●基于分组技术的多业务传送网络是运营商城域网演进的主流趋势
●IP RAN的部署需要兼顾3G与LTE网络的回传需求
●城域网络的演进是基于分组化的IP RAN和基于TDM的MSTP融合协作并逐渐替代的过程
IP RAN是无线接入网(RAN)IP化的产物，通常指基于IP技术的移动回传网络。随着移动互联网的迅猛发展，无线接入网正朝着全IP化的方向演进，包括基站的IP化和移动回传的IP化。随着第三代合作伙伴计划(3GPP)对无线接入网IP化标准的大力推进，从2006年开始，主流设备厂家所提供的3G基站产品就具备较完善的IP协议支持能力。然而由于移动回传一直依赖基于同步数字体系(SDH)的基于SDH 的多业务传送平台(MSTP)网络，因此难以满足无线接入网IP化和宽带化的发展要求。IP RAN作为基于路由器/交换机等数据设备所构建的动态IP承载网受到了广泛关注，成为实现移动回传IP化的重要技术选择。
1业务需求与应用定位
随着移动通信从3G向LTE的演进，以及智能手机等终端对网络覆盖和传输带宽的不断增加，中国主流运营商均加大了3G网络的部署，进一步推动业务从传统的语音式向数据式演进。目前移动网络业务主要是通过MSTP网络进行回传，其典型的接入环容量为155 M或者625 M。从现有网络的实际流量监控来看，在相当长时期内，MSTP技术仍可作为以2G、3G移动回传为主的、带宽需求不大的站点的综合接入手段。但是由于应用环境的变化和自身特点的限制，现有的MSTP技术在高带宽供给、三层网络功能提供等方面已经不能适应面对业务IP化和宽带化的发展趋势。因此，IP RAN的部署还需要兼顾3G与LTE网络的回传需求。
对于全业务运营商，他们则希望实现移动与固定宽带业务的融合承载。其期望承载的业务主要包括：移动回传业务、家庭客户接入业务（固定宽带、语音及IPTV业务等），以及集团客户业务（时分复用模式(TDM)专线、异步传送方式(ATM)专线、以太网专线，及多协议标签交换(MPLS)业务等）。从业务的服务质量要求、对承载传送网络的要求、流量特点等方面综合考虑，承载的业务划分为两大类：公众平面业务和电信平面业务。前者主要指互联网宽带业务，也包括集团客户的互联网专线接入，其业务特点为流量大、突发性强、控制难度大、无明确质量要求，并且均为尽力而为业务；后者主要包括移动回传、固定语音、交互式网络电视(IPTV)、集团客户专线等业务。其业务特点为流量模型相对稳定、便于控制，主要为运营商网内业务或集团客户业务，对于安全性和可控性的要求比较高，并且有严格的质量要求，承载网络的封闭性要求强。运营商对于不同类型的业务往往采用不同的承载技术和网络，公众平面业务主要由传统的IP城域网进行承载，业务包括互联网业务、固定宽带业务以及Wi-Fi热点业务等，电信平面业务则采用相对封闭的专用IP承载网，业务包括下一代网络(NGN)、移动分组域业务等。从网络运营的集约化角度考虑，在城域层面实现多业务统一承载是必然趋势[1]。
总之，为满足3G/LTE回传及全业务统一承载的需求，IP RAN需要具备如下能力：
●多业务承载。目前运营商网络承载的业务包括互联网宽带业务、大客户专线业务、固话NGN业务和移动2G/3G业务等，既有二层业务，又有三层业务。尤其是当移动网演进到LTE后，S1和X2接口的引入对于底层承载提出了三层交换的需求。由于业务类型丰富多样，目前各业务的承载网独立发展，造成承载方式多样、组网复杂低效、优化难度大等问题。新兴的承载网需要朝着多业务承载的方向发展。
●超高带宽。随着业务日趋宽带化，固网宽带提速后家庭接入可达20 M，并在向100 M迈进；移动宽带高速分组接入(HSPA+)已规模商用，带宽达21 M甚至42 M；未来LTE部署后用户带宽可达300 M。因此移动回传与城域承载网必须有足够强的带宽扩展能力。
●服务质量(QoS)保障能力。带宽的提升和业务类型的多样化对网络QoS保障能力提出了更高的要求。移动回传网同时承载移动PS域和CS域的业务，CS域业务通常需要更高的QoS保证。此外，承载网还承载大客户专线等高价值业务，网络必须具备完备的QoS能力。
●高可靠性。为保证网络质量，承载网需要具备端到端的操作、管理和维护(OAM)故障检测机制，可以从业务层面和隧道层面对业务质量和网络质量进行管控。此外，网络还需要电信级的保护倒换能力，确保语音、视频等高实时性业务的服务质量。
近年来，国际上许多运营商纷纷采用IP RAN建设移动回传网或多业务承载网。如北美运营商AT&T、Verizon、Sprint等都已确立IP RAN的建设思路，他们认为IP RAN便于扩展网络规模，统一的承载网能有效简化网络结构，同时在产业链和运维方面的优势也会大幅降低运营成本。西班牙电信Telefonica已确定向IP RAN方向发展，在马德里、巴塞罗那等7个城市部署了IP综合承载网。英国电信BT的IP RAN建设使BT的移动承载网能满足综合业务需求，适应快速的业务变化与演进。中国运营商中国联通与中国电信也积极开展了IP RAN的全面测试和现场试验，探索IP RAN规模应用的可行性，中国联通已开始IP RAN规模部署的实践[2-3]。
2技术特点与主要优势
IP RAN是指IP化的无线接入网，虽然狭义上的IP RAN专注于陆地无线接入网(UTRAN)到核心网(CN)之间的IP化。但是目前业界常说的IP RAN是指使用IP/MPLS技术来承载业务的组网方式。由于使用IP/MPLS组网可以从根本上实现移动回传的IP化，因此业内就直接使用IP RAN来命名这种组网方式。IP RAN具有如下技术特点和优势：
（1）端到端的IP化。端到端的IP化使得网络复杂度大大降低，简化了网络配置，能极大缩短基站开通、割接和调整的工作量。另外，端到端IP减少了网络中协议转换的次数，简化了封装解封装的过程，使得链路更加透明可控，实现了网元到网元的对等协作、全程全网的OAM管理以及层次化的端到端QoS。IP化的网络还有助于提高网络的智能化，便于部署各类策略，发展智能管道。
（2）更高效的网络资源利用率。面向连接的SDH或MSTP提供的是刚性管道，容易导致网络利用率低下。而基于IP/MPLS的IP RAN不再面向连接，而是采取动态寻址方式，实现承载网络内自动的路由优化，大大简化了后期网络维护和网络优化的工作量。同时与刚性管道相比，分组交换和统计复用能大大提高网络利用率。
（3）多业务融合承载。IP RAN采用动态三层组网方式，可以更充分满足综合业务的承载需求，实现多业务承载时的资源统一协调和控制层面统一管理，提升运营商的综合运营能力。
（4）成熟的标准和良好的互通性。IP RAN技术标准主要基于Internet工程任务组(IETF)的MPLS工作组发布的RFC文档，已经形成成熟的标准文档百余篇。IP RAN设备形态基于成熟的路由交换网络技术，大多是在传统路由器或交换机基础上改进而成，因此有着良好的互通性。
3关键问题与发展方向
基于IP/MPLS组网的IP RAN应用于移动回传以及多业务承载依然面临多方面的挑战，技术和产品也需要不断地改进和发展。
（1）规模组网问题。IP RAN的组网规模是业内一直有争议的问题之一。从目前由路由器组网的现网部署情况看，还没有上千个节点的单个IP承载网存在。但是从全网角度看，整个互联网就是由自治的多个IP网通过边界网关协议(BGP)注入形成的完整网络。因此，基于IP/MPLS的IP RAN网络也可以采用分域管理，不同的域使用不同的内部网关协议(IGP)协议，并互相使用静态路由注入的方式解决规模组网的问题。静态路由配合动态路由，也利于网络路由收敛、故障恢复和自愈。
（2）OAM管理问题。传统路由器组网的网络配置管理是采用命令行方式(CLI)。命令行方式的特点是可以使用各种平台和网络，配置速度快、命令丰富。而传统传输设备如MSTP的配置方式是图形界面(GUI)，特点是配置直观，适合批量管理，使用简单。为了减少管理方式变化给运维带来的影响，部分路由器厂家已经开发了基于图形界面的管理方式，并遵循了传统的MSTP网络管理习惯。由于IP RAN的承载方式打破了运营商传统传输专业的运维和管理思路，如何平稳过渡还需要在实践中进一步探讨。
（3）保护恢复问题。IP/MPLS采用快速重路由(FRR)机制可以提供50 ms级别的故障恢复，但属于局部网络保护方式，当链路或节点故障发生在TE 域之外，系统的故障恢复需要IGP收敛实现，整网保护倒换可能在几百ms左右。
（4）端到端QoS保障问题。在传统IP承载网中，高品质的QoS保障往往要靠大带宽轻载来实现，网络带宽的利用效率较低。为此需要考虑部署端到端的QoS解决方案，以提高网络利用率。
（5）与现网的互联互通问题。由于运营商原有MSTP部署的规模较大，虽然MSTP提供了以太网接口，以满足IP化和多业务的承载，但内核仍为TDM。另一方面MSTP承载了现网中大部分业务，新部署的IP RAN还不能完全取代MSTP，业务的割接有一个渐进过程，因此在MSTP与IP RAN共存的情形下，必须解决MSTP与IP RAN的互联互通问题，包括业务的互联互通、OAM的互联互通以及网络保护的互联互通。
4 IPRAN与MSTP的互联互通
现阶段，IP RAN将主要承载移动基站回传、集团客户业务、L2和L3专线等电信级业务；而传统的TDM业务目前还是由MSTP网络进行承载。但是随着3G基站量的不断增长和HSPA+的规模部署，MSTP网络难以满足移动回传新增的带宽需求，采用IPRAN网络逐步代替MSTP网络已是运营商网络发展的重要趋势。对于MSTP网络应严格控制建设规模、充分挖掘其潜力。但由于在较长时间内存在MSTP与IP RAN共存的局面，因此MSTP与IP RAN的互联互通成为了网络演进中的重要课题。
4.1基于UNI对接的IPRAN与MSTP互通组网技术
BSC：基站控制器
MSTP：基于SDH 的多业务传送平台
RNC：无线网络控制器
图1采用UNI对接的IPRAN技术与MSTP的互通组网方案
如图1所示，在基于用户节点接口(UNI)对接的场景中，MSTP设备和IP RAN设备互通组网所承载的TDM业务和数据业务分别通过SDH接口和GE接口进行互通传输，因此要求互通的MSTP设备和IP RAN汇聚设备需要同时具备GE接口和SDH接口。但是由于TDM业务和数据业务的配置是相对隔离的，即是在IP RAN网络中和MSTP网络中各自配置其端到端的业务，因此如何实现网络的时钟同步不可避免。而在这一点上，我们建议可采用线路抽取时钟和外定时等方式实现，从而解决整个MSTP网络和IPRAN网络互连组网的时钟同步问题。
在运维方面，MSTP网络和IP RAN网络采用不同的网管操作界面，IP RAN网络应该延续MSTP的网管理念，维护界面清晰，以快速告警和定位网络的故障。对于在实际组网中遇到的异厂家组网的情况，不同厂家MSTP和IP RAN网络混合组网的问题也可以依据此方法实现对接。
在OAM方面，MSTP和IP RAN设备各自采用其OAM标准，MSTP设备采用基于SDH开销的OAM管理机制，而IP RAN设备依据设备形态的不同可以采用基于G.ACH+Y.1731或者双向转发检测(BFD)的OAM管理机制。SDH接口和GE接口互通部分的OAM是采用基于802.3ah或者802.1ag的接入链路OAM管理机制。
在保护倒换方面，MSTP部分基于SDH的复用段保护实现小于50ms的保护倒换，而IP RAN设备采用基于1:1/1+1线性或者环网保护实现小于50 ms的保护倒换。在互通部分，对于GE接口的数据采用以太网的链路聚合组(LAG)保护，保护倒换时间小于200 ms；而对于SDH接口的业务，采用1:1/1+1 MSP保护, 实现小于50 ms的保护倒换。
基于UNI接口实现MSTP和IP RAN网络的互连互通也有如下两个方面的局限性：一方面，基于UNI互通会在IP RAN网络与MSTP网络边界存在单节点失效的隐患。由于在本互通场景中，不论是IP RAN网络和MSTP网络，均只有一个节点进行互通，链路的保护可以通过SDH复用段和MSP线性保护实现，但是对于节点的保护并不完备，因此存在MSTP网络或者IP RAN网络互通节点失效时，网络中断的隐患。另一方面，基于UNI互通会使现有部分IP RAN设备缺乏支持STM-4业务承载能力。目前来看，各厂家的IP RAN设备对TDM业务的支持程度不一，并不是所有分组均支持STM-4的业务承载能力，当MSTP通过STM-4进行TDM业务的UNI口互通时，会存在GE接口的数据互通，而SDH接口的业务无法互通的状况。
4.2基于NNI对接的IPRAN与MSTP互通组网技术
BSC: 基站控制器
RNC:无线网络控制器
图2采用NNI对接的IP RAN与MSTP互通组网
如图2所示，在本场景中，MSTP网络的接入环和IP RAN网络的汇聚环所承载的业务是利用NNI接口实现对接，即通过SDH接口进行互通传输。在IP RAN网络中，IP RAN汇聚节点设备需要提供网关板卡支实现SDH信号到PW/LSP信号的转换功能。SDH设备中的以太网业务和TDM业务适配到IPRAN设备中的以太网业务和TDM业务进行传递，SDH中的STM和VC层的承载与IPRAN设备中的PW和LSP层适配，从而实现业务的互通。
另一方面，由于MSTP网络采用的是SDH的告警机制，而IP RAN网络采用的Pseudowire (PW)、标签交换路径(LSP)、段层的多层次告警机制或者基于BFD、LSP ping 和Traceroute等MPLS的告警方式。因此分组设备的网关板卡需要支持SDH信号、VC 12告警与IPRAN网络PW告警的无缝转换，从而实现互通组网中告警OAM的端到端管理。
对于基于NNI接口实现MSTP网络和IP RAN网络的互联互通方式，其保护倒换功能也是需要重点关注的方面，因为这直接关系到该方式的互联互通能否满足电信级网络的生存要求。在前面所讨论的基于网关板卡实现MSTP网络与IP RAN网络互通组网的端到端OAM对接与转换的基础上，可以通过OAM迅速定位故障的程度和类型，及时触发网络保护倒换，从而实现基于电信级的50 ms端到端保护。
由于在互连互通时能实现端到端的OAM互通，又能满足端到端50 ms保护倒换要求，基于NNI接口的互通方式比基于UNI接口的互通方式在网络的OAM和保护倒换方面有优势，但是通过NNI接口对接存在如下的问题：一方面，由于通过NNI接口实现对接需要IP RAN设备具备SDH的网关板卡，但是目前业界仅有一部分厂家可提供SDH网关板卡；另一方面，在进行MSTP网络和IP RAN网络之间的业务适配时，SDH和以太网开销转换比较复杂，目前业内还没有针对这个问题提出解决方案，缺乏相关标准规范的支持，因而无法实现异厂家设备的互通，这为NNI接口对接方式的广泛应用带来了挑战。
5 结束语
随着移动通信日趋宽带化和IP化，基于TDM的MSTP无论从容量还是技术上都无法满足移动回传的需求，建设新型的分组化移动回传网势在必行。在此背景下，基于IP/MPLS组网的IP RAN成为了重要的技术选择。IP RAN采用成熟的IP组网技术，同时吸取了传统传输网的管理理念，是实现移动与固定宽带业务统一承载的重要手段。但IP RAN设备和网络依然处于发展过程中，面临组网模式、QoS、保护、运维等多方面的挑战，有待进一步改进。尤其是在MSTP已大量部署的情形下，如何实现IP RAN与现有MSTP的互通和融合，确保传送网由TDM向分组化平滑演进是需要关注的关键问题。总之，IP RAN作为新一代移动承载网必将随着移动宽带的发展得到更广泛的部署，其技术也需要在实践中不断发展和完善。
5 参考文献
[1]Niven-Jenkins b, Brungard d, Betts m,et al.Requirements of an MPLS Transport Profile [S].IETF RFC 5654. 2009.
[2] 张沛，赵正一，简伟等.城域网的业务需求及其与MSTP网络互联互通场景分析[J]. 信息通信技术，2012 27（2）：6-12.
[3] 唐雄燕，张沛. IP RAN:移动回传向全IP化演进[N].人民邮电报, 2012-05-10.
作者简介
唐雄燕，中国联通研究院副总工程师、博士、教授级高工，兼任北京邮电大学兼职教授、博士生导师，中国通信标准化协会泛在网技术工作委员会副主席；长期在电信运营企业从事宽带通信和信息应用方面的研发和技术管理工作；已出版专著5部，发表技术论文100余篇。
简 伟,北京邮电大学和美国佐治亚理工大学联合培养博士；现工作于中国联通研究院网络技术中心；研究方向包括(超)100G光传输技术、光/分组传送网、超高速毫米波无线传感器网络以及毫米波无线通信系统等方面的研究。
张沛,北京邮电大学光通信中心博士毕业；现工作于中国联通研究院网络技术中心；研究方向是高速光传输系统、承载网关键技术研究；向ITU-T提交国际文稿二十余篇，发表文章十余篇，专利3项，著作3本。