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应对3G传输的边缘传输网解决方案

 

 

第三代移动通信( 3G )的发展经历了体制标准之争,已逐步演进到标准的完善和设备开发之争以及未来的产业发展之争。面对激烈的竞争形势,快速提供业务、减少带宽资费、提高通信服务质量成为移动运营商在市场竞争中获胜的关键因素,这些关键因素之争的焦点又集中在基础网络建设,传输网是电信网的基础网络,因此, 3G 传输网的建设在整个 3G 网络发展中扮演重要角色。在 3G 传输网优化和建设中,如何定位传统的移动业务与新兴的数据业务之间的关系,现有的网络现状与即将上规模的宽带 3G 传输网的关系,综合技术成本和用户需求,选择何种技术和建网方案,都是我们需要重点考虑的问题。

本文从 3G 网络结构、网络接口、传输业务需求角度分析了 3G 传输网的特征,提出了应对 3G 传输网需求的 MSTP 解决方案,最后结合迈拓佳公司 MSTP 产品浅析 3G 边缘网解决方案的特点。

一、 3G 传输网的特征与技术方案选择

3G 的网络结构分析

首先从 3G 的网络结构上看, 3G 网络和 2G 网络具有相似的网络结构,我们以 WCDMA 的网络结构为例(见图一: WCDMA 的 R4 版本的网络结构)。

迈拓佳通信城域波分解决方案介绍

图一: WCDMA 的 R4 版本的网络结构

移动通信系统主要由接入网( RAN )和核心网( CN )两个部分组成。上图左侧部分表示 RAN 部分,左上的系统是增加了 GPRS 的无线接入网,左下是 3G 的无线接入网部分( UTRAN )。中间部分是核心网,分为电路域和分组域两个部分,分别处理话音和数据业务。右侧部分表示 Internet 、 PSTN 网等其它网络及 3G 的管理、计费等支撑系统。对于无线接入网部分,主要由移动终端(如手机,规范名称是 MS )、基站( NodeB )、基站控制器( GSM 系统中称为 BSC , WCDMA 中称为 RNC )来组成。我们知道在 UTRAN 中每个 NodeB 覆盖一定的区域(从几百米到十几公里不等),负责该区域内的手机信号接入;而 RNC 控制若干个 NodeB (一般为几十到上百个)。其中,从 MS 到 NodeB 的通信是无线方式的,从 NodeB 到 RNC 的通信是通过有线连接的,传统第二代移动通信中的信号为 TDM 方式, 1 到 2 个 E1 (即 2M )就够了,而 WCDMA 系统则是通过 ATM 口连接,带宽需求大得多。
对于核心网的电路交换部分,主要是由移动通信专用的交换机构成,一般称为 MSC (移动交换中心)。在 WCDMA R4 版本的核心网中采用了软交换方式,将 MSC 分为媒体网关( MGW )和一个服务器( MSC-S )。一般而言,每个 MSC 管理一到两个 RNC ( BSC )。分组交换部分主要由 SGSN 、 GGSN 、 BGW 组成。

  • 3G 传输网接口类型分析

根据以上分析可以看出,组建 3G 传输网的目的是实现 NodeB ( BS )、 RNC ( BSC )、 MSC 之间多种接口的互连,主要传输从 NodeB ( BS )到 RNC ( BSC )的业务信号和从 RNC ( BSC )到 MSC 的业务信号,其次是 MSC 、 GGSN 、 SGSN 之间的信号。
从传输需求量来说,对于一个 NodeB 就需要有相应的传输设备,中国移动在每个城市的 NodeB 数量往往为数百个到上千个(根据城市规模大小)不等,而从 RNC ( BSC )到 MSC 的业务信号的传输需求量不会很大,一个一般城市的 MSC 大约在十个左右(上下有浮动)。

从当前成熟的技术版本和厂家提供的 3G 产品来看,对 3G 传输接口类型的要求都是基于 ATM 的接口, NodeB 与 RNC 之间的接口类型主要包括 E1/T1 IMA 口、 STM-1 接口,也有 STM-4 接口; RNC 与 MSC 之间的接口为 STM-1 接口、 STM-4 ,也有 IMA 接口;由此可得出结论:对于 3G 边缘传输网接口需求集中在基于 ATM 的 E1/T1 IMA 口、 STM-1 接口,也有 STM-4 接口。对于骨干层来说,接口种类相对简单,而且数据经过汇聚,对带宽的需求较大。

  • 3G 传输网业务承载分析

作为解决未来的移动通信系统支持高速的数据接入的 3G 网络,其业务承载除了 GSM 话音业务外,更多的是对移动数据业务的承载。作为数据业务的整体提供方案,集团用户数据专线业务、智能小区高速上网业务以及带宽出租业务等都应在 3G 传输网建设中给予前瞻性的考虑。针对上述考虑,以下我们对移动传输网的全面承载业务分类进行分析。

首先移动传输网大量承载的是话音、会议电视、视频图像、透传带宽、有严格 QOS 要求的企业专线等对 QOS 要求很严的实时业务。这类业务非常适合以 TDM 方式传送;其次是企业 VPN 、 3G 基站等要求有 QOS 保证但本身具有统计复用特性的业务。这类业务需要采用 ATM 方式,能充分满足其带宽动态可调,而采用 SDH 方式则带宽浪费比较严重非常不经济;最后对于个人和小区 Internet 接入、门户网站等不需严格 QOS 保证、尽力传送方式的数据业务。这类业务用 IP 方式传输性价比最佳,用 SDH 和 ATM 方式传输则不经济。在 IP 的接入上,主要有两种,即低速率的 10M / 100M 业务和高速率的 GE / 10GE 。

从以上分析可见, SDH 、 IP 、 ATM 三种传输方式针对不同的业务各自有最佳的适用场合,作为基础传输平台,必须能够同时承载这三种不同类型的业务。随着传输设备的发展,出现了能同时传输以上各种业务的多业务传输设备( MSTP ),为建立此基础传输平台创造了条件。

MSTP 技术是以 SDH 技术为基础,继承了其优异的组网及保护能力,并提供对 ATM/IP 数据业务的统计复用功能,提高带宽传输效率,实现 TDM/ATM/IP 综合业务的统一传送,所以能很好地满足移动及宽带数据业务对传输网络的需要。随着 3G 网络内核的 IP 化演进, MSTP 技术方案可以非常灵活的适应这种变化,同时, MSTP 技术和产品经过各运营商的城域传输网建设的充分验证,已充分得到大家的熟悉和信任。由此我们得出结论: MSTP 设备将肩负起 3G 信号传输的重任。

二 . 应对 3G 的边缘网络解决方案

众所周知,边缘网络作为运营商的触角,是向客户提供服务的前沿陈地,随着客户需求的多样化和核心网技术快速发展,边缘网络在城域传输网建设中的重要性日渐升值,成为传输网建设的重点和难点。在 3G 传输网中也不例外, 3G 传输网建设重点是负责基站业务传输的边缘传输网络,由于基站数量巨大,每个大中城市有上千个基站,移动运营商每年要将自己业务收入的近 30 %付给其它运营商作为电路租用费。因此, 3G 边缘传输网的建设不仅要考虑基站传输大量的带宽需求,同时还要考虑能足够替换原来租用的传输电路。从实际设备情况看, 3G 的基站覆盖范围基本和 2G 的基站相同。也就是说,已经拥有 2G 设施的运营商仍然会采用原有基站的机房和线路。而各个运营商对 3G 的基站数量需求可以参照 2G 的需求量。

  • 1 . 3G 边缘网络的特性和需求

    3G 业务相对于 2G 业务来说,主要区别是其业务是宽带业务,流量具有统计特性,如果简单采用目前的窄带的 SDH 设备传输,效率会很低,因此, 3G 边缘传输网络必须具备统计复用特性。在传输带宽的要求上,也和以往有区别,总的来说 3G 基站所需要的传输带宽远远大于 2G 的基站。当前,各个运营商城域网接入层的传输制式主要是 STM-1 速率的 SDH 设备,每个环上的节点数量按平均 8 ~ 10 个计算(这是比较保守的估算),这样的情况下,总的带宽需求大约为每个接入环上 20 个左右的 2M 。实际应用中,每个基站都有一些预留的 2M ,实际的情况是大约每个接入环上已经占用的 2M 数量有四五十个。对 STM-1 的 SDH 设备来说,容量的可扩展空间已经比较小了。如果要支持 3G 传输系统,必然要求传输设备的带宽有一个跨越。

    由于移动业务需要从基站汇聚到 MSC ,这中间的所有业务流量都是集中型业务,比较适合采用通道保护方式。这样,采用 STM-4 速率的设备,可用的带宽为 126 × 2M 或者 2 × STM-1 ,显然不能满足 3G 的传输需求。这样, STM-16 速率的 MSTP 设备成为 3G 传输网接入层的首选。此外,由于移动网络的自身特殊性, 3G 边缘接入传输网和其他接入传输网相比,还具有时钟同步要求高、网络结构复杂、每点上下业务较少、要求传输设备体积小等特点;同时,由于基站往往是无人值守机房,常常要求传输设备提供各种网管通道和环境监控功能。

    从网络建设的角度,需要建设一个独立 3G 边缘接入传输网作为统一的业务传输平台,即经济又可以大大简化网络结构,甚至还可以和其它业务公用,比如固网的数据接入等等。 从运营商的维护体制来看,边缘传输网作为一个独立的层面和 3G 业务网分开,两者相互独立,便于维护,便于业务开展。

    2. 迈拓佳公司 3G 边缘网络解决方案

    随着第三代移动通信的标准日趋成熟,国内很多公司竞相展开 3G 的研究和产品开发,电信运营商开始着手 3G 传输网的规划。迈拓佳公司顺应这一发展趋势,对产品系列进行的优化和改进,推出了应对 3G 边缘传输网的 IBAS 100 系列产品,为 3G 的基站信号传输提供低成本、高效率、高带宽的解决方案,其中 IBAS 180 设备以其低成本;体积小( 3U 高度); STM-1/4/16 全速率兼容;优化的多业务承载能力;强大的组网能力;高可用性设计等特点成为边缘 MSTP 典范。
    • 非常灵活的容量设计当前主要使用的边缘 MSTP 为 155/622M 速率,面对宽带业务的高速增长显得力不从心,而当前的 2.5G MSTP 设备虽然功能都能满足要求,成本和体积却并不适合边缘网络的应用。迈拓佳公司 IBAS 180 紧凑型 MSTP 设备兼容 155M/622M/2.5G 三个速率等级,体积却只有 3U ,非常适合高数据容量的边缘传输网组网,使用户能够以最小的投资适应较长时期的业务需求。
      同时,针对边缘网络中小容量的接入需求, IBAS 100 系列产品具备 8M PDH 光接口的接入能力,远端的 PDH 8M 设备能够直接接入 IBAS 100 。以这种方式组网后,可以选择本地终结 PDH 8M 业务,也可以利用 IBAS 100 的调度能力将由 PDH 支路接入的业务调度到其它节点,而不需要中间转接。这种功能的提供不但避免了大量 PDH 8M 设备组网时在局端占用大量机房空间的问题,而且能够提供 PDH 、 MSTP 统一网管,大幅度简化了局端的大量 2M 转接工作,成为 IBAS 100 系列的一大特色。

提供丰富的业务接口支持能力

IBAS 100 系列 MSTP 设备支持各种宽带业务接口,如 E1 , E3 , STM-1 , 10/100M 以太网接口, IMA 接口, ATM 接口等等。同时,针对不同的宽带业务接口,增加了强大的处理能力。

针对以太网接口,能够提供 LAPS/PPP/GFP 兼容的映射方式,提供支持符合 G.7041 的低阶虚级联和符合 G.7042 的 LCAS 功能。这些功能使得以太网的承载效率、承载的灵活性大大增加。在此基础之上,进一步提供透传、二层交换、多点汇聚等应用方式,满足针对不同等级用户和应用的不同需求。其中的 VLAN 功能能够为用户提供可靠的二层数据隔离。
针对 ATM 接口,不但提供 STM-1 接口来满足高速率的 ATM 接入,而且提供灵活的 IMA 接口,使用户能够以 N × 2M 的速率接入 ATM 业务。

灵活的数据优化处理能力

IBAS 100 系列全面支持对 IMA 接口和 ATM 155M 接口的数据优化。由于 3G 数据业务具有动态特性,传统的 SDH TDM 方式的动态传输效率不高,因此针对 MSTP 设备的 STM-1 接口和 IMA 接口,均要求提供统计复用功能和多点汇聚功能,使用户能够更加高效地利用带宽。

从基站的容量上看, 3G 建网的初期,用户容量需求不大, IMA 口可以满足要求,移动数据业务经过比较长的发展之后,对带宽的需求增加,将会要求基站的上行接口升级到 STM-1 速率。这样,用于边缘接入的紧凑型 2.5G 设备必须具备低阶处理能力,并能够提供较多的 STM-1 接口。

对于现有的 MSTP 传输设备来说,不需要做任何的改动就可以直接提供对普通 IMA 接口的支持。但是,由于移动通信业务的汇聚型业务流向非常突出,大量的 IMA 接口汇聚到 RNC 时,在与 RNC 相连接的 MSTP 节点处,将有大量分离的 2M 需要经过电口转接(图二:普通 IMA 接口的业务接入) , 其直接后果是带来成本急剧上升,而且不便于维护,降低了系统的可靠性。


因此,对于 IMA 口传输,需要统计复用功能和多点汇聚功能的支持以优化 3G 的 ATM 信号处理


图三:统计复用功能的 IMA 接口的业务接入

在与 RNC 连接的 MSTP 设备上通过增加 ATM 交换模块实现如下的统计复用功能。


图四:统计复用功能模块示意图

 

这样,可以使得多个基站汇聚过来的 IMA 业务在 MSTP 内部汇接为一个 ATM 155M ,通过这个 155M 接口与 RNC 进行连接。

这种处理方式大大降低了转接处的设备成本,而且便于维护,提高了系统的可靠性。上述功能在一个机盘内实现。这种处理方式的另一个优点是对与基站连接的 MSTP 设备没有特殊需求,成本也可以得到较好的控制。

当然,也可以采取 MSTP 平台共享环来提高传输效率。


图五: ATM 共享环

在共享环上,每个节点根据需求分配一个固定的带宽,每个节点都具备统计复用能力,环上节点共享带宽。

这种处理方式的特点是在每个 MSTP 节点都增加了针对 IMA 的统计复用功能。这种处理方式在整个环上共享一个 ATM 155M 带宽,能够提供基于 VP Ring 的保护。
从长远的发展来看, 3G 的业务量增长后极有可能会采用 ATM 155M 进行基站互联,对于 ATM155 接口的数据优化需求和 IMA 接口类似,当前业界针对 ATM 155M 已经普遍实现的统计复用功能能非常好地满足这种需求。

    • 提供业界领先的组网能力

IBAS 100 系列边缘 MSTP 设备与业界同类产品相比,组网能力强是其另一优势。 IBAS 180 紧凑型 MSTP 设备最多同时支持 3 个 STM-16 的光方向和 8 个 STM-1 的光分支。边缘的 MSTP 网络的规划比较困难,往往需要根据业务发展的情况不断进行调整。这就要求边远的 MSTP 产品能够提供较强的组网能力,随时根据需要延伸支路,增加业务。 IBAS 100 系列产品能够提供多方向的组网能力,在设计上尤其重视了对 STM-1/4 的支路延伸能力,使得该系列产品能够适应复杂的边缘网络拓扑变化,简化网络规划的工作。

? 升级为 IP 内核后的网络继承性

迈拓佳公司 MSTP 产品采用模块化设计,可在统一传输平台上提供 ATM 多点汇聚接口板、统计复用接口板,以太网多点汇聚接口板、二层交换接口板等不同业务接口板,在与 3G 业务组网时,可通过灵活的配置相关模块满足 3G 多种信号的传输要求,并随着 3G 网络同步演进,在不变更传输网络的结构,不变更底层传输平台情况下,只需要更换相应的业务接口板,有效保护用户投资。

? 体积小巧,环境适应性强 IBAS 100 系列 MSTP 设备中,体积最大者不过 5U ,最小者仅有 1U ,体积非常小巧,能够节约大量的局站机房空间。同时,该系列产品的环境适应性非常强,能够满足恶劣机房条件下的使用需求。对于网络边缘没有机房条件的应用情况,迈拓佳通信 IBAS 100 系列还提供一款传输室外一体化工作箱 " ,室外工作箱具有外部配电、交流输入市电防雷、传输信号线防雷、外围传输设备安装及传输设备供电等功能。机箱内外双层结构,可防晒、防雨、防尘、防啮齿类动物。两点式的门锁,牢固可靠。内外表面喷塑保护,可防止盐类和酸类气体侵蚀。还装配有加热模块和良好的散热模块,并配有环境监控模块,以保证传输设备在正常工作温度下工作。这种室外一体化的设备配以附件可以在基站、水泥杆、公路的电线杆、墙壁或平台安装,极大的方便了网络边缘用户多方位的应用需求。

    • 方便维护,易于管理

IBAS 100 系列 MSTP 设备能够与迈拓佳通信其它传输产品一起纳入统一的 OTNM 系列网管平台。 OTNM 系列网管平台在管理大规模传输网上具有明显的优势,且能够提供诸如自动拓扑发现、端到端业务调度、客户自助网管等等强大的管理功能,能够极大地简化 MSTP 网络的管理工作。

三. 结束语

从本文的分析我们可以得出这样一个结论,未来 3G 传输网建设最佳方案是采用 MSTP 多业传送平台组网。这样在 3G 网络演进的初期,多业务网络呈现严格 QoS 特性时,可以采用 SDH 平面作为承载的主要方式,并辅以 ATM 特性完成 NodeB 的接入,初期建设业务量较小可以大量采用 E1/T1 IMA 口,并利用其统计复用功能提高传输效率。在网络演进后期,可以大量使用内嵌 RPR 方式或 ATM 方式通过 FE 或 ATM 155 接口实现业务承载,具有较强的继承性,并可以适应各个阶段的业务需要。随着传输网络的进一步发展, MSTP 平台可以与智能光网络紧密结合 , 今后通过对网络软件平台的智能化改造, MSTP 平台将具备更多的智能特性,包括动态业务提供,网络元素即插即用、基于协议的路由和保护、不同业务的 SLA 等特性,会对 3G 传送网提供更多的支撑,为各地区未来的 3G 规模发展奠定坚实的基础。

针对 3G 边缘传输网络建设需求迈拓佳公司推出以 IBAS 18 0 紧凑型 MSTP 设备为代表的 IBAS100 MSTP 系列产品,不但能够有效支持各种业务的综合承载,更能够高效地支持各种宽带业务,体积小,成本低,组网灵活,在业界同类产品中具备极强的竞争力。

 
 
 
 
 
 

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