络质量的依据。而IPRAN是以丢包率为依据；2、误码率增大和网络故障都有可能导致丢包，所以误码率和丢包之间没有严格的对应关系3、IPRAN缺乏误码监测手段，无法满足无线承载要求,后续研究关注虚拟化（1）,IPRAN虚拟化在业界是部分IP设备厂商近两年提出的一个概念：将A类路由器的数据转发和路由控制平面分离，A类路由器现有的路由和控制功能剥离到B类路由器实现，在控制层面将B类路由器和A类路由器视为一个虚拟集群，最终实现简化A类路由器的配置和维护,虚拟化技术中，将B路由器和下挂的多个A路由器组成一个虚拟组（A设备可看做B设备的拉远单板），所有维护配置在B上操作，A无需配置，简化了对A的配置要求。以一个大省为例，5万个A设备，2000个B设备的网络规模，未虚拟化改造前需要直接管理A、B节点超5万节点，集中维护压力相对较大；经虚拟化升级改造后网管层面集中管理约2000台设备，A设备只需要做简单的现场维护。,产业链情况从各厂商了解到的情况如下华为已完成原型设计，预计今年4月底提供实验室验证版，计划6月底提供商业版本；思科有类似解决方案satellite，已经在comcast部署；中兴目前处在研发阶段，计划2014年1季度推出商业版本；烽火正处于预研阶段；JUNIPER与阿朗还未了解到相应计划；标准化情况目前各厂家采用私有协议，IETF、CCSA均无相应正式标准。中国电信跟进情况和计划中国电信广州研究院准备和华为联合提交CCSA标准立项申请，希望推进产业链功能需求的对标和各厂家原型系统的研发，推进协议层的标准化。2013年网发部的技术研发项目中已包含IPRAN虚拟化的内容，希望通过标准的推进、实验室的验证和测试验证该技术现网部署的可行性。计划在今年3季度启动针对华为设备的实验室验证，如果验证情况良好，4季度或明年初可在现网区域做小规模试点。,后续研究关注虚拟化（2）,后续研究关注-LTE时钟同步（1）,LTE网络有频率和时间两类同步需求频率同步主要解决相邻基站之间的切换时间同步主要针对未来3GPPMBMS业务目前FDDLTE暂不需要时间同步TDDLTE必需时间同步，目前主用基站GPS现阶段目标：新建的设备要求具备同步能力，试点推进并积累经验并形成网络能力，形成对GPS容灾备份，并解决GPS不能覆盖的应用场景时钟源的选择卫星：GPS/GLONASS：精度为30ns，星体为美国/俄罗斯所有北斗：理论精度为100ns，满足国家安全要求，易于获得；但是由于目前卫星数比较少，稳定度有待长期考查，而且对于天线方向要求比较高，有向南/-45度的净空要求地面时钟源中国电信骨干同步网主要提供频率同步06年建设的骨干时间同步网可用于提供地面时钟源，但时间传送精度不高(ms级),已有的地面同步网可以满足LTE网络的频率同步需求，但不能满足时间同步需求,后续研究关注-LTE时钟同步（2）,同步源部署位置方案一：LTE时钟信号取自省集中二级时钟源省干时钟可通过波分设备传递到各本地网的IPRAN(需改造省干WDM/OTN网络，使其支持1588V2)该方案经过的设备跳数较多、距离长，精度能否达到要求需要现网验证，而且每次省干波分割接需要重新计算和配置时间补偿方案二：LTE时钟信号取自本地网三级时钟源本地网同步源通过新建OTN设备将同步信号导入IPRAN时钟信号传送技术：本地网内采用全BC（BoundaryClock）模式逐跳部署1588v2(时间)+以太同步(频率)同步源设备新建具备双星卡和时间处理功能的BITS设备作为同步源利旧原有BITS设备，并新配置双星卡的时间服务器作为同步源中国移动采用新建双星Bits部署到本地网方案，分2期部署，在全国31个省共计336个本地网内新建主备用高精度时间同步设备。一期已完成试点，二期正在部署中。,提纲,无线网络需求分析IPRAN技术及设备规划方法规划方法重点关注问题,2013年IPRAN网络专项规划期为2年（2013-2014年），宜近细远粗，指导网络建设分步实施，其中2013年建设方案应能指导本年度工程建设。IPRAN网络专项规划要与移动专业的需求紧密衔接，并做好多专业的协同规划。规划目标的制定应综合考虑3G流量增长和IP化改造基站的接入需求，以及LTE的建设计划。IPRAN网络架构既要满足3G基站的回传承载需求，又要兼顾即将发牌的LTE承载要求；近期主要覆盖重点城市密集城区的3G基站和LTE试验基站，东部发达省份初期覆盖范围可适当扩大。北方9省应通过IPRAN网络专项规划，在”2012年北方网络能力提升专项“开展的IPRAN工程建设基础上，根据IPRAN网络建设指引（2013V1版）要求，完善、优化IPRAN网络架构，补充核心层网元等内容。规划方案包含IPRAN设备（A类/B类设备、ER路由器）组网、接入光缆网改造、城域传输扩容等内容，并充分考虑替换下来MSTP资源的利旧使用,2013年IPRAN网络专项规划总体要求,IPRAN组网-规模和流量测算,按照基站的数量，将本地网分为超大、大、中、小四种类型，考虑到第一期LTE的引入，以下测算满足到3-5年内流量需求。A/B设备根据LTE基站建设进度按需部署，ER设备一次到位。设备规模,流量估算,A类路由器端口需求-1,A类路由器，用于接入基站和政企客户，业务侧以GE/FE接口为主，网络侧现阶段以GE接口为主。,A类路由器端口需求-2,设备分类端口配置,B类路由器端口需求,B类路由器，用于汇接来自于接入路由器的流量至城域网。配置：业务侧接口以GE为主，网络侧接口以GE和10GE为主。,ER路由器端口需求,ER路由器，用于汇接B类路由器流量，上行3G流量通过BSCCE到达BSC，4G流量通过骨干网到达省会EPC。根据本地网规模，配置26台ER，每一对ER下联1545对B设备,设备选择建议,A设备分类：LTER8/R9单站（S111)考虑均值为200M；当A设备采用环网接入B设备时，根据流量大小可组GE环或双GE环LTER10时，单站峰值将高达1G，繁忙区域组环网时，可组10GE环，但比例不超过20%A设备分为A1/A2两档，A1设备可组GE/2GE环，A2设备可组10GE环；分别满足R8/R9和R10的要求B设备分类以一对B覆盖50个基站计算，R8/R9阶段，上行流量=200M*50=10G，需要210GE+40GER10阶段，上行流量将高达20GB设备分为B1/B2两档，单向可配置容量分别为60G/120GER：小型本地网（基站数750个以下）可采用B2设备作为ER对于超大型、大型、中型本地网，E