移动无线接入网IP化重点问题

目前，移动网络向AllIP演进的步伐正在加快，3GPP、3GPP2、IEEE等国际标准组织相继提出了基于AllIP的网络架构。移动网络的AllIP化是一个全网络端到端的IP化过程，包括终端应用、接入网络、承载网络、核心网络、维护管理等方面。终端IP化的目标是在提供个性化体验，推进多媒体业务，体现智能化的同时，能够通过软件装载实现多种业务的支持。接入网络IP化意在承接多样化用户带宽和质量需求，为多种业务提供更高的带宽，全面降低成本。承载网络IP化采用扁平化的网络结构实现，可以提供各种QoS分类转发、电信级倒换保护和更灵活的承载能力，以实现承载和业务的分离，突破带宽瓶颈。核心网络IP化通过将电路交换转换为分组交换，给予网络融合各种业务应用和用户体验的能力，使运营商能够快速提供新业务，克服了原有网络业务提供周期过长、业务适应性差等缺点，为多业务融合开启便利之门。维护管理的IP化要实现业务层面端到端的质量和安全的管理，确保网络的告警和监控能力。

移动网络All IP化的架构

移动网络AllIP架构可以分为核心网、传送网、数据网和接入网等，数据网本身就是基于IP的网络，而其他网络要实现IP化则需要一个过程。图1为移动网络AllIP化架构。

图1 移动网络All IP化架构

在核心网层面，3G网络实际上已经是AllIP的核心网。从2G网络到3G网络的演进，某种意义上就是从封闭的、基于电路交换的系统向开放的、基于IP技术的统一承载网络转变。IMS（IP多媒体子系统）将成为统一的融合平台，是实现未来统一核心网的关键技术，可提供丰富的下一代多媒体业务，实现网络的融合。IMS始于R5版本，已被ITU所接纳；其基于SIP的通用平台，使得核心网与接入无关；IMS是一种开发性更好、标准化程度更高、适用于所有接入和业务的统一网络体系架构，有利于固网和移动网的无缝融合；IMS中各种业务具有共同的核心网、用户数据库、后台计费系统和业务开发平台，在用户数据管理和漫游方面更加完善；2G、3G阶段的业务仍以语音业务为主，软交换和IMS是PSTN向NGN演进的两个不同阶段，两者将以互通方式长期共存，并最终融入IMS架构中。HSS作为下一代网络统一的用户数据库，将为业务分布、网络性能等关键部分提供重要的支撑，并在融合过程中替代现有的HLR设备。由于移动运营商需要进一步发展用户并扩大网络规模，所以必须对其网络进行扩容。在这种形势下，虽然可以选择沿袭传统方式扩容TDM网络，但这样一来网络结构将会更加复杂，网络稳定性会下降，而且不利于今后的运营维护和长远发展。所以，移动运营商应该把网络扩容和网络IP化的趋势结合起来，将原有的电路交换系统升级为基于IP的软交换系统。这样一来，目前的2G网络和未来的3G网络就可以共用核心网，并且在3G阶段也不需要建设新的核心网。为进一步降低网络复杂度，很多移动运营商还将在未来网络中引入CMN，以实现信令层面的分层管理。

在传送网层面，作为光传输的关键技术，WDM、GMPLS、MSTP、ASON将成为未来全IP传送网的发展趋势。统一的IP接入可实现传送资源的共享和性能的提升。在骨干网上，IP技术和传统的光传输技术会在很长时间内分层共存，"IPoverDWDM"会成为主要技术。而在城域网内，IP技术和光技术将走向融合，以便提供高带宽、高质量的业务。在末梢端，统一的IP接入可以实现传送资源的共享和性能的提升。

在接入网层面，大多数技术包括3G或后3G技术，都与IP技术有着密不可分的关系。建立一个现有3G无线接入网之外的、接入网与固网融合的纯IP核心网可以满足宽带无线接入的需求。目前，现有的3G网络主要是基于电路交换技术，而在3GLTE阶段，NodeB将代替BTS，RNC将代替BSC，并且将会采用包交换取代电路交换，以实现传统电路交换业务的全IP化。

移动网络AllIP化的发展历程

移动网络的IP化从软交换网络和IP承载开始，直到在3GLTE阶段建立一个全IP化、接入网与固网融合的纯IP核心网，完成标准上的端到端IP化。在移动网络IP化演进的过程中，国内运营商甚至走的更快、更领先。中国移动、中国联通等各大运营商均完成了IP承载网的建设，并相继启动软交换的规模应用。根据业界权威机构的预测，在全球范围内，传统电信网络的核心网（如固定交换网络和GSM网络）将在有限的几年内实现IP化。图2所示为移动IP化的发展历程。

图2  移动网络ALL IP化历程

实现无线接入网IP化的重点问题

移动网络IP化不是移动通信技术和互联网技术的简单叠加，也不是无线语音和无线数据的简单叠加，它是移动通信和IP的深层融合，也是对现有移动通信方式的深刻变革。针对众多必须面对和解决的难题，运营商的网络IP化建设应该从核心网向边缘网络分阶段完成。首先，引入控制和承载分离的R4软交换架构，在长途网层面实现IP承载。其次，在端局和关口局实施软交换改造，最终实现包括传送网和无线接入网在内的全IP架构。目前，随着核心网IP化改造的逐步完成，无线接入网的IP化将成为整个移动网络向All-IP演进的关键。在实现无线接入网IP化的过程中，同步问题、IP化网络的QoS问题和保障IP化网络的安全是重点。

1.同步问题

为了符合标准并保证网络性能，GSM和WCDMA系统都有基站时钟，用于解决同步问题。基站时钟主要用于空口和Abis/Iub接口，其中空口时钟对切换性能和覆盖性能的影响非常大，因此对时钟精度要求比较严格，宏基站的精度要求为0.05ppm。

对于传统的TDM传输组网方案，基站能够很容易从TDM的E1/T1链路中恢复同步时钟信号，非常好地满足基站时钟的要求。但是在采用IP方式传输组网时，由于IP数据网络目前无法支持物理层的时钟传送，站点时钟不能像传统方案那样从物理层获取，因此需要借助其他的解决方案来实现，如外接GPS时钟、同步以太网技术等。其中，基站外接GPS时钟的方式比较容易实现，只需在易于接收到GPS信号的地方架设天线，将GPS信号引入基站即可。但是采用这种时钟方案，每个站点都需要一个GPS时钟，数量较大，成本较高，个别站点施工困难，室内覆盖问题无法解决。

分组交换网的同步技术目前有两种：一是同步以太网（基于ITU-TG.8261），从物理层提取同步时钟；二是包同步技术（基于IEEE1588v2）。这两种同步技术只有在承载网设备支持的情况下，才能为基站提供同步时钟。遗憾的是，现网设备均不支持这两种同步技术。

2.IP化网络的QoS问题

IP网络具有强大的数据带宽能力，但是IP网络尽力而为的特征，难以保证传送语音、视频等实时业务的QoS。基于IP的移动通信网络，必须是一个可运营、可维护、可管理的电信级IP网络，只有这样才能保证语音、视频、数据等各种业务的高质量承载，保证IP化网络的QoS。在引入多种电信网络理念（如面向连接的MPLS改造、资源预约或者核算机制、冗余体制电信化设计等）的同时，必须综合考虑其所带来的复杂性，避免重蹈ATM覆辙。

IP传输组网主要通过区分业务、优先级调度机制等手段，保障不同业务的QoS。3GPP规范规定了四种业务类型——会话类、流类、交互类、背景类，各类业务对时延、抖动、丢包等QoS要求各有不同，其中语音、视频等会话类业务对时延最敏感，QoS的要求最高，而背景类业务对时延最不敏感，QoS要求低。对于无线传输而言，除了上述四类无线业务外，还要满足信令、OAM、不同级别用户等QoS管理。

另外，IP传输网络的质量波动较大，包括时延抖动不断变化以及带宽不断变化（比较明显的就是ADSL传输）。如果业务速率不跟随网络质量变化，一方面会出现大量丢包导致业务中断，另一方面将无法有效利用带宽资源。

3.保障IP化网络的安全保障

互联网是IP化网络的先例，其最大的问题就是安全性。虽然移动网络IP化绝不等同于Internet网络化，但是移动终端的高度智能化及网络的多业务提供能力使得通过终端发动攻击变得十分容易，而且，应用和承载的不对应（面向非连接）使得识别和防范非法用户变得更加困难。此外，部署防火墙等安全设备又会占用大量的系统软硬件资源，进而导致运营成本的增加。所以，运营商需要平衡考虑安全性和系统资源的问题。

在无线接入网中引入IP承载，从而代替原有的TDM、ATM、FR等承载方案，这必然会带来安全性方面的顾虑。TDM承载采用的是物理层隔离的方式，其安全性可以得到有效保证，而IP则是一种带宽共享的方案，如果没有有效的安全措施，其数据很容易遭到攻击或被其他用户访问，数据安全无法保证。

出于网络资源共享或降低成本等方面的考虑，用作无线接入承载的IP网络，常常会与其他系统共用IP网络资源，甚至会直接利用普通IP资源来传输无线接入网数据。因此，如何保证无线接入网络传输的业务不受攻击，就成了采用IP承载必须要考虑的问题。