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[摘要] 本文通过对运营商城域网的现状情况,提出了以分组传送网(PTN)实现基站回传,同时以PON网络解决宽带接入的城域网发展思路。
[关键词] 基站回传(backhaul) 无线接入网IP化(IP RAN) 多业务传送平台(MSTP) 分组传送网(PTN)
一、运营商城域网现状
传统意义的城域网是一个纯粹的数据网络概念,就是所谓的宽带城域IP网,它是根据业务发展和竞争的需要而建设的城市范围内的宽带多媒体数据网络,是宽带骨干网络(如中国移动的CMNET、中国电信IP骨干网络ChinaNet、联通骨干ATM网络等)在城市范围内的延伸,并作为本地的公共信息服务平台的组成部分,负责承载各种多媒体数据业务,为用户提供各种接入方式,满足政府部门、企事业单位、个人用户对基于IP的各种多媒体业务的需求。宽带IP城域网分为核心层、汇聚层和接入层,对于规模不大的城域网,核心层与汇聚层可以合在一起,以简化网络体系。
原先在电信网中的传送网分层结构有骨干传送网、本地传送网和接入网三个层面,后来将城域网这个概念也引入到传送网领域内,就将本地网和接入网部分都称为城域传送网。因此,我国运营商的城域网络就存在城域数据网和城域传送网之分。运营商城域网的结构如图1所示,一般是由两张网络组成,一张是由DSLAM、以太网汇聚交换机、BRAS和路由器组成的IP城域网,这个网络主要以固网运营商的城域IP网为代表,其主要定位于承载公众上网业务,以及来自AG的VoIP业务和企业MPLS VPN业务,主流采用树形光纤直驱型组网,浪费光纤资源,没有采用传输系统,无法复用和提供保护功能,另外QoS能力不足,缺乏电信级OAM和保护倒换机制。另一张是由基于SDH的多业务传送平台MSTP搭建的用于无线接入网络(RAN)的基站承载,并兼顾解决专线、TDM电路等业务传送的城域传送网。由此可见,城域网存在多种网络层面和技术,比如SDH技术、MSTP技术、IP网、以太网、PON技术、DSLAM等。
目前由于中国移动没有全业务运营牌照,无接入网络资源,没有开展普通用户的固网宽带接入业务,因此中国移动的IP城域网建设没有形成规模,多数省份只在省会城市建设了独立的IP城域网,而且覆盖范围有限,与固网运营商相比差距较大。缺乏IP城域网资源对互联网专线接入业务开展不利,同时已建的城域网流量增长缓慢,造成骨干CMNet网络利用率很低。这主要是由于目前我国互联网接入业务主要有窄带拨号业务、宽带IP业务(ADsL和LAN)、IP专线业务。其中窄带拨号业务已逐步萎缩,70%以上的宽带用户是通过ADSL方式接入的,但在ADSL业务方面,拥有大量铜线资源的固网运营商有着得天独厚的优势,未来仍将有绝对的优势;LAN接入在国外发展比较好,在我国发展比较缓慢:IP专线业务各运营商都有一定的市场分额;作为以移动通信为主业的运营商,中国移动只在IP专线业务领域发展了很少的一些业务.主要是集团客户专线接入业务。
图1 城域网现状示意-水平分层
图2 中国移动2G基站回传所使用的SDH/MSTP技术方案
相反,中国移动为了满足GSM基站接入的高质量传送需求,建立了较完善的城域传送网络。城域传送网在逻辑上可以分为三个层次:核心层、汇聚层和接入层,如图2所示。主干节点由交换局、关口局、长途局、数据中心节点组成,形成核心层;一般采用城域WDM或10G/2.5G的SDH设备组建环网(个别地区采用网状网)。汇聚节点由重要局站、数据汇聚点组成,形成汇聚层;以2.5G的SDH/MSTP设备为主,辅以少量的622M/155M的SDH/MSTP设备,组建环网(采用复用段保护方式)。接入节点由基站、社区宽带网业务及其它业务接入点组成,形成接入层;主要采用622M/155M的SDH/MSTP设备,辅以PDH、微波、3.5G或其他无线接入技术,主要组环网(一般采用通道保护方式),根据接入光缆路由也可采用星型、树型或链型结构。
二、面向3G和全业务的城域网发展思路
目前3G/B3G、移动+互联以及全IP趋势的发展都对基站回传的承载和传送网络提出了更高的要求,IP化的业务呈现出带宽突发性、很高的峰均值比等特点,传统基于电路交换的MSTP传送网以刚性管道为特点,不能很好地满足这些分组业务的传送需求,如何构建一个能承载多种新旧业务、易于扩展、可靠、且低OPEX和CAPEX的城域网是电信运营商要认真考虑的问题。
1、以PTN为核心实现基站回传
分组传送网(PTN)的概念是近期才提出的,分组传送网是面向连接的,符合电信级业务和电信级网络要求的传送网。它将无连接、转发行为不可知,弱控制或无控制的分组网改造成适合于传送的基于连接、可预知行为、可控制的网络,并集成了灵活性、可扩展性、统计复用等分组特性和网络端到端OAM和保护、面向连接、QoS、定时同步等传送特性。PTN基本特征是提供点到点的L2隧道,可以广泛用于城域传送网和宽带接入网的二层汇聚网络、以及3G基站到RNC的基站回传段,如图5所示。PTN成为3G基站回传的一个具备领先优势的解决方案,主要原因是PTN具有以下技术优势:
(1)PWE3/CES:PTN采用PWE3/CES技术为各种业务包括TDM/ATM/Ethernet/IP,提供端到端的、专线级别的传输管道。与基于数据通信的方案的区别在于,在PTN中即使数据业务也要通过伪线仿真以确保连接的可靠性,而不是完全交给业务层由动态路由来实现。前面已分析,业务IP化在RAN的传输网络中是不可见的,因此这样做将更加高效。
(2)完善的QoS机制:PTN支持分级的QoS、CoS、Diff-Serv、RFC2697/2698等特性,满足移动网中不同业务的差异化需求,从而能够以最优的方式利用传输资源。
(3)强大的OAM:基于传送的方案可以很好地继承传统传送网的维护习惯,使得维护人员可以轻易地进行操作。除了基于SDH的维护方式外,也支持基于MPLS和Ethernet的丰富的OAM机制,如Y1710/Y1711、以太性能监控等。另外还支持GMPLS/ASON控制平面技术,使得传送网的运行高效且透明,并得到电信级的业务保护和故障恢复。
(4)时间同步:PTN方案继承SDH优异的时钟传输特性,不仅能够满足频率同步的需求,而且能根据相关协议的成熟情况支持高精度时间同步功能。
(5)基于分组的统计复用:MAC层的统计复用能够获得相同的效益,但成本却远低于IP层。因此PTN这一技术在确保多业务特性、网络可扩展性的同时,能够为移动运营商带来费用的节省。正是由于PTN支持丰富的运营级网络特性,可大幅度降低网络的CAPEX和OPEX,因此,对于基站回传的IP化传送需求,PTN技术将是不二选择。2G和3G网在移动运营商网络中将长期共存,而且从未来数据业务流量发展趋势出发,利用分组传送网建设面向3G的城域传送网符合业务需求与流量演进模式,它不但满足2G和3G需要的高质量TDM传送,还可以逐步平滑地向电信级以太网业务汇聚和传送演进,实现移动业务传送平台从支持语音电路业务为主到支持数据分组业务为主的网络转型。
2、以PON网络为主实现宽带接入
宽带接入网络是城域网向宽带用户延伸的网络,具体可分为宽带接入网及用户驻地网。宽带接入网是指为满足宽带接入需求而建设的,面向各类集团用户、家庭用户提供宽带接入的网络。宽带接入网处于城域网接入层,并向下延伸至用户楼宇或小区。用户驻地网:是指在用户楼宇或小区内建设的网络,可将接入能力从宽带接入网的末端延伸至用户业务终端,用户驻地网不属于城域网的范畴。在过去几年中,传统的固网运营商全都在实施“光进铜退”策略,以无源光网络( PON)取代以太网实现宽带接入的终极目标。另外,如果使用以太网来实现宽带接入,则由于采用点到点光纤直驱型组网,对光纤资源的浪费严重,且以太网扩展能力差而无法组大范围接入网络。基于这两方面的考虑,作者认为中国移动在未来的全业务运营情况下,应直接采用光纤接入,避免重蹈覆辙,室外部分不再铺设电缆,在驻地网内可根据用户的实际情况采用适当的电缆技术和无线技术实现用户的接入和快速覆盖。光纤接入技术中的无源光网络PON具有覆盖能力强、高带宽、经济性好、节能减排和易于维护管理等优势,是光纤接入的主要手段。目前PON的主流技术包括GPON和EPON。EPON国际标准由IEEE规范,相对简单且易于实现,因此EPON目前应用规模较大。GPON国际标准由ITU-T规范,相对EPON,具有更高的带宽、效率、传输距离和光分路比,更强的QOS管理和多业务承载能力,更丰富的OAM能力和保护机制,更加完善的时钟传送机制。目前来看,两种技术的标准和产品都已经比较成熟且各有利弊,都能够满足宽带接入需求,鉴于采用PON技术无互通需求,可结合业务需求和成本考虑选择合适的技术配置方案。PON网络由光线路终端OLT、分光器Splitter、光网络单元ONU组成。应结合PON的传输距离和带宽限制进行OLT覆盖范围规划,OLT设备在城域网中应采用“就高不就低”原则,尽量设置在城域网的汇聚机房、核心机房或宽带业务接入点。
三、小结
对中国移动来说,将直接面临TD-SCDMA基站回传和宽带接入对城域网的全方位挑战。传统的同步数字体系(SDH)技术、IP网和以太网技术都不能适应3G承载和全业务运营对传送和承载的全方位需求,迫切需要建立一种更高效率、更加灵活的面向分组的城域网络形态,充当城域网大容量信息传送与交换的基础平台角色,实现IP与光传送网的完美结合。面向IP的高性能的分组传送PTN技术就提供了满足上述要求的、极具应用前景的基站回传解决方案。而对于宽带接入业务采用以PON为核心的光纤接入技术为主构建FTTx来实现。这样就可以在网络层面与其它运营商形成全业务、全方位的市场竞争态势。
参考文献:
[1] 乔贯平 《建设面向全业务运营的城域传送网》 通信世界网2007
[2] 杨明 《PTN展IP化全业务发展之翼》 中国通信网2008
[3] 王晓夫 《基于PTN的城域传输网建设策略探讨》 通信技术2009
[4] 福建公司 《全业务背景下本地城域网分组化组网思路探讨》 移动公司内部会议 2009
作者简介:
刘凯,中国移动公司贵州分公司,硕士,职称:工程师。主要负责贵州省传输网维护和管理。
[关键词] 基站回传(backhaul) 无线接入网IP化(IP RAN) 多业务传送平台(MSTP) 分组传送网(PTN)
一、运营商城域网现状
传统意义的城域网是一个纯粹的数据网络概念,就是所谓的宽带城域IP网,它是根据业务发展和竞争的需要而建设的城市范围内的宽带多媒体数据网络,是宽带骨干网络(如中国移动的CMNET、中国电信IP骨干网络ChinaNet、联通骨干ATM网络等)在城市范围内的延伸,并作为本地的公共信息服务平台的组成部分,负责承载各种多媒体数据业务,为用户提供各种接入方式,满足政府部门、企事业单位、个人用户对基于IP的各种多媒体业务的需求。宽带IP城域网分为核心层、汇聚层和接入层,对于规模不大的城域网,核心层与汇聚层可以合在一起,以简化网络体系。
原先在电信网中的传送网分层结构有骨干传送网、本地传送网和接入网三个层面,后来将城域网这个概念也引入到传送网领域内,就将本地网和接入网部分都称为城域传送网。因此,我国运营商的城域网络就存在城域数据网和城域传送网之分。运营商城域网的结构如图1所示,一般是由两张网络组成,一张是由DSLAM、以太网汇聚交换机、BRAS和路由器组成的IP城域网,这个网络主要以固网运营商的城域IP网为代表,其主要定位于承载公众上网业务,以及来自AG的VoIP业务和企业MPLS VPN业务,主流采用树形光纤直驱型组网,浪费光纤资源,没有采用传输系统,无法复用和提供保护功能,另外QoS能力不足,缺乏电信级OAM和保护倒换机制。另一张是由基于SDH的多业务传送平台MSTP搭建的用于无线接入网络(RAN)的基站承载,并兼顾解决专线、TDM电路等业务传送的城域传送网。由此可见,城域网存在多种网络层面和技术,比如SDH技术、MSTP技术、IP网、以太网、PON技术、DSLAM等。
目前由于中国移动没有全业务运营牌照,无接入网络资源,没有开展普通用户的固网宽带接入业务,因此中国移动的IP城域网建设没有形成规模,多数省份只在省会城市建设了独立的IP城域网,而且覆盖范围有限,与固网运营商相比差距较大。缺乏IP城域网资源对互联网专线接入业务开展不利,同时已建的城域网流量增长缓慢,造成骨干CMNet网络利用率很低。这主要是由于目前我国互联网接入业务主要有窄带拨号业务、宽带IP业务(ADsL和LAN)、IP专线业务。其中窄带拨号业务已逐步萎缩,70%以上的宽带用户是通过ADSL方式接入的,但在ADSL业务方面,拥有大量铜线资源的固网运营商有着得天独厚的优势,未来仍将有绝对的优势;LAN接入在国外发展比较好,在我国发展比较缓慢:IP专线业务各运营商都有一定的市场分额;作为以移动通信为主业的运营商,中国移动只在IP专线业务领域发展了很少的一些业务.主要是集团客户专线接入业务。
图1 城域网现状示意-水平分层
图2 中国移动2G基站回传所使用的SDH/MSTP技术方案
相反,中国移动为了满足GSM基站接入的高质量传送需求,建立了较完善的城域传送网络。城域传送网在逻辑上可以分为三个层次:核心层、汇聚层和接入层,如图2所示。主干节点由交换局、关口局、长途局、数据中心节点组成,形成核心层;一般采用城域WDM或10G/2.5G的SDH设备组建环网(个别地区采用网状网)。汇聚节点由重要局站、数据汇聚点组成,形成汇聚层;以2.5G的SDH/MSTP设备为主,辅以少量的622M/155M的SDH/MSTP设备,组建环网(采用复用段保护方式)。接入节点由基站、社区宽带网业务及其它业务接入点组成,形成接入层;主要采用622M/155M的SDH/MSTP设备,辅以PDH、微波、3.5G或其他无线接入技术,主要组环网(一般采用通道保护方式),根据接入光缆路由也可采用星型、树型或链型结构。
二、面向3G和全业务的城域网发展思路
目前3G/B3G、移动+互联以及全IP趋势的发展都对基站回传的承载和传送网络提出了更高的要求,IP化的业务呈现出带宽突发性、很高的峰均值比等特点,传统基于电路交换的MSTP传送网以刚性管道为特点,不能很好地满足这些分组业务的传送需求,如何构建一个能承载多种新旧业务、易于扩展、可靠、且低OPEX和CAPEX的城域网是电信运营商要认真考虑的问题。
1、以PTN为核心实现基站回传
分组传送网(PTN)的概念是近期才提出的,分组传送网是面向连接的,符合电信级业务和电信级网络要求的传送网。它将无连接、转发行为不可知,弱控制或无控制的分组网改造成适合于传送的基于连接、可预知行为、可控制的网络,并集成了灵活性、可扩展性、统计复用等分组特性和网络端到端OAM和保护、面向连接、QoS、定时同步等传送特性。PTN基本特征是提供点到点的L2隧道,可以广泛用于城域传送网和宽带接入网的二层汇聚网络、以及3G基站到RNC的基站回传段,如图5所示。PTN成为3G基站回传的一个具备领先优势的解决方案,主要原因是PTN具有以下技术优势:
(1)PWE3/CES:PTN采用PWE3/CES技术为各种业务包括TDM/ATM/Ethernet/IP,提供端到端的、专线级别的传输管道。与基于数据通信的方案的区别在于,在PTN中即使数据业务也要通过伪线仿真以确保连接的可靠性,而不是完全交给业务层由动态路由来实现。前面已分析,业务IP化在RAN的传输网络中是不可见的,因此这样做将更加高效。
(2)完善的QoS机制:PTN支持分级的QoS、CoS、Diff-Serv、RFC2697/2698等特性,满足移动网中不同业务的差异化需求,从而能够以最优的方式利用传输资源。
(3)强大的OAM:基于传送的方案可以很好地继承传统传送网的维护习惯,使得维护人员可以轻易地进行操作。除了基于SDH的维护方式外,也支持基于MPLS和Ethernet的丰富的OAM机制,如Y1710/Y1711、以太性能监控等。另外还支持GMPLS/ASON控制平面技术,使得传送网的运行高效且透明,并得到电信级的业务保护和故障恢复。
(4)时间同步:PTN方案继承SDH优异的时钟传输特性,不仅能够满足频率同步的需求,而且能根据相关协议的成熟情况支持高精度时间同步功能。
(5)基于分组的统计复用:MAC层的统计复用能够获得相同的效益,但成本却远低于IP层。因此PTN这一技术在确保多业务特性、网络可扩展性的同时,能够为移动运营商带来费用的节省。正是由于PTN支持丰富的运营级网络特性,可大幅度降低网络的CAPEX和OPEX,因此,对于基站回传的IP化传送需求,PTN技术将是不二选择。2G和3G网在移动运营商网络中将长期共存,而且从未来数据业务流量发展趋势出发,利用分组传送网建设面向3G的城域传送网符合业务需求与流量演进模式,它不但满足2G和3G需要的高质量TDM传送,还可以逐步平滑地向电信级以太网业务汇聚和传送演进,实现移动业务传送平台从支持语音电路业务为主到支持数据分组业务为主的网络转型。
2、以PON网络为主实现宽带接入
宽带接入网络是城域网向宽带用户延伸的网络,具体可分为宽带接入网及用户驻地网。宽带接入网是指为满足宽带接入需求而建设的,面向各类集团用户、家庭用户提供宽带接入的网络。宽带接入网处于城域网接入层,并向下延伸至用户楼宇或小区。用户驻地网:是指在用户楼宇或小区内建设的网络,可将接入能力从宽带接入网的末端延伸至用户业务终端,用户驻地网不属于城域网的范畴。在过去几年中,传统的固网运营商全都在实施“光进铜退”策略,以无源光网络( PON)取代以太网实现宽带接入的终极目标。另外,如果使用以太网来实现宽带接入,则由于采用点到点光纤直驱型组网,对光纤资源的浪费严重,且以太网扩展能力差而无法组大范围接入网络。基于这两方面的考虑,作者认为中国移动在未来的全业务运营情况下,应直接采用光纤接入,避免重蹈覆辙,室外部分不再铺设电缆,在驻地网内可根据用户的实际情况采用适当的电缆技术和无线技术实现用户的接入和快速覆盖。光纤接入技术中的无源光网络PON具有覆盖能力强、高带宽、经济性好、节能减排和易于维护管理等优势,是光纤接入的主要手段。目前PON的主流技术包括GPON和EPON。EPON国际标准由IEEE规范,相对简单且易于实现,因此EPON目前应用规模较大。GPON国际标准由ITU-T规范,相对EPON,具有更高的带宽、效率、传输距离和光分路比,更强的QOS管理和多业务承载能力,更丰富的OAM能力和保护机制,更加完善的时钟传送机制。目前来看,两种技术的标准和产品都已经比较成熟且各有利弊,都能够满足宽带接入需求,鉴于采用PON技术无互通需求,可结合业务需求和成本考虑选择合适的技术配置方案。PON网络由光线路终端OLT、分光器Splitter、光网络单元ONU组成。应结合PON的传输距离和带宽限制进行OLT覆盖范围规划,OLT设备在城域网中应采用“就高不就低”原则,尽量设置在城域网的汇聚机房、核心机房或宽带业务接入点。
三、小结
对中国移动来说,将直接面临TD-SCDMA基站回传和宽带接入对城域网的全方位挑战。传统的同步数字体系(SDH)技术、IP网和以太网技术都不能适应3G承载和全业务运营对传送和承载的全方位需求,迫切需要建立一种更高效率、更加灵活的面向分组的城域网络形态,充当城域网大容量信息传送与交换的基础平台角色,实现IP与光传送网的完美结合。面向IP的高性能的分组传送PTN技术就提供了满足上述要求的、极具应用前景的基站回传解决方案。而对于宽带接入业务采用以PON为核心的光纤接入技术为主构建FTTx来实现。这样就可以在网络层面与其它运营商形成全业务、全方位的市场竞争态势。
参考文献:
[1] 乔贯平 《建设面向全业务运营的城域传送网》 通信世界网2007
[2] 杨明 《PTN展IP化全业务发展之翼》 中国通信网2008
[3] 王晓夫 《基于PTN的城域传输网建设策略探讨》 通信技术2009
[4] 福建公司 《全业务背景下本地城域网分组化组网思路探讨》 移动公司内部会议 2009
作者简介:
刘凯,中国移动公司贵州分公司,硕士,职称:工程师。主要负责贵州省传输网维护和管理。