基于IP RAN與MSTP疊加組網(wǎng)的無線承載網(wǎng)研究與應(yīng)用

蘆健 范勇 林康 郭欣

摘 要：本文依據(jù)中國聯(lián)通提質(zhì)增效的指導思想，依托河南聯(lián)通無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)網(wǎng)實際情況，通過對無線承載網(wǎng)多種傳輸網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)進行研究，挖潛利用現(xiàn)有接入層MSTP傳輸資源，通過匯聚節(jié)點融合的方式接入IP RAN網(wǎng)絡(luò)，從技術(shù)層面為無線網(wǎng)基站傳輸承載改造提供支撐，解決IP RAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足以及MSTP設(shè)備的減負退網(wǎng)難等問題，達到提升無線接入網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、運維管理提質(zhì)降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：基站;IP RAN;降本增效

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0016-03

Research and Application of Wireless Bearer Network Based on IP RAN and MSTP

LU Jian FAN Yong LIN Kang GUO Xin

（China Unicom Henan Branch，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Based on the guideline of improving quality and increasing efficiency of China Unicom and the actual situation of Henan Unicom's wireless network， this paper studied the integration of multiple transmission networks in the wireless bearer network， and tapped the potential of MSTP transmission resources in the existing access layer， connecting to the IP RAN network by means of convergence nodes fusion， providing support for the transformation of the transmission load of the base station of the wireless network from the technical level， and solving the problems such as the insufficient coverage of the IP RAN network and the difficulty of reducing the load and withdrawing the network of the MSTP equipment， to improve the quality of wireless access network， to achieve the quality of operation and maintenance management to reduce costs and increase efficiency。

Keywords： base station;IP RAN;reducing cost and increasing benefit

為更好地滿足現(xiàn)階段各類業(yè)務(wù)的承載需求，河南聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)管理中心從河南省無線網(wǎng)的實際和基站維護現(xiàn)狀出發(fā)，對多種傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下利用IP RAN與MSTP/SDH混合組網(wǎng)滿足基站建維需求進行了研究，驗證其可行性，在不改動基站任何硬件連接、不影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性并且不需要額外建設(shè)投資的前提下，為無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)維護的提質(zhì)增效提供一種行之有效的解決方案。

1 研究背景

河南省聯(lián)通移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐年擴大，截至2020年10月末，河南省聯(lián)通在網(wǎng)運行的邏輯基站數(shù)量已經(jīng)超過130 000個，物理站址數(shù)量超過30 000個。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，用戶對高帶寬的手機接入需求越來越多。但實際上，針對聯(lián)通全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）的退網(wǎng)以及U900的補充覆蓋，相當多用戶的業(yè)務(wù)需求依舊需要3G網(wǎng)絡(luò)承擔，對于回程網(wǎng)的承載需求呈現(xiàn)出爆炸式的增長。目前，部分3G基站的承載仍采用MSTP（Multi-Service Transfer Platform，多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點）技術(shù)/SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系）技術(shù)。該技術(shù)本質(zhì)上是純物理層時隙交換技術(shù)，不能適應(yīng)大帶寬的數(shù)據(jù)洪流沖擊，且設(shè)備故障率較高，維護難度大。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，對移動回傳網(wǎng)提出了較多要求，包括帶寬容量提升、安全可靠性、多業(yè)務(wù)承載能力、服務(wù)質(zhì)量提升、時鐘同步、便于操作維護等。無線接入網(wǎng)IP化（IP Radio Access Network，IP RAN）回傳網(wǎng)可以用靈活的IP化承載方案解決傳統(tǒng)回傳網(wǎng)的多個問題，但是，IP RAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署的深度廣覆蓋仍是一個顯著的問題。

W網(wǎng)基站早期開通了大量基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送平臺（MSTP）承載的基站，隨著IP化的推進，大部分基站均遷移到IP RAN上，但還剩余部分基站，占用了大量的無線網(wǎng)絡(luò)控制器（Radio Network Controller，RNC）和RANCE（無線接入網(wǎng)路由器）設(shè)備的端口資源。

IP RAN網(wǎng)絡(luò)在偏遠郊縣的區(qū)域覆蓋廣度有所不足，部分區(qū)域難以通過IP RAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)LTE（Long Term Evolution，長期演進）基站以及進行3G基站改造。

2 無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及面臨的問題

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)現(xiàn)狀

河南聯(lián)通U、LTE、NR三種網(wǎng)絡(luò)共存。其中，U主要負責郊縣等偏遠LTE覆蓋不足區(qū)域承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、在縣區(qū)及市區(qū)等LTE覆蓋較好地區(qū)承載語音業(yè)務(wù);LTE主要負責在IP RAN覆蓋較好的區(qū)域承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);NR主要集中在城區(qū)。

LTE、NR基站全部采用純IP網(wǎng)絡(luò)承載方式進行建網(wǎng)，W網(wǎng)基站組網(wǎng)情況最為復雜，主要分為以下幾種：①傳輸MSTP直連RNC組網(wǎng);②站點MSTP-RANCE雙棧組網(wǎng);③IP RAN雙棧組網(wǎng);④MSTP-RANCE單路組網(wǎng);⑤單IP RAN純IP組網(wǎng)。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)資源面臨的問題

河南聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存在網(wǎng)運行邏輯基站數(shù)量超過5萬，大部分基站已經(jīng)改造為單IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載或ATM（Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸模式）+IP RAN方式承載，其中仍有約3 000個基站以MSTP/SDH方式承載。由于IP RAN網(wǎng)絡(luò)資源覆蓋廣度不足，全面改造具有一定難度，并且剩余基站大多比較分散，占用了大量的RNC和RANCE的端口資源，甚至有些千兆以太網(wǎng)（Gigabit Ethernet，GE）端口只下掛了幾個基站，從而產(chǎn)生了大量端口資源和IP地址資源的浪費，全省近3 000個基站占用了RANCE設(shè)備GE端口1 062個，RNC設(shè)備端口GE端口672個，同時占用大量MSTP/SDH資源，降低了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，嚴重阻礙了節(jié)能降耗的實施。

2.3 SDH/MSTP基站改造現(xiàn)狀

近年來，隨著3G基站數(shù)據(jù)流量及LTE基站承載需要不斷增長，帶寬不斷提升，傳統(tǒng)的SDH或MSTP網(wǎng)絡(luò)受天然大帶寬接入適應(yīng)性差及帶寬瓶頸等因素的影響，已經(jīng)不能滿足綜合業(yè)務(wù)接入的需求。從帶寬需求、多業(yè)務(wù)融合及后續(xù)發(fā)展要求來看，移動網(wǎng)絡(luò)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網(wǎng)絡(luò)的峰值帶寬約為3G網(wǎng)絡(luò)的10倍及接口和業(yè)務(wù)呈現(xiàn)全IP化的需求。

現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)中，部分3G業(yè)務(wù)仍是由SDH或MSTP承載的，面臨的情況為：①網(wǎng)絡(luò)割接調(diào)整工作大，基站調(diào)整割接需要重新調(diào)整端口，布放線纜、數(shù)據(jù)制作煩瑣;②不能適應(yīng)大帶寬數(shù)據(jù)洪流的沖擊;③不利于下一步網(wǎng)絡(luò)的演進，隨著移動通信日趨寬帶化和IP化，SDH或MSTP承載的無線網(wǎng)絡(luò)已無法滿足網(wǎng)絡(luò)演進及發(fā)展過渡的需要。

傳統(tǒng)的基站承載改造流程如圖1所示。直接將基站承載G/U/L基站全部在接入層接入IP RAN網(wǎng)絡(luò)，不再利用MSTP/SDH傳輸資源。

2.4 基站改造中存在的問題

現(xiàn)有改造過程中，對IP RAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋的廣度要求比較高。IP RAN分組網(wǎng)基本覆蓋市區(qū)、縣城及重點鄉(xiāng)鎮(zhèn)等區(qū)域，但是部分偏遠郊縣的IP RAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋不夠，往往只能利用現(xiàn)有的MSTP/SDH網(wǎng)絡(luò)解決，無法接入IP RAN網(wǎng)絡(luò)。若考慮全部由IP RAN網(wǎng)絡(luò)解決，目前的IP RAN建設(shè)以市區(qū)及縣城區(qū)域的建設(shè)為主全部新建會受到限制，而且會造成原有MSTP網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，并提高改造成本與時間成本。

2.5 基站承載IP化改造方法介紹

傳統(tǒng)的基站承載IP化改造方案中，主要有以下三種方法。

MSTP網(wǎng)絡(luò)承載法：原傳輸MSTP直連RNC組網(wǎng)、站點MSTP-RANCE雙棧組網(wǎng)兩種方式組網(wǎng)統(tǒng)一改造為MSTP-RANCE單路組網(wǎng)，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)放在RANCE。此方案實現(xiàn)方式復雜，后期隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及MSTP退網(wǎng)可能還需要二次割接至IP RAN，且二次割接的割接量比較大。

IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載法：在不進行基站硬件調(diào)整的基礎(chǔ)上，全部業(yè)務(wù)由IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載，目前的IP RAN建設(shè)主要以市區(qū)及縣城區(qū)域內(nèi)的覆蓋為主，若郊縣全部進行IP RAN傳輸網(wǎng)新建，不但造成原有MSTP網(wǎng)絡(luò)的資源浪費，而且會造成成本的提高與時間上的延遲。

室內(nèi)基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）合并法：在BBU上增加不同制式的基帶板和接口板，將單制式BBU改造成為多制式共模BBU;對于基站版本不一致的，需要先做版本拉齊工作，通過軟件的升級使硬件具備兼容性，然后再對硬件合并;由于LTE的BBU在網(wǎng)年限更短，因此盡量將其他制式基站合并至LTE的BBU內(nèi);對于原基站傳輸為SDH/MSTP承載的，統(tǒng)一合并為IP RAN承載。

2.6 IP RAN與SDH疊加組網(wǎng)的研究

在所有廠家的基站傳輸組網(wǎng)模式中，縣城SDH匯聚節(jié)點與IP RAN匯聚節(jié)點均位于同一機房，SDH匯聚設(shè)備與IP RAN匯聚設(shè)備均可以提供GE口接入能力。

本文利用了縣城SDH匯聚節(jié)點通過以太網(wǎng)板與IP RAN匯聚節(jié)點的GE以太網(wǎng)板對接，并且每臺設(shè)備提供兩個端口，以實現(xiàn)端口級的保護。端口之間使用鏈路聚合組（Link Aggregation Group，LAG）?；緲I(yè)務(wù)匯聚到縣城IP RAN匯聚節(jié)點后，進入分組網(wǎng)絡(luò)的L3VPN中轉(zhuǎn)發(fā)，采用L3VPN業(yè)務(wù)保護方式，基站業(yè)務(wù)地址網(wǎng)關(guān)由市區(qū)RANCE下沉至IP RAN縣城匯聚節(jié)點。

2.7 傳輸網(wǎng)疊加融合

目前，SDH/MSTP網(wǎng)絡(luò)各個市縣的匯聚節(jié)點與IP RAN分組網(wǎng)匯聚節(jié)點基本重合覆蓋，可考慮在MSTP網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點將業(yè)務(wù)收斂后，通過IP RAN分組網(wǎng)絡(luò)傳送至RNC。

2.7.1 縣區(qū)SDH匯聚節(jié)點與IP RAN匯聚節(jié)點對接。縣城SDH匯聚節(jié)點通過以太網(wǎng)板，與IP RAN核心節(jié)點的GE以太網(wǎng)板對接，每臺設(shè)備提供一到兩個端口，實現(xiàn)端口級保護，端口之間也可以使用鏈路聚合（LAG）方式。基站業(yè)務(wù)匯聚到縣區(qū)IP RAN匯聚節(jié)點后，進入分組網(wǎng)絡(luò)的L3VPN中轉(zhuǎn)發(fā)，采用L3VPN的業(yè)務(wù)保護方式。

2.7.2 配置IP RAN側(cè)數(shù)據(jù)。配置聚合端口，設(shè)備上選擇一到兩個GE端口與SDH對接，兩個端口之間形成鏈路聚合的關(guān)系，配置基站業(yè)務(wù)的三層子接口，基站業(yè)務(wù)地址網(wǎng)關(guān)配置到子接口，將此三層子接口增加到L3VPN業(yè)務(wù)中[4]。

PRAN的側(cè)網(wǎng)管操作：新建Eth-trunk聚合組，起靜態(tài)LACP，根據(jù)實際業(yè)務(wù)，起對應(yīng)的子接口，命令行操作如下：

interface Eth-Trunk1.2001

vlan-type dot1q 2001

description XXXXX

ip binding vpn-instance WCDMA-VPN

ip address 172.X.X.X 255.255.255.252

ip relay address X.X.X.X

dhcp select relay

......

網(wǎng)管操作省略。

2.7.3 基站業(yè)務(wù)走向。ATM承載部分可根據(jù)需要進行拆除，傳輸流向改至IP RAN;數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流向，在匯聚節(jié)點與分組設(shè)備完成基站數(shù)據(jù)流的匯聚收斂與轉(zhuǎn)發(fā)，此時利用IP RAN網(wǎng)絡(luò)取代了MSTP骨干層的功能，向上仍然通過無線CE承載網(wǎng)接入RNC。

2.8 基站側(cè)數(shù)據(jù)修改及業(yè)務(wù)驗證

2.8.1 基站側(cè)數(shù)據(jù)修改。首先進入專業(yè)網(wǎng)管，打開OMMB網(wǎng)元管理-配置管理，然后在IP傳輸-IP層配置中選擇改造的目標基站，修改業(yè)務(wù)地址及網(wǎng)關(guān)IP，若將操作維護地址改至IP RAN，需要同時修改操作維護地址以及管理地址路由。

2.8.2 進行基站業(yè)務(wù)驗證?；緲I(yè)務(wù)驗證主要是進行語音回落測試、上網(wǎng)測試及切換測試。

3 結(jié)語

經(jīng)過持續(xù)定期運用基站配置數(shù)據(jù)庫的大數(shù)據(jù)，進行目標改造基站的對標，河南聯(lián)通各地市經(jīng)歷了1年半時間，已自主改造MSTP承載基站2 357個，打破了IP RAN弱覆蓋區(qū)域的MSTP承載基站改造的瓶頸。

IP RAN提供的三層承載方案具有天然歸屬調(diào)整靈活方便的優(yōu)勢，在日常維護操作中，基站網(wǎng)元的割接在傳輸網(wǎng)絡(luò)側(cè)無須進行調(diào)整，能夠極大提升無線網(wǎng)絡(luò)運維效率;通過對基站傳輸承載進行IP化改造后，除了節(jié)省傳輸資源外，抗災(zāi)容災(zāi)方面也具有較好的表現(xiàn)。另外，在網(wǎng)絡(luò)改造過程中，能更靈活地將W網(wǎng)基站在不同的RNC之間進行割接部署，提供更為簡單輕松的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整維護模式，提升網(wǎng)絡(luò)運維效率，滿足大容量、多業(yè)務(wù)的移動通信要求，便于下一步網(wǎng)絡(luò)的演進。

參考文獻：

[1]李建業(yè).移動通信工程理論和應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002：56.

[2]胡捍英，楊峰義.第三代移動通信系統(tǒng)[M].北京：人民郵電出版社，2001：25.

[3]范勇，楊進進，林康.基于基站性能大數(shù)據(jù)的運維管理研究[J].電子世界，2018（20）：76-77.

[4]GAO YUEHONG，CHENG LEI，ZHANG XIN，et al. Enhanced Power Allocation Scheme in Ultra-Dense Small Cell Network[J].中國通信，2016（2）：21-29.