淺談承載網(wǎng)的架構(gòu)

程華意

【摘要】文章首先分析移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化以及由此引發(fā)的對(duì)承載技術(shù)的挑戰(zhàn)，繼而重點(diǎn)探討幾種主流承載技術(shù)的特點(diǎn)，由此提出現(xiàn)階段承載網(wǎng)的架構(gòu)組網(wǎng)——SDH／MSTP、PTN和OTN混合組網(wǎng)的模式；最后提出新的未來(lái)承載網(wǎng)發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】承載網(wǎng)SDHPTN

1引言

移動(dòng)承載網(wǎng)的重要性毋庸置疑。電信業(yè)重組以后，中國(guó)移動(dòng)的業(yè)務(wù)類型從以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主向3G業(yè)務(wù)和全業(yè)務(wù)發(fā)展，隨著4G時(shí)代的來(lái)臨，移動(dòng)承載網(wǎng)又被施與更多的創(chuàng)新壓力。4G時(shí)代將迎來(lái)新業(yè)務(wù)的爆發(fā)性增長(zhǎng)，移動(dòng)寬帶、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等都將成為承載網(wǎng)發(fā)展的寶貴機(jī)遇，運(yùn)營(yíng)商需要構(gòu)建一個(gè)能承載多種新舊業(yè)務(wù)、易于擴(kuò)展、安全可靠、綜合業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載、低成本的承載網(wǎng)。

隨著通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)寬帶業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，AllIP成為運(yùn)營(yíng)商確定的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型方向，移動(dòng)承載網(wǎng)的IP化趨勢(shì)已經(jīng)非常明顯。一方面，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從2G網(wǎng)絡(luò)向3G、LTE演進(jìn)，基站所提供的業(yè)務(wù)類型也從原有的TDM業(yè)務(wù)向FE業(yè)務(wù)、三層IP業(yè)務(wù)發(fā)展，而且不同階段對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)類型對(duì)承載網(wǎng)技術(shù)的要求也是不同的。2G基站以TDM接口為主，3G基站同時(shí)兼容TDM接口和FE接口，而LTE則是全I(xiàn)P化基站及基站之間的X2接口。另一方面，以軟交換、IPTV為代表的新一代IP多媒體業(yè)務(wù)正推動(dòng)著承載網(wǎng)向下一代的高可靠、有QoS保證、可運(yùn)營(yíng)、可管理的融合多業(yè)務(wù)IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。這兩方面都推動(dòng)著移動(dòng)承載網(wǎng)從TDM向IP化演進(jìn)。

2幾種承載網(wǎng)技術(shù)

傳統(tǒng)的移動(dòng)承載網(wǎng)以較大規(guī)模光纖SDH傳輸網(wǎng)為主體。為承載TDM業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)制定的SDH技術(shù)，以可靠性高、可控性強(qiáng)、擴(kuò)展性好以及完善的網(wǎng)絡(luò)體制，在傳統(tǒng)傳輸承載網(wǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。SDH系統(tǒng)被認(rèn)為是目前應(yīng)用最穩(wěn)定、最廣泛的傳輸系統(tǒng)。以SDH技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的MSTP(多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái))技術(shù)是適應(yīng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入的需求，在原有的SDH技術(shù)上增加了相關(guān)的數(shù)據(jù)接入、處理功能而形成。

SDH／MSTP的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于可靠的傳送承載能力、靈活的分插復(fù)用技術(shù)、強(qiáng)大的保護(hù)恢復(fù)功能和運(yùn)營(yíng)級(jí)的維護(hù)管理能力。然而，MSTP的分組處理IP化程度不夠徹底，其IP化主要體現(xiàn)在用戶接口，內(nèi)核卻仍然是電路交換。這就使得MSTP在承載IP分組業(yè)務(wù)時(shí)效率較低，并且無(wú)法適應(yīng)以大量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的3G和全業(yè)務(wù)時(shí)代的需要。隨著TDM業(yè)務(wù)的相對(duì)萎縮及全I(xiàn)P環(huán)境的逐漸成熟，承載網(wǎng)需要由現(xiàn)有以TDM電路交換為內(nèi)核向以IP分組交換為內(nèi)核演進(jìn)。

PTN技術(shù)是IP／MPLS、以太網(wǎng)和傳送網(wǎng)3種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，融合了數(shù)據(jù)通信和SDH傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。它具有多業(yè)務(wù)承載的特性，可以差異化地對(duì)不同業(yè)務(wù)進(jìn)行分類傳送。通過(guò)引入二層面向連接的先進(jìn)分組技術(shù)，PTN技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)LSP路徑規(guī)劃、LSP帶寬規(guī)劃、LSP隧道監(jiān)控與保護(hù)、業(yè)務(wù)端到端規(guī)劃與監(jiān)控等，輕松實(shí)現(xiàn)流量工程，做好整網(wǎng)規(guī)劃，保證網(wǎng)絡(luò)的整體性能。PTN技術(shù)通過(guò)引入同步以太網(wǎng)、1588v2技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘傳送，可以滿足GSM、TD-SCDMA、LTE等不同無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)鐘的需求，并能夠支撐移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)TD基站的GPS改造要求。

經(jīng)過(guò)研究與現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證，PTN技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運(yùn)維上繼承了MSTP的理念，同時(shí)面向未來(lái)IP業(yè)務(wù)能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一承載，將是未來(lái)承載網(wǎng)的主流技術(shù)。然而，廣泛部署的傳統(tǒng)T1／E1接口和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)將會(huì)繼續(xù)和新的面向分組的設(shè)備長(zhǎng)期共存。

OTN光傳送網(wǎng)(OTN)是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是下一代的骨干傳送網(wǎng)。OTN跨越了傳統(tǒng)的電域(數(shù)字傳送)和光域(模擬傳送)，成為管理電域和光域的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。OTN處理的基本對(duì)象是波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)，將傳送網(wǎng)推進(jìn)到真正的多波長(zhǎng)光網(wǎng)絡(luò)階段。

電域方面OTN保留了許多傳統(tǒng)SDH傳送體系行之有效的方面，如多業(yè)務(wù)適配、分級(jí)的復(fù)用和疏導(dǎo)、管理監(jiān)視、故障定位、保護(hù)倒換等。同時(shí)，OTN擴(kuò)展了新的能力和領(lǐng)域，如提供對(duì)更大顆粒的2.5G、10G、40G業(yè)務(wù)的透明傳送的支持，通過(guò)異步映射同時(shí)支持業(yè)務(wù)和定時(shí)的透明傳送，對(duì)帶外FEC的支持，對(duì)多層、多域網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)視的支持等。光域方面OTN第一次為波分復(fù)用系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)的物理接口，同時(shí)將光域劃分成Och、OMS、OTS三個(gè)子層，允許在波長(zhǎng)層面管理網(wǎng)絡(luò)并支持光層提供的OAM(運(yùn)行、管理、維護(hù))功能。為了管理跨多層的光網(wǎng)絡(luò)，OTN提供了帶內(nèi)和帶外兩層控制管理開銷。OTN集傳送和交換能力于一體，是承載寬帶IP業(yè)務(wù)的理想平臺(tái)。

骨干層通過(guò)引入OTN構(gòu)建光電一體化大顆粒調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)IP與光的融合。通過(guò)OTN的光電兩級(jí)調(diào)度模式，網(wǎng)絡(luò)靈活性將大大提高，使得骨干網(wǎng)Full Mesh成為可能，匯聚節(jié)點(diǎn)直接互聯(lián)可減少穿越流量，降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)效率、擴(kuò)展性和可維護(hù)性將有所提升。此外，OTN的光電兩級(jí)保護(hù)與IP網(wǎng)三層路由保護(hù)相結(jié)合，增加了網(wǎng)絡(luò)可靠性，能夠滿足移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商未來(lái)業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載、無(wú)縫調(diào)度的需求。

3承載網(wǎng)的架構(gòu)

現(xiàn)階段典型的承載網(wǎng)架構(gòu)組網(wǎng)如圖1所示。在邏輯上可以分為三個(gè)層次：骨干層、匯聚層和接入層，融合了SDH／MSTP、PTN和OTN多種技術(shù)的混合組網(wǎng)。其中OTN網(wǎng)絡(luò)主要用于骨干和匯聚層之間的大顆粒調(diào)度，完成光路延伸，節(jié)省光纖資源。SDH／MSTP和PTN網(wǎng)絡(luò)主要用于接入業(yè)務(wù)的承載，包括基站和企業(yè)接入，面向業(yè)務(wù)需求的個(gè)體提供豐富的業(yè)務(wù)接口。通常SDH／MSTP傳輸城域網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已達(dá)大型本地網(wǎng)規(guī)模，承載傳統(tǒng)的2G業(yè)務(wù)及部分?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并保持穩(wěn)定的業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)。PTN作為新一代的承載技術(shù)，正進(jìn)行大規(guī)模的組網(wǎng)建設(shè)，主要承載3G業(yè)務(wù)、部分2G業(yè)務(wù)及大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并還在持續(xù)快速的發(fā)展中。

SDH／MSTP網(wǎng)絡(luò)目前主要承載移動(dòng)2G基站回傳業(yè)務(wù)及少量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其特性為TDM、傳輸安全性要求高而帶寬要求相對(duì)較低的業(yè)務(wù)。接口方面，BTS基站一般使用2M的TDM接口，基站控制器BSC為2M或STM一1的TDM接口，MSC／GMSC則提供STM-N接口。對(duì)于局間中繼業(yè)務(wù)，各節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量較大，業(yè)務(wù)顆粒一般為2M、155M。對(duì)于BTS到BSC間業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流向集中，各節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量小，業(yè)務(wù)顆粒主要為2M。

SDH／MSTP承載網(wǎng)在邏輯上可以分為四個(gè)層次：核心層、匯聚層、接入層和落地層。交換局、關(guān)口局、長(zhǎng)途局、數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)形成核心層，一般采用城域OTN或10G／2.5G的SDH設(shè)備組建環(huán)網(wǎng)(個(gè)別地區(qū)采用網(wǎng)狀網(wǎng))。匯聚節(jié)點(diǎn)由重要局站、數(shù)據(jù)匯聚點(diǎn)組成，形成匯聚層，以2.5G的SDH／MSTP設(shè)備組建環(huán)網(wǎng)，環(huán)上節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一般為3～6個(gè)。接入節(jié)點(diǎn)由基站、社區(qū)寬帶網(wǎng)業(yè)務(wù)及其他業(yè)務(wù)接入點(diǎn)組成，形成接入層，向業(yè)務(wù)需求的個(gè)體提供豐富的業(yè)務(wù)接口。主要采用622M／155M的SDH／MSTP設(shè)備，輔以PDH、微波或其他無(wú)線接入技術(shù)，主要

為通道保護(hù)環(huán)組網(wǎng)，根據(jù)接入光纜路由也可采用星型、樹型或鏈型結(jié)構(gòu)，目前MSTP環(huán)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)一般為6～15，個(gè)別地區(qū)可達(dá)到50個(gè)以上。落地層由復(fù)用器組成，以2.5G的SDH／MSTP設(shè)備在核心機(jī)房直接與交換核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)核心網(wǎng)連接。

PTN承載網(wǎng)主要作為TD基站回傳以及專線業(yè)務(wù)承載，其特性為電路分組化，安全性要求高且?guī)捯蟾?，同時(shí)承載新開的2G站的回傳。接口方面，Node B側(cè)的lub接口以FE／GE接口為主，RNC側(cè)的Iub接口以GE接口為主，專線業(yè)務(wù)以FE／GE接口為主，2G基站仍為2M的TDM接口。

PTN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)邏輯上同樣分為四個(gè)層次：核心層、匯聚層、落地層和接入層，如圖2所示。核心層設(shè)備以GE光接口與RNC對(duì)接，實(shí)現(xiàn)基站到RNC的回傳承載。接入層業(yè)務(wù)通過(guò)FE光／電口接入PTN接入環(huán)，通常PTN接入環(huán)以GE速率組網(wǎng)。GE接入環(huán)通常以雙節(jié)點(diǎn)與匯聚環(huán)跨接，匯聚環(huán)以GE／10GE接口通過(guò)核心／骨干層的OTN透?jìng)鞯胶诵膶覲TN設(shè)備。匯聚層、落地層采用PTN3900組網(wǎng)，接入層以PTN910／950組網(wǎng)。

(1)TD基站承載

TD基站業(yè)務(wù)在PTN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部上下?；緜?cè)PTN設(shè)備通過(guò)FE光口接入Node B，RNC側(cè)PTN交叉機(jī)采用GE端口與RNC對(duì)接。PTN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)TD業(yè)務(wù)傳送及匯聚功能，將若干個(gè)Node B數(shù)據(jù)匯聚成GE信號(hào)傳送至RNC側(cè)；Node B和RNC自行封裝上、下行數(shù)據(jù)的VLAN，PTN網(wǎng)絡(luò)全程透?jìng)?，不進(jìn)行VLAN封裝和解封。在PTN接入節(jié)點(diǎn)與PTN核心節(jié)點(diǎn)間，采用基于MPLS隧道的端到端的APS保護(hù)，PTN接入點(diǎn)單板采用TPS保護(hù)。PTN核心節(jié)點(diǎn)與RNC接口之間采用靜態(tài)鏈路LAG保護(hù)。

(2)2G基站承載

2G與TD基站共用同一套PTN設(shè)備，2G基站業(yè)務(wù)由PTN接入節(jié)點(diǎn)接入，在匯聚節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入SDH網(wǎng)絡(luò)。在PTN接入節(jié)點(diǎn)與PTN匯聚節(jié)點(diǎn)間，采用基于MPLS隧道的端到端的APS保護(hù)；在PTN匯聚節(jié)點(diǎn)與SDH設(shè)備間采用LMSP1+1線性復(fù)用段保護(hù)。

(3)專線業(yè)務(wù)承載

對(duì)于GPON上聯(lián)電路，采用PTN匯聚環(huán)10GE通道進(jìn)行承載，其中對(duì)接口采用LAG保護(hù)模式。對(duì)于普通專線采用全程大PP模式。通過(guò)PTN完成對(duì)小區(qū)寬帶、重要集團(tuán)接入、WLAN、視頻監(jiān)控專線等各類業(yè)務(wù)進(jìn)行了承載。

(4)LTE基站承載

LTE的引入，對(duì)面向基站回傳的PTN傳送網(wǎng)提出新的挑戰(zhàn)：空口要求傳輸網(wǎng)絡(luò)提供巨大帶寬；實(shí)時(shí)游戲類等業(yè)務(wù)要求回傳網(wǎng)絡(luò)提供極低時(shí)延；eNB之間X2接口以及S1 Pool等基站間、基站與核心網(wǎng)間的IP轉(zhuǎn)發(fā)需求，導(dǎo)致回傳網(wǎng)絡(luò)已不再是簡(jiǎn)單的匯聚型網(wǎng)絡(luò)，而是要求承載網(wǎng)絡(luò)滿足IP化承載要求、提供更高的承載帶寬。面對(duì)LTE的挑戰(zhàn)，可以在PTN匯聚層及以下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變的情況下，通過(guò)引入PTN智能路由域，根據(jù)IP地址完成S1和X2業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)和傳送。關(guān)于PTN智能路由域，可行的方案有兩種：一是通過(guò)在PTN核心層網(wǎng)絡(luò)(MESH化)引入L3技術(shù)。完成路由轉(zhuǎn)發(fā)；二是通過(guò)新增CE路由器的方式，將PTN業(yè)務(wù)全部進(jìn)入CE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。

4承載網(wǎng)的發(fā)展方向

未來(lái)SDH／MSTP網(wǎng)絡(luò)在目前網(wǎng)絡(luò)整體IP化的趨勢(shì)下將不再考慮大容量的擴(kuò)容和升級(jí)，會(huì)保持現(xiàn)有規(guī)模穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。而PTN作為下一代IP化城域承載網(wǎng)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)將迎來(lái)大規(guī)模的發(fā)展期，應(yīng)對(duì)TD以及LTE的挑戰(zhàn)。

然而移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商在全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的背景下，由于接入點(diǎn)場(chǎng)景的多樣性及其復(fù)雜性，多種接入技術(shù)混合存在、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是必然的。PON技術(shù)作為一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無(wú)源光纖傳輸，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。它在物理層采用了PON技術(shù)，在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此，它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有低成本、高帶寬、擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活快速的服務(wù)重組、與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性、方便管理等。

從技術(shù)適配性到經(jīng)濟(jì)性兩方面綜合分析：PTN在提供分等級(jí)QoS服務(wù)及可靠性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但在以個(gè)人用戶為主的寬帶接入點(diǎn)，PON的經(jīng)濟(jì)性更勝一籌。因此未來(lái)的承載網(wǎng)的發(fā)展方向?qū)?huì)是在省際、省內(nèi)干線和城域網(wǎng)核心層采用OTN／WDM組網(wǎng)，而在城域網(wǎng)，根據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)安全性、可靠性、QoS等要求不同，分別接入到兩張網(wǎng)：

(1)面向3G／LTE基站和重要集團(tuán)客戶的接入網(wǎng)將由PTN承載：環(huán)網(wǎng)拓?fù)洹⒈Ｗo(hù)能力強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

(2)面向普通集團(tuán)客戶、WLAN和家庭客戶的接入網(wǎng)將由PON承載：星形拓?fù)?、低成本、需?jīng)常加入新的接入點(diǎn)。

PTN和PON技術(shù)將是未來(lái)全業(yè)務(wù)的主要技術(shù)手段。其中，PTN主要面向基站回傳和高等級(jí)的集團(tuán)客戶。如大型企業(yè)總部互聯(lián)、重要政府部門專線等，應(yīng)就近接入PTN網(wǎng)絡(luò)，提供更大帶寬、更為安全和可靠的專線接入方式。在PTN網(wǎng)絡(luò)尚不具備的情況下，可以選用MSTP技術(shù)進(jìn)行接入。PON技術(shù)主要用于中低端集團(tuán)客戶、WLAN和家庭客戶，實(shí)現(xiàn)多用戶共享，節(jié)省投資。OLT設(shè)置于城域匯聚機(jī)房，每個(gè)OLT可根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置一定數(shù)量的PON口，每個(gè)PON口連接一根主干光纖，經(jīng)分光器分光后接入N個(gè)ONU，ONU設(shè)置在樓道或者用戶側(cè)，實(shí)現(xiàn)FTTX。

5總結(jié)

全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的持續(xù)深入對(duì)移動(dòng)承載網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，需構(gòu)建一張能承載多種新舊業(yè)務(wù)、易于擴(kuò)展、安全可靠、綜合業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載、低成本的承載網(wǎng)。為適應(yīng)IP時(shí)代需求的承載網(wǎng)需認(rèn)真考慮建設(shè)模式和技術(shù)選擇方面，現(xiàn)階段的承載網(wǎng)融合了SDH／MSTP、PTN和OTN多種技術(shù)的混合組網(wǎng)，能滿足2G／3G／LTE的基站回傳業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載?？紤]到全業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)，PTN和PON技術(shù)將是未來(lái)全業(yè)務(wù)的主要技術(shù)手段。