王雅紅

(中國電信山西省分公司,山西太原 030000)

基于IP RAN承載實現(xiàn)移動網(wǎng)絡IP化改造的研究

王雅紅

(中國電信山西省分公司,山西太原 030000)

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的快速發(fā)展,傳統(tǒng)MSTP網(wǎng)絡因承載效率低、擴展性差等問題已無法滿足業(yè)務承載需求。IP RAN網(wǎng)絡憑借承載效率高、支持點到多點通信及擴展性好等優(yōu)點已逐漸成為承載網(wǎng)絡的主要選擇。在此大趨勢下,移動網(wǎng)絡的IP化進程也在逐步展開。針對上述問題,重點研究IP RAN承載實現(xiàn)移動網(wǎng)絡IP化改造的技術方案及保護策略。該研究結論對IP RAN承載實現(xiàn)移動網(wǎng)絡IP化改造具有一定的參考意義。

IP RAN LTE MPLS PW

1 概述

隨著智能終端的普及和移動互聯(lián)網(wǎng)流量快速增加,通信運營商加速LTE 網(wǎng)絡的部署進程,同時需要承載網(wǎng)絡以較低的成本承接流量的膨脹。大力擴展移動業(yè)務是中國電信的重點戰(zhàn)略之一,大量3G增值業(yè)務為運營商帶來無限商機和空間,同時也帶來移動帶寬的迅猛增長。從帶寬需求、多業(yè)務融合及后續(xù)的發(fā)展要求等方面來看,移動網(wǎng)絡IP化是不可避免的寬帶化發(fā)展趨勢和承載趨勢,尤其是LTE(Long Term Evolution)網(wǎng)絡的峰值帶寬約為3G網(wǎng)絡的10倍及接口和業(yè)務呈現(xiàn)全IP化的需求。

目前分組傳送技術實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡的承載主要有兩種技術:PTN(Packet Transport Network)技術和IP RAN(Radio Access Network)技術。PTN技術采用MPLS-TP協(xié)議提供二層以太網(wǎng)業(yè)務、TDM業(yè)務等并可通過升級方式支持三層協(xié)議,實現(xiàn)三層相關功能。IP RAN技術則直接承載IP業(yè)務并通過偽線仿真方式提供TDM業(yè)務。相對于PTN技術,IP RAN技術具有如下優(yōu)勢:端到端的IP化使得網(wǎng)絡復雜度大大降低；簡化了網(wǎng)絡配置,能極大縮短基站開通、割接和調(diào)整的工作量；更高效的網(wǎng)絡資源利用率,采取動態(tài)尋址方式,實現(xiàn)承載網(wǎng)絡內(nèi)自動的路由優(yōu)化,大大簡化了后期網(wǎng)絡維護和網(wǎng)絡優(yōu)化的工作量。

本論文結合IP RAN技術的優(yōu)勢,重點研究IP RAN承載移動網(wǎng)絡IP化改造中的問題并提出相應的解決方案。

2 IP RAN的關鍵問題分析

(1)規(guī)模組網(wǎng)問題。IP RAN的組網(wǎng)規(guī)模一直是業(yè)內(nèi)有爭議的問題之一。從路由器組網(wǎng)的現(xiàn)網(wǎng)部署情況看,目前尚無上千個節(jié)點的單個IP承載網(wǎng)存在；但從全網(wǎng)角度看,整個互聯(lián)網(wǎng)就是由自治的多個IP網(wǎng)通過邊界網(wǎng)關協(xié)議(BGP)注入形成的完整網(wǎng)絡。因此,基于IP/MPLS的IP RAN網(wǎng)絡也可以采用分域管理,不同的域使用不同的內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議(IGP)協(xié)議并互相使用靜態(tài)路由注入的方式解決規(guī)模組網(wǎng)的問題。靜態(tài)路由配合動態(tài)路由利于網(wǎng)絡路由收斂、故障恢復和自愈。

(2)OAM管理問題。傳統(tǒng)傳輸設備如MSTP的配置方式是圖形界面(GUI),特點是配置直觀,適合批量管理,使用簡單。為了減少管理方式變化給運維帶來的影響,部分路由器廠家已經(jīng)開發(fā)了基于圖形界面的管理方式并遵循了傳統(tǒng)的MSTP網(wǎng)絡管理習慣。由于IP RAN的承載方式打破了運營商傳統(tǒng)傳輸專業(yè)的運維和管理思路,如何平穩(wěn)過渡還需要在實踐中進一步探討。

(3)保護恢復問題。IP/MPLS采用快速重路由(FRR)機制可以提供50ms級別的故障恢復,但屬于局部網(wǎng)絡保護方式,當鏈路或節(jié)點故障發(fā)生在TE 域之外,系統(tǒng)的故障恢復需要IGP收斂實現(xiàn),整網(wǎng)保護倒換可能在幾百ms左右。

(4)端到端QoS保障問題。在傳統(tǒng)IP承載網(wǎng)中,高品質(zhì)的QoS保障往往要靠大帶寬輕載來實現(xiàn),網(wǎng)絡帶寬的利用效率較低。為此需要考慮部署端到端的QoS解決方案,以提高網(wǎng)絡利用率。

(5)互聯(lián)互通問題。運營商原有MSTP的部署規(guī)模較大,承載了現(xiàn)網(wǎng)大部分業(yè)務。新部署的IP RAN還不能完全取代MSTP,業(yè)務的割接需要遵循漸進過程,因此在MSTP與IP RAN共存的情形下,必須解決MSTP與IP RAN的互聯(lián)互通問題,包括業(yè)務的互聯(lián)互通、OAM的互聯(lián)互通及網(wǎng)絡保護的互聯(lián)互通。

圖1 電信IP RAN網(wǎng)絡拓撲示意圖

3 IP RAN 網(wǎng)絡組網(wǎng)模型

IP RAN由核心層、匯聚層與接入層三層組成,如圖1所示,各層功能如下:

(1)核心層主要由RAN ER設備組成,核心層RAN ER直接與MCE相連。

(2)匯聚層由B類設備(IP RAN匯聚路由器)組成,用于接入?yún)R聚A類設備。匯聚層承上啟下,B設備的選點、選型是網(wǎng)絡架構的重中之重。

(3)接入層:由連接基站的A類設備(IP RAN接入路由器)組成。承載基站的A類路由器應采用環(huán)形接入一對B類路由器,建設初期采用單GE環(huán)組網(wǎng),在4G網(wǎng)絡部署階段需根據(jù)流量情況,可擴容至2個GE環(huán)。

在實際建設中,核心層需要保持穩(wěn)定,RAN ER設備一次到位。匯聚層、接入層按需建設,A/B設備根據(jù)LTE基站建設進度按需部署。隨著業(yè)務的發(fā)展,IP RAN網(wǎng)絡由市區(qū)向縣城和郊區(qū)擴展。

4 IP RAN網(wǎng)絡設計與研究

圖2 VRR部署示意圖

圖3 PW+L3VPN方案上行業(yè)務標識流程

4.1 IGP路由設計

IP RAN網(wǎng)絡本質(zhì)上是一張全IP網(wǎng)絡,其路由的設計會直接影響到IP Backhaul網(wǎng)絡的可靠性和安全性。全網(wǎng)路由采用扁平化結構設計,IGP路由協(xié)議僅承載網(wǎng)絡設備的loopback地址和互聯(lián)地址,不做業(yè)務路由的承載。

為保證路由層面的安全性,綜合業(yè)務接入子網(wǎng)與IP RAN核心層采用不同的IGP路由進程,并啟用MPLS；B設備同時屬于多個IGP域,核心與接入的IGP路由相對隔離,不進行路由的相互注入,根據(jù)電信集團規(guī)范,在接入層部署OSPF協(xié)議,匯聚層選用ISIS作為IGP協(xié)議。

網(wǎng)絡側的IGP路由規(guī)劃分為接入環(huán)的IGP規(guī)劃和匯聚環(huán)的IGP規(guī)劃。按照中國集團規(guī)范要求和現(xiàn)網(wǎng)的實際情況,IP RAN網(wǎng)絡側IGP設計如下:匯聚層使用雙平面的路由設計,使用ISIS協(xié)議。所有B設備、ER設備和EPC CE設備在同一個ISIS進程。為提高匯聚側ISIS進程優(yōu)先級,使B之間路徑默認選擇ISIS而不選擇接入側OSPF。接入層配置分域的OSPF,對于一對B而言,B互聯(lián)鏈路上起一個OSPF區(qū)域0,然后接入的每一個接入環(huán)都屬于不同的區(qū)域。

4.2 BGP路由設計

(1)AS設計。RAN ER、B統(tǒng)一使用山西省會MCE的AS號65431,IP RAN域內(nèi)存在MP-iBGP鄰居關系。RAN ER和CN2的PE采用Option A方式對接,之間存在MP-eBGP鄰居關系。MCE與RAN ER之間采用Option A方式,之間存在EBGP鄰居關系。

VPN ECMP方案下IP RAN域內(nèi)的MP-iBGP部署要點:B設備、RAN ER配置雙RD,發(fā)布等價路由,使B設備上下行均形成BGP VPNV4 ECMP方式進行流量負載分擔。

(2)VRR(VPN路由反射器)部署設計。在一個本地網(wǎng)AS內(nèi),其中一臺路由器作為路由反射器RR(Route Reflector),其它路由器作為客戶機(Client)與路由反射器之間建立IBGP連接。路由反射器在客戶機之間傳遞(反射)路由信息,而客戶機之間不需要建立BGP連接。在IPRAN網(wǎng)絡中RAN ER兼作VRR；所有B、CE設備作為VRR的Client(客戶機)。VRR部署設計如圖2所示。

4.3 隧道部署設計

IPRAN網(wǎng)絡作為一個綜合業(yè)務承載平臺,將承載不同業(yè)務的傳輸,虛擬專用網(wǎng)技術的應用是必不可缺的,其隧道技術的部署設計將會直接影響業(yè)務承載的安全性和可靠性。IPRAN網(wǎng)絡中的隧道部署方案如下:

(1)A到B隧道部署。A和B設備之間部署LDP LSP隧道。A-A的互聯(lián)接口、A-B的互聯(lián)接口開啟LDP。A和B配置只為32位主機地址分配標簽。接入環(huán)的保護無需部署LDP BFD進行保護,只依賴PW FRR。

(2)匯聚核心隧道部署。B設備、RAN ER之間采用LDP作為動態(tài)隧道的信令,互聯(lián)接口開啟LDP。B設備間存在ISIS互聯(lián)和OSPF互聯(lián)兩類L3接口,都需要開啟LDP。

圖4 PW+L3VPN方案下行業(yè)務標識流程

4.4 保護策略設計

(1)隧道保護。在建立LSP主隧道的同時,建立LSP備份隧道,同時下發(fā)到轉發(fā)平面,當主隧道出現(xiàn)故障時,業(yè)務快速切換到備份隧道。

IP RAN設備接入環(huán)只部署LDP形成LSP,不考慮LDP LSP的保護。

(2)業(yè)務保護。接入環(huán)上A設備與B1建立主PW,和B2建立備用PW。主備PW同時部署PW BFD,檢測周期50ms*3,WTR5分鐘。

匯聚核心層采用VPN FRR(VPN快速重路由)技術,通過預先在遠端PE中設置指向PE和備用PE的主備用轉發(fā)項,結合BFD等故障快速探測,在網(wǎng)絡失效后,主備PE快速切換,端到端可達200ms的可靠性。

(3)網(wǎng)絡保護。BSC雙歸到IPRAN網(wǎng)絡,兩臺RAN-CE之間采用的是VRRP以及心跳報文的傳送方式。能夠保證當主機下一跳路由器故障時,可以及時的由另一臺路由器替代,從而保持通信的連續(xù)性和可靠性。

4.5 QOS保障

為保障多業(yè)務的傳送質(zhì)量及QOS策略的可實施性,綜合業(yè)務接入網(wǎng)總體上采用簡化部署及預防性的QOS策略,滿足業(yè)務QOS透傳和差異化傳送的能力。Qos的部署設計需要遵循如下事項:

(1)保持與CN2的QoS部署規(guī)范一致；

(2)精簡隊列數(shù)量,降低部署難度；

(3)規(guī)范并信任無線業(yè)務優(yōu)先級,透傳無線業(yè)務優(yōu)先級；

(4)政企客戶業(yè)務按照接入端口/VLAN進行映射,透傳政企業(yè)務優(yōu)先級。

在IPRAN組網(wǎng)中,采用的PW+L3VPN方案組網(wǎng)模型中上下行業(yè)務的QOS標識透傳流程如圖3和圖4所示。

對于基站業(yè)務,基于IP DSCP進行標識,重置EXP值,IP QoS在基站到BSC/EPC之間的承載網(wǎng)絡實現(xiàn)透傳。對于政企客戶業(yè)務,基于端口/VLAN進行標識,重置EXP值,IP QoS在承載網(wǎng)絡實現(xiàn)透傳。

5 結語

面向全業(yè)務的路由型IP RAN綜合承載網(wǎng)以IP/MPLS為基礎,滿足未來各種新業(yè)務對網(wǎng)絡提出的新需求,其承載移動網(wǎng)絡全網(wǎng)業(yè)務IP化技術已經(jīng)成熟,可以作為各類運營商未來網(wǎng)絡建設的重要技術選擇并能促進運營商網(wǎng)絡的可持續(xù)發(fā)展和演進。

[1]中國電信集團公司.中國電信移動承載網(wǎng)組網(wǎng)與策略規(guī)范(試行).2014.

[2]中興IP RAN解決方案及設備介紹.http://www.doc88.com/p-018708848289.html

[3]成大業(yè).基于IP RAN技術的傳送網(wǎng)建設:[碩士學位論文].吉林:吉林大學,2013.

王雅紅(1977—),男,漢,山西臨汾人,碩士研究生,工程主管,通信工程師,研究方向:移動通信網(wǎng)絡,從事2G/3G/4G網(wǎng)絡規(guī)劃及建設工作。