IP RAN构筑LTE发展基石 - RF技术社区射频微波与天线-与非网

IP RAN构筑LTE发展基石 更新于2011-04-29 08:19:05 文章出处:EDN LTE 移动宽带 IP RAN 智能终端

由于移动智能终端的成熟、HSPA的规模商用和无线数据业务资费的下降，移动对固定业务的替代也从语音蔓延到宽带领域，现在是全球无线宽带市场的快速发展期。无线宽带的快速发展加剧了运营商的竞争，也加速了LTE的商用节奏。分析认为，2010年～2011年为全球移动市场LTE Trail期，2012年LTE将会有一定规模商用。

MBB（移动宽带）从技术上可以分为传统式、跳跃式、替换式与中国特定式四类技术演进路线，最终都会使用LTE无线技术进行MBB部署。从承载网络的容量上看，无线接入容量要求随着LTE的部署将成倍增加，2012年承载网络容量将是目前的3倍。

承载网络的建设是一个长期的规划，必须考虑3~5年。移动宽带是全球运营商发展的主旋律，宽带化过程中运营商面临的主要压力在于承载网络带宽和收益的矛盾。急需高传输资源利用率、低维护成本、支持大带宽的网络承载解决方案，以满足LTE部署建设的承载要求，确保运营商在新一轮MBB发展高潮中获得有利地位。

大带宽需求与IP化改造，冰山上的可见需求

Ovum最新分析认为，“预计到2012年，全球手机用户总数将达到49.9亿”。从目前的第二代数字移动通信系统向第三代和第四代移动通信系统发展是必然的趋势。移动终端用户对移动数据业务的需求日益强烈，运营商也希望能提供更多的移动话音之外的增值服务。移动互联网将会成为未来移动网发展的主流。沃达丰研究指出，移动互联网将对移动网络承载带来巨大带宽冲击。

向移动用户提供多媒体业务，将是未来十年内移动通信发展的主要潮流。手持终端的功能将不断完善和增强，为多种移动应用的发展开辟了广阔空间。统计数据显示，在iPhone等智能手机的推动下，移动互联网在3G业务占比为88.2％，而普通手机的15％比例。手机电视等业务的开通，用户带宽需求急剧增加，HSDPA下行带宽峰值从2006年3.6M增加到现在14.4M，租用E1从2条增加到16条。预计LTE时代手机的带宽能够达到100M，单eNB的承载带宽需求将达450M，承载网络的带宽要求将大大增加。

随着无线技术的快速发展，全球范围内移动宽带业务的应用也步入了崭新的阶段。快速空中接口技术如EV-DO、HSDPA/HSUPA和LTE的部署带来了巨大的带宽需求，由此将引发在无线接入层扩建更多的线缆或微波连接。与此同时，与话音相比，在现行资费体系下，这些消耗大量带宽的数据流量所带来的收入却处于较低的水平，与高额的网络建设及维护成本不相适应。因此，随着移动数据业务所占比重的逐渐增加，网络投入与运营收入之间的矛盾已成为运营商所面临的越来越紧迫的问题。

当前移动网络中已建成的RAN传送网，主要是基于TDM/SDH技术而构建的。SDH的高可靠性、高稳定性、易于管理维护等特点，是移动传送网络至关重要的优势。然而，对于移动数据的传送，SDH传送网存在带宽利用率低下、扩展困难、配置不够灵活等弊端。IP承载的成熟应用成为驱动传送网分组化的重要因素。移动运营商因此纷纷寻求建设面向IP的传送网，以应对业务发展和竞争的压力。

众多潜藏在冰山下的LTE承载需求

对应LTE的部署，IP化承载改造与高带宽的提供仅仅是承载网络建设冰山上的可见部分，潜藏在冰山下的LTE承载需求，往往会被运营商所忽视。

MBB覆盖多层化需要任意媒介协同接入承载

以前的移动网络主要解决的是广覆盖问题，所以采用宏基站部署，后来为解决语音业务的室内覆盖，增加微基站部署，发展到MBB时代，特别是在热点地区，需要提供更大的容量和更多的数据业务，引入Femto和Pico基站，同时用WiFi卸载的方式分流移动数据业务。

从网络架构上来看，基站覆盖逐渐呈现层次化趋势，在保证带宽的同时达到最优的覆盖效果。语音时代流量模型比较单一，通过布放宏基站就可以基本实现广泛覆盖；但MBB阶段数据业务占主导，流量模型日趋多样化。移动网络的接入部署为了应对多样的数据接入要求，覆盖方式以多层覆盖来满足不同场景的带宽接入要求。

从移动承载网络来看，移动承载网络需要满足移动不同部署场景多层覆盖的要求。如由于移动基站部署位置不同，带来承载资源的限制。这些不同部署场景的传输要求，要求移动承载网络的接入网络具有任意媒介接入能力。只有充分利用各种接入媒介，才能够有效的整合尽可能多的物理资源，缩短市场响应时间。

铜缆、微波还是光纤、甚至是PON都有可能用来支持基站接入，它们的带宽特性、质量特性有所不同，应合理进行综合利用。以往这些技术分属于不同领域，由不同厂家提供不同的设备，整合成本很高。这就要求移动承载网络能够协同任意媒介，将多种接入承载技术整合到一个解决方案中，以充分解决运营商站点资源获取的问题，缩短海量基站部署时间，有效降低网络建设和维护成本。

LTE/SAE扁平化架构需要引入动态三层组网能力

3GPP定义的LTE网络架构结构变得扁平化，无线RNC/BSC 消失，只有eNodeB。控制面使用MME进行处理，用户面使用SGW和PGW进行处理。相比GSM和UMTS，在逻辑接口上定义了S1/X2逻辑接口。eNB之间底层采用IP传输，在逻辑上通过X2接口互相连接。相邻eNodeB使用X2逻辑接口进行手机切换的控制和用户缓存数据的传送。这样的设计，主要用于支持UE 在整个网络内的移动性，保证用户的无缝切换。

LTE网络的这些特点促使承载网络要有更强的承载能力。相比2G/3G的移动承载网络，需要移动承载网络从单纯的点到点管道型网络，向点到多点/多点到多点的承载网络发展。同时在进行移动承载网络的部署时，需要考虑几个因素：

LTE要求基站间X2逻辑连接，移动承载网络需满足partially-mesh的逻辑连通性

2G/3G的基站会长期存在，承载网络需要满足2G/3G/LTE共承载的需求

从GSM到UMTS基站大约会增加3～5倍；从UMTS到LTE基站又增加了3～5倍，海量的基站和基站归属的调整都需要在移动承载网络建筑中进行考虑。

考虑这些建网因素，移动承载网络的组网具有以下功能：

移动承载网络能够支持L2/L3 VPN点到多点、多点到多点的能力，满足LTE X2逻辑连接的连通性需求

需具备PWE3能力进行传统TDM/ATM的承载

在具备可静态组网能力的同事提供向动态组网的演进能力

传统移动承载网路经等是预先配置好的，调度不够灵活，效率和安全性都比较低。随着HSPA/LTE等高速数据接入的移动基站、室内/热点基站的海量部署，基站需要定期进行归属调整，以完成移动容量负载均衡调整和异地冗余备份。在汇聚/城域核心采用动态路由型组网可以充分发挥IP网灵活性，实现带宽的弹性共享，提高效率。同时，引入动态路由组网可以简便的满足LTE组网中X2逻辑接口的连通性。运营商应当根据自身的移动网络状态、LTE部署计划，在接入、汇聚或者城域核心引入动态的三层组网。

业务种类的增多需要支持端到端差异化QoS保证

相比2G/3G, LTE部署中业务的种类更多。为了提供更好的用户体验，3GPP在业务的QoS要求进行了定义。从业务QoS分解移动承载网络的QoS指标上，需要满足移动业务对时延、抖动、丢包率、误码率等质量参数的严格要求。

这就要求移动承载网络能够对不同部署场景下的基站，基站内业务等进行差异化的QoS控制。而且在E2E的移动承载网络中，包含接入、汇聚、城域核心网络中进行E2E QoS控制。多基站、多业务的多层QoS保证驱动移动承载网络提供H-QoS保证能力。

LTE同步要求承载网络提供全面时钟传送方案

在LTE场景下同步分为FDD与TDD，不同制式的LTE对时钟的要求不一样。TDD制式的LTE在需要频率同步的同时，也需要时间同步。FDD制式的LTE仅需要频率同步，但根据未来需要部署的业务和技术，如eMBMS -增强型多媒体广播多播业务、COMP等，也会需要时间同步。

目前，业界基于分组网络的时钟同步主流技术包括IEEE 1588v2、同步以太，ACR，ATR, NTR和差分时钟技术。考虑不同媒介与不同的组网形式，要求移动承载网络解决方案完善支持上述主流技术，提供端到端高精度分组时钟能力，满足移动网络需求。

IP化下安全威胁对承载网络安全要求

LTE移动网络的部署带来100Mbps的用户接入，承载网IP化带来灵活高效的传送同时也带来安全的威胁。安全问题需要从以下几个方面重点考虑：

基站IP化使得非大众化的TDM/ATM E1接口，转变为大众化的FE/GE接口

移动网络多层部署难以保证基站物理安全，恶意人员容易破坏移动和承载网络

LTE架构的扁平化导致原基站控制器的空口终结功能下移到eNB，用户数据若不进行加密容易被恶意人员查看或者篡改

IP化的移动网络与承载网络，IP数据的安全性，无论在自建的承载网络还是租用第三方网络，都不能保证数据的机密性与完整性

3GPP综合考虑各种威胁，定义运营商可在eNB与S-GW/MME之间使用IPSec Tunnel保证数据的机密性与完整性。IPSec Tunnel在eNB中直接启用，保证移动数据在第一个接入点的安全；而后在移动承载网汇聚/核心侧终结，保证端到端的数据安全。这就要求移动承载网络即要支持IPSec网关功能，还要在接入的承载设备上有防止非法接入的能力，如802.1x等安全机制。

海量基站的部署对IP运维提出更高要求

移动承载网络运维，主要由海量站点的安装和升级、端到端业务配置、网络故障定位组成。基础网络从TDM向IP转型之后，旧有的运维方式发生了变更，网络故障定位占了整个OPEX的一半。如何对IP网络进行故障定位是决定能否有效降低IP网络OPEX的关键能力。

目前比较领先的IP故障定位工具，可对IP业务进行逐跳故障定位和定界，效率已能媲美TDM网络。最新技术在故障呈现手法上采用GUI优化用户界面，一改传统的命令行模式，可提供物理连接拓扑、逻辑连接拓扑、业务连接拓扑等多层次的IP网络可视化能力，让故障定位清晰的呈现在用户面前，故障定位时间节省95%以上。

全球范围来看，LTE商用在即，移动承载网络的建设需求已经提上各大综合运营商的日程，LTE承载网络建设需要在网络现状基础上考虑网络长期发展需求。LTE承载网络的IP化已经成为必然，在IP化和大带宽的需求外还需要考虑诸如组网、同步、安全等方面的要求，IP RAN将成为LTE发展的基石。