CDMA<E移動承載網的現狀及發展演進策略

張曉濱中國電信股份有限公司北京分公司工程師

裴滿林 中國電信股份有限公司北京分公司工程師

柴菲 中國信息通信研究院助理工程師

竺際陽 中國信息通信研究院助理工程師

發展策略

CDMA<E移動承載網的現狀及發展演進策略

張曉濱中國電信股份有限公司北京分公司工程師

裴滿林 中國電信股份有限公司北京分公司工程師

柴菲 中國信息通信研究院助理工程師

竺際陽 中國信息通信研究院助理工程師

傳統的SDH/MSTP網絡已無法滿足LTE移動承載需求，IPRAN的承載方案是基于IP網絡的架構，能承載多樣化的業務，具備很強的網絡擴展能力和新業務適應能力，成為LTE移動承載網首選方案。本文根據CDMA<E混合組網現狀，對CDMA<E移動承載網中SDH/MSTP和IPRAN網絡靈活組網、靈活運維以及技術發展和網絡發展趨勢，提出IPRAN向SDN技術的演進策略。

CDMA LTE SDH/MSTP IPRAN

1 引言

CDMA<E混合組網要求移動承載網滿足移動業務高品質大帶寬需求，具備網絡平滑升級及持續帶寬擴容能力，具備差異化的QoS業務承載能力、滿足移動業務端到端可管理要求。傳統的2G/3G網絡基于TDM/SDH技術，采用TDM獨享管道的網絡擴容模式提供上層網絡移動業務回傳，不支持流量統計復用，承載效率低，無法承載基于3層交換的多點到多點業務，無法滿足LTE網絡中S1-Flex和X2接口的引入所需3層交換的能力。

IPRAN是以IP網絡架構為基礎的硬件結構，具備豐富的3層路由能力，能承載多樣化的業務，并且具備很強的網絡擴展能力和新業務適應能力，符合未來網絡的發展趨勢，可滿足未來的移動通信網絡多種多點對多點的通信場景需求，比如LTE網絡X2接口中多個eNB之間的流量交換以及MME/SAE都需要支持多點到多點的連接，IPRAN使得平滑支持LTE業務變得更易實現。同時，IPRAN具有統計復用的能力，在匯聚、核心層部署網絡時，總帶寬可以根據一定的收斂比進行收斂，以充分利用IPRAN的統計復用能力，降低每比特流量的成本，提高網絡的效率，提供智能、易用、面向未來的承載網絡架構。因此，成為移動承載網首選的解決方案。

隨著IPRAN網絡規模的擴大，IPRAN在網絡高可用性、網絡運維等方面面臨困境。另外，隨著技術的發展，新的增值業務和應用層出不窮，IPRAN網絡如何更好地適應業務網絡的發展和要求，快速響應業務的建立及對業務進行動態維護也是需要考慮的問題。SDN具有轉發與控制分離、控制邏輯集中、網絡虛擬化等特點，能更好地滿足移動業務回傳的需求，解決當前IPRAN面臨的網絡協議復雜、組網規模大、結構復雜、設備硬件成本高、維護難度高、缺乏統一管理等問題。通過在IPRAN網絡中引入SDN架構及相關技術，實現基于SDN的IPRAN網絡，可簡化IPRAN網絡設備，提高網絡自動化部署、運維、管理能力，并為未來新業務的快速開放提供能力，更符合IPRAN網絡后續長期演進的要求。

2 CDMA<E組網情況及承載網絡發展現狀

當前CDMA室外基站每基站帶寬30M，每個基站覆蓋半徑約700m，LTE基站覆蓋半徑和將來4G頻段有很大相關性，頻段越高覆蓋半徑越小，LTE基站覆蓋半徑約為300～500m左右。每基站帶寬和覆蓋小區數有關，每小區100～150m，每基站覆蓋2～3個小區，大概每基站帶寬要求為300～450M。在混合組網趨勢下，FDD LTE一直是電信4G組網的首選，在高話務覆蓋地區用TD-LTE進行網絡覆蓋補充帶寬需求，被視為是TD-LTE能夠發揮最適合作用的方式。根據現網中多種無線接入的特點，對CDMA<E多網協同承載業務定位如下：CDMA 1x網絡主要承載語音、短信等基礎業務；CDMAEV-DO網絡主要承載中低速率數據業務，以及邊遠郊區農村等地的網絡覆蓋；LTEFDD網絡主要承載高ARUP值、高帶寬需求的高速數據業務，并逐步完善網絡覆蓋，最終實現VoLTE承載語音業務；TD-LTE覆蓋城區業務密集的熱點地區、有高速數據業務分流需求的城郊地區和暫不具備光纖到戶的城郊富裕地區，主要承載上網卡和M IFI/CPE數據。

當前CDMA移動基站回傳的數據和語音業務主要采用基于SDH技術的MSTP傳輸網絡承載，基站一般使用2M的TDM接口或捆綁多個2M的FE接口。承載基站回傳業務的MSTP傳輸網，在邏輯上分為以下3個層次：

（1）核心層

核心層是由交換局、數據中心節點、長途局等組成的主干節點，采用城域OTN或2.5/10G的SDH/MSTP設備組建網狀網或環形網。

（2）匯聚層

匯聚層是由重要局站、數據匯聚點組成的匯聚節點，以2.5/10G的SDH/MSTP設備為主，輔以少量155/ 622M的SDH/MSTP設備組建環形網，環上節點個數一般為3～6個。

（3）接入層

接入層是由基站、其他業務接入點組成的接入節點，主要采用155/622M的SDH/MSTP設備，輔助以微波、PDH接入技術組建環形網，根據接入光纜路由有環型、鏈型、樹型等結構，MSTP環節點個數一般為6～15個。

CDMA<E的混合組網模型除滿足帶寬需求及3GPPE-UTRAN承載網主要性能要求外，還需要復雜的數據協議配合，對承載網絡靈活的業務調度能力提出了新的挑戰。為滿足CDMA<EFDD&TD-LTE多網協同承載需求，在仔細研究LTEFDD和TD-LTE技術要求特點的基礎上，對移動承載組網總體要求如下：滿足當前3G移動業務要求的同時，滿足4G業務高品質大帶寬需求，具備網絡平滑升級及持續帶寬擴容能力，具備差異化的QoS業務承載能力、滿足移動業務端到端可管理要求。

IPRAN是當前LTE移動承載網主流的解決方案，它基于靈活IP通信的設計理念，以傳統的路由器架構為基礎，增強OAM機制，業務保護機制以及分組時鐘傳輸能力。相對于傳統的SDH/MSTP網絡，IPRAN方案由于其承載移動業務特點使其更加關注簡化運維，化繁為簡，采用端到端方式節省OPEX支出。憑借IP RAN高可擴展、可演進的特性可以滿足CDMA<E的綜合業務承載需求，適應快速業務變化與演進。根據CDMA<E混合組網需求及IPRAN承載網組網原則和CDMA<E傳輸資源現狀，移動承載網建設思路比較統一：對于已有的CDMA基站，繼續采用SDH/ MSTP承載，但有計劃地逐步隨著LTE建設推進IP RAN改造；對于新建CDMA<E基站，優先采用IP RAN進行承載；在光纜纖芯資源不足的情況下，可采用IP RAN替換3G傳輸設備方式進行承載CDMA<E業務。如圖1所示，當前CDMA<E業務主要通過以下幾種方式承載：

●4GLTE基站業務及部分CDMA基站業務

eNodeB與EPC、BTS、BSC之間采用以太接口，經過IPRAN進行承載，由RANCE匯聚經過GE/10GE接入BSC，CDMA基站語音與數據業務通過1個FE接入BSC，LTE基站業務通過1個GE/10GE接入EPC。

●少部分CDMA基站業務

BTS和BSC之間采用MSTP后，由傳輸匯聚到RANCE以太接口，并經過GE/10GE接口接入BSC，基站語音與數據業務通過1～2個FE接入BSC。

●大部分CDMA基站業務

BTS和BSC之間采用SDH n×E1MLPPP綁定后，由傳輸匯聚到BSC信道化STM-1連接端口，3G基站語音與數據業務均通過1～18個2M接入BSC。

圖1 CDMA<E混合組網下移動承載網的業務承載

3 IPRAN承載網的發展瓶頸及后續演進趨勢

IPRAN網絡規模更大、組網更加靈活、可擴展性也更強，但網絡故障及故障所產生的影響與傳統網絡相比也更大，尤其是基站的批量新建及擴容會對網絡穩定性造成持續的沖擊，對IPRAN運維提出了諸多挑戰，現有IPRAN在網絡高可用性、網絡運維等方面面臨困境，具體表現為：

（1）設備數量大，尤其接入層為海量盒式設備，要求強大的網絡管理能力。

（2）網絡建設工期緊張，對開局部署和業務開通效率要求較高。

（3）接入技術復雜，承載管道多樣，要求E2E業務開放系統支持所有的承載管道的端到端的發放及管理。

（4）移動承載網絡可靠性要求高，要求管理系統能夠高效地配置各種保護技術；能夠實時地監控網絡故障，以及提供有效的故障定位手段。

（5）移動業務發展迅速，頻繁地進行接入層的擴容，要求管理系統能夠高效地配置各種保護技術，能夠實時地監控網絡故障，以及提供有效的故障定位手段。

SDN（SoftwareDefined Network，軟件定義網絡）是一種新興的控制與轉發分離并直接可編程的網絡架構。SDN將傳統網絡設備緊耦合的網絡架構被分拆成應用、控制、轉發3層分離的架構。控制功能被轉移到了服務器，上層應用、底層轉發設施被抽象成多個邏輯實體。如圖2所示，根據IPRAN組網的特征，面向SDN架構的IPRAN虛擬化的基本思路是：SDN用基站回傳的設備作為遠端設備，用實現邊緣業務控制的設備作為中心設備，SDN控制器統一對中心設備及遠端設備實施控制，使維持網絡運行需要配置的協議大幅減少。當遠端設備完成初始化注冊和配置之后，就被虛擬化成中心設備上增加的一塊擴展板卡，而后網絡管理人員就可以像配置中心設備一樣直接實現對所有遠端設備端口的統一管理和配置。接入路由設備的拓撲信息匯總到虛擬控制平面集中計算路徑后，指導接入設備的流量轉發。業務部署接入環免規劃、免人工調測，即插即用。網絡故障定位、故障原因分析只在控制器節點上進行，顯著提升了故障定位的準確性和效率，大幅度降低了海量邊緣節點的OPEX。

圖2 IPRAN移動承載網發展演進SDN模型

SDN具有轉發與控制分離、控制邏輯集中、網絡虛擬化等特點，能解決當前IPRAN面臨的主要問題。SDN技術針對海量的末端設備的虛擬化管理，極大降低了網絡管理規模，提升了運維效率，綜合運營效率相比傳統網絡可提升近60%；通過網絡控制面和轉發面的解耦，可實現新業務落地與轉發設備無關，大大縮短了LTE創新業務上市周期，快速響應市場需求，支撐未來LTE新業務發展與快速創新；通過IPRAN技術，可提供基于每用戶、每業務的實時業務性能檢測，其精度高達10-6，從而使網絡性能可視、可評估、可預測，幫助運營商有針對性地定位網絡性能瓶頸。SDN IPRAN為大規模無縫覆蓋移動通信網絡提供了可管、可視、可擴展的高效運維平臺，將為未來打造覆蓋最好、體驗最好的“CDMA+LTE”一體化移動寬帶網絡戰略邁出關鍵一步。

4 結束語

無論是SDH&MSTP還是IPRAN，都不能完美地解決運營商對于承載網絡的所有需求，因此融合的趨勢在所難免。網絡融合趨勢無疑已經成為電信乃至整個通信行業未來的主要發展方向，核心網、移動承載網、業務網都在融合，運營商希望能通過一張網絡平面，實現各種業務的統一承載，并且要求網絡靈活、智能、低OPEX。未來承載網絡的發展方向是大容量、分組化、智能化。其中，大容量是滿足容量的爆炸式增長和提供更低成本的帶寬，具體表現在電交換演進至光交換，SDH發展至OTN，傳輸帶寬也由前期的STM-N→10G→40G→100G→400G/1T甚至更高；分組化以適應網絡扁平化、業務分組化和資源高效利用需求，具體表現在SDH技術發展到MSTP再演進至PTN/IPRAN；智能化是滿足資源提供的靈活性、動態性和自動化要求，具體表現在由ASON網絡發展至SDN網絡。未來通過在IPRAN網絡中引入SDN架構及相關技術，實現基于SDN的IPRAN網絡，可簡化IPRAN網絡設備，提高網絡自動化部署、運維、管理能力，并為未來新業務的快速開放提供能力。

1 中國電信移動承載網組網與策略規范.中國電信集團.2013

2 陳運清,吳偉等.電信級IPRAN實現.電子工業出版社.2014

3 王元杰,楊宏博等.電信網新技術IPRAN/PTN.人民郵電出版社.2014

4 雷葆華,王峰等.SDN核心技術剖析和實戰指南.電子工業出版社.2014

5 張寶亞.基于SDN的IPRAN網絡虛擬化技術.中興通訊技術.2014,4

2015-01-10）