●基于分組技術的多業務傳送網絡是運營商城域網演進的主流趨勢
●IP RAN的部署需要兼顧3G與LTE網絡的回傳需求
●城域網絡的演進是基于分組化的IP RAN和基于TDM的MSTP融合協作并逐漸替代的過程
IP RAN是無線接入網(RAN)IP化的產物，通常指基于IP技術的移動回傳網絡。隨著移動互聯網的迅猛發展，無線接入網正朝著全IP化的方向演進，包括基站的IP化和移動回傳的IP化。隨著第三代合作伙伴計劃(3GPP)對無線接入網IP化標準的大力推進，從2006年開始，主流設備廠家所提供的3G基站產品就具備較完善的IP協議支持能力。然而由于移動回傳一直依賴基于同步數字體系(SDH)的基于SDH 的多業務傳送平臺(MSTP)網絡，因此難以滿足無線接入網IP化和寬帶化的發展要求。IP RAN作為基于路由器/交換機等數據設備所構建的動態IP承載網受到了廣泛關注，成為實現移動回傳IP化的重要技術選擇。
1業務需求與應用定位
隨著移動通信從3G向LTE的演進，以及智能手機等終端對網絡覆蓋和傳輸帶寬的不斷增加，中國主流運營商均加大了3G網絡的部署，進一步推動業務從傳統的語音式向數據式演進。目前移動網絡業務主要是通過MSTP網絡進行回傳，其典型的接入環容量為155 M或者625 M。從現有網絡的實際流量監控來看，在相當長時期內，MSTP技術仍可作為以2G、3G移動回傳為主的、帶寬需求不大的站點的綜合接入手段。但是由于應用環境的變化和自身特點的限制，現有的MSTP技術在高帶寬供給、三層網絡功能提供等方面已經不能適應面對業務IP化和寬帶化的發展趨勢。因此，IP RAN的部署還需要兼顧3G與LTE網絡的回傳需求。
對于全業務運營商，他們則希望實現移動與固定寬帶業務的融合承載。其期望承載的業務主要包括：移動回傳業務、家庭客戶接入業務（固定寬帶、語音及IPTV業務等），以及集團客戶業務（時分復用模式(TDM)專線、異步傳送方式(ATM)專線、以太網專線，及多協議標簽交換(MPLS)業務等）。從業務的服務質量要求、對承載傳送網絡的要求、流量特點等方面綜合考慮，承載的業務劃分為兩大類：公眾平面業務和電信平面業務。前者主要指互聯網寬帶業務，也包括集團客戶的互聯網專線接入，其業務特點為流量大、突發性強、控制難度大、無明確質量要求，并且均為盡力而為業務；后者主要包括移動回傳、固定語音、交互式網絡電視(IPTV)、集團客戶專線等業務。其業務特點為流量模型相對穩定、便于控制，主要為運營商網內業務或集團客戶業務，對于安全性和可控性的要求比較高，并且有嚴格的質量要求，承載網絡的封閉性要求強。運營商對于不同類型的業務往往采用不同的承載技術和網絡，公眾平面業務主要由傳統的IP城域網進行承載，業務包括互聯網業務、固定寬帶業務以及Wi-Fi熱點業務等，電信平面業務則采用相對封閉的專用IP承載網，業務包括下一代網絡(NGN)、移動分組域業務等。從網絡運營的集約化角度考慮，在城域層面實現多業務統一承載是必然趨勢[1]。
總之，為滿足3G/LTE回傳及全業務統一承載的需求，IP RAN需要具備如下能力：
●多業務承載。目前運營商網絡承載的業務包括互聯網寬帶業務、大客戶專線業務、固話NGN業務和移動2G/3G業務等，既有二層業務，又有三層業務。尤其是當移動網演進到LTE后，S1和X2接口的引入對于底層承載提出了三層交換的需求。由于業務類型豐富多樣，目前各業務的承載網獨立發展，造成承載方式多樣、組網復雜低效、優化難度大等問題。新興的承載網需要朝著多業務承載的方向發展。
●超高帶寬。隨著業務日趨寬帶化，固網寬帶提速后家庭接入可達20 M，并在向100 M邁進；移動寬帶高速分組接入(HSPA+)已規模商用，帶寬達21 M甚至42 M；未來LTE部署后用戶帶寬可達300 M。因此移動回傳與城域承載網必須有足夠強的帶寬擴展能力。
●服務質量(QoS)保障能力。帶寬的提升和業務類型的多樣化對網絡QoS保障能力提出了更高的要求。移動回傳網同時承載移動PS域和CS域的業務，CS域業務通常需要更高的QoS保證。此外，承載網還承載大客戶專線等高價值業務，網絡必須具備完備的QoS能力。
●高可靠性。為保證網絡質量，承載網需要具備端到端的操作、管理和維護(OAM)故障檢測機制，可以從業務層面和隧道層面對業務質量和網絡質量進行管控。此外，網絡還需要電信級的保護倒換能力，確保語音、視頻等高實時性業務的服務質量。
近年來，國際上許多運營商紛紛采用IP RAN建設移動回傳網或多業務承載網。如北美運營商AT&T、Verizon、Sprint等都已確立IP RAN的建設思路，他們認為IP RAN便于擴展網絡規模，統一的承載網能有效簡化網絡結構，同時在產業鏈和運維方面的優勢也會大幅降低運營成本。西班牙電信Telefonica已確定向IP RAN方向發展，在馬德里、巴塞羅那等7個城市部署了IP綜合承載網。英國電信BT的IP RAN建設使BT的移動承載網能滿足綜合業務需求，適應快速的業務變化與演進。中國運營商中國聯通與中國電信也積極開展了IP RAN的全面測試和現場試驗，探索IP RAN規模應用的可行性，中國聯通已開始IP RAN規模部署的實踐[2-3]。
2技術特點與主要優勢
IP RAN是指IP化的無線接入網，雖然狹義上的IP RAN專注于陸地無線接入網(UTRAN)到核心網(CN)之間的IP化。但是目前業界常說的IP RAN是指使用IP/MPLS技術來承載業務的組網方式。由于使用IP/MPLS組網可以從根本上實現移動回傳的IP化，因此業內就直接使用IP RAN來命名這種組網方式。IP RAN具有如下技術特點和優勢：
（1）端到端的IP化。端到端的IP化使得網絡復雜度大大降低，簡化了網絡配置，能極大縮短基站開通、割接和調整的工作量。另外，端到端IP減少了網絡中協議轉換的次數，簡化了封裝解封裝的過程，使得鏈路更加透明可控，實現了網元到網元的對等協作、全程全網的OAM管理以及層次化的端到端QoS。IP化的網絡還有助于提高網絡的智能化，便于部署各類策略，發展智能管道。
（2）更高效的網絡資源利用率。面向連接的SDH或MSTP提供的是剛性管道，容易導致網絡利用率低下。而基于IP/MPLS的IP RAN不再面向連接，而是采取動態尋址方式，實現承載網絡內自動的路由優化，大大簡化了后期網絡維護和網絡優化的工作量。同時與剛性管道相比，分組交換和統計復用能大大提高網絡利用率。
（3）多業務融合承載。IP RAN采用動態三層組網方式，可以更充分滿足綜合業務的承載需求，實現多業務承載時的資源統一協調和控制層面統一管理，提升運營商的綜合運營能力。
（4）成熟的標準和良好的互通性。IP RAN技術標準主要基于Internet工程任務組(IETF)的MPLS工作組發布的RFC文檔，已經形成成熟的標準文檔百余篇。IP RAN設備形態基于成熟的路由交換網絡技術，大多是在傳統路由器或交換機基礎上改進而成，因此有著良好的互通性。
3關鍵問題與發展方向
基于IP/MPLS組網的IP RAN應用于移動回傳以及多業務承載依然面臨多方面的挑戰，技術和產品也需要不斷地改進和發展。
（1）規模組網問題。IP RAN的組網規模是業內一直有爭議的問題之一。從目前由路由器組網的現網部署情況看，還沒有上千個節點的單個IP承載網存在。但是從全網角度看，整個互聯網就是由自治的多個IP網通過邊界網關協議(BGP)注入形成的完整網絡。因此，基于IP/MPLS的IP RAN網絡也可以采用分域管理，不同的域使用不同的內部網關協議(IGP)協議，并互相使用靜態路由注入的方式解決規模組網的問題。靜態路由配合動態路由，也利于網絡路由收斂、故障恢復和自愈。
（2）OAM管理問題。傳統路由器組網的網絡配置管理是采用命令行方式(CLI)。命令行方式的特點是可以使用各種平臺和網絡，配置速度快、命令豐富。而傳統傳輸設備如MSTP的配置方式是圖形界面(GUI)，特點是配置直觀，適合批量管理，使用簡單。為了減少管理方式變化給運維帶來的影響，部分路由器廠家已經開發了基于圖形界面的管理方式，并遵循了傳統的MSTP網絡管理習慣。由于IP RAN的承載方式打破了運營商傳統傳輸專業的運維和管理思路，如何平穩過渡還需要在實踐中進一步探討。
（3）保護恢復問題。IP/MPLS采用快速重路由(FRR)機制可以提供50 ms級別的故障恢復，但屬于局部網絡保護方式，當鏈路或節點故障發生在TE 域之外，系統的故障恢復需要IGP收斂實現，整網保護倒換可能在幾百ms左右。
（4）端到端QoS保障問題。在傳統IP承載網中，高品質的QoS保障往往要靠大帶寬輕載來實現，網絡帶寬的利用效率較低。為此需要考慮部署端到端的QoS解決方案，以提高網絡利用率。
（5）與現網的互聯互通問題。由于運營商原有MSTP部署的規模較大，雖然MSTP提供了以太網接口，以滿足IP化和多業務的承載，但內核仍為TDM。另一方面MSTP承載了現網中大部分業務，新部署的IP RAN還不能完全取代MSTP，業務的割接有一個漸進過程，因此在MSTP與IP RAN共存的情形下，必須解決MSTP與IP RAN的互聯互通問題，包括業務的互聯互通、OAM的互聯互通以及網絡保護的互聯互通。
4 IPRAN與MSTP的互聯互通
現階段，IP RAN將主要承載移動基站回傳、集團客戶業務、L2和L3專線等電信級業務；而傳統的TDM業務目前還是由MSTP網絡進行承載。但是隨著3G基站量的不斷增長和HSPA+的規模部署，MSTP網絡難以滿足移動回傳新增的帶寬需求，采用IPRAN網絡逐步代替MSTP網絡已是運營商網絡發展的重要趨勢。對于MSTP網絡應嚴格控制建設規模、充分挖掘其潛力。但由于在較長時間內存在MSTP與IP RAN共存的局面，因此MSTP與IP RAN的互聯互通成為了網絡演進中的重要課題。
4.1基于UNI對接的IPRAN與MSTP互通組網技術
BSC：基站控制器
MSTP：基于SDH 的多業務傳送平臺
RNC：無線網絡控制器
圖1采用UNI對接的IPRAN技術與MSTP的互通組網方案
如圖1所示，在基于用戶節點接口(UNI)對接的場景中，MSTP設備和IP RAN設備互通組網所承載的TDM業務和數據業務分別通過SDH接口和GE接口進行互通傳輸，因此要求互通的MSTP設備和IP RAN匯聚設備需要同時具備GE接口和SDH接口。但是由于TDM業務和數據業務的配置是相對隔離的，即是在IP RAN網絡中和MSTP網絡中各自配置其端到端的業務，因此如何實現網絡的時鐘同步不可避免。而在這一點上，我們建議可采用線路抽取時鐘和外定時等方式實現，從而解決整個MSTP網絡和IPRAN網絡互連組網的時鐘同步問題。
在運維方面，MSTP網絡和IP RAN網絡采用不同的網管操作界面，IP RAN網絡應該延續MSTP的網管理念，維護界面清晰，以快速告警和定位網絡的故障。對于在實際組網中遇到的異廠家組網的情況，不同廠家MSTP和IP RAN網絡混合組網的問題也可以依據此方法實現對接。
在OAM方面，MSTP和IP RAN設備各自采用其OAM標準，MSTP設備采用基于SDH開銷的OAM管理機制，而IP RAN設備依據設備形態的不同可以采用基于G.ACH+Y.1731或者雙向轉發檢測(BFD)的OAM管理機制。SDH接口和GE接口互通部分的OAM是采用基于802.3ah或者802.1ag的接入鏈路OAM管理機制。
在保護倒換方面，MSTP部分基于SDH的復用段保護實現小于50ms的保護倒換，而IP RAN設備采用基于1:1/1+1線性或者環網保護實現小于50 ms的保護倒換。在互通部分，對于GE接口的數據采用以太網的鏈路聚合組(LAG)保護，保護倒換時間小于200 ms；而對于SDH接口的業務，采用1:1/1+1 MSP保護, 實現小于50 ms的保護倒換。
基于UNI接口實現MSTP和IP RAN網絡的互連互通也有如下兩個方面的局限性：一方面，基于UNI互通會在IP RAN網絡與MSTP網絡邊界存在單節點失效的隱患。由于在本互通場景中，不論是IP RAN網絡和MSTP網絡，均只有一個節點進行互通，鏈路的保護可以通過SDH復用段和MSP線性保護實現，但是對于節點的保護并不完備，因此存在MSTP網絡或者IP RAN網絡互通節點失效時，網絡中斷的隱患。另一方面，基于UNI互通會使現有部分IP RAN設備缺乏支持STM-4業務承載能力。目前來看，各廠家的IP RAN設備對TDM業務的支持程度不一，并不是所有分組均支持STM-4的業務承載能力，當MSTP通過STM-4進行TDM業務的UNI口互通時，會存在GE接口的數據互通，而SDH接口的業務無法互通的狀況。
4.2基于NNI對接的IPRAN與MSTP互通組網技術
BSC: 基站控制器
RNC:無線網絡控制器
圖2采用NNI對接的IP RAN與MSTP互通組網
如圖2所示，在本場景中，MSTP網絡的接入環和IP RAN網絡的匯聚環所承載的業務是利用NNI接口實現對接，即通過SDH接口進行互通傳輸。在IP RAN網絡中，IP RAN匯聚節點設備需要提供網關板卡支實現SDH信號到PW/LSP信號的轉換功能。SDH設備中的以太網業務和TDM業務適配到IPRAN設備中的以太網業務和TDM業務進行傳遞，SDH中的STM和VC層的承載與IPRAN設備中的PW和LSP層適配，從而實現業務的互通。
另一方面，由于MSTP網絡采用的是SDH的告警機制，而IP RAN網絡采用的Pseudowire (PW)、標簽交換路徑(LSP)、段層的多層次告警機制或者基于BFD、LSP ping 和Traceroute等MPLS的告警方式。因此分組設備的網關板卡需要支持SDH信號、VC 12告警與IPRAN網絡PW告警的無縫轉換，從而實現互通組網中告警OAM的端到端管理。
對于基于NNI接口實現MSTP網絡和IP RAN網絡的互聯互通方式，其保護倒換功能也是需要重點關注的方面，因為這直接關系到該方式的互聯互通能否滿足電信級網絡的生存要求。在前面所討論的基于網關板卡實現MSTP網絡與IP RAN網絡互通組網的端到端OAM對接與轉換的基礎上，可以通過OAM迅速定位故障的程度和類型，及時觸發網絡保護倒換，從而實現基于電信級的50 ms端到端保護。
由于在互連互通時能實現端到端的OAM互通，又能滿足端到端50 ms保護倒換要求，基于NNI接口的互通方式比基于UNI接口的互通方式在網絡的OAM和保護倒換方面有優勢，但是通過NNI接口對接存在如下的問題：一方面，由于通過NNI接口實現對接需要IP RAN設備具備SDH的網關板卡，但是目前業界僅有一部分廠家可提供SDH網關板卡；另一方面，在進行MSTP網絡和IP RAN網絡之間的業務適配時，SDH和以太網開銷轉換比較復雜，目前業內還沒有針對這個問題提出解決方案，缺乏相關標準規范的支持，因而無法實現異廠家設備的互通，這為NNI接口對接方式的廣泛應用帶來了挑戰。
5 結束語
隨著移動通信日趨寬帶化和IP化，基于TDM的MSTP無論從容量還是技術上都無法滿足移動回傳的需求，建設新型的分組化移動回傳網勢在必行。在此背景下，基于IP/MPLS組網的IP RAN成為了重要的技術選擇。IP RAN采用成熟的IP組網技術，同時吸取了傳統傳輸網的管理理念，是實現移動與固定寬帶業務統一承載的重要手段。但IP RAN設備和網絡依然處于發展過程中，面臨組網模式、QoS、保護、運維等多方面的挑戰，有待進一步改進。尤其是在MSTP已大量部署的情形下，如何實現IP RAN與現有MSTP的互通和融合，確保傳送網由TDM向分組化平滑演進是需要關注的關鍵問題。總之，IP RAN作為新一代移動承載網必將隨著移動寬帶的發展得到更廣泛的部署，其技術也需要在實踐中不斷發展和完善。
5 參考文獻
[1]Niven-Jenkins b, Brungard d, Betts m,et al.Requirements of an MPLS Transport Profile [S].IETF RFC 5654. 2009.
[2] 張沛，趙正一，簡偉等.城域網的業務需求及其與MSTP網絡互聯互通場景分析[J]. 信息通信技術，2012 27（2）：6-12.
[3] 唐雄燕，張沛. IP RAN:移動回傳向全IP化演進[N].人民郵電報, 2012-05-10.
作者簡介
唐雄燕，中國聯通研究院副總工程師、博士、教授級高工，兼任北京郵電大學兼職教授、博士生導師，中國通信標準化協會泛在網技術工作委員會副主席；長期在電信運營企業從事寬帶通信和信息應用方面的研發和技術管理工作；已出版專著5部，發表技術論文100余篇。
簡 偉,北京郵電大學和美國佐治亞理工大學聯合培養博士；現工作于中國聯通研究院網絡技術中心；研究方向包括(超)100G光傳輸技術、光/分組傳送網、超高速毫米波無線傳感器網絡以及毫米波無線通信系統等方面的研究。
張沛,北京郵電大學光通信中心博士畢業；現工作于中國聯通研究院網絡技術中心；研究方向是高速光傳輸系統、承載網關鍵技術研究；向ITU-T提交國際文稿二十余篇，發表文章十余篇，專利3項，著作3本。