3G传输网的特征与技术方案选择

恋々风

第三代移动通信（3G）的发展经历了体制标准之争，已逐步演进到标准的完善和设备开发之争以及未来的产业发展之争。面对激烈的竞争形势，快速提供业务、减少带宽资费、提高通信服务质量成为移动运营商在市场竞争中获胜的关键因素，这些关键因素之争的焦点又集中在基础网络建设，传输网是电信网的基础网络，因此，3G传输网的建设在整个3G网络发展中扮演重要角色。在3G传输网优化和建设中，如何定位传统的移动业务与新兴的数据业务之间的关系，现有的网络现状与即将上规模的宽带3G传输网的关系，综合技术成本和用户需求，选择何种技术和建网方案，都是我们需要重点考虑的问题。
    本文从3G网络结构、网络接口、传输业务需求角度分析了3G传输网的特征，提出了应对3G传输网需求的MSTP解决方案，最后结合烽火公司MSTP产品浅析3G边缘网解决方案的特点。

一、3G传输网的特征与技术方案选择
    1．3G的网络结构分析
    首先从网络结构上看，3G网络和2G网络具有相似的结构，我们以WCDMA的网络结构为例，如图1所示。
    图1  R4版本的WCDMA的网络结构
    移动通信系统主要由接入网（RAN）和核心网（CN）两个部分组成。图1左侧部分表示RAN部分，左上的系统是增加了GPRS的无线接入网，左下是3G的无线接入网部分（UTRAN）。中间部分是核心网，分为电路域和分组域两个部分，分别处理话音和数据业务。右侧部分表示Internet、PSTN网等其它网络及3G的管理、计费等支撑系统。
    无线接入网部分主要由移动终端（MS，如手机）、基站（NodeB）、基站控制器（GSM系统中称为BSC，WCDMA中称为RNC）来组成。我们知道在UTRAN中每个NodeB覆盖一定的区域（从几百米到十几公里不等），负责该区域内的手机信号接入；而RNC控制若干个NodeB（一般为几十到上百个）。其中，从MS到NodeB的通信是无线方式的，从NodeB到RNC的通信是通过有线连接的，传统第二代移动通信中的信号为TDM方式，1到2个E1（即2M）就够了，而WCDMA系统则是通过ATM口连接，带宽需求大得多。
    核心网的电路交换部分主要由移动通信专用的交换机构成，一般称为MSC（移动交换中心）。在WCDMA R4版本的核心网中采用了软交换方式，将MSC分为媒体网关（MGW）和一个服务器（MSC-S）。一般而言，每个MSC管理一到两个RNC（BSC）。分组交换部分主要由SGSN、GGSN、BGW组成。
    2．3G传输网接口类型分析
    根据以上分析可以看出，组建3G传输网的目的是实现NodeB（BS）、RNC（BSC）、MSC之间多种接口的互连，主要传输从NodeB（BS）到RNC（BSC）的业务信号和从RNC（BSC）到MSC的业务信号，其次是MSC、GGSN、SGSN之间的信号。
从传输需求量来说，对于一个NodeB就需要有相应的传输设备，中国移动在每个城市的NodeB数量往往为数百个到上千个（根据城市规模大小）不等，而从RNC（BSC）到MSC的业务信号的传输需求量不会很大，一个一般城市的MSC大约在十个左右（上下有浮动）。
    从当前成熟的技术版本和厂家提供的3G产品来看，对3G传输接口类型的要求都是基于ATM的接口，NodeB与RNC之间的接口类型主要包括E1/T1 IMA口、STM-1接口，也有STM-4接口；RNC与MSC之间的接口为STM-1接口、STM-4，也有IMA接口；由此可得出结论：对于3G边缘传输网接口需求集中在基于ATM的E1/T1 IMA口、STM-1接口，也有STM-4接口。对于骨干层来说，接口种类相对简单，而且数据经过汇聚，对带宽的需求较大。
    3．3G传输网业务承载分析
    作为解决未来的移动通信系统支持高速的数据接入的3G网络，其业务承载除了GSM话音业务外，更多的是对移动数据业务的承载。作为数据业务的整体提供方案，集团用户数据专线业务、智能小区高速上网业务以及带宽出租业务等都应在3G传输网建设中给予前瞻性的考虑。针对上述考虑，以下我们对移动传输网的全面承载业务分类进行分析。
    首先移动传输网大量承载的是话音、会议电视、视频图像、透传带宽、有严格QoS要求的企业专线等对QoS要求很严的实时业务。这类业务非常适合以TDM方式传送；其次是企业VPN、3G基站等要求有QoS保证但本身具有统计复用特性的业务。这类业务需要采用ATM方式，能充分满足其带宽动态可调，而采用SDH方式则带宽浪费比较严重非常不经济；最后对于个人和小区Internet接入、门户网站等不需严格QoS保证、尽力传送方式的数据业务。这类业务用IP方式传输性价比最佳，用SDH和ATM方式传输则不经济。在IP的接入上，主要有两种，即低速率的10M／100M业务和高速率的GE／10GE。
    从以上分析可见，SDH、IP、ATM三种传输方式针对不同的业务各自有最佳的适用场合，作为基础传输平台，必须能够同时承载这三种不同类型的业务。随着传输设备的发展，出现了能同时传输以上各种业务的多业务传输设备（MSTP），为建立此基础传输平台创造了条件。 MSTP技术是以SDH技术为基础，继承了其优异的组网及保护能力，并提供对ATM/IP数据业务的统计复用功能，提高带宽传输效率，实现TDM/ATM/IP综合业务的统一传送，所以能很好地满足移动及宽带数据业务对传输网络的需要。随着3G网络内核的IP化演进，MSTP技术方案可以非常灵活的适应这种变化，同时，MSTP技术和产品经过各运营商的城域传输网建设的充分验证，已充分得到大家的熟悉和信任。由此我们得出结论：MSTP设备将肩负起3G信号传输的重任。

二、 应对3G的边缘网络解决方案
    众所周知，边缘网络作为运营商的触角，是向客户提供服务的前沿陈地，随着客户需求的多样化和核心网技术快速发展，边缘网络在城域传输网建设中的重要性日渐升值，成为传输网建设的重点和难点。在3G传输网中也不例外，3G传输网建设重点是负责基站业务传输的边缘传输网络，由于基站数量巨大，每个大中城市有上千个基站，移动运营商每年要将自己业务收入的近30％付给其它运营商作为电路租用费。因此，3G边缘传输网的建设不仅要考虑基站传输大量的带宽需求，同时还要考虑能足够替换原来租用的传输电路。从实际设备情况看，3G的基站覆盖范围基本和2G的基站相同。也就是说，已经拥有2G设施的运营商仍然会采用原有基站的机房和线路。而各个运营商对3G的基站数量需求可以参照2G的需求量。
    1．3G边缘网络的特性和需求
    3G业务相对于2G业务来说，主要区别是其业务是宽带业务，流量具有统计特性，如果简单采用目前的窄带的SDH设备传输，效率会很低，因此，3G边缘传输网络必须具备统计复用特性。在传输带宽的要求上，也和以往有区别，总的来说3G基站所需要的传输带宽远远大于2G的基站。当前，各个运营商城域网接入层的传输制式主要是STM-1速率的SDH设备，每个环上的节点数量按平均8～10个计算（这是比较保守的估算），这样的情况下，总的带宽需求大约为每个接入环上20个左右的2M。实际应用中，每个基站都有一些预留的2M，实际的情况是大约每个接入环上已经占用的2M数量有四五十个。对STM-1的SDH设备来说，容量的可扩展空间已经比较小了。如果要支持3G传输系统，必然要求传输设备的带宽有一个跨越。
    由于移动业务需要从基站汇聚到MSC，这中间的所有业务流量都是集中型业务，比较适合采用通道保护方式。这样，采用STM-4速率的设备，可用的带宽为126×2M或者2×STM-1，显然不能满足3G的传输需求。这样，STM-16速率的MSTP设备成为3G传输网接入层的首选。此外，由于移动网络的自身特殊性，3G边缘接入传输网和其他接入传输网相比，还具有时钟同步要求高、网络结构复杂、每点上下业务较少、要求传输设备体积小等特点；同时，由于基站往往是无人值守机房，常常要求传输设备提供各种网管通道和环境监控功能。
    从网络建设的角度，需要建设一个独立3G边缘接入传输网作为统一的业务传输平台，即经济又可以简化网络结构，甚至还可以和其它业务公用，比如固网的数据接入等等。
    从运营商的维护体制来看，边缘传输网作为一个独立的层面和3G业务网分开，两者相互独立，便于维护，便于业务开展。
    2. 烽火公司3G边缘网络解决方案
    随着第三代移动通信的标准日趋成熟，国内很多公司竞相展开3G的研究和产品开发，电信运营商开始着手3G传输网的规划。烽火公司顺应这一发展趋势，对产品系列进行的优化和改进，推出了应对3G边缘传输网的IBAS 100系列产品，为3G的基站信号传输提供低成本、高效率、高带宽的解决方案。IBAS 180设备具有低成本、体积小（3U高度）、STM-1/4/16全速率兼容、优化的多业务承载能力、强大的组网能力和高可用性设计等特点。
    （1）灵活的容量设计
    当前主要使用的边缘MSTP为155/622M速率，面对宽带业务的高速增长显得力不从心，而当前的2.5G MSTP设备虽然功能都能满足要求，成本和体积却并不适合边缘网络的应用。烽火公司IBAS 180紧凑型MSTP设备兼容155M/622M/2.5G三个速率等级，体积却只有3U，非常适合高数据容量的边缘传输网组网，使用户能够以最小的投资适应较长时期的业务需求。
    同时，针对边缘网络中小容量的接入需求，IBAS 100系列产品具备8M PDH光接口的接入能力，远端的PDH 8M设备能够直接接入IBAS 100。以这种方式组网后，可以选择本地终结PDH 8M业务，也可以利用IBAS 100的调度能力将由PDH支路接入的业务调度到其它节点，而不需要中间转接。这种功能的提供不但避免了大量PDH 8M设备组网时在局端占用大量机房空间的问题，而且能够提供PDH、MSTP统一网管，大幅度简化了局端的大量2M转接工作，成为IBAS 100系列的一大特色。
    （2）提供丰富的业务接口支持能力
    IBAS 100系列MSTP设备支持各种宽带业务接口，如E1，E3，STM-1，10/100M以太网接口，IMA接口，ATM接口等等。同时，针对不同的宽带业务接口，增加了强大的处理能力。
    针对以太网接口，能够提供LAPS/PPP/GFP兼容的映射方式，提供支持符合G.7041的低阶虚级联和符合G.7042的LCAS功能。这些功能使得以太网的承载效率、承载的灵活性增加。在此基础之上，进一步提供透传、二层交换、多点汇聚等应用方式，满足针对不同等级用户和应用的不同需求。其中的VLAN功能能够为用户提供可靠的二层数据隔离。
    针对ATM接口，不但提供STM-1接口来满足高速率的ATM接入，而且提供灵活的IMA接口，使用户能够以N×2M的速率接入ATM业务。
    （3）灵活的数据优化处理能力
    IBAS 100系列全面支持对IMA接口和ATM 155M接口的数据优化。由于3G数据业务具有动态特性，传统的SDH TDM方式的动态传输效率不高，因此针对MSTP设备的STM-1接口和IMA接口，均要求提供统计复用功能和多点汇聚功能，使用户能够更加高效地利用带宽。
    从基站的容量上看，3G建网的初期，用户容量需求不大，IMA口可以满足要求，移动数据业务经过比较长的发展之后，对带宽的需求增加，将会要求基站的上行接口升级到STM-1速率。这样，用于边缘接入的紧凑型2.5G设备必须具备低阶处理能力，并能够提供较多的STM-1接口。
    对于现有的MSTP传输设备来说，不需要做任何的改动就可以直接提供对普通IMA接口的支持。但是，由于移动通信业务的汇聚型业务流向非常突出，大量的IMA接口汇聚到RNC时，在与RNC相连接的MSTP节点处，将有大量分离的2M需要经过电口转接, 其直接后果是带来成本急剧上升，而且不便于维护，降低了系统的可靠性。
    因此，对于IMA口的传输，需要统计复用功能和多点汇聚功能的支持，以优化3G的ATM信号处理。在与RNC连接的MSTP设备上通过增加ATM交换模块实现如下的统计复用功能。这样，可以使得多个基站汇聚过来的IMA业务在MSTP内部汇接为一个ATM 155M，通过这个155M接口与RNC进行连接。
    这种处理方式降低了转接处的设备成本，而且便于维护，提高了系统的可靠性。上述功能在一个机盘内实现。这种处理方式的另一个优点是对与基站连接的MSTP设备没有特殊需求，成本也可以得到较好的控制。
    当然，也可以采取MSTP平台共享环来提高传输效率，在共享环上，每个节点根据需求分配一个固定的带宽，每个节点都具备统计复用能力，环上节点共享带宽。
    这种处理方式的特点是在每个MSTP节点都增加了针对IMA的统计复用功能。这种处理方式在整个环上共享一个ATM 155M带宽，能够提供基于VP Ring的保护。
    从长远的发展来看，3G的业务量增长后极有可能会采用ATM 155M进行基站互联，对于ATM155接口的数据优化需求和IMA接口类似，当前业界针对ATM 155M已经普遍实现的统计复用功能能非常好地满足这种需求。
    （4）领先的组网能力
    IBAS 100系列边缘MSTP设备与业界同类产品相比，组网能力强是其另一优势。IBAS 180紧凑型MSTP设备最多同时支持3个STM-16的光方向和8个STM-1的光分支。边缘的MSTP网络的规划比较困难，往往需要根据业务发展的情况不断进行调整。这就要求边远的MSTP产品能够提供较强的组网能力，随时根据需要延伸支路，增加业务。IBAS 100系列产品能够提供多方向的组网能力，在设计上尤其重视了对STM-1/4的支路延伸能力，使得该系列产品能够适应复杂的边缘网络拓扑变化，简化网络规划的工作。
   （5）升级为IP内核后的网络继承性
    烽火公司MSTP产品采用模块化设计，可在统一传输平台上提供ATM多点汇聚接口板、统计复用接口板，以太网多点汇聚接口板、二层交换接口板等不同业务接口板，在与3G业务组网时，可通过灵活的配置相关模块满足3G多种信号的传输要求，并随着3G网络同步演进，在不变更传输网络的结构，不变更底层传输平台情况下，只需要更换相应的业务接口板，有效保护用户投资。

三． 结束语
    从本文的分析我们可以得出这样一个结论，未来3G传输网建设最佳方案是采用MSTP多业传送平台组网。这样在3G网络演进的初期，多业务网络呈现严格QoS特性时，可以采用SDH平面作为承载的主要方式，并辅以ATM特性完成NodeB的接入，初期建设业务量较小可以大量采用E1/T1 IMA口，并利用其统计复用功能提高传输效率。在网络演进后期，可以大量使用内嵌RPR方式或ATM方式通过FE或ATM 155接口实现业务承载，具有较强的继承性，并可以适应各个阶段的业务需要。随着传输网络的进一步发展，MSTP平台可以与智能光网络紧密结合,今后通过对网络软件平台的智能化改造，MSTP平台将具备更多的智能特性，包括动态业务提供，网络元素即插即用、基于协议的路由和保护、不同业务的SLA等特性，会对3G传送网提供更多的支撑，为各地区未来的3G规模发展奠定坚实的基础。