收藏与分享

文/卞敏刚

　　要解决移动传输网络RAN层的Backhaul传送问题，需要从网络的拓扑结构入手，结合传输媒介的选择和优化，充分考虑3G数据业务的带宽优化需求，寻找切合实际的优化解决方案。

　　移动网络的RAN层传输网络，通常被称为Mobile Backhaul Transport Network，指通过多种物理媒介在基站（BS）和基站控制器（BSC）之间建立一个安全可靠的电路传输手段。所有的客户终端通过RAN接入移动网络、获得移动业务，因此Backhaul的网络质量直接影响运营商是否能够快速响应业务发展需求；是否能够提供更加可靠的网络业务；是否能够进一步降低网络建设成本；是否能够降低网络的运行维护成本；从而进一步影响运营成绩。

　　随着运营成本压力的逐步增加和数据业务发展带来的带宽压力，Backhaul传输的优化成为运营商最为关注的热点问题。但是Backhaul的传输优化，不是一个简单的增加投资、扩大建设的问题，而要从多个方面进行考虑，诸如网络拓扑、传输媒介、带宽资源、网元类型等。只有进行全面的考虑，才能找到最佳的解决方案。


调整拓扑使网络更有序

　　由于业务的发展、用户数的增长和竞争的加剧，移动基站往往要进行多次的扩容和增补建设，同时基站的业务全都是指向基站控制器BSC的集中型业务，因此Backhaul的传输电路在逻辑上都是中心汇聚型业务。受限于网络物理资源和建设规划等条件限制，Backhaul传输网络的物理结构大多形成了星型或者树型拓扑。这种拓扑结构在网络的快速扩容或者分批建设中，有着规划简单、容易实施、对现网业务影响小等优势。
　　
　　然而也很容易看到，星型、树型拓扑虽然有上述优势，但是随着网络规模的不断扩大也会表现出越来越多的劣势。由于缺乏前期的统一规划，星型、树型拓扑结构的灵活性将很快演变为网络拓扑结构的无序性；随着基站的不断延伸，增加的电路也不断地对上层连接产生带宽和可靠性压力。网络的层次结构随着树型分支的不断延伸而增加，使新增加的末梢节点电路需要通过多层网络连接才能完成建立和管理。在失去了必要的控制和管理之后，树型结构的灵活性已经演变为大量吞噬管理维护成本的网络复杂性。

　　因此，要实现RAN层Backhaul网络的优化，首先要改变网络的拓扑结构，就是要适当引入一些有序的网络规划，将RAN层网络变得更加有序，从而避免过度的无序灵活。

　　虽然所有基站的业务都是集中到BSC进行处理，逻辑上所有的基站都是处于相同的网络级别，但是由于物理位置不同，必然有些基站具有更加重要的物理拓扑属性，比如某些分支节点。当然如果考虑到用户数量和质量，基站本身的重要性也将会有不同。这些不同的属性，是将无序的基站有序化的一个基础条件。

　　根据基站属性的不同（物理位置、用户数量、业务质量等），可以将基站进行分类。以HUB节点为例，很明显，其网络安全性对它所连接的末梢节点有着直接的影响，同时分支节点的电路带宽需求，也会直接传递到HUB节点上。另外HUB节点的物理分布，也会直接影响到末梢节点的连接方式和效率，从而对网络的扩容、管理、维护带来直接影响。

　　因此，Backhaul传输网络的优化，首先在于HUB节点的选择和建设。根据以往建设网络的经验，在交通便利、物理连接资源（光纤、微波或者铜缆）丰富、机房空间较大、安全保卫条件较好的地点设置HUB节点比较好。从数量上看，HUB节点的数量一般控制在基站总数的15～20%左右即可。

　　当然，定义HUB节点只是在逻辑上改善了RAN层网络的无序特性，是Backhaul传送网络优化的基础。HUB节点和BSC之间的连接电路，以及和末梢节点的连接电路，是采用微波、光纤，还是租用电路，在管理维护成本上有很大的不同，也是运营商定义HUB节点之后必须考虑的关键问题。


选择不同媒介使带宽分布更合理

　　由于物理资源的限制和快速覆盖的压力，移动运营商往往在网络建设初期大量采用租用线来实现Backhaul传送。随着网络规模日益扩大，租用电路的扩容成本越来越高。根据调查，一个用户数超过200万的移动运营商，如果采用租用线来提供传输电路，每年的租金将占据利润的25～45%，并且随着用户数的增长而快速增加。

　　因此，在具有一定的网络规模后，传输电路的自主建设成为移动运营商必须解决的一个问题。微波网络由于快速建网、工程资源要求低等优势，成为移动Backhaul传输的主要建设手段，甚至被定义为唯一的建设手段。

　　而光纤传输系统，虽然拥有扩容成本低、多业务支持、网络安全性高、统一调度管理等优势，却由于工程成本高、建设周期长等因素无法在Backhaul层获得广泛应用，甚至被排除在Backhaul传送网络建设的选择范围之外。

　　从网络的建设周期、工程成本等方面来看，选择微波作为Backhaul传送的主要手段是非常明智的。但是，随着移动运营竞争的日益加剧，运营商对网络的需求正在发生改变。例如，为了提高网络的服务质量，在商业区域不得不进行大量的基站密集覆盖建设，以致于在这些区域的HUB节点下需要连接数十个基站节点。这些HUB节点的安全性将不再简单的影响HUB本身和原来几个节点的安全，而会直接影响数十个节点的业务质量。如果HUB节点不能提供更可靠的传输电路，那么这几十个密集覆盖的节点投资效益将大打折扣。

　　另外，随着移动数据业务的发展，尤其是3G HSPA业务的快速开展，移动运营商不得不面对Backhaul传送网络比原来增加3～5倍的传输带宽压力。根据对全球数据的调查分析，如果带宽超过1～2个STM-1，采用微波扩容的成本甚至大于光纤传输系统的成本。

　　实际上，从网络的拓扑结构看，HUB节点从被定义开始，就承担了更多的安全性、带宽支持和调度能力的要求，而现在的微波系统显然无法满足移动运营的这些要求。

　　幸运的是，HUB节点只占整个基站数量的15～20%。Backhaul传送网络媒介的优化，并不需要将所有的基站都通过光纤系统接入，而是首先要做到将HUB节点通过光纤网络进行连接，构筑一个汇聚光网络，这就具有低扩容成本、快速多业务支持、高网络安全性的特性。而HUB节点到各末梢节点的连接，则可以继续采用微波的方式甚至是租用电路。

　　当然，随着对网络质量的不断提高，光纤逐渐向末梢基站延伸，可以给移动运营商带来更强的竞争潜力。至于光纤的工程建设，除了自主建设之外，其实还可以通过和政府、石油、电力等非电信运营商共享管道、光缆的方式进行，从而大大节省工程建设和维护成本。


提高带宽利用率，节省维护成本

　　通过拓扑和媒介的优化，我们已经在Backhaul建立一个层次结构清晰、带宽分布比较合理的传送网络。但是由于移动数据业务的快速发展，带宽的压力成为Backhaul面临的又一个挑战。

　　虽然基于GPRS/EDGE的数据业务并不会给GSM网络带来太大的压力，但是3G的发展和HSPA业务的商用，会带来3～5倍的带宽压力，每个基站需要的电路数量从GSM时代的1～2个E1发展到5～10个E1，同时基站数量也大量增加，使带宽压力进一步加剧。因此带宽的优化使用，成为Backhaul传输必须具备的一个重要特性。

　　带宽的压力主要来自于3G网络的建设和商用，而目前已经商用的大部分3G网络基于R99/R4的标准，ATM IMA E1作为Node B的上行接口得到普遍应用。因此，Backhaul传送带宽的优化，首先在于IMA E1的优化处理。

　　在3G网络建设初期，移动运营商普遍采用了大量的ATM交换机进行带宽和接口处理。为了适配租用线、微波等可利用的传输电路资源，ATM交换机必须配备相对比较昂贵的IMA处理协议单板，并且随着网络的扩容和业务量的增加，在ATM交换机上的扩容成本越来越无法得到有效控制。在面向All-IP网络演进已成为趋势的今天，持续在ATM交换机上加大投资，显然已经是一条让人无法接受的解决之道。

　　在深入分析和理解移动运营商的传输网络建设需求后，结合Backhaul传送网络自主建设和优化的发展趋势，传送设备供应商（如华为公司）提出了在NGSDH MSTP平台上增强IMA特性的Backhaul优化解决方案。通过单板级别的IMA和ATM处理功能，可以将Node B的上行带宽利用率提高60～80%；如果是基于HUB节点的网络拓扑结构，还可以通过VP-RING技术，进一步提高网络的带宽利用率和业务安全性。虽然节省了AAL层的处理功能，NGSDH MSTP解决方案的带宽利用率减少大约2～4%，但同时也因为避免了AAL层的处理，设备的硬件和软件成本得到有效控制，可节省大约50～80%的设备采购成本，而且还可以减少网络的管理、维护成本。

　　同样地，考虑到为逐渐到来的IP RAN减少压力，NGSDH MSTP解决方案推出了支持All-IP的解决手段。从目前已经商用的All-IP 3G网络看（如华为公司在亚太、中东地区提供的几个UMTS商用网络），All-IP时代的Node B一般通过FE或者IP over E1接口来提供上行传送。华为公司的NGSDH MSTP系列设备，通过增加相应的单板，在增强型的L2层功能基础上，可以实现包的压缩、复用和质量控制。

　　正如通过IMA方式来解决R99/R4的Node B高效传输一样，NGSDH MSTP平台通过相应的以太网/IP特性来支持R5/R6的IP RAN传送需求，并且基于成熟的时钟、网络保护、端到端的管理维护协议来提供一个高效的、可管理的Backhaul传输手段。


优化网元切实可行

　　从网络角度进行优化的解决方法，如网络拓扑、媒介的优化都不是一朝一夕能够完成的，带宽的优化也是在3G的压力逐渐增加的时候，才能带来比较直接的收益。想要快速降低网络的建设和运维成本，也可以通过针对网元的优化来进行。

　　在过去的网络建设中，移动网络中的传输设备往往是和移动主系统（交换机、基站）一同招标采购的。虽然统一采购的方式可以降低部分设备的采购成本，但是由于传输设备和移动主系统设备的主流供应商并不一定完全重叠，因此配套采购的传输设备很难保障是业界最佳。比如现在移动网络中存在大量的ADM设备，这种设备只能提供非常有限的光接口（甚至少于2个），业务接口数量也非常有限。

　　在移动网络的运营初期，由于业务量不大，还不会对移动运营产生影响。但是随着业务的发展，ADM结构需要在网络的相交节点采用多套设备、并且通过DDF来实现电路的手工调度，网络的升级、管理、维护成本无法得到有效控制，安全性也随之下降。

　　此外，老式的SDH设备也无法提供多业务支持能力。对于R99/R4的IMA E1需求只能进行透明传输或者结合ATM交换机进行处理。对于R5/R6所需要的IP over E1或者FE传输特性更是无法支持。这些限制造成了随着移动网络发展而不断增加传输投资成本。

　　基于成熟的NG SDH设备，在MADM（华为公司在2001年首次商用）体系结构中结合MSTP的功能特性，能够通过数量更少的网元，承担原本多台设备才能完成的业务管理和调度功能；并且通过节省DDF架，大大节省人工调度和机房面积方面的成本；总的节点硬件投资可以减少30～60%以上。

　　总之，Backhaul传送网络优化，需要从网络的拓扑结构入手，结合传输媒介的选择和优化，充分考虑3G等数据业务的带宽优化需求，寻找切合实际的优化解决方案。通过对传输节点网元的改进，也可以非常直接有效地降低网络建设和管理维护成本。