3G下移动网络演进及其对网络的影响

1、3g下移动网络演进及其对网络的影响伴随3g在全球的普遍部署，技术革新也同步向前。为了对网络和业务进行演进以支持更高的带宽和速率，全球的移动运营商们采取了各种各样的战略。 比如，往后的5年中，运营商会选择提供增强 utran hspa+ 服务，或者采用更激进的方式直接提供lte服务。全球很多运营商已经部署了hsdpa和hsupa，提供3m或者以上的下行带宽。少数技术比较先进的运营商已经宣布提供下行21m的hspa+服务。 vodafone和ntt docomo之类的业内领先的运营商已经宣布将最早于2010年启动lte服务。hspa+尤其是lte等高带宽移动业务对传输网和回程网络提出的特殊的要求，

2、而不仅仅是传输带宽的简单增加。 当全球的运营商正在为如何增加arpu值而挣扎的时候，有一个不可忽视的趋势，就是移动网络中，数据业务的比重正在不可逆转的急速增加。固网宽带业务在10年以前已经经历过了同样的过程，高带宽的“尽力而为”业务主宰了网络的应用和互联网资源。 “尽力而为”业务意味着低arpu，但是运营商还是需要在基础设施方面进行大量的投资以满足指数增长的带宽需求。多数运营商都采用提供更多更便宜的带宽，以这种粗放的方法应对“尽力而为”流量的增长。 本文将探hspa+和lte等更高带宽移动业务下传送和回程网络的演进需求，结尾处也有一些对如何增加apru的建议。 2.移动传送网络演进 图 1 u

3、mts 参考架构 2.1hspa+ utran 移动传送网络架构是100% 点到点或者“集中星型”。 点到点网络的一个关键优势就是易于进行管理和进行流量工程。多数现有的 3g网络环境中，回程采用的是atm，点到点从边缘向网络中心汇聚。数据通过rnc，sgsn，ggsn传递到核心网。所有的流量连接都通过虚连接进行承载，因此通过对承载流量的隧道进行保护，实现对流量的保护。在3g的网络环境中几乎没有对数据流量的颗粒度控制，通常所有数据流量都平等处理。因此，现有网络只能以每个移动业务为颗粒度进行带宽分配，更别说对每个终端用户的每种业务进行带宽分配。 在向hspa和hspa+演进的过程中，对数据业务的传

4、送架构改变非常小。3g网络中，sgsn通常是一个瓶颈。sgsn是一个信令设备，但是往往要承担建立gtp数据承载通道的任务。有一些直通隧道的解决方案通过在rnc和ggsn或者nodeb和ggsn之间发起和终结隧道，旁路sgsn，满足hspa/hspa+流量增长的需求。从底层传送的角度，除了对utran到移动核心网的数据设备隧道功能抽象层的一些修订，网络和之前的点到点、“集中星型”架构相比差别非常小。通常，以太网接口（并非强制）是网络演进到hspa和hspa+时最大的变化。从传送网络的角度，以太网中使用的vlan和qinq等隔离技术与之前的atm传送相比并没有架构上的变化。一些运营商采用了多点以太

5、网或者纯ip over以太网的方式来简化编址方案。这种方案不需要多条平行的点到点l2电路和每条电路独立的ip子网，简化了网络ip地址和l2地址的编址。 点到点网络的优势是其可管理性、保护和流量工程。多点无连接l2以太网虽然简化了ip的编址，但是引入了其它层面的复杂性和问题。一些要注意的问题如：广播风暴和成环检测、mac地址扩展、oam连接和点到多点广播网络上的故障诊断。运营商的以太回程网络如果是租用的，那么多点以太网的安全性问题也需要着重考虑。 在hspa+编址中，nodeb可以支持纯ip。一些运营商的方案是建立一个到边缘站点的全l3 ip路由网络。从nodeb到rnc和移动核心网的移动数据也

6、是纯路由方式。这种方法有优势也存在问题。众所周知，ip网络的扩展性远远好于以太网，这已经由互联网本身所证实。ip网络同时具备很好的弹性和自愈能力，虽然收敛的时间不可预期（对于语音等关键应用来说是不可接受的）。对于地址空间受限的运营商，nodeb之类的基础网节点可以采用私网地址进行编址。如果采用纯ip方式部署传送网，则应该将ip承载在mpls之上，以提供所需的快速保护恢复。ip私网地址的问题，通过部署rfc2547之类的vpn解决。 部署ip over mpls技术的移动传送网最大的问题是网络的扩展性，尤其是启动了vpn的情况。移动传送节点的数量一般会达到10,000s甚至 100,000s，目

7、前世界上任何地方都没有过部署这么多节点ip/mpls或者ip vpn网络的先例。oam向来被ietf所忽视，因此ip层的连接检测、性能检测和故障诊断等oam能力非常薄弱，设备厂商对这块的支持也不够。ip本身的扩展性很好，但是当很多的约束条件叠加的时候（比如网络保护、oam、流量工程和性能保障），ip的扩展能力将被显着削弱。引入以太网，尤其是各种复杂的多点转发控制要求传送设备具有足够的智能弥补这些复杂性。这些智能设备通常意味着比单纯的以太网传送设备更高的价格。运营商必须在粗放式通过廉价带宽解决网络容量增长和维持对传送网的高度管控能力间找到很好平衡。 2.2lte 图 2 lte 参考架构 lte

8、引入的扁平化的传送架构，以匹配网络全ip化和容量的增长。lte也将信令功能从数据通道中独立出来，这样两种功能的扩展性将可以彼此独立。lte中所有的流量都是ip格式，语音成为数据应用的另一种形式。rnc的功能被集成到enodeb，移动终端通过enodeb x2逻辑接口的“硬切换”实现切换。 从传输网的角度，我认为应当仔细检查其是否具有在全ip环境中处理qos和用户移动终端的带宽预留。语音流量等高优先应用必须获得区别于普通数据业务的处理，此外其它的数据业务也不是平等的，数据颗粒度需要细化到不同的应用。enodeb可以将语音应用通过专用的l2 以太网vlan进行传送，实现传送层的服务质量保证。但是e

9、nodeb一般不具备进一步将数据业务以每移动终端每应用的颗粒度进行细分。在lte中，数据业务一般会很轻易的占到总流量的90%以上，从arpu值和投入的角度，运营商最感兴趣的是如何通过对应用的区分化服务，最大化带宽的投入收益。移送传送网或者回程网络往往是移动网络的瓶颈，因此，传送网在数据业务差分化过程中起重要作用。传送网对流量的细化差分能力将对lte环境中的关键应用产生重大的影响。enodeb和sgw之间通过gtp承载用户的应用或者pdp context。理想的传送网络应具备对gtp内容进行动态分类，并且区分处理的能力。在lte回程网络中使用纯以太网（vlan，qinq或者802.1ah）或者i

10、p路由（透明ip路由或者基于vpn的路由）还有很多的争论。x2逻辑接口的出现，引入了enodeb之间any-to-any的通信需求。面向无连接的以太网或者ip是满足这种需求的最佳技术选择。我个人认为，最佳lte回程网络的关键不在于纯以太网或者ip的技术选择，而在于如何为enodb之间的通信提供更好的保证，并且实现可控、可管、可扩展。 例如，x2接口和s1接口带宽保证和保护方面的需求是否一致？ 如果一致，那么enodeb之间就需要流量工程和快速重路由保护隧道，网络中的隧道将呈n2。lte回程网络架构规划过程中，类似的问题需要深思熟虑。 前面提到，lte中信令部分已经独立于用户数据平面，这种独立给

11、网络创新预留了更多的空间，更多的策略网关可以通过分布式、集中式或者混合的模式引入网络，提高网络的效率。 3.解决带宽增加和arpu值问题 固网中一直存在的一个挑战就是带宽投入无法提升arpu值，获得相应的回报。固网在很多发达国家被看做是一种公共基础设置，一旦一种服务被定位为“公共设施”时，将很难增加arpu值。 如果没有业务和应用的革新，移动宽带将走向固网的老路带宽的增加远远快于每用户的收益增加。 以日本为例，7m hsdpa服务采用包月，资费参考固网宽带的平均水平。 这种自助餐式的带宽服务模式只能鼓励更廉价的移动服务，而不利于差分化服务和应用的推广。服务差分只有在网络中存在瓶颈的时候才有意义。移动网络相比固网存在更多的瓶颈。这些瓶颈的存在为引入价值区分提供了机会，因此也为增加arpu值提供了机会。 移动运营商也为可以引入软件商店的概念，终端用户可以通过移动终端从运营商开办的软件/应用商店直接购买软件。 运营商通过销售软件/应用可以获得一部分的收益，但是，软件商店的重点应该放在“在线”软件/应用。“在线”软件可以在每次用户使用的时候为运营商提供订购或者上网费用，移动游戏就是一个很好的例子。移动运营