全业务时代的光传送网技术演进

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一、移动基站回传传送网现状

         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。

        以前的传送网采用基于SDH的多业务传送平台MSTP技术,主要是用于无线接入网络(RAN)的基站承载,并兼顾解决专线、TDM电路等业务的传送需求。

 

图1 中国移动2G基站回传所使用的SDH/MSTP技术方案

         过去,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1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。

        在过去,SDH以其可靠的传送承载能力、灵活的分插复用技术、强大的保护恢复功能、运营级的维护管理能力在中国移动塑造“精品网络”的过程中发挥了强有力的后盾作用。MSTP不同于SDH之处在于MSTP应用了Ethernet over SDH、带宽静态配置管理技术,然而,MSTP的分组处理或IP化程度不够“彻底”,其IP化主要体现在用户接口(即表层分组化),内核却仍然是电路交换(即内核电路化)。这就使得MSTP在承载IP分组业务时效率较低,并且无法适应以大量数据业务为主的3G和全业务时代的需要。

二、3G和全业务对光传送网的新挑战

         移动3G网络建设也是为了满足业务应用日益增长的带宽需求,无论是TD-SCDMA,还是WCDMA,3G系统都是为移动多媒体通信而设计的。3G的核心是数据业务和上网,全球电信运营商总体ARPU呈现下降趋势,但数据业务的ARPU则普遍呈现上扬趋势。移动话音趋于饱和,固定移动替代(FMS)向数据业务深入渗透。互联网正在摆脱PC机的束缚,步入自由移动的时代。移动互联网将驱动移动数据业务的发展,为移动通信的持续增长提供了广阔的新空间。

         高速上网吸引3G用户数大幅增长,当前各种业务都向IP化方向发展,同时新型业务也都是建立在IP基础上的,必将推动未来网络主导业务类型的转变,如图2所示。IP已经成为下一代网络的基础,可降低网络投资成本和综合运维成本,提高网络质量和收益;满足未来HSDPA的高带宽需求,减少E1捆绑数量,大颗粒的数据业务使用IP承载效率更高。

图2 城域网主导业务类型由TDM向Packet的转换

        3G网络的建设使得承载和传送层面面临业务类型由TDM为主向以IP/ETH分组为主转变,业务接口由E1向FE变化,业务粒度由2M向10M/100M发展等挑战。有电信专家预计在未来5~10年内固定用户带宽需求下行接入带宽可达20~30Mbit/s、上行接入带宽可达4~8Mbit/s,而移动通信系统每基站的带宽需求也将达到30M~100Mbit/s。下一代移动通信系统和宽带接入业务对更高带宽的需求将是无止境的,首先,用户需要更高的带宽,未来5年内不管固定用户还是移动用户,对带宽的需求将是现在的10倍甚至更多。其次,用户需要在不同终端上得到更好的服务体验,包括手机和手提电脑。第三,用户越来越希望参与通信服务的定制。目前用户已经不满足于运营商推给他的服务,希望参与定制服务,这就需要运营商提供固定、移动融合的移动互联网服务。


图3 后3G时代LTE的技术优势

         当前主流3G技术都成型于上世纪90年代,其设计目标并未针对移动互联网。如图3所示,TD-LTE充分考虑了移动互联网的需求,且随着TD-LTE与LTE FDD的产业整合,在移动互联网时代,TD-LTE更具突出的高效率、低时延、高带宽、低成本优势。

        移动运营商的业务将逐渐由传统语音业务为主转向数据业务为主。3G网络大大拓展了用户通信方式,为用户提供了更丰富的业务选择。移动运营商2G/3G网络的IP化趋势也驱动着无线回传网络向分组化的方向发展演进,所提供的主导业务也从TDM电路业务向运营级以太网业务方向演进。

三、面向3G和全业务的光传送网演进思路

        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. 基站回传与宽带接入的特性分析

         由于基站回传业务和宽带接入业务存在以下差异性:

        业务模型的差异性:基站业务是需要传输承载网络提供高质量保证的业务,在没有任何集线比的情况下需要保证各点峰值速率;宽带接入业务则要支持很大的集线比,一般设置在1:10左右;

        流量需求的差异性:基站业务所需带宽较小,完全可预测,升级的速度缓慢;固网宽带业务所需带宽很大,特别是在发展了IPTV以后带宽需求量更大,一般是移动所需带宽的10倍以上,同时带宽增长的模式受业务需求和用户数两者综合影响,扩容需求频繁;

         QoS的差异性:在只考虑基站业务的情况下,QoS可以最简单也最可靠性的方式,即通过规划来确保;而在叠加有集线比的普通宽带业务时,QoS的管理将较为复杂,容易形成隐患和增加成本;

        从服务质量方面来说,基站回传对传送网的基本要求是“面向连接”和“电信级”,这一点是IP RAN传送与传统IP互联网和宽带接入网的最本质区别。面向连接意味着端到端业务管理和配置能力、运营网络的OAM以及保护能力,在管理方案全面运用电信网管理TMN思路,全面支持图像化端到端业务配置,操作简单。而传统以太网设备基本上都是无连接的、尽力而为的、运用命令行进行单站配置、操作复杂、效率低。基站业务的“电信级传送”对时延、抖动和丢包率都有严格的要求,而互联网业务的“宽带接入”是尽力而为的,因此它们在业务特性和网络功能方面存在着本质差异,直接导致“基站回传”与“互联网业务接入”在质量保证和网络性能方面水火不容,很难统一承载;既就是要统一承载,那么对统一承载网络性能的要求也会是“就高不就低”的,这就意味着统一承载网络的性能必须要首先满足基站回传所需要的时延、抖动和丢包率要求。这也就是为什么在过去移动运营商都采用城域传送网MSTP来承载基站回传业务,而固网运营商都采用城域宽带IP网来提供互联网接入的原因。

        所以,关于针对基站业务和固网宽带接入业务是否共用的问题,作者认为3G的基站回传传送网络应该和2G无线网络的传输承载情况一样,采用相对独立的建网思路,也就是分别建设基站业务回传承载网和宽带用户接入网。这样可以在城域网规模很小的时候避免顾及移动业务的稳定性而束缚固网业务高速发展的手脚。但是必须依托基站资源开展宽带接入,因为以基站为中心发展多业务和企业客户是移动在多业务上的策略,RAN的IP化和以基站为中心发展多业务可互相促进。为了利用线路资源,可以采用宽带接入网和基站业务网共址但不共网的建设方式。

2. 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4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:

        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。

         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。

        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。

        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。

        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。

图4 由PTN实现基站回传

        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。

3. 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。

图5 以PON网络实现FTTB

        对安全性等要求相对不高的普通集团客户/高档社区,可综合比较投资成本与业务需求,采用FTTB/FTTF/FTTH(以PON为主)+LAN/WLAN进行接入。目前ONU以MDU(ONU集成交换机型多住户单元设备)型为主,采用FTTB+LAN/WLAN方式提供宽带接入。考虑到LAN/WLAN传输距离限制,MDU应尽量靠近用户,如图5所示。对于相对分散的别墅区用户,可采用SFU(单住户单元)型ONU以FTTH方式提供宽带接入。

四、基于PTN的统一承载方案

        目前较合适的IP化传送技术引入策略是IP网与传送网同步地发展并逐渐融合,传送层面将逐步完成向着PTN方向的升级和改造。在城域汇聚网可以率先采用支持完全分组能力的PTN传送节点,彻底打破传统传输网和二层数据网的界限,构建融合的统一网络,承载网络中现有业务和将来可能出现的各种新业务,所有业务都在同一平台上传送,从而形成最佳性能价格比的演进方案。

        PTN在城域网对分组业务进行汇聚,对接入点的分组信号进行汇聚传送到接入控制点,其如图6所示。一方面,PTN对于接入点和接入控制点之间的分组信号提供基于标签交换的汇聚,同时对分组信号的传送过程进行监控,故障定位,保护恢复。PTN可以在城域网中可以提供专线业务、Tree业务和VPN业务,通过和IP/MPLS核心网络互联就可以提供端到端的多业务伪线。

图6 PTN作为城域网接入和汇聚实现全业务接入和传送

        另一方面,PTN用于汇聚和接入层,可解决基站业务的汇聚和管道传送。接入/边缘接入演进方案主要针对Backhaul(回程)的话音/数据、专线出租、其他接入点等以太业务。

        因此,面向IP的高性能的分组传送PTN技术是一种极具应用前景的基站回传解决方案,而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,这样就可以大大提升移动运营商在网络层面应对全业务、全方位的市场竞争能力。












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