基于TD-SCDMA的全业务城域网设计研究

摘要：为了解决现有城域网存在的问题，满足中国移动向全业务运营演进的要求。采用分析全业务城域网所承载的业务的类型、特征与发展变化的方法。对未来的全业务城域网架构与演进策略进行讨论和研究，同时平衡现有网络设备与资源及演进过程中传统业务的需求。发挥几种光网络技术在应用上互补的优势，研究OTN，PTN，PON等光网络技术在全业务城域网中的应用，得出全业务城域网的设计模型和建设方案。
关键词：全业务；设计模型；传送网；宽带接入网；无线接入网

0 引言
    目前全球电信运营企业向全业务运营企业发展。全业务运营是指从单一模式的运营商向多种，全面业务提供和接入运营模式转变。中国移动作为世界范围内移动用户数最多的通信企业，面对的挑战就是如何成功实现业务转型和网络转型，建立提供语音、数据、图像业务的全业务运营网络。
    本文针对中国移动向全业务运营演进的要求，从全业务城域网所承载的业务入手，分析了城域网业务的类型、特征与发展变化，以及现有城域网存在的问题。探讨了未来的全业务城域网架构与演进策略，研究了平衡现有网络设备与资源的方式，讨论了演进过程中传统业务的需求。同时分析了几种技术在应用上互补的优势，研究了OTN(Optical Transport Network，光传送网)、PTN(Packet Transport Network，分组传送网)、PON(Passive Optical Network，无源光纤网络)等光网络技术在全业务城域网中的应用。建立了全业务城域网的设计模型，设计了全业务城域网建设方案，并得出相应结论。

1 全业务运营模式对移动网络的发展要求
1．1 全业务对城域数据网的发展要求
    移动城域数据网由CMNET、IP专网组成。二者协同发展，互相补充、共同满足业务需要，高价值业务由移动IP专网承载，普通互联网业务由CMNET骨干网承载。由于接入业务的零散分布，要求数据收敛设备规划分布要按照业务需求所在的区域进行划分，收敛点由核心层向片区汇聚节点延伸，要统筹安排合理配置；接入业务的类型的多样性，且对带宽的巨大需求，传统的城域网在接口以及带宽上都不能满足全业务需求。需要引入面向3G的宽带接入技术如PON技术。
1．2 全业务对城域传送网的发展要求
    运营商城域传送网主要是为基站回传／RAN承载的网络。以中国移动为代表的移动运营商建立了较完善的城域传送网络，满足了GSM基站接入的高质量传送需求。全业务的发展对传统的城域传送网的影响有以下方面。
    (1)承载业务的变化
    随着全业务城域网的发展建设，移动传送网正经历从以话音业务为核心向以IP多业务为核心的网络转变。业务类型由单一性向多样性的转变；业务接口的IP化转变；业务粒度由小颗粒向大颗粒转变；业务类型的多样性导致服务等级由单一向多样性的变化。
    (2)网络组织的变化
     现有的传送网基于TDM业务搭建，同时考虑少量专线业务的需求，面对ALL-IP承载的变化，IP城域网需要进行大量的补网建设，城域传送网组织将发生一定的变化。

2 全业务城域网业务类型及特点分析
2．1 全业务城域网业务类型
    全业务城域网承载的对象包括：
    (1)GSM／GPRS移动通信系统；
    (2)TD-SCDMA／HSPA移动通信系统；
    (3)LTE移动通信系统；
    (4)重要集团客户接入；专线和VPN(Virtual Private Network)虚拟专用网互联业务；
    (5)WLAN：无线局域网(Wireless Local Area Network)等无线宽带数据业务；
    (6)普通集团客户及家庭客户接入(含PON OLT上联)；
    (7)综合接入业务：提供上网、移动与固定语音、多媒体等服务。
    (8)家庭网络和IPTV(交互式网络电视)及其他多媒体服务。
2．2 全业务城域网业务特点分析
    全业务运营(Full Services Carrers)是指同时经营固定业务、无线业务、宽带业务；从纵向角度看，是指同时进入网络接入、基础业务、增值业务、内容提供等价值链的各个环节。其特点就是在有线和无线领域提供语音、数据和视频全方位服务的运营模式并要求城域网满足业务IP化需求，能提供足够大的带宽需求并符合网络融合的趋势。从表1可以看出全业务运营时期，大量的宽带业务爆发式增长。基站IP化的同时，集团客户、专线业务、宽带接入业务、综合接入业务都是重要的增长部分。

    通过全业务城域网的业务分类、覆盖范围、带宽容量、QoS保证、安全性等几个方面进行分析可以得出全业务特点，总结如下：
    (1)业务种类多样化。从无线运营时期的窄带语音业务伴随少量的宽带业务，向全业务运营时期的移动多媒体业务、大量宽带业务和以及多种专线业务和综合接入业务全业务运营转变。
    (2)业务覆盖范围延伸化和叠加化。对于小区综合接入和家庭用户业务的接入使得全业务城域网的覆盖范围向下延伸了，与用户驻地网结合的更紧密了。新增的WLAN等宽带业务在热点区域、室内覆盖与现有的无线接入网末端叠加。
    (3)基站回传与宽带接入业务带宽等级不同。虽然全业务的带宽都成倍增长，但不同业务的带宽等级不同，所采用的城域传送网技术也不同。
    (4)业务QoS等级不同。包含语音部分的基站回传的业务较宽带接入业务对QoS等级要求高。
    (5)业务安全性等级不同。包含语音部分的基站回传的业务比宽带接入业务对安全性等级要求高。
    基于TD的全业务城域网承载的业务按照业务的带宽、接入场景、业务品质可以分为基站回传业务和宽带接入业务两大类。在全业务城域网架构下，需要采用不同的城域网技术实现合理承载。OTN网络在核心层可以对大颗粒业务进行灵活调度，实现PON网络所收敛的宽带业务调度功能。PTN网络可以用于核心层、汇聚和接入层来解决基站业务的汇聚和管道回传。接入／边缘接入演进方案主要针对回传的语音、数据、专线出租、其他接入节点等以太业务。光纤接入技术中的PON具有覆盖能力强、高带宽、经济性好、节能减排和易于维护管理等优势，是光纤接入的主要手段。

3 全业务城域网光网络技术分析
3．1 以OTN技术实现大颗粒业务调度
    OTN系统构建的城域传送网有灵活的上层调度机制，满足了城域传送网范围内大颗粒业务的灵活调度。
    IP城域数据网、PTN核心汇聚层、宽带接入网络以及用户侧如PON网络都可以在OTN网络上承载。在汇聚层面引入OTN，缓解了现有数据网的压力，提高了业务的接入能力；利用良好的传送特性，提高了网络的安全性；通过内部调度，增加承载业务调度的灵活性；利用高带宽和复用特性，节省了大量的核心、汇聚层纤芯资源。OTN网络在核心层和汇聚层建设的成功是将来后续网络建设的有力保障，使得OTN+PTN回传网络的搭建得以实施；使得OTN+PON宽带接入网的搭建得以实施。
3．2 以PTN为核心实现移动回传
    城域传送网主要采用PTN技术以适应IP化发展，来构建新一代面向基站回传和全业务接入的城域传送网。城域传送网主要为各类移动通信网络(2G／3G／LTE)提供无线业务的回传与调度，在核心层、汇聚层可以承载在WDM网络之上。PTN既可以为重要集团客户提供VPL／VPLS业务的传送与调度，也可与SR配合，为中央集团客户提供VPN、固定带宽等业务的传送与接入；PTN还可以为普通集团客户与家庭客户提供各类业务的汇聚与传送。
3．3 以PON技术为主实现宽带接入
    宽带接入网络是城域网向宽带用户延伸的网络，具体可分为宽带接入网及用户驻地网。宽带接入网是指满足宽带接入需求而建设的，面向各类集团客户、家庭用户提供宽带接入的网络。宽带接入网处于城域网的接入层，并向下延伸至用户楼宇或小区。用户驻地网，是指在用户楼宇或小区内建设的网络，可将接入能力从宽带接入网的末端延伸至用户业务终端，用户驻地网不属于城域网的范畴。光纤接入技术中的PON具有覆盖能力强、高带宽、经济性好、节能减排和易于维护管理等优势，是光纤接入的主要手段。

4 3G全业务城域网设计模型与建设方案
4．1 城域网总体逻辑结构
    中国移动城域网覆盖城市及其所辖的郊区县，包括城域传送网、城域数据网、宽带接入网，其中城域传送网包括分组城域传送网、城域SDH／MSTP传送网和城域WDM传送网。城域数据网包括IP承载网和CMNET。城域网总体逻辑结构如图1所示。

4．2 OTN网络设计模型
4．2．1 OTN网络设计原则
    (1)设计组网前对承载业务的数量及流行进行分析，选择适合的网络结构。
    (2)设计时，应根据业务规模选择40波或80波系统，并做好波长规划。
    (3)设计组网时要充分考虑光缆资源情况，避免网络结构无法实现的情况。
    (4)OTN网络应能根据不同业务的可靠性需求，提供灵活的保护策略。
    (5)应能够灵活组网，以提高网络的调度和保护能力。
    (6)保持层次化结构和分域管理，降低规划设计和运维管理的难度。
    (7)采用开放性和标准化的组网技术，支持多厂家组网。
4．2．2 OTN网络结构和节点设置
    OTN网络结构主要有以下三种且特点如下：
    (1)链形结构：链形结构的特点是网络结构简单，对线路系统资源要求比较低；
    (2)环形结构：选择环形结构可借鉴SDH的环网保护机制和映射机制，便于前期规划和后期维护；
    (3)网状网(MESH)结构：选择网状网的结构能灵活的调度业务且网络安全性、带宽利用率高。
4．2．3 OTN的设备和接口配置
    根据业务流量和未来的发展趋势，考虑设备的可用业务槽位资源，合理进行规划。包括合理配置业务处理板和业务接口板的配合关系；根据保护的需求对业务板位等考虑保护关系和硬件冗余；根据传输距离合理选择接口类型。
    OTM设备和接口配置应支持以下基本要求：
    (1)业务接入功能：提供SDH、以太网、OTUk等多种业务接入功能，客户信号的封装、映射和复用应遵循G．7041，G．709标准。
    (2)互联接口能力：支持OTU1／OTU2级别单通道CLI接口。
    (3)保护要求：支持光线路1+1保护和光通道1+1保护。
    (4)监控管理能力：支持STM-N、以太网接口告警性能监视；
    (5)其他：支持关键部件的冗余备份功能，所有板卡支持热插拔功能。
4．3 PTN网络设计模型
4．3．1 PTN网络设计原则
    根据PTN的技术特点，应用定位以及与其他技术的关系，在进行网络规划和设计时，需要考虑以下建网原则：
    (1)网络规划需充分考虑未来3年的业务发展需求，满足后期3G基站和2G基站的统一承载需求。
    (2)PTN的引入和演进需因地制宜、全盘考虑，应采用以新建为主，其他方式补充，确保网络建设的合理性、经济性。
    (3)MSTP和PTN共存，MSTP保持存量，PTN满足新增需求。
    (4)不同地区采用不同的建网策略。为了便于管理维护、简化网络，建议MSTP和PTN单独组网，尽量避免业务流跨接不同的网络。
4．3．2 PTN网络结构和节点设置
    PTN网络继续沿用核心层、汇聚层、接入层的3层网络结构，支持良好的网络扩展能力，实现大规模组网。核心层由核心节点组成应具有大容量的业务调度能力和多业务传送能力以及较高的安全性和可靠性：可采用环形、双星型结构。汇聚层由汇聚节点及核心节点组成，负责一定区域内业务的汇聚与疏导。汇聚层具有较大容量的业务汇聚能力和多业务传送能力。接入层由接入节点及汇聚节点组成，负责基站、集团客户、营业厅和家庭客户接入，接入层应具有灵活、快速的多业务接入能力。
4．3．3 PTN的设备和接口配置
    根据流量规划核算环网带宽，估算设备的交换容量和环网数量，接入层主要满足接入节点需求，核心层汇聚层考虑中远期需求。根据业务需求配置设备端口：
    (1)2G GSM基站接口为N*E1；
    (2)3G ATM基站接口为N*E1、IP化基站接口为FE，LTE基站接口为FE／GE；
    (3)集团客户接口为E1、FE、GE；
    (4)XPON接口为GE；
    (5)RNC接口为CSTM-1，GE；BSC接口为CSTM-1，E1；
    (6)BRAS和SR接口为GE；
    (7)设备采用GE／10GE组网。
4．4 PON网络设计模型
4．4．1 PON网络设计原则
    (1)接入网建设应面向业务需求，紧密围绕基站建设，充分有效利用现有城域网及基站资源。
    (2)按照“整体规划、分步实施”的原则，根据业务需求合理安排接入网建设。
    (3)低成本、快速接人用户，缓解管线、光缆、机房等基础网络资源匮乏对接入网建设的影响。
4．4．2 PON网络结构和节点设置
    PON网络由OLT(一般放在端局)、分光器(无源的)、ONU(一般放在用户家，或接近用户的楼道位置)三个部分构成。综合业务接入点尽量放置在汇聚、核心机房，也可选择条件较好的基站、营业厅机房。规划时，需结合光缆网的规划建设情况确定业务节点覆盖范围，划定综合业务接入区。节点规划应根据区域业务的收敛关系确定。
4．4．3 PON的设备和接口配置
    PON设备可以存在于业务区域的汇聚节点，OLT设备提供PON口采用2．5 GHz下行带宽和1．25 GHz上行带宽。每个PON口再通过分光器与若干ONU相连实现宽带业务的接入。在核心层通过GE或10GE上行端口与数据设备相连。实现业务的传递。

5 结论
    本文对中国移动全业务城域网进行了分析与设计，为中国移动实现业务转型和网络转型，建立提供语音、数据、图像业务的全业务运营网络提供了一定的参考。
    主要研究结论如下；
    (1)虽然城域传送网和IP城域数据网有融合的趋势，但并不意味着两者有相互取代的必要，两个网仍将分开建设并长期互存。且因为各自分开建设，不管是传输设备还是数据设备的功能将会在其领域内发挥出更大的作用。
    (2)全业务域传送网应采用核心层、汇聚层和接入层三层网络结构。但建设时要根据业务发展目标和用户的发展情况逐级分区域建设，提高投资收益比。
    (3)基于3G多种城域网技术的联合运用，可在城域网中发挥各自技术的特点和优势，并且相互弥补了自身技术存在的不足，使得网络能力得到提升。OTN，PTN，PON组建的网络在单位电路造价上都比较低，可以节约现有网络资源。初期建设时所配置设备容量要有一定冗余，后期只需要通过新增板件进行扩容，以减少核心层结构的变化。
    (4)分组传送网定义为面向IP的传送网，主要作用是承载数据业务和2G／3G基站业务，原有SDH网络将长期与新网络共同存在；两个网络有不同责任分工和部署策略，不同级别地市应根据各自业务特点和资源配比情况选择网络演进模型。
    (5)PTN网络在向SDH融合的过程中，应选取适合的演进模式。无论是替换还是叠加的组网模式，在满足不断增长的业务需求的前提下，都应该充分考虑到现有网络设备与资源平衡。
    (6)原有SDH网络释放出来的网络资源应合理规划、充分利用；发挥其网络特性，提供不同品质的传送服务。
    (7)网络具有延伸性可扩展性，可以与多种光网络技术互联，实现多业务接入。
    基于TD-SCDMA的全业务城域网研究和设计，可以为今后的IP化基站传送，高效传递分组业务，并提供电信级OAM和保护的分组传送技术的全业务网络，以满足当前3G业务和未来LTE业务传送需求提供技术参考。