基站网络可用性

HuaweiTechnologies2009.
5第40期382009.
5第40期全场景PWE3/MPLS多业务承载支持2G/3G/LTE长期共存2G/3G到LTE时期,90%以上的无线站址会重用,而2G/3G又将长期与LTE共存,这就决定了传送网必须适应无线技术发展不同阶段的差异化需求.
但在整个无线网络建设的投资中,站址(机房、租金等)投资近50%,无线基站约占40%,而传送网则不足10%.
由于投资的巨大差异,运营商很少会因传送网的IP化而去改造现有2G/3G基站,只会反过来要求传送网具备多业务传送能力.
目前支持TDM/ATM/Eth多业务传送的技术只有两种:传统的MSTP技术,以及基于PWE3/MPLS的分组传送技术.
随着传送网络的IP化转型,PWE3/MPLS技术已成为目前移动承载领域的关键需求.
IEEE1588v2支持低成本同步和深度覆盖TD-SCDMA、CDMA、WiMAX和LTE(包括LTETDD和LTEFDD)都存在对时间同步的需求,目前只有GPS或者IEEE1588v2可以满足要求.
LTE由于受频点影响,在覆盖能力上小于2G/3G,意味着将来需要更多的基站来补充覆盖,如果全网采用GPS则意味着投资的上升,而采用IEEE1588v2地面同步技术可以减少GPS投资,并可作为在GPS失效时的同步保护方案,解读LTE对承载网的需求文/杜伟从随着越来越多运营商宣布向LTE演进并发布商用时间表,聚焦LTE的需求也成为承载网技术发展的关键.
为满足LTE高质量的业务承载需求,承载网需要具备三大关键属性:全场景、电信级和易维护.
LEADINGEDGE技术前沿2009.
5第40期39从而保障电信基础设施的安全性.
而且,无线宽带的另一个主要应用场景是室内,由于GPS无法穿透屋顶,室内基站的同步需求也必须依赖传送网来满足,这样GPON、以太等接入技术也需要支持IEEE1588v2能力.
OTN/WDM大带宽扩展支持高速移动、低OPEXLTE覆盖的高速铁路移动场景下,目前的主流方案是采取多RRU共小区的分布式基站覆盖,这样可以实现小区切换在一个BBU内部完成,减少跨BBU的小区切换次数,有效减少高速移动时的掉线率,提升用户宽带业务体验.
由于BBU和RRU之间标准的中频光接口(CPRI)带宽很大,达到1Gbit/s以上,同时铁路沿线基站站点存在维护难和防盗难等客观因素,在承载方案上倾向于引入小型化OTN/WDM设备用于CPRI的承载,实现BBU集中管理、RRU远距离分布式部署.
该方案可以实现节约光纤,减小基站机房的获取难度,降低基站维护成本的目的.
从保护投资角度出发,现在部署的IP承载网具备升级到OTN/WDM的能力是有价值的.
电信级LTE承载的需求本质是基于连接的IP技术LTE接入承载网主要面临两种接口,一个是S1接口,用于基站和核心网网关之间的连接;另一个是X2接口,用于基站和基站之间的逻辑连接.
S1接口的拓扑类似于2G的Abis和3G的Iub接口.
出于容灾的考虑,S1接口有Flex的需求,这个需求其实也不是很独特,在2G/3GIP化过程中对Abis和Iub接口也有过类似需求,但最终没有得到应用.
原因在于采用什么保护方式不仅仅是技术问题,还要考虑实际网络拓扑、机房局向数、建网成本和实际需求等诸多因素,由于S-GW将来会下移到RNC机房位置,因此在S-GW之下只有双归属保护需求,而MME位置在核心机房,要在网络核心层考虑实现Flex保护.
对于X2接口,考虑到LTE是面向公众服务的电信网络,需要遵循国家政策相关规定,包括海外也有类似"合法监听"的需求,所有的用户流量都必须可控地经过网关进行内容监听,不会出现用户手机之间可以不受控制地接入互通的情况.
因此,目前运营商对于基站和基站之间互连的X2接口的定位,仅限于改善用户跨基站的移动切换时刻的体验,在切换完成后,业务还是要经过S1进行传输.
由于切换只发生在相邻基站之间,因此在X2接口设计上,主流运营商明确要求仅允许相邻基站之间存在逻辑连接,而非相邻基站不允许互通,从避免一个基站故障扩散到所有其他基站的角度考虑,避免所有基站全MESH互通也是合理的.
由于基站覆盖相邻关系的复杂性,这种连接关系只可能通过静态配置来实现;由于X2和S1传输有严格的时延和保护要求,不可能在业务需求出现的时候再通过路由创建一条链路的方式来支撑,这就意味着,LTE的承载网络在上业务之前,X2和S1接口包括连接关系、保护方式和QoS特性等都已配置好,这种连接关系不会自动老化和改变.
所以,LTE承载网本质上是一个基于有连接技术实现的网络.
低时延转发能力保障业务体验LTE的设计目标是要能够达到固网宽带业务的能力.
传统3G/HSDPA架构从最终用户到业务之间经过四级协议处理,带来很大时延和高昂的成本.
而LTE支持扁平架构,大大减少了协议处理的时延,提升了宽带业务性能.
但由于无线侧空口上的编码消耗了大量的时延,为达到与固网相同的端到端业务性能指标,LTE承载网上的时延要求比传统固网宽带承载网更加严格.
传输时延越大,系统吞吐量就越低,意味着无线空口频谱效率越低,为满足覆盖容量需求就要求无线增加更多的载频来覆盖,这会带来无线网络成本的上升.
因此,减少传输时延就是为无线网络省钱.
在承载技术选择上,由于传统接入交换机和路由器传输时延离散性比较大,单站时延有时甚至会超过1ms,而一般基站接入网要经过10-20站的传输,这样很难保障LTE承载端到端、稳定的低时延需求.
因此在LTE承载上,运营商更倾向于采取基于Cell定长包转发的分组传送设备实现,为减少端到端时延,需要尽量减少L3处理环节、减少跳数.
H-QoS能力保障基站不掉线LTE无线层通过信令控制、资源预留等可端到端实现业务层QoS控制,但随着承载网的IP化,网络拥塞、丢包、抖动、延时等质量问题将影响到LTE业务层的QoS质量.
无拥塞的IP承载网是不存在的,关键是发生拥塞之后,如何保障业务质量.
LTE基站承载QoS有两个关键需求:一个是保障高等级的业务优先转发,这是传统Differ-Serv的概念,另一个是保障在发生拥塞时重要基站业务可用(如灾难或者重大事件发生时,政府机关、医院、学校等重要区域的基站).
这就要求承载网能够支持分层QoS(H-QoS)处理能力,能针对不同基站和不同业务执行层次化的队列调度能力,确保重要基站永不掉线.
易维护LTE承载重点是S1而不是X2LTE新的逻辑接口X2主要用于切换,由于这个接口的出现,基站出现了逻辑部分MESH互连的承载难题,对传统点到点的传输网络架构提出了挑战.
但进一步分析可以发现,实际X2接口带宽需求不会很大(最大不会超过S1接口的3%),X2业务面传输时延要求端到端50-100ms,信解读LTE对承载网的需求HuaweiTechnologies2009.
5第40期40令面传输时延要求约10-20ms,这个要求比S1用户面时延5ms宽松了许多.
由于X2接口时延考虑的是移动性需求,而S1时延考虑的是业务和吞吐量需求,这就造成了一个事实:如果承载网能够满足S1时延要求,那么X2时延是非常宽松且容易满足的.
这样,X2逻辑交换在承载网或AGW汇聚点实现都可接受.
但需要关注的是如果要求承载网支持X2逻辑互连,将带来维护和设备功能需求的增加,如支持L3VPN等能力.
同时,为了防止非相邻基站的非法互连,还需要引入安全控制策略,相应会引起承载网增加30%以上的投资.
为3%的流量增加30%的投资,并且影响到97%的S1业务的QoS和维护质量,这是否值得需要深入研究.
可以借鉴固网运营商的建设经验,对于宽带网络中流量不大的企业L3VPN业务,目前的主流模式是,在城域核心机房集中设置VPNPE路由器.
这在配置和管理模式上与X2的承载需求和固网企业L3VPN的需求存在很多相似点:流量不大、需要配置、经常变化.
只要时延指标可满足要求,采用集中配置的VPNPE路由器可能是X2承载一种比较合理的解决方案.
统一维护和管理保障平滑演进对于LTE传送,目前有两种典型思路:一种对新技术存在顾虑——2G/3G采用MSTP承载,LTE则另建一张分组传送网;另一种主张保护未来投资——3G和LTE都采用分组传送网承载,现网2G业务逐步从MSTP上迁移到分组传送网上.
无论采用哪种方式,都必须考虑到一个事实:基站末端机房空间一般很小,传送设备内置在基站机柜内部,空间只有2U-3U.
而基站本身是支持3G到LTE平滑演进的,而且2G/3G在相当长时间内不会退网.
这就意味着,无论采用哪种方案在末端接入点上都是统一的,而且都是通过一个盒子实现的.
传统无线只需要考虑与MSTP维护团队一个接口,考虑到无线网络经常需要调整带宽、增加载频、迁移站点等客观情况,在传送网络分组化后,无线和传送网之间保持唯一的维护接口是非常必要的,否则会导致大量的跨部门沟通成本上升,并会降低故障解决效率.
因此,分组传送网和现有MSTP网络统一维护和管理是平滑演进的关键需求.
IP可视化网管实现OPEX的降低LTE规模部署最大的挑战还在于OPEX.
从OECD(世界经合组织)对无线宽带的分析可以发现,无线宽带发展初期主要是网络建设投资,但很快趋于平缓,责任编辑:潘陶pantao@huawei.
com而中后期OPEX将成为运营商的沉重负担.
如何有效降低OPEX是宽带运营商目前最关注的问题之一.
因此,在承载网建设上必须充分考虑易维护性和提升网络可用性,而这个问题恰恰是传统SDH网络的强项.
随着承载网的IP化,如何保持IP承载网具有像SDH一样的维护性能和网络可靠性是运营商的关注重点.
传统SDH网络提供丰富的告警、性能监控能力的基础是分层的开销和维护信息,分组传送网络设备也需要支持类似SDH的分层OAM能力,提供丰富的维护信息给网管系统,才可支撑可视化IP网管端到端的配置和快速故障定位.
与传统IP设备基于单站命令行配置比较,基于可视化IP网管的配置效率可以提升95%,同时在故障发现和定位方面,可视化网管也显著提升了维护效率,这为将来LTE的规模部署提供了降低OPEX的可能.
务实和聚焦是移动承载网长期健康发展的基石.
华为聚焦移动承载关键需求,推出以PTN产品为主的多业务分组传送平台,满足了全球移动运营商宽带化和全IP转型的需求,陆续服务于中国移动、Vodafone、Orange、Telefonica/O2等全球Top10移动运营商的分组传送网络.
而华为IPTime(IPInfrastructureformulti-playexperience)移动承载解决方案在一个统一的平台上实现了包括微波、铜线和光纤在内的多场景接入,大大降低了运营商维护复杂度,并率先在包括PTN、GPON和路由器在内的全系列产品上,支持端到端IEEE1588v2能力.
IPTime的核心理念是聚焦运营商LTE承载的关键需求,借鉴了SDH网络分层维护和管理的设计思想,采用成熟的分组技术和标准,从而显著提升了分组传送网在多场景、电信级和易维护方面的特性,助力运营商从2G/3G走向LTE全业务承载.
图1降低OPEX是LTE长期发展的关键需求移动宽带累计成本早期阶段来源:OECD(世界经合组织)年十亿欧元成熟阶段OPEXCAPEX