前言
移动网络有多种技术体制应用,包括GSM、TDMA和CDMA,现在全球主流是第二代(2G)和第三代通信网络(3G),2G正向3G演进。3GPP基于GSM定义了多个协议版本,R99继承2G(GSM和GPRS)所有的业务和功能,接入网引入UMTSUTRAN;R4继承R99所有的业务和功能,电路域结构引入了控制和承载相分离软交换机制,电路域引入分组话音;R5核心网开始引入IMS(IP多媒体域),RAN向IP方向发展;目前,3GPPR6的IMS已经在2004年12月截止,R7的IMS尚未冻结,R8也已经开始研究,关注全新的演进方案-LTE(LongTerm Evolution)。
移动网为用户提供了方便的话音业务和丰富的数据业务,未来市场增长趋势依然强劲,对于网络和容量将有更高的要求。为了更好满足用户的规模发展,移动网将不断发展和创新,其中移动网的IP化成为重要发展趋势,移动网IP化包括核心网IP化和接入网IP化。目前移动运营商核心网的IP化已经全面开始实施,移动接入网(RAN)的IP化也即将启动。RAN的IP化能够有效优化运营商移动网络的架构,提升网络容量,节省成本,提升运营商移动网络竞争力,是运营商完成核心网IP化后的发展战略重点。
RAN IP承载的发展趋势
移动网GSM/UMTS采用相同的体系结构,分为核心网(CN)和接入网(2G称为BSS,3G称为RAN,本文统一为RAN)。
CN又分为电路域(CS)和分组域(PS),CS主要是话音业务,UMTS的核心网引入软交换机制,由MSCServer和MGW组成。2GGSM核心网CS由MSC组成,目前正向软交换架构演进,逐步实现2G/3G共用核心网。PS域主要是移动数据业务,主要网元是SGSN和GGSN。
2GGSM接入网由基站控制器BSC和基站BTS组成,UMTS接入网由基站控制器RNC和基站NodeB组成。GSM/UMTS主要网络功能单元和架构如图所示。
图 GSM/UMTS体系架构
目前RAN接口的承载主要基于SDH,3GPPR4引入了ATM承载模式,但是随着IP技术的发展,它已逐步成为未来RAN接口承载的方向。虽然3GPP在R5阶段才提出了IPRAN,但是由于目前IP化的进程发展迅速,GSM和3GR4 RAN的IP化已经提前,商用已经开始出现。
2G/3G的统筹发展是移动运营商关注的重要问题,移动运营商在考虑现有2G网络发展的同时也关注未来3G网络建设的需求,对于IP承载网的建设也同样如此。从全球各运营商的发展实际情况来看,移动网IP化发展思路一般是基于移动网的架构从上而下进行的。
第一步进行CN的IP化,PS域直接定义在IP上,GPRS的Gn和Gi接口直接通过IP网络承载;对于CS域,由于原有GSM核心网是层次化结构,一般分为汇接局和端局,因此其IP化的进程包括汇接局的IP化和端局IP化,随着端局IP化的全面完成,汇接局也将退出历史舞台,核心网将实现端局到端局直接IP互通。
第二步是RAN到CN接口的IP化,2G是BSC到MGW的A接口和PCU到SGSN的Gb接口,3G名称不一样,是RNC到MGW的Iu-Cs接口和RNC到SGSN的Iu-Ps接口。
第三步是RAN内部接口IP化,主要是指BSC到BTS的Abis接口或者RNC到NodeB的IuB接口,由于这些接口覆盖范围最广,因此是IP化最重要的内容。
RAN的IP化是移动网IP化的最核心内容,对于现有2G网络架构优化,未来3G接入网建设具有重要意义。
RAN IP承载的意义
移动网的IP化特别是RAN的IP化对于网络发展意义十分重大,它能够有效提升网络的性能、新业务支持能力和用户体验,降低CAPEX和OPEX,并且保证移动网的长期演进和发展。
●构建更安全的架构:区别于传统的TDM网络,IP网络具有灵活的自主路由寻址能力,这样可以很方便实现移动网元之间的备份功能,保证BSC/RNC实现到主备MGW/SGSN的备份,或者BTS/NodeB到BSC/RNC的备份,这样在这些网元节点故障情况下,业务能够得到恢复保护。
●更高的容量和带宽:HSPA技术引发高达5倍于GSM的传输带宽需求,传统SDH方案面临资源瓶颈,并且扩容难度较大。采用IP组网方式能够为基站提供FE/GE接口,FE相当于50个E1的带宽,基本上可以一劳永逸满足基站的带宽要求。同时,整个网络能够提供10GE以上的带宽,接入更多的基站,而且保证接入基站同时可以接入更多的其它业务。
●更低的建设和维护成本:传统E1、SDH、微波建设和扩容成本较高,HSPA技术将引发传输成本飚升,网络需要持续扩容;而且基于TDM方式传输资源难以共享,带宽资源利用效率低。采用IP组网方式后续端口扩容少,相比传统的TDM组网,IP设备成本和网络维护人力成本低。
●更高的复用效率,可提供差异化服务:传统TDM组网方式采用刚性管道模式,不同接口之间的带宽无法共享,带宽资源复用效率较低;而且不能针对业务进行分类传输管理和差异化服务。基于IP分组的组网方式可以在链路上进行带宽复用,有效提升带宽资源的利用效率。
●IP组网支撑更丰富的业务,提升用户体验:从实用经验来看,传统SDH组网很好适应了语音业务的承载,但是对于多业务支持,特别是IP业务支持方面能力较弱。基于IP的组网不仅可以解决语音业务的承载,而且可以实现综合业务承载,提供网络资源利用效率,实现增值。基于IP的弹性管道(200ms缓存、WRED流控技术支撑)很好适应了数据业务的TCP流量机制,传送效率和速度更快,能够提升用户体验。