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MPLS在基于SDH的3G接入网中的应用

2006/2/27/11:21 来源:通信世界 作者:上海移动通信有限责任公司 左晓莹
  随着3G的商用,基于R99R4版本的3G网络已日益趋于成熟,传输承载采用的也都是ATM技术,但从R5开始,传输平台将采用IP技术,基于ATM的传送网络也必将要走向全网IP,由于ATM自身一些局限,无法适应Internet 的高速发展,但IP 的开放性使人们很难实现端到端的连接,且语音数据包的传输也存在很多问题,因而把ATM与IP网合二为一是人们的初衷。 MPLS将ATM与IP 很好地结合起来,做到了面向无连接的控制和面向连接的转发,很好地控制了流量和保证了QoS。

  一、ATM的3G传输网结构分析与MPLS技术的应用

图1 WCDMA网络结构

图1 WCDMA网络结构

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  WCDMA的典型网络模型由RAN和CN两部分组成。对传输网络来说需要解决的问题包括三个方面,一是核心网内各网元的互连,二是RNC与核心网的业务传输,三是RNC到NodeB之间的业务承载。实际中3G传输网主要分为接入层、汇聚层和骨干层。在3G建网模式中,RNC与核心网设备通常安装在中心节点中,在传输组网时可将RNC规划到骨干层,于是骨干层承担核心网网元间的连接以及RNC与核心网的传输。而NodeB处于网络的边缘,数量庞大且分散在城乡各处,与RNC之间的业务连接必须通过城域传输网(传输网的接入层和汇聚层)来完成,在实际的业务传输中,基站设备全部直接由城域光传送网进行覆盖是不现实的,也采取多种方式来解决接入问题。因此3G传输网的问题实质上就是3G运营商如何把Node B侧的数据安全、高效地传输至RNC侧。

  2.基于ATM技术的网络结构

图2 ATM承载的3G传输网络结构

图2 ATM承载的3G传输网络结构

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  在成熟的采用ATM技术的SDH传输网的3G接入网中,通常的方案是NodeB到RNC的接入将通过接入层、汇聚层和骨干层的转接,在接入层,处于较大覆盖范围的众多NodeB可以通过HUB Node B 或直接将2M或Nx2M由SDH透传进入最近的汇聚层的传输接入点,在汇聚层庞大数量的STM-1通过可兼容TDM业务MSTP VC-ring传送平台统计复用进入骨干传输节点,最后送入RNC,其中,Node B可使用ATM STM-1接口或IMA接口,RNC 使用ATM STM-接口或信道化STM-1接口,此外,汇聚层及骨干层的传输设备也具有ATM和IMA处理和交换功能。

  在3G的R99R4版本中,都是采用ATM技术,到R5及以后,从接入网到核心网将全面采用IP承载技术,但目前将IP直接应用于已传送语言为主的电信级传输网络还存在很多局限性,带宽的分配、QoS 的保证等等,因此如何很好地兼容ATM网络端到端的特性,IP灵活的路由选路,带宽利用及开放性是网络向全IP发展必须要解决的问题,最早采用的方式是IP over ATM, 但遇到非常多的问题和困难,如IP 地址与ATM 地址之间的映射问题,ATM 的优点在于采用硬件转发固定长度的包,因为只要看到包头的转发信息就可直接转发,后来大家试图把两种协议的优势结合起来,把ATM 的转发机制与IP的寻址和路由机制结合,产生IP交换技术, 之后又推出MPLS 协议。

  3.MPLS技术介绍

  MPLS是属于第三层交换技术,引入了基于标记的机制,它把路由和转发分开,由标签来规定一个分组通过网络的路径。MPLS协议的关键是引入了标签(Label)的概念。它是一种短的易于处理的、不包含拓扑信息、只具有局部意义的信息内容。在MPLS网络中,IP包在进入第一个MPLS设备时,MPLS边缘路由器就用标签封装起来。MPLS边缘路由器分析IP包的内容并且为这些IP包选择合适的标签。所有MPLS网络中节点都是依据这个简短标签来作为转发判决依据。当该IP包最终离开MPLS网络时,标签被边缘路由器分离。

  MPLS将IP的灵活性、帧中继、ATM等面向连接网络的QoS保证特性有效地结合在一起,这对于IP的进一步广泛应用有着巨大的推动作用。MPLS最突出的特点在于为IP网络提供了QoS保证,其次在于利用MPLS构建VPN时安全性以及结构需求的实现变得非常简单。MPLS在解决网络的扩展性、实施流量工程、同时支持多种要求特定QoS保障的IP业务等诸多方面具备得天独厚的技术优势。

  二.基于MPLS的传输网方案

  1.MPLS网络结构

图3 应用MPLS的RAN网络

图3 应用MPLS的RAN网络

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  在将MPLS网络应用于3G接入网时,一个直接的思路就是将NodeB通过MPLS网络接入RNC,即由成熟的MPLS网络来传输Iub 接口的信号,既实现了向IP技术承载的过渡,又充分保证了原有的ATM承载的QoS,但是对于采用SDH设备组建传输网络的运营商来说,就必须考虑充分利用现有网络资源,能与现有的SDH网络或在此基础上发展的MSTP多业务传送平台相兼容,以最大程度的降低运营成本,在此,将重点考虑如何在现有的SDH传输网上应用先进的MPLS技术,使网络平滑顺利地过渡到IP技术承载,符合R5及以后网络建设的要求。

  2.MPLS网络可行性方案研究

  (1) 基于SDH的传输网主要用于透传MPLS网络设备与Node B及RNC之间的信号

  一个方案就是NodeB通过MPLS网络提供的LSP接入RNC,但MPLS网络与NodeB 及RNC之间的信号传送以及MPLS网络内部的LER和LSR之间的传输将由SDH网络进行透传。

  论述:该方案虽可以实现相应的网络功能要求,但SDH网络固定带宽分配使得IP带宽共享的优势得不到发挥,而且随着网络规模的不断发展,带宽被迅速消耗。可见,此方案适合网络规模较小的情况,对于运营SDH传输网络的运营商来说不具备大规模应用的可行性。

  (2)将MPLS交换功能集成在MSTP设备上

  随着基于ATM技术的3G网络的发展,SDH传输网将发展成为至少在传输汇聚层采用MSTP的多业务传送平台,MSTP设备集成了ATM交换和复用功能,同样地,在MSTP设备上集成MPLS交换和路由功能,将真正实现了从现有网络平滑过渡到IP传输阶段,而且保证了MPLS最突出的特点即为IP网络提供了QoS保证。此外,将MPLS集成在MSTP设备上,可在预先分配到的带宽内进行LSP的建立和管理,剩余的带宽保留给2G的TDM业务,这样可以实现业务兼容与平滑过渡。随着3G的深入发展,MSTP也必将延伸到传输网的接入层,此时,集成了MPLS功能的MSTP设备将更高效的完成从NodeB到RNC的接入。

  (3)多种方案的灵活运用

  在实际运营中,可以将各种方案灵活运用,在SDH传输网向ATM承载过渡的过程中,也是经历了从透传到MSTPVc-ring,,同时随着NodeB及RNC 本身向R5发展的过程中,其接口和功能也将随之发展, Node B 及RNC本身也是MPLS域的边缘路由器。而作为主流的MSTP多业务传送平台也将不断的完善,相信结合了MPLS的MSTP一定会使全网IP得到大发展.

  三、结束语

  ATM作为多业务网将支持因特网与现有电信网的融合与演变,包括支持IP网的持续发展,因此ATM在短时间内不会退出历史舞台。由此ATM与IP结合将是发展中不可回避的问题,与现有的IPoverATM相比,MPLS具有灵活的路由选择、流量控制及QoS保证机制等优点,从目前情况来看,MPLS协议最大的应用可能是在ATM和IP网的互联方面。随着3G的不断深入发展,R5及以后将要求I P技术的全面应用,那么在3G的接入网(RAN)向IP过渡的过程中也将应用MPLS技术,一个从现有网络最有效平滑过渡的方案便是集成MPLS交换和路由功能的MSTP多业务传送平台,也可以说在未来MSTP的舞台上,结合了MPLS功能的MSTP将会被传统SDH运营商最为拥护和支持,也很可能成为未来网络演进中的核心技术之一。

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