张坚平，张届新，方 鸣

（1.中国电信股份有限公司上海分公司 上海200120；2.中国电信股份有限公司上海研究院 上海200122）

1 引言

随着移动互联网应用的迅速丰富，移动应用价值链呈现多种化趋势：终端智能化、视频高清化、手机业务互联网化，导致移动网流量快速膨胀（据权威机构Gartner调研，2006-2009年，AT&T公司在引入iPhone之后，入网用户仅增加了40%，而其数据流量增加了50倍；而2008年7月—2009年7月，德国电信运营商O2的数据流量增长了750%）；同时，也对移动网络提出了智能管道、智能适应的要求。而作为移动网络的门户——无线接入网（radio access network，RAN）是移动通信网络基站与其控制设备之间承载通道。为了适应丰富化应用、差异化服务的要求，RAN也面临新的挑战，如高带宽、差异化QoS、网络快速收敛、彩色管道等。

因此，3G/LTE时代的RAN已经不可避免地需要向IP化演进。目前作为RAN端点的基站和基站控制器RNC（radio network controller，无线网络控制器）都已完成部分或全部的IP化演变：基站内核已经IP化，提供IP数据接口；RNC通过无线核心侧CE/SR设备进行3层终结。端到端的IP RAN承载如何实现是亟需研究的课题。

2 RAN承载需求分析

移动通信至今已经是2.5G-3G时代，RAN目前主要采用MSTP（multi-service transfer platform，基于SDH的多业务传送平台）网络传输以话音为主的业务。技术演进和业务需求推动下了一代移动网（LTE）的到来。LTE时期的移动通信呈现新的特点，并面临新的挑战，主要体现在：移动业务IP化、网络架构扁平化、承载网络智能化、同步系统地面化。因此，向LTE演进中的RAN也随之发生了变化。

首先，需求高扩展的带宽通道。3G、4G技术的逐步成熟，将无线空中接口带宽速率提升到几十兆甚至上百兆。相应地，RAN的带宽容量必然也要水涨船高。

其次，要求网络具有高度的可靠性和灵活性。一方面，手机的普及和对网络质量要求递进的移动互联网业务日益丰富，使用户和业务影响规模空前大，需要承载网络具有高度的可靠性，网络需要具备快速收敛的能力。另一方面，LTE时期，RNC与基站合并浓缩为eNode B，RAN另一端点演化为AGW（access gateway，接入网关）。为了保证4G的网络高度可靠，AGW将以pool形式组网，多个AGW组成一个pool，实现eNode B的可靠接入。因此，要求RAN通道具有高度灵活性，提供eNode B与AGW pool中任意AGW的动态快速调整与切换。

第三，要满足差异化服务、精细化运营提出的智能管道需求。手机视频、手机股票、移动办公、互联网多媒体游戏、在线音乐等对网络延时、分组丢失、抖动要求不一的新兴应用，需要承载网络能够提供动态的差异化的服务等级保证，使用户和电信运营商实现双赢。

第四，要求地面同步。cdma2000移动通信网络为了保证时间和时钟的同步，传统上采用GPS卫星同步系统。但是，中国电信运营商依靠GPS并非长久之计。在北斗技术和市场成熟前，地面同步系统将是较好地替代GPS的方案。

第五，要求低碳运营与质量保证平衡。理论上，LTE时期，RAN需要全网状连接：任意eNode B之间增加了接口X2实现用户在跨基站时的流量快速切换，但X2的流量仅为eNode B与AGW之间的S1接口的3%，且用户在基站间切换的频率很小。因此，AGW 3层网关的部署位置可以适当抬高。

3 主流技术应用路线及组网研究

3.1 主流IP RAN技术分析

目前基站侧都部署了一定数量的光端机，形成了接入层面的传输节点覆盖，通过MSTP/MSAP（multi-service access platform，多业务接入平台）以太方式接入基站。MSTP/MSAP方案可以满足小规模、紧急性需求。但从长远角度看，大规模部署MSTP承载RAN有较大局限性，无法满足移动互联网业务发展和技术演进的需求。

（1）带宽利用率低

MSTP是面向连接的技术，且不支持统计复用。以现网3G业务对基站带宽需求cdma2000 1x为10 MHz、Ev-Do A为20 MHz估算，则单个基站需要占用30 MHz的传输通路；目前MSTP业务端口最高速率为GE，映射至1个STM-4的SDH通道，仅可用于20个基站的物理接入。而2个基站的实际峰值流量合计，很可能仅有不到100 Mbit/s。如果考虑今后单基站40 MHz带宽需求，以3 000个基站来计算，传输系统的带宽消耗将达到120 GHz，而且这些带宽不能统计复用，由基站至RNC端到端RAN承载网占空。

（2）带宽扩展性差

即使现在利用MSTP满足了需求，按照对未来业务的预估，1～2年内基站的需求将平行扩充至cdma2000 1x 10 MHz和Ev-Do 30 MHz，总计40 MHz。为了满足新需求，一种方案是MSTP对已有基站进行割接，减少单个GE通路上的数量（每20个基站割接其中5个），另一种方案是大幅扩容DWDM（dense wavelength division multiplexing，密集波分复用）网络，将MSTP的GE业务映射到STM-16通道。但两者都会影响现网移动业务。

（3）对RNC-CE软资源的巨大压力

现有IP化基站接入，以一个MSTP GE中继连接20个基站（30 MHz）为例，MSTP连接RNC-CE需双上联实现 冗余，则RNC-CE需要提供60个GE的端口。每个基站至少需要cdma2000 1x和Ev-Do业务各一个VLAN连接至RNC CE。由此，逻辑端口VLAN总数将达1 200个。另一方面，实施IP-GW保护需激活VRRP（virtual router redundancy protocol，虚拟路由器冗余协议），一个地址块对应一个VRRP组。大量基站部署下，将消耗大量RNC-CE的VRRP资源，甚至超出负荷。

（4）管道智能性差

MSTP提供的是大颗粒度刚性管道，一般带宽颗粒度为最小2 MHz，目前基于VLAN可以更精细一些，但灵活性和精细度仍欠缺。

（5）组网扩展性差

MSTP成熟应用的是点到点业务模式，其灵活的多点互联技术一直没有成熟商用，难以适应未来LTE灵活组网结构。

对标LTE承载需求，目前有IP/MPLS和MPLS-TP两大主流技术路线可以作为RAN演进方案。其中，IP/MPLS标准和技术都已成熟商用；MPLS-TP是IETF和ITU-T联合工作组基于MPLS（multi-protocol label switching，多协议标签交换）架构，补充了传输网络的OAM和保护特性所制定的融合型新技术，标准尚未成熟，但市场上已有基于MPLS-TP技术理念实现的分组传输网 （packet transport network，PTN）设备在逐步推广。

IP/MPLS和MPLS-TP的技术特点见表1。

综合技术特点以及RAN承载需求，目前主流技术的RAN承载各有优劣，具体见表2。

表2 目前主流技术的RAN承载优劣对比

3.2 IP RAN承载架构

一个基本概念是，如果一个业务实现的承载网络中有一个3层网关，那么这个业务就是由一个3层网络承载。因此，RAN组网可以分为两大类。

（1）2层组网

1G/2G只有话音业务，通过SDH承载网络接入电路方式的MSC、RNC，此时无线回传是端到端的2层网络实现。2层方案本质上是专网专用，不能有效复用IP城域网资源。

（2）3层组网

随着无线核心RNC的IP化，RNC-CE已经成为基站无线回传的3层网关，即无线回传网络已经是一个3层组网。所以，所谓不同技术承载IP RAN的根本区别在于3层网关在回传网络中的位置。

3.2.1 基站数据设备的必要性

基站已完成由内核到外接口的IP化演变，但仍然不是IP设备。目前，一般基站只提供10/100Base-T电口的输出。而50～100 km级以上的以太传输，需要光传输实现。在远距接入IP RAN时，考虑到3G乃至LTE的业务需求以及运营成本，在基站侧建议选择以太交换机或具备以太接口的小型路由器，而不宜采用光电转换器来实现汇聚、保护、管理等综合功能。

（1）汇聚收敛

现网某些基站的cdma2000 1x和Ev-Do由不同的FE（fast ethernet，快速以太网）端口区分，每台基站出多个FE端口。采用基站侧设备可以将链路收敛到一台设备上，节省光纤资源。

（2）冗余保护

对于重要基站，需要通过不同物理路由接入提供链路双归上联实现冗余。

（3）机房综合管理

利用基站侧设备可综合承载机房监控、门禁等业务。

（4）同步功能支持

目前基站对地面同步功能支持较弱，利用基站侧数据设备，可以将地面同步信号通过承载网传送到基站侧，并通过2 MHz/1 pps/ToD等接口实现时钟同步。

（5）端到端管理的能力

以太交换机/路由器支持SNMP及Syslog网管功能，可以实现由基站侧至无线核心侧IP RAN端到端的数据网络管理。

（6）业务质量保证能力

以太网设备支持IEEE 802.1q，可以实现基站cdma2000 1x与Ev-Do业务分离传送的需求；支持IP-QoS和CoS，从IP RAN源端即提供不同类型业务流的服务等级划分；支持BFD协议，可以加速IP层面的业务切换。

（7）组网及业务灵活扩展性

目前小型以太交换机支持8～16个10/100 MHz业务接口及GE中继口的能力，可以通过VLAN划分提供4个cdma2000 1x接口和4个Ev-Do接口，满足目前4扇区的业务需求；另一方面，在逻辑结构不变的情况下，通过更换GE光模块能够迅速将基站升级到1 000 MHz接入IP RAN的能力。

3.2.2 面向3G/LTE的IP RAN方案

面向3G/LTE的IP RAN方案实际上是3层组网。根据IP RAN 3层网关终结的位置可以细分为3种组网模式，包括RNC-CE为3层网关方案、城域网SR为3层网关方案、基站路由器为3层网关方案，如图1所示。

在目前的技术发展和网络部署情况下，MSTP和IP/MPLS作为IP RAN的纯2层接入延伸意义不大。即使RAN全程为2层架构，在无线核心侧也会部署RAN-CE实现3层终结。

（1）RNC-CE为3层网关方案

RNC-CE作为3层网关的IP RAN组网示意如图2所示。RNC-CE终结3层网关的方案，适用于MPLS-TP作为IP RAN接入延伸方案。

MPLS-TP段落采用MPLS-TP自身的链路和节点保护机制。而MPLS-TP RAN与RNC-CE衔接的部分采用MC-LAG或L2 VPN+VRRP提供链路和RNC-CE的保护。其中，L2 VPN+VRRP是较常用方案。但由于大量基站接入位置相对集中、数量极其有限的RNC-CE对RNC-CE的性能压力很大，现有技术下的硬件资源不能满足大规模基站VRRP接入保护的需求。另一方面，虽然MC-LAG对RNC-CE没有VRRP的性能要求，但受限于具体厂商实现方式，对于MPLS-TP 2层接入段和RNC-CE设备的MC-LAG互联而言，不同厂商设备的技术实现机制不同，实现的切换保护效果也不一样。总体而言，只有在MPLS-TP 2层接入段和RNC-CE使用同厂商设备的情况下，才能确保互通保护的效果。

（2）城域网SR为3层网关方案

城域网SR作为3层网关的IP RAN组网示意如图3所示。城域网SR终结3层，网关以下的RAN是2层网络通道，可采用IP/MPLS、新型以太网、MPLS-TP等技术提供。由于RNC-CE和网关都已经是3层设备，且考虑到网络运维效率和复杂度，较适用IP/MPLS和新型以太网作为接入技术的IP RAN方案。

对于IP/MPLS作为IP RAN接入延伸的方案，实质上是MPLS到边缘。用户通过基站路由器接入后，MPLS L2 VPN延伸2层以太至城域网SR；在城域网SR上开启MPLS L3 VPN，终结基站的IP网关。城域网内选取SR，与RNC-CE开启跨域MPLS L3 VPN互通，实现cdma2000 1x和Ev-Do的业务流传送。

IP RAN的保护分为3段：基站路由器与城域网SR之间采用2层伪线（PW）保护，城域网内SR至SR采用FRR实现快速收敛，城域网SR与RNC-CE之间采用e-BGP动态路由保护，城域网SR和RAN-CE侧设置双RD加速收敛速度。

对于通过新型以太网作为IP RAN接入延伸时，与MPLS到边缘方案的不同之处仅在于3层网关下的业务实现及保护。业务流量通过新型以太网2层通道逻辑标识隔离（如VLAN），通过新型以太网2层快速收敛技术结合IP收敛来保证IP RAN接入段的高冗余可靠性。

（3）基站路由器为3层网关方案

基站路由器作为3层网关的IP RAN组网示意如图4所示。基站通过以太方式接入基站路由器，不同基站业务通过VLAN标识，3层网关就近终结在基站路由器上的方案。基站路由器上cdma2000 1x、Ev-Do、动环监控等各类业务通过OPTION-A方式接入城域网SR上对应的MPLS L3 VPN。城域网与RNC-CE之间采用跨域MPLS VPN互通、e-BGP+双RD的保护模式。由此可见，该方案为IP到边缘的实施方案。

IP RAN的保护分为3段式，其中城域网内及城域网与RNC-CE之间保护方式与城域网SR作为网关的保护方案相同。而对于基站路由器与城域网SR之间的保护有以下两种。

·方式一：BFD+IGP保护。基站路由器与城域网SR启用BFD与IGP协议，网络层次清晰，设备实现及运维职责划分简单。

·方式二：伪线（PW）快速保护。此时，基站路由器与城域网SR开启IGP和TE-FRR，通过PW over FRR或PW over IGP方式实现快速切换保护。该结构基站路由器与城域网SR之间紧耦合，但结构复杂，维护入门要求较高。

3.2.3 方案比较

综上所述3层方案，结构上的关键点都在于3层网关的位置选择，距离基站的由远及近，3种方案的差异性在于以下几点。

（1）RNC-CE作为3层网关

数量极其有限的RNC-CE需要承受大量基站汇聚上来的VRRP保护压力，随着基站深度覆盖，RNC-CE将难以终结海量VRRP组。另外，当IP-RAN接入延伸的2层域较大时（除RNC-CE作为3层网关外，RAN端到端都是2层网），将面临eNode B和AGW之间紧耦合的问题。同时，大2层域先天的N2问题也会较大地限制网络的扩展性。

（2）城域网SR作为3层网关

如果城域网SR与无线RNC-CE分别划域，端到端的RAN实现将涉及跨域，异厂商SR跨域保护切换将受到双方参数调优的影响，可能引入较大延时。同时，2层网络与SR之间的保护切换也是关键因素之一。如果采用不同厂商设备，2层网络与SR之间的切换效果有较大差异。但此时，由于城域网SR分布相对较多，SR终结VRRP组压力较小。

（3）基站路由器作为3层网关

“BFD+IGP”保护方案跨厂商互通时，某些厂商设备参数调优限制将可能引入延时较大。而“伪线保护”方案基于TE-FRR实现时，厂商设备参数调优效果较好，保护切换时间在百毫秒内。

4 结束语

IP RAN由于其RNC网关的IP特性，已经决定了其架构是3层网络。但IP RAN网关的接入延伸可以基于不同的2、3层技术实现。不同技术、不同厂商组网，端到端的IP RAN质量、保护特性将有差异。因此，IP RAN组网需要综合考虑业务体验、网络质量和运维成本，在等待技术和设备进一步成熟的同时，根据数据网络和无线核心现状，尽可能采用同厂商成熟设备组网。