3G时代的IP承载

引言
        对于中国人来说，姗姗来迟的3G时代究竟是如何的欣欣向荣，现在我们还只能忐忑不安地憧憬着。但是，在这山雨欲来的时刻，3G的IP承载网对于运营商来说，都已经是“风满楼”的状态，几乎触手可及了。
        不管是中国电信，还是中国移动、中国网通，都已经未雨绸缪，开始设计和部署其IP承载网。这些IP网络，将作为3G或者NGN的承载层面，是开展通信业务必不可少的一环，是未来通信业继续发展的基础设施，没有谁可以掉以轻心。
        为此，本文将根据3G网络对承载的需求，结合中国通信网络的特点，对IP承载网络规划设计中的一些现实问题进行探讨。
业务需求
        毋庸置疑，现代通信网络的发展，是由业务需求和市场需求来决定的，而不是技术的发展。我们回头看看互联网（IP网络）的发展历程，这其中市场推动的痕迹非常明显：这一种六七十年代就已经诞生的IP网络技术，在九十年代后期才得以迅猛发展，无非是上世纪后期，文件共享、电子邮件、网络计算和网页浏览等多种业务需求的共同作用。
        同样，3G系统对IP承载网络的要求，也是由其业务需求来决定的。根据统计，在中国，移动数据通信的业务收入在整个移动通信行业里所占的比重在15％左右，从这个比例看，显然，目前真正创收的仍是话音业务。即使在经济发达的欧洲，在已经开通3G业务的国家里，话音业务所占比重仍然高达85％。 
        因此可以相信，未来5年的3G业务应该是这样一种格局：以话音业务为主导，数据业务迅速发展。不管是3G的无线网络，还是IP承载网络的设计，都必须考虑这个因素。
        针对这个特点，我们有必要来分析一下话音业务和数据业务的流量模型：
        话音流量模型区别于一般互联网数据业务的流量模型，话音流基本上是对称的，上下行差别很小，而每个Internet业务流上行和下行的流量是不同的。另外，其对服务质量的要求也不尽相同，不管是话音还是视频，这些实时性业务对数据包的时延和抖动非常敏感，对QOS的要求非常苛刻；而互联网HTTP、FTP、电子邮件等业务没有特殊的要求，只要数据包在超时之前到达就可以。
        从安全可靠性的角度考虑，两者的要求也不同。由于话音通信已经成为人们生活工作不可或缺的工具，即使电话流量承载在IP网络上，也要同样保障其原有的可靠性；而互联网网页浏览、网络游戏等业务，远没有达到必不可少的高度。
        这些业务特点，决定了3G的IP承载网特殊性：一方面要保证传统话音业务的可靠安全，毕竟这是业务创收的主要来源；另一方面，还要提供多业务（如视频、图像、数据等）的通信载体，这才是未来发展的方向！两者都不可偏废。
网络隔离
        基于3G业务的不同需求，在业界基本上达成这样的原则：3G的IP承载网与传统互联网络隔离开来，不管是逻辑上还是物理上的隔离。

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图1 网络隔离示意图

目前中国的运营商都已经拥有一个或更多IP网络：比如中国电信的163、中国网通的169以及移动的CMNET等。其中规模最大的一般都是开展互联网业务的IP网络。在这种情况下，建设3G承载网都会碰到这个疑问：改造现有网络还是新建一张专用网络？
        其实，在业界从来不缺乏这种类似的争论，争论的核心无非是投资成本和管理成本的问题。但是，我们看看最后的结果，中国移动在CMNET外另建了一个IP专网，而中国电信已经完成了新CN2的部署。因此，实践证明，最节俭有效的方案是另外建设一个物理专用网络。
        改造现网，无非是在目前的基础上升级设备能力和扩大线路容量，然后采用相应的VPN技术逻辑上隔离3G业务。从投资费用上考虑，原有旧设备和线路的升级，旧网络的割接，其成本并不低；而且，如果改造后的3G业务与互联网业务共享一个物理网络，还会有很大问题：由于互联网业务的爆发式增长，其对带宽的需求很难预测，很可能在短期内造成网络拥塞，一再扩容，最后还是需要新建一个网络，造成更大的浪费。而3G业务目前以话音为主，其流量模型与互联网业务大相径庭，不太适合共享一种链路带宽。从长期考虑，新建网络将更加节约投资。
        第二，在现网基础上开通3G承载网，还会带来管理成本的剧增。由于VPN技术的引入，显然带来了网络的复杂性。网络管理和业务开通难度增加，需要采用各种复杂的路由策略、VPN、QOS等技术来隔离和协调3G业务和其它业务，使得3G的MSC、信令网关和媒体网关等设备能和现网众多的Internet服务器、网关和终端在同一个物理网络上安全工作。
         第三，物理隔离开互联网，可以避免互联网带来安全问题。由于随着互联网规模和用户的日益增加，Internet已经演变成了一个非常开放的、自由的，也非常复杂的通信方式。在这个网络里缺少合理的管制，到处充满了冲突，病毒与反病毒、保密与拦截、共享与版权保护等。一旦存在网络攻击，网络陷入瘫痪，即使是逻辑隔离开来的3G承载网也无法幸免，毕竟它们共同运行在一个物理设备上。而且，互联网发展到如今，安全始终是一个重要并存在着的问题。
        随着IP网络设备的成本降低，未来的3G承载网应该，也完全可以建设在一个新的IP网络上，目前不适合与互联网共存于同一网络里。
        其实，在具体的业务承载策略里，3G业务会同时运营在其IP专用承载网和互联网上：3G系统的信令VPN、CS域业务（话音）和PS域里的流媒体等实时性业务均可承载在IP专用承载网上；而网页浏览、文件共享和网络游戏等业务可以通过Gi接口引入互联网。这样，即可以满足前面提到的3G业务需求，又可以充分利用多个物理网络，提高了运营商的投资效益。

网络框架及站址路由器
         根据目前网络发展的扁平化趋势，未来的IP承载网应该尽量减少网络层次。针对中国的实际情况以及3G节点部署的特点，一般来说有两种做法：一、国家网扁平化到地市；二、省网扁平化到地市所有节点。这两种结构对于准备大规模发展3G业务的运营商来说，总体上都是符合简单高效原则的。
        方案一（图2）：国家网扁平化到地市，不再设立省网，国家骨干网直接接入地市城域网；地市的城域网由3G站址路由器（Site Router）组成，接入3G业务。
        请参考下图：

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图2 网络框架一

这种将国家骨干网的边缘推进到城域网边界的作法，其主要优点是方便集中管理、利于跨省业务的开通。需要提出的是，这种网络结构对于维护体系有一个较高要求，需要全网有一个集中维护的技术团队，对于一个拥有几百个节点，开展VPN等多业务的网络来讲，需要较为庞大的维护、策略优化的团队。因此，这不仅仅是个技术问题，还是个网络管理体制的问题，需要运营商仔细斟酌。
        而方案二（图3）：则对省网进行扁平化，部署到每个地市的3G节点（Site），省网最主要的设备是3G站址路由器（Site Router）；而国家骨干网保持简单明了的网络结构，只涉及每个省的一两个出口。
        这种网络也同样能达到网络扁平的目的，由省级部门来管理整个IP承载网，方便省内业务的开通；对目前中国的运营商来说，也不涉及大规模的管理体制变动。因此，这也不失为一个好的选择。

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图3 网络框架二

在以上的方案设计里，有一个非常关键的地方：那就是3G站址路由器（Site Router）的配置。这个站址路由器主要是IP承载网与每个3G Site里核心设备（MSC、MGW等）之间的桥梁，它在VPN应用里承担PE的作用，无论是在承载网还是在3G核心网里都占有举足轻重的作用。
        因此，设备提供商都会对其站址路由器进行严格筛选，特别是配合3G核心网设备进行全方位的测试，确保它能够不折不扣完成其桥梁的作用。所以，这个站址路由器是每个设备提供商3G Site解决方案里不可或缺的基本设备。直接采用3G设备提供商筛选出来的站址路由器，一是确保3G网络能够顺利快捷地开通，毕竟时间就是金钱，这是运营商面临的现实问题；二是降低维护管理成本，利于开展端到端的3G业务。
        从理论上看，所有的IP路由器都是遵循IETF、ITU的标准，相互替代应该没有问题。但事实告诉我们，不同厂家的设备依然存在不兼容的现象，其实这也无可厚非，如果所有厂家都用同一个模子生产产品，整个世界岂非十分单调和无趣？同时，由于站址路由器会同时面对3G核心网里的多种设备，每种设备也许都对其有些特殊的要求，所以选择这些路由器要求非常严格。IP路由器与某些软交换设备不兼容的现象，其实在很多工程里已经是屡见不鲜了。
        比较实际的做法当然是配置3G设备提供商的站址路由器，同时把些站址路由器和一些汇聚路由器结合在一起，便可以顺利组成一个简洁高效的3G承载网（城域网或省网）。如下图（图4）：

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图4 站址路由器组网

这个城域网或省网，和国家骨干网结合起来，就是一个理想的、扁平化的3G IP承载网。但是在某些设计方案里，硬生生地在这些站址路由器（Site Router）前统一增加一批路由器作为3G的PE设备，整个网络结构马上变得非常复杂，削弱了网络扁平化的作用，同时还浪费投资。
结束语
        关于3G的IP承载网，以上的这些观点及想法是在实际工作中总结出来的，也许有失偏颇，希望大家能够共同斟酌。
        作者：爱立信（中国）通信有限公司 IP及宽带接入业务部 郭骏文