方 鳴

（中國電信股份有限公司上海分公司 上海200021）

1 引言

以中國電信股份有限公司cdma2000、中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司W(wǎng)CDMA、中國移動通信集團(tuán)公司TD-CDMA為代表的第3代移動通信技術(shù)（3G），其關(guān)鍵的技術(shù)要點在于高效信道編譯碼技術(shù)、軟件無線電技術(shù)、智能天線技術(shù)、多用戶檢測和干擾消除技術(shù)、IMT-2000無線協(xié)議分層模型以及向全I(xiàn)P網(wǎng)過渡的趨勢。

cdma2000系統(tǒng)的基站架構(gòu)和無線核心側(cè)架構(gòu)2008年建網(wǎng)初期就已實現(xiàn)了IP化。目前有待落實的主要IP架構(gòu)優(yōu)化需求，一個是軟交換NGN扁平化改造，另一個便是移動接入網(wǎng)的IP-RAN改造。本方案所討論的重點在于IP-RAN的實施。

2 實施IP-RAN需要考慮的問題

2.1 組網(wǎng)基礎(chǔ)

隨著傳統(tǒng)電信企業(yè)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，中國電信股份有限公司上海分公司（以下簡稱上海電信）IP城域網(wǎng)B平面2006年起開始建設(shè)，目前已承載IP-TV、NGN等電信重要業(yè)務(wù)。其核心建設(shè)在康健和控江，設(shè)備類型為Juniper和Cisco的多機框高端路由器，支持TB級轉(zhuǎn)發(fā)及GE、10GE、POS 10G等豐富的中繼端口，并能有效支持40Gbit/s及100GE的發(fā)展。

2.2 業(yè)務(wù)需求估算

·估算分組域流量趨勢。以多項式函數(shù)預(yù)估，2010年12月上海CDMA網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量將達(dá)到3000Mbit/s，2011年12月將達(dá)到12 000 Mbit/s，2012年12月將達(dá)到20000Mbit/s，2013年12月將達(dá)到32000Mbit/s，2014年12月將達(dá)到500 000 Mbit/s。

·估算電路域流量趨勢 （由于缺乏直接數(shù)據(jù)，引用以64 kbit/s單路話務(wù)為模型的固網(wǎng)軟交換數(shù)據(jù)）。2010年8月，IP城域網(wǎng)所承載的NGN業(yè)務(wù)流量月內(nèi)日峰值平均為輸入4 344 Mbit/s/輸出5 717 Mbit/s。由此，估算無線話務(wù)IP化后的流量在5～10 Gbit/s。

·兩者合計。預(yù)期2011—2012年IP-RAN所承載的分組域流量20 Gbit/s，電路域流量10 Gbit/s，合計流量約30 Gbit/s，IP城域網(wǎng)B平面現(xiàn)有100 Gbit/s的輕載帶寬余量完全能夠滿足相關(guān)業(yè)務(wù)需求。

2.3 基站與IP-RAN的連接

目前包括Alcatel和Huawei兩家cdma2000基站生產(chǎn)廠商在內(nèi)，IP-RAN化改造后的基站都只提供10-100Base-T電口的輸出。5～10千米級以上的以太傳輸，需要將基站輸出的電信號轉(zhuǎn)換為光信號，以連接至IP-RAN承載網(wǎng)的接入層?；谝韵乱蛩兀唤ㄗh采用基站側(cè)采用光電轉(zhuǎn)換器的模式，而宜選擇電信級Ethernet交換機或具備Ethernet接口的電信級路由器。

·以太交換機和以太路由器支持SNMP及SYSLOG網(wǎng)管功能，可以實現(xiàn)由基站側(cè)至無線核心側(cè)的IP-RAN端到端管理。

·支持802.1Q，幫助基站實現(xiàn)1x、Ev-Do的業(yè)務(wù)分離；支持IP-QoS和COS，幫助基站實現(xiàn)不同類型業(yè)務(wù)流的服務(wù)等級劃分；支持BFD協(xié)議，加速IP層面的業(yè)務(wù)切換。

·目前電信級以太交換機支持8～16個10～100 Mbit/s業(yè)務(wù)口及GE中繼口的能力，一方面可以通過VLAN劃分提供4個1x口和4個Ev-Do口，滿足目前4扇區(qū)的業(yè)務(wù)需求；另一方面，在邏輯結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過更換GE光模塊能夠迅速將基站升級到1 000 Mbit/s連接IP-RAN的能力，足以滿足今后LTE的業(yè)務(wù)需求。

3 技術(shù)可行性方案

根據(jù)上海電信研究院的研究結(jié)果以及全國各省IP-RAN試驗網(wǎng)組建的經(jīng)驗，結(jié)合目前 Alcatel、Cisco、Huawei等幾家廠商產(chǎn)品及方案的交流結(jié)果以及IP城域網(wǎng)現(xiàn)狀，就 L3（包括 L2/L3組合）模式的 IP城域網(wǎng) IP-RAN承載組網(wǎng)，提出以下兩個推薦方案：框架方案-1（IP-GW網(wǎng)關(guān)由端局L3匯聚路由交換機終結(jié)的方案）以及框架方案-2（IP-GW網(wǎng)關(guān)由基站L2延伸至IP城域網(wǎng)SR終結(jié)的方案）。

3.1 框架方案-1

框架方案-1的技術(shù)關(guān)鍵點在于基站的IP-GW網(wǎng)關(guān)終結(jié)于端局L3匯聚路由交換機。基站與IP城域網(wǎng)L3匯聚路由交換機之間通過光纖延伸，L3匯聚路由交換機與SR之間通過IP動態(tài)路由+BFD實現(xiàn)保護(hù)，經(jīng)IP路由實現(xiàn)基站與CDMA核心網(wǎng)網(wǎng)元的互通?？蚣芊桨?1的物理連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基站為標(biāo)準(zhǔn)的IP架構(gòu)?；九cIP-GW網(wǎng)關(guān)的連接為標(biāo)準(zhǔn)的ARP協(xié)議，普通基站的IP-GW網(wǎng)關(guān)終結(jié)在端局L3匯聚交換機上，A類基站IP-GW就近終結(jié)在基站路由器上。

端局L3匯聚交換機上啟用管理、1x、Ev-Do 3個VPN，通過Option-A模式連接IP城域網(wǎng)SR。SR與L3匯聚交換機之間選用OSPF協(xié)議，獲取基站的路由信息，并向L3匯聚交換機提供一條動態(tài)帶保護(hù)的缺省路由。OSPF區(qū)域終結(jié)在IP城域網(wǎng)SR上，由SR將管理、1x、Ev-Do 3個VPN的OSPF路由轉(zhuǎn)換為VPNv4路由，通過MP-BGP通告給無線網(wǎng)絡(luò)核心SR。以1組兩臺SR連接一個區(qū)域30臺匯聚交換機，300～400個基站計算，每個 SR上有管理、1x、Ev-Do 3個VPN，每個VPN一個OSPF進(jìn)程，每個進(jìn)程的OSPF節(jié)點數(shù)量30個，路由數(shù)300～400個。因此，每臺SR總計新增3個OSPF進(jìn)程，90個OSPF節(jié)點，900～1 200條路由。端局L3匯聚交換機與IP城域網(wǎng)SR之間OSPF協(xié)議的保護(hù)切換時間可以優(yōu)化至300 ms以內(nèi)；增加BFD支持后，保護(hù)切換時延可以縮短到150 ms（50 ms檢測，3次后切換）；現(xiàn)有廠商可承諾的BFD最大化效果為10 ms檢測，由此可以將保護(hù)切換縮短到30～50 ms（10 ms檢測，3～5次后切換）。

IP城域網(wǎng)7750 SR之間啟動了LDP+MP-BGP+FRR的協(xié)議，保護(hù)切換時間為50 ms。

IP城域網(wǎng)7750 SR與無線核心7750 SR之間通過標(biāo)準(zhǔn)IPv4-eBGP協(xié)議互聯(lián)，將城域網(wǎng)內(nèi)基站路由信息（1x、Ev-Do分別3 000條）通告給無線核心7750 SR。BGP協(xié)議保護(hù)切換時間為3 s（1 s檢測，3次切換）；增加BFD支持后，保護(hù)切換時延可以縮短到150 ms（50 ms檢測，3次后切換）；目前兩側(cè)的 SR都為 7750，Alcatel廠商承諾在7750的8.0軟件版本上支持BFD的10 ms檢測功能，由此可以將保護(hù)切換縮短到30～50 ms（10 ms檢測，5次后切換）。另外，通過雙RD的架構(gòu)可以確保同一IP路由在2條冗余保護(hù)路徑上的同時有效性。

由基站至CDMA核心的邏輯結(jié)構(gòu)，如圖2所示。OSPF（open shortest path first）協(xié)議的參數(shù)參考IETF RFC2328[1]標(biāo)準(zhǔn)文檔；MP-BGP協(xié)議的功能參考IETF RFC2858[2]標(biāo)準(zhǔn)文檔并引入RFC3107[3]關(guān)于BGP邊界路由協(xié)議攜帶MPLS標(biāo)簽的定義；LDP標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議的功能引用IETF RFC3037的規(guī)范[4]。

支持框架方案-1的主要廠商參見表1。

圖1 IP-RAN的IP城域網(wǎng)承載框架性方案-1

圖2 框架性方案-1邏輯結(jié)構(gòu)

表1 框架方案1的廠商支持

3.2 框架方案-2

框架方案-2的技術(shù)關(guān)鍵點在于通過L2 VLL以太虛擬專線技術(shù)將基站連接至IP城域網(wǎng)SR，IP-GW網(wǎng)關(guān)終結(jié)于SR上?；九cIP城域網(wǎng)端局CE之間通過光纖延伸，端局CE與IP城域網(wǎng)SR之間通過VLL延伸并實現(xiàn)偽線級的保護(hù)，經(jīng)IP路由實現(xiàn)基站與CDMA核心網(wǎng)網(wǎng)元的互通。框架方案-2的物理連接結(jié)構(gòu)如圖3所示。

考慮到現(xiàn)網(wǎng)使用Alcatel SR的現(xiàn)狀，框架方案-2的邏輯結(jié)構(gòu)又由此產(chǎn)生兩個分支。參見基于圖4的說明。

3.2.1 MPLS PW偽線保護(hù)模式

基站為標(biāo)準(zhǔn)的IP架構(gòu)?；九cIP-GW網(wǎng)關(guān)的連接為標(biāo)準(zhǔn)的ARP協(xié)議，IP-GW網(wǎng)關(guān)終結(jié)在IP-城域網(wǎng)的SR 7750上。基站通過ARP獲取SR的MAC地址，從而進(jìn)行Ethernet的二層轉(zhuǎn)發(fā)。

普通基站側(cè)的基站交換機僅提供二層轉(zhuǎn)發(fā)功能。由端局CE至IP城域網(wǎng)2臺7750 SR之間建立主備各1條VLL PW偽線；A類基站則由基站路由器直接與IP城域網(wǎng)2臺7750 SR之間建立主備各1條VLL PW偽線。

在IP城域網(wǎng)7750 SR上，可以直接終結(jié)單個基站的IP-GW；也可以先用VPLS匯聚多個基站的VLL PW偽線，然后再以VPLS為單位終結(jié)IP-GW。后一種情況下，多個基站將共享1個IP-GW網(wǎng)關(guān)。

在端局CE至SR的PW保護(hù)方式上，各廠商又提出了不同的意見。由于上海電信IP城域網(wǎng)的SR已確定為Alcatel 7750，基于端局CE的選型，如非Alcatel廠商則更為推薦VLL層面的PW Redundancy，由端局CE側(cè)發(fā)起切換；而Alcatel廠商則進(jìn)一步推薦VLL層面PW先在7750上通過VPLS進(jìn)行匯聚，然后以VPLS實現(xiàn)PW Redundancy的模式。兩種方式引用的技術(shù)原理類似，實踐上VLL層面的PW Redundancy結(jié)構(gòu)更簡單，但I(xiàn)P層的地址消耗數(shù)量較多；VPLS層面的PW Redundancy結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但I(xiàn)P層可以使用大段網(wǎng)段地址匯總。

上述，Pseudowire(PW)的實現(xiàn)引用IETF RFC3916[5]標(biāo)準(zhǔn)定義的設(shè)備，并建立以IETF RFC3985[6]標(biāo)準(zhǔn)模式下的PWE3偽線業(yè)務(wù)。

圖3 IP-RAN的IP城域網(wǎng)承載框架性方案-2

圖4 框架性方案-2邏輯結(jié)構(gòu)

3.2.2 multic-chassic LAG保護(hù)模式

端局CE與IP城域網(wǎng)SR或延伸交換機之間建立MC-LG的GE中繼跨機框捆綁，從而實現(xiàn)端局CE上聯(lián)IP城域網(wǎng)兩個局點SR的保護(hù)。通過VRRP網(wǎng)關(guān)保護(hù)協(xié)議實現(xiàn)IP層面的冗余保護(hù)。

基站為標(biāo)準(zhǔn)的IP架構(gòu)?；九cIP-GW網(wǎng)關(guān)的連接為標(biāo)準(zhǔn)的ARP協(xié)議，IP-GW網(wǎng)關(guān)終結(jié)在IP-城域網(wǎng)的SR 7750上?；就ㄟ^ARP獲取SR的MAC地址，從而進(jìn)行Ethernet的二層轉(zhuǎn)發(fā)。

普通基站側(cè)的基站交換機僅提供二層轉(zhuǎn)發(fā)功能，市區(qū)范圍內(nèi)建議充分利用。A類基站則由基站路由器直接與IP城域網(wǎng)2臺7750 SR之間建立主備各1條VLL PW偽線。郊縣范圍內(nèi)采用非Alcatel由端局CE至IP城域網(wǎng)兩臺7450之間建立2路GE的MC-LAG捆綁。在IP城域網(wǎng)7750 SR上，可以直接終結(jié)單個基站的IP-GW，也可以先用VPLS匯聚多個基站的VLL PW偽線，然后再以VPLS為單位終結(jié)IP-GW。后一種情況下，多個基站將共享1個IP-GW網(wǎng)關(guān)。

在端局CE至SR的PW保護(hù)方式上，各廠商又提出了不同的意見。由于上海電信IP城域網(wǎng)的SR已確定為Alcatel 7750，基于端局CE的選型，如非Alcatel廠商則更為推薦VLL層面的PW Redundancy，由端局CE側(cè)發(fā)起切換；而Alcatel廠商則進(jìn)一步推薦VLL層面PW先在7750上通過VPLS進(jìn)行匯聚，然后以VPLS實現(xiàn)PW Redundancy的模式。兩種方式引用的技術(shù)原理類似，實踐上VLL層面的PW Redundancy結(jié)構(gòu)更簡單，但I(xiàn)P層的地址消耗數(shù)量較多；VPLS層面的PW Redundancy結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但I(xiàn)P層可以使用大段網(wǎng)段地址匯總。

3.2.3 本方案的廠商支持

支持框架方案-2 的主要廠商是 Alcatel、Cisco、Huawei，各廠商都提出了可選用的設(shè)備類型。具體參見表2。

在現(xiàn)網(wǎng)選取了天等、羅香、百色東3個站點，分別采用不同廠商的IP-RAN數(shù)據(jù)設(shè)備。對應(yīng)環(huán)境參見表3。

本次測試包括3個大項，分別對應(yīng)3種不同的測試拓?fù)?，參見圖 5、6、7。

測試項目1比照框架方案-2，使用Alcatel 7450作為端局CE，使用Alcatel 7750作為SR，暫不采用基站側(cè)設(shè)備，論證端局CE的可行性；測試項目2比照框架方案-1，采用Cisco C2941作為基站路由器，使用Alcatel 7450作為端局匯聚交換機，使用Alcatel 7750作為SR，論證框架1下A類基站可行性；測試方案3比照框架方案-2，采用Alcatel 7705作為基站路由器，使用Alcatel 7450作為端局CE，使用Alcatel 7750作為SR，論證框架1下A類基站可行性——上述3項現(xiàn)網(wǎng)測試都證明IP城域網(wǎng)能滿足基站回傳的要求。

表2 框架方案-2的廠商支持

表3 框架方案-2的廠商支持

圖5 IPRAN Alcatel 7450接入切換測試

圖6 IPRAN Cisco C2941接入切換測試

圖7 IPRAN Alcatel 7705接入切換測試

在各類故障仿真測試中，IP承載網(wǎng)的自恢復(fù)能力能夠確保基站與無線核心網(wǎng)之間的正常通信?，F(xiàn)網(wǎng)測試后發(fā)現(xiàn)的疑點包括以下兩點。

·Alcatel的BFD設(shè)置目前支持100 ms檢測，300 ms切換；但在與不同廠商測試中，發(fā)現(xiàn)適配不佳的情況。BFD的實現(xiàn)對框架方案-1的效果影響較大，需督促不同廠商之間確保嚴(yán)格按照RFC標(biāo)準(zhǔn)落實BFD互通。

·CDMA核心網(wǎng)內(nèi)目前已部署CE，IP-RAN承載網(wǎng)SR與CDMA核心網(wǎng)CE之間互聯(lián)采用BGP+BFD的模式，線路中斷情況下切換時間預(yù)期在5～10 s。基站與RNC之間通信中斷但維持非斷站狀態(tài)的時間為15 s，理論上BGP+BFD可以確保非斷站切換。但實測造成15 min斷站。需督促CDMA設(shè)備提供商說明基站斷站的原理，以便IP-RAN城域網(wǎng)配合。

5 研究小結(jié)

5.1 IP城域網(wǎng)是否滿足IP-RAN承載

無論是技術(shù)分析、現(xiàn)網(wǎng)論證，都可以推定IP城域網(wǎng)可以滿足基站回傳的IP-RAN承載。使用MPLS技術(shù)、IP路由技術(shù)提供的IP-RAN承載具有以下優(yōu)點：

·技術(shù)較為成熟，具有可靠的不同廠商互通性，應(yīng)用上也有非常多的實際案例；

·支持包括 WAN （2 Mbit/s、155 Mbit/s、2.5 Gbit/s、10 Gbit/s、40 Gbit/s）、LAN（10～100 Mbit/s、GE、10GE、100GE）等豐富的端口類型支持，既能滿足現(xiàn)有基站接入的需求，也能利用充沛的中繼能力，滿足今后LTE演進(jìn)、CDMA+Wi-Fi整合的需求，IP統(tǒng)計復(fù)用的特性，確保資源利用率高于傳統(tǒng)傳輸技術(shù)；

·網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇更為靈活，支持如點對點結(jié)構(gòu)、環(huán)狀結(jié)構(gòu)、雙歸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等；

·IP技術(shù)實現(xiàn)自動成員加入，基站單點SITE完成配置后，全網(wǎng)連通性即可實現(xiàn)，大大縮短新站點的開通速率。

缺點在于：

·缺省的網(wǎng)管配置主要通過CLI，較為簡陋；

·IP的 OAM主要基于IP層的 Ping、Trace等工具及基于SNMP、SYSLOG的采集告警機制，雖然更靠近最終應(yīng)用，但參數(shù)和方式上較為簡陋，需要引入第三方網(wǎng)管實現(xiàn)優(yōu)化；

·IP網(wǎng)絡(luò)故障情況下的切換時間較長，基于IP路由+BFD，可以實現(xiàn)150～200 ms的自動切換，在補充FRR技術(shù)的前提下，局部可以實現(xiàn)50 ms的自愈時間，在引入VRRP的情況下，切換時間增加到300 ms～1 s。

5.2 IP城域網(wǎng)承載IP-RAN為何方案繁多

目前，包括 Huawei、Alcatel、Cisco等諸多廠商提出了諸多IP城域網(wǎng)承載IP-RAN的方案，其中包括基于IP+MPLS的，也有基于IP+PTN的。然而究其本質(zhì)，在于基站至IP核心網(wǎng)SR之間的延伸所選擇的兩個不同技術(shù)走向。

一個走向，是將IP SR小型化，進(jìn)而將IP城域網(wǎng)的邊緣接入層延伸至基站旁或傳輸資源充沛的端局局點；另一個走向，是在基站與IP承載網(wǎng)SR之間引入二層傳送技術(shù)，實現(xiàn)Ethernet的延伸。而在第二走向上，受目前L2 Ethernet傳送技術(shù)發(fā)展的影響，又衍生出以MPLS-TP為代表的PTN方案、以RFC3916為代表的PW偽線方案、RRPP（rapid ring protection protocal）為代表的以太環(huán)網(wǎng)技術(shù)，甚至也包括以 MSTP （multiple service transmit platform）over SDH為代表的傳輸方案。從上海這樣一個地域有限、業(yè)務(wù)密集的大型城域網(wǎng)特征來看，實際上具備SR延伸至基站邊緣或傳輸端局的能力，第二技術(shù)走向上在投資節(jié)省的優(yōu)點并不明顯；同時，IP的組網(wǎng)也具備邏輯簡單、組網(wǎng)方式便捷的優(yōu)勢。因此，兩個技術(shù)走向都可以成為上海電信的選擇，再加上各廠商的技術(shù)導(dǎo)向不同、中長期后時鐘/時間同步實現(xiàn)等需求，由此造成了多種方案并存的問題。

至于將IP-RAN的選擇糾結(jié)于50 ms快速切換的確保上，先不提基站業(yè)務(wù)是否需要這樣的高標(biāo)準(zhǔn)要求，至少也是只看樹不看林的做法。IP-RAN的目標(biāo)是實現(xiàn)基站回傳的端到端IP化，單純在局部段落上實現(xiàn)快速切換對整個業(yè)務(wù)實現(xiàn)意義太狹隘了。

5.3 IP城域網(wǎng)實現(xiàn)IP-RAN技術(shù)要點

·MPLS VPN技術(shù)(特指L3 IP)——虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)cdma 1x語音、Ev-Do數(shù)據(jù)、共點Wi-Fi數(shù)據(jù)、網(wǎng)管控制的隔離。

·IP-Routing技術(shù)——IP承載網(wǎng)的基礎(chǔ)信令；實現(xiàn)IP化基站與IP化RNC等核心網(wǎng)元之間的互通。

·FRR技術(shù)——實現(xiàn)MPLS網(wǎng)內(nèi)故障情況下冗余節(jié)點、冗余中繼的快速切換。

·BFD技術(shù)——在城域網(wǎng)內(nèi)普遍采用以太技術(shù)情況下，加速以太傳輸故障情況下IP的快速響應(yīng)；既可用于接入，也可用于中繼。

·Pseudowire偽線技術(shù)——MPLS仿真L2專線（Ethernet專線）技術(shù)，用于基站至SR之間的延伸。

1 IETF RFC2328.OSPF version 2，April 1998

2 IETF RFC2858.Multiprotocol extensions for BGP-4，June 2000

3 IETF RFC3107.Carrying label information in BGP-4，May 2001

4 IETF RFC3037.LDP applicability，January 2001

5 IETF RFC3916.Requirements for pseudo-wire emulation edgeto-edge(PWE3)，September 2004

6 IETF RFC3985.Pseudo wire emulation edge-to-edge(PWE3)architecture，March 2005