3G时代的IP承载

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引言

        对于中国人来说,姗姗来迟的3G时代究竟是如何的欣欣向荣,现在我们还只能忐忑不安地憧憬着。但是,在这山雨欲来的时刻,3G的IP承载网对于运营商来说,都已经是“风满楼”的状态,几乎触手可及了。

        不管是中国电信,还是中国移动、中国网通,都已经未雨绸缪,开始设计和部署其IP承载网。这些IP网络,将作为3G或者NGN的承载层面,是开展通信业务必不可少的一环,是未来通信业继续发展的基础设施,没有谁可以掉以轻心。

        为此,本文将根据3G网络对承载的需求,结合中国通信网络的特点,对IP承载网络规划设计中的一些现实问题进行探讨。

业务需求

        毋庸置疑,现代通信网络的发展,是由业务需求和市场需求来决定的,而不是技术的发展。我们回头看看互联网(IP网络)的发展历程,这其中市场推动的痕迹非常明显:这一种六七十年代就已经诞生的IP网络技术,在九十年代后期才得以迅猛发展,无非是上世纪后期,文件共享、电子邮件、网络计算和网页浏览等多种业务需求的共同作用。

        同样,3G系统对IP承载网络的要求,也是由其业务需求来决定的。根据统计,在中国,移动数据通信的业务收入在整个移动通信行业里所占的比重在15%左右,从这个比例看,显然,目前真正创收的仍是话音业务。即使在经济发达的欧洲,在已经开通3G业务的国家里,话音业务所占比重仍然高达85%。 

        因此可以相信,未来5年的3G业务应该是这样一种格局:以话音业务为主导,数据业务迅速发展。不管是3G的无线网络,还是IP承载网络的设计,都必须考虑这个因素。

        针对这个特点,我们有必要来分析一下话音业务和数据业务的流量模型:

        话音流量模型区别于一般互联网数据业务的流量模型,话音流基本上是对称的,上下行差别很小,而每个Internet业务流上行和下行的流量是不同的。另外,其对服务质量的要求也不尽相同,不管是话音还是视频,这些实时性业务对数据包的时延和抖动非常敏感,对QOS的要求非常苛刻;而互联网HTTP、FTP、电子邮件等业务没有特殊的要求,只要数据包在超时之前到达就可以。

        从安全可靠性的角度考虑,两者的要求也不同。由于话音通信已经成为人们生活工作不可或缺的工具,即使电话流量承载在IP网络上,也要同样保障其原有的可靠性;而互联网网页浏览、网络游戏等业务,远没有达到必不可少的高度。

        这些业务特点,决定了3G的IP承载网特殊性:一方面要保证传统话音业务的可靠安全,毕竟这是业务创收的主要来源;另一方面,还要提供多业务(如视频、图像、数据等)的通信载体,这才是未来发展的方向!两者都不可偏废。

网络隔离

        基于3G业务的不同需求,在业界基本上达成这样的原则:3G的IP承载网与传统互联网络隔离开来,不管是逻辑上还是物理上的隔离。

图1 网络隔离示意图

        目前中国的运营商都已经拥有一个或更多IP网络:比如中国电信的163、中国网通的169以及移动的CMNET等。其中规模最大的一般都是开展互联网业务的IP网络。在这种情况下,建设3G承载网都会碰到这个疑问:改造现有网络还是新建一张专用网络?

        其实,在业界从来不缺乏这种类似的争论,争论的核心无非是投资成本和管理成本的问题。但是,我们看看最后的结果,中国移动在CMNET外另建了一个IP专网,而中国电信已经完成了新CN2的部署。因此,实践证明,最节俭有效的方案是另外建设一个物理专用网络。

        改造现网,无非是在目前的基础上升级设备能力和扩大线路容量,然后采用相应的VPN技术逻辑上隔离3G业务。从投资费用上考虑,原有旧设备和线路的升级,旧网络的割接,其成本并不低;而且,如果改造后的3G业务与互联网业务共享一个物理网络,还会有很大问题:由于互联网业务的爆发式增长,其对带宽的需求很难预测,很可能在短期内造成网络拥塞,一再扩容,最后还是需要新建一个网络,造成更大的浪费。而3G业务目前以话音为主,其流量模型与互联网业务大相径庭,不太适合共享一种链路带宽。从长期考虑,新建网络将更加节约投资。

        第二,在现网基础上开通3G承载网,还会带来管理成本的剧增。由于VPN技术的引入,显然带来了网络的复杂性。网络管理和业务开通难度增加,需要采用各种复杂的路由策略、VPN、QOS等技术来隔离和协调3G业务和其它业务,使得3G的MSC、信令网关和媒体网关等设备能和现网众多的Internet服务器、网关和终端在同一个物理网络上安全工作。

         第三,物理隔离开互联网,可以避免互联网带来安全问题。由于随着互联网规模和用户的日益增加,Internet已经演变成了一个非常开放的、自由的,也非常复杂的通信方式。在这个网络里缺少合理的管制,到处充满了冲突,病毒与反病毒、保密与拦截、共享与版权保护等。一旦存在网络攻击,网络陷入瘫痪,即使是逻辑隔离开来的3G承载网也无法幸免,毕竟它们共同运行在一个物理设备上。而且,互联网发展到如今,安全始终是一个重要并存在着的问题。

        随着IP网络设备的成本降低,未来的3G承载网应该,也完全可以建设在一个新的IP网络上,目前不适合与互联网共存于同一网络里。

        其实,在具体的业务承载策略里,3G业务会同时运营在其IP专用承载网和互联网上:3G系统的信令VPN、CS域业务(话音)和PS域里的流媒体等实时性业务均可承载在IP专用承载网上;而网页浏览、文件共享和网络游戏等业务可以通过Gi接口引入互联网。这样,即可以满足前面提到的3G业务需求,又可以充分利用多个物理网络,提高了运营商的投资效益。

网络框架及站址路由器

         根据目前网络发展的扁平化趋势,未来的IP承载网应该尽量减少网络层次。针对中国的实际情况以及3G节点部署的特点,一般来说有两种做法:一、国家网扁平化到地市;二、省网扁平化到地市所有节点。这两种结构对于准备大规模发展3G业务的运营商来说,总体上都是符合简单高效原则的。

        方案一(图2):国家网扁平化到地市,不再设立省网,国家骨干网直接接入地市城域网;地市的城域网由3G站址路由器(Site Router)组成,接入3G业务。

        请参考下图:

图2 网络框架一

        这种将国家骨干网的边缘推进到城域网边界的作法,其主要优点是方便集中管理、利于跨省业务的开通。需要提出的是,这种网络结构对于维护体系有一个较高要求,需要全网有一个集中维护的技术团队,对于一个拥有几百个节点,开展VPN等多业务的网络来讲,需要较为庞大的维护、策略优化的团队。因此,这不仅仅是个技术问题,还是个网络管理体制的问题,需要运营商仔细斟酌。

        而方案二(图3):则对省网进行扁平化,部署到每个地市的3G节点(Site),省网最主要的设备是3G站址路由器(Site Router);而国家骨干网保持简单明了的网络结构,只涉及每个省的一两个出口。

        这种网络也同样能达到网络扁平的目的,由省级部门来管理整个IP承载网,方便省内业务的开通;对目前中国的运营商来说,也不涉及大规模的管理体制变动。因此,这也不失为一个好的选择。

 

图3 网络框架二

        在以上的方案设计里,有一个非常关键的地方:那就是3G站址路由器(Site Router)的配置。这个站址路由器主要是IP承载网与每个3G Site里核心设备(MSC、MGW等)之间的桥梁,它在VPN应用里承担PE的作用,无论是在承载网还是在3G核心网里都占有举足轻重的作用。

        因此,设备提供商都会对其站址路由器进行严格筛选,特别是配合3G核心网设备进行全方位的测试,确保它能够不折不扣完成其桥梁的作用。所以,这个站址路由器是每个设备提供商3G Site解决方案里不可或缺的基本设备。直接采用3G设备提供商筛选出来的站址路由器,一是确保3G网络能够顺利快捷地开通,毕竟时间就是金钱,这是运营商面临的现实问题;二是降低维护管理成本,利于开展端到端的3G业务。

        从理论上看,所有的IP路由器都是遵循IETF、ITU的标准,相互替代应该没有问题。但事实告诉我们,不同厂家的设备依然存在不兼容的现象,其实这也无可厚非,如果所有厂家都用同一个模子生产产品,整个世界岂非十分单调和无趣?同时,由于站址路由器会同时面对3G核心网里的多种设备,每种设备也许都对其有些特殊的要求,所以选择这些路由器要求非常严格。IP路由器与某些软交换设备不兼容的现象,其实在很多工程里已经是屡见不鲜了。

        比较实际的做法当然是配置3G设备提供商的站址路由器,同时把些站址路由器和一些汇聚路由器结合在一起,便可以顺利组成一个简洁高效的3G承载网(城域网或省网)。如下图(图4):

图4 站址路由器组网

        这个城域网或省网,和国家骨干网结合起来,就是一个理想的、扁平化的3G IP承载网。但是在某些设计方案里,硬生生地在这些站址路由器(Site Router)前统一增加一批路由器作为3G的PE设备,整个网络结构马上变得非常复杂,削弱了网络扁平化的作用,同时还浪费投资。

结束语

        关于3G的IP承载网,以上的这些观点及想法是在实际工作中总结出来的,也许有失偏颇,希望大家能够共同斟酌。

        作者:爱立信(中国)通信有限公司 IP及宽带接入业务部 郭骏文

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