基于通信IPRAN技术的原理和组网毕业论文Word文档格式.docx
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中国电信在2009年提出以IPRAN构建全业务电信级承载网络，2010年在进行了小规模试点工作，2011年，中国电信在、、、、等城市进行了IPRAN承载网的试点工作，并取得良好效果，证明路由器可以满足基站IP化承载的需求。
中国联通在2010年上半年完成了对分组传送技术的实验室测试[2]，并于2011年在、、、、以与等多个城市进行规模化的IPRAN商用试点建设。
国际上，AT&
T、Verizon、Sprint、DT、NTT等世界一流运营商已经采用IPRAN建设其移动承载网。
分析不同运营商的不同选择，可以发现每个运营商对于承载网采用何种技术，与其自身的运营情况是相一致的。
中国移动作为国占据移动领域最大份额的运营商，其2G网络非常强，3G网络稍弱，而固网业务最弱，同时由于中国移动专业的IP网络维护人才较缺乏，采用PTN技术是当前比较符合实际的选择。
而中国电信和中国联通作为全业务运营商，两者的移动2G网络均不是中国移动的对手，但在3G网络上，可以与其一搏，在固网与移动网络领域比较平衡。
中国电信和中国联通由于有庞大的基础传输网络，且具有一大批专业的IP网络维护团队，因此也会更加重视IPRAN解决方案。
而上述欧美运营商基本都是全业务的运营商，网络的运维可以采用外包形式，不缺乏专业维护团队，同时IPRAN网络灵活的扩展性和快速部署能力，可以满足他们快速适应市场变化，有效保护投资的诉求[3]。
因此，他们也选择使用IPRAN技术。
1.2.2发展趋势
在历史上，从2G时代到3G时代经历了大概20年，而3G时代到4G时代缩短到10年，数据业务所占的比重迅猛增长。
从2G到3G、4G，无线频谱的频率越来越高，更高的频段意味着无线信号的网络覆盖围会进一步缩小，需要增加更多的基站来保持良好的覆盖，网络中的基站节点数量会越来越庞大，这些对承载网络都提出了新的要求。
IPRAN可采用动态路由技术，具有灵活的扩展性和多种业务快速部署能力，并且支持LTE平滑演进[4]。
IPRAN技术对那些网络建设中倾向于不再走每种业务都需要独立建网的老路的全业务运营商来说，无疑是组网的首选。
当然，任何一种技术都有其优点和劣势。
IPRAN技术和PTN技术相比，目前在OAM、网络保护、建设成本方面，都还不如PTN技术。
同时，两种技术在各自发展中也取长补短，更趋于融合，以适应更多用户的需求[5]。
如果今后IPRAN产品在改善OAM、提高网络保护能力、降低建设成本几方面特别是降低成本方面做得接近PTN产品，那么IPRAN的竞争力将是毋庸置疑的。
2IPRAN技术
2.1定义
IPRAN的定义是IP化的无线接入网,它的本质是分组化的移动回传[6]。
IPRAN中的IP指的是互联协议，RAN指的是RadioAccessNetwork。
相对于传统的SDH传送网，IPRAN的意思是“无线接入网IP化”，是基于IP的传送网的。
网络IP化趋势是近年来电信运营商网络发展中最大的一个趋势，在该趋势的驱使下，移动网络的IP化进程也在逐步的展开，作为移动网络重要的组成部分，移动承载网络的IP化是一项非常重要的容。
传统的移动运营商的基站回传网络是基于TDM/SDH建成的，但是随着3G和LTE等业务的部署与发展，数据业务已成为承载主体，其对带宽的需求在迅猛增长。
SDH传统的TDM独享管道的网络扩容模式难以支撑，分组化的承载网建设已经成为一种不可逆转的趋势。
2.2基本原理
IPRAN网络基于IP/MPLS技术标准体系，并且支持传送多协议标记交换-MPLSTP标准协议[7]。
IPRAN的关键技术主要包括分区域和多进程技术、网络保护技术、QoS技术、OAM技术、时钟同步技术等。
（1）分区域和多进程技术。
IPRAN网络一样基于无连接技术的整个Internet网络就相当是基于IP传送网的一世界性的大网。
IP/MPLS-IPRAN网络的部网关协议IGP分区域和多进程技术，就是解决规模组网问题的一种技术，并同时降低网络规模过大对设备路由性能的要求，减少路由振荡加快路由收敛[8]。
通过采用分区域管理，不同的区域使用不同的IGP协议，并互相使用静态路由注入的方式就可以较好地解决规模组网的问题。
静态路由与动态路由相互配合，更利于网络路由的收敛、障碍的恢复和自愈。
网络保护技术。
目前，实现IPRAN网络保护的技术和方法也比较全面，如BFD用于二层或三层全链路检测和诊断，TE用于资源调度和重选路，IGP用于三层网络保护，VRRP用于核心控制层路由器备份。
其中常用的有用于核心/汇聚层的快速重路由流量工程快速重路由TEFRR保护和以太网保护。
具体应用时，在接入网络，可以通过部署LSP1:
1加伪线PW冗余实现保护倒换；
汇聚和核心承载网络，部署LSP1:
1+虚拟专用网VPNFRR实现保护倒换；
部署EVRRP实现无线网络控制器RNC/基站控制器-BSC用户边缘CE间链路以与RNC/BSCCE设备的保护。
QoS技术。
IPRAN通过区分服务Diffserv技术实现QoS保障。
通过对不同业务设置不同的优先级，保证重要业务优先转发，实现QoS保障。
在实际应用中，有的设备商提供的端到端QoS保障方案中，可以根据MPLS标签能够隔离各个tunnel和VPN，并在VPN部按照优先级调度，保证各种业务的承载质量，可以提供5级的QoS保障。
OAM能力。
为了加强IPRAN网络的OAM能力和减小维护的复杂度，可以从以下几方面着手大大提高了IPRAN网络的OAM能力。
①核心、汇聚、接入设备均支持完善OAM协议。
通过LSP层采用MPLSOAM检测、PW层采用PWOAM检测、业务层采用ETHOAM，实现层次化检测；
通过专用的硬件OAM检测，提供毫秒级检测。
②开发基于图形界面的网管。
对网络实现“SDH-Like”的图形化业务配置和可视化管理，具体表现为可以在网管上实现首端到末端的批量下发业务，支持电路仿真业务-CES，ATM，ETH等多种类型。
时钟同步技术。
目前，IPRAN支持的时钟传送机制，包括同步以太网技术、电路仿真业务自适应时钟恢复CESACR技术与1588V2技术等。
这3种技术中同步以太网技术和CESACR技术只能满足频率同步，而1588V2技术可以同时满足频率同步和相位同步。
2.3优势
任何一种技术的优劣势都是相对于特定的场景来说的。
对于国的通信运营商来说，随着社会的发展，人们对信息容以与信息量的需求都越来越高，在通信网络从2G到3G再到4G的逐步演进过程中，数据业务的比重将越来越大。
在2G时代，各家通信运营商的移动网络承载的主要是语音业务，主要的数据业务是SMS（ShortMessagingService），MMS（MultimediaMessagingService）和Email，由于各方面客观原因的限制，网络数据业务流量很小。
进入到3G时代以后，随着Internet业务的发展，在这个信息爆炸的时代，各种上网终端的普与，使得数据业务的发展迅猛增长。
在各家通信运营商的综合承载网商承载的业务，数据业务已经赶超语音业务，这对各家运营商承载网的组网方式的灵活性、容量和带宽等提出了更高的要求。
随着LTE（第四代通信网络）逐步成为大多数通信运营商技术演进的选择，数据业务的比重将达到95%，LTE网络架构相比于2G/3G网络而言，其将原控制平面的部分功能和用户数据流转传送的部分功能向基站转移[9]，这种改变给移动回传网络增加了额外的演进困难，这要求回传网络架构必须具备智能路由功能，在这样的情况下，IPRAN技术组网灵活、高容量、扩容性强、维护成本低与其高复用效率的特点使得它对于搭建一个支撑LTE的综合承载网来说，具有绝对的优势[10]。
2.4与其它技术的比较
2.4.1与TDM/SDH比较
利用IPRAN技术搭建的综合承载网与传统的TDM/SDH网络相比，具有以下优势。
灵活的自由路由寻址能力。
可以很方便实现移动网元之间的备份功能，以此构建更安全的架构。
高容量和带宽。
采用IP组网方式能够为基站提供FE/GE接口，整个网络能够提供10GE以上的带宽，接入更多的基站，而且保证接入基站同时可以接入更多的其它业务。
设备成本和网络维护人力成本低。
采用IP组网方式后续端口扩容少，相比传统的TDM/SDH组网，IP设备成本和网络维护人力成本低。
IPRAN将带来更高的复用效率，可提供差异化服务。
传统TDM/SDH组网方式采用刚性管道模式，不同接口之间的带宽无法共享，带宽资源复用效率较低；
而且不能针对业务进行分类传输管理和差异化服务。
基于IP分组的组网方式可以在链路上进行带宽复用，有效提升带宽资源的利用效率。
IP组网支撑更丰富的业务，能大幅提升用户体验。
从实用经验来看，传统SDH组网很好适应了语音业务的承载，但是对于多业务支持，特别是IP业务支持方面能力较弱。
基于IP的组网不仅可以解决语音业务的承载，而且可以实现综合业务承载，提供网络资源利用效率，实现增值。
基于IP的弹性管道（200nis缓存、WRED（WeightedRandomEarlyDetection）流控技术支撑）很好适应了数据业务的TCP（TransmissionControlProtocol）流量机制，传送效率和速度更快，能够提升用户体验。
2.4.2与MSTP比较
传统的MSTP网络具有良好的网络保护性能，其采用信令方式，使得路由切换时间严格小于50ms[11]。
而IPRAN网络是基于包转发、自动寻址、非连接的网络，从理论上讲，其保护效果不如MSTP，这是IPRAN技术的先天缺陷。
但是，与传统的MSTP相比，IPRAN也有自己的优势，主要表现在以下方面。
智能网络开局规模组网更具优势。
IPRAN设备支持即插即用功能，只需要硬件工程师进站安装、正确连接设备并上电后，设备与网管间的管理通道可以自行打通。
网管即可发现并管理该设备，省去了现场软调的工作量。
网络规模越大，即插即用功能所体现的价值和效益就越大。
一致的运维体验更高效率管理。
IPRAN网管系统可以提供SDHLike运维体验，实现以业务为中心的可视化管理。
IPRAN网管支持可视化管理和模板化配置，可以在拓扑图上进行业务创建和批量业务下发，创建结果立刻呈现，实现可视化发放。
这些业务覆盖了移动承载领域常用的VLL（VirtualLeasedLine）、VPLS（VirtualPrivateLanService）、PWE3（Pseudo-WireEmulationEdgetoEdge）、L3VPN、QoS、MPLSTE等等，极大的提升了业务部署和新增的效率。
一样的实时网络拓扑、时钟与业务质量监控。
IPRAN网管系统同MSTP网管一样具备网络物理拓扑以与网络状况的监控，也可以对全网时钟视图进行监控与呈现时钟跟踪关系，支持1588V2的配置部署。
此外，IPRAN网管系统还能够周期性自动生成多种报表，如流量报表、业务报表、资源报表、告警和日志报表，让繁琐的网络统计变得更加便捷。
相似的故障处理手段更精确故障处理效果。
从常见故障类型和故障处理手段来看，IPRAN与MSTP类似。
常见故障主要是硬件类故障，例如光模块损坏导致的光功率异常，这类故障都可以通过告警进行定位解决。
此外，IPRAN网管提供了告警相关性分析功能，对于由于硬件故障导致的业务故障，都标识为衍生告警，可以在故障定位是快速排除掉。
对于少量的业务故障，IPRAN网管可以通过查看路径，并基于路径逐段环回进行定位。
此外，IPRAN网管针对动态业务特点，提供了业务路径自动发现功能，通过可视化的拓扑界面展示由设备自动协商形成的路径，达到与MSTP静态路径一致的效果。
更为简单轻松的网络调整体验。
MSTP网络基站归属调整需要删除原有承载管道，按照一定的路径约束条件，新建目标承载管道。
这样的归属调整承载管道数量大，用户影响面大，多在半夜进行，失败后要能快速回滚到原始状态。
对于IPRAN来说，其提供的L3承载方案天然具有归属灵活调整的优势，网络侧无须进行调整，能够极大提升无线网络运维效率。
总体来看，IPRAN网络管理系统在规模幵局、可视化业务配置、网络拓扑和业务监控、网络归属调整、故障处理等均继承了MSTP运维优良传统，并且在此基础上，IPRAN实现了可维护、可控制、可管理，同时针对传统IP技术运维复杂的特点进行了优化改进，在保持和MSTP运维体验一致的同时，实现更为简单高效的运维效果，全面满足运营商综合承载网络运维需求，提升传统数据承载网络的运维能力。
2.4.3与PTN比较
IPRAN与PTN与技术优劣争论已久，一项技术的优劣是相对于它的应用场景来说的，下面就PTN和IPRAN的原理进行对比，以此分析两种技术的异同，见表2-1。
表2-1PTN与IPRAN原理对比表
PTN
IPRAN
交换原理
包交换，统计复用，带宽共享
0AM机制
802.lag、802.3ah
基于G.707巾贞结构实现0AM
BFD、BFD扩展
技术类型
二层技术，支持点到点业务模型
面向连接的技术
静态组网，需人工配置，无法自动调整
三层技术，支持点到多点业务模型
非面向连接的技术
动态组网，无需人工配置，网络可以自动调整
接口类型
低速接口：
E1
TDM接口：
STM-1/4/16
以太接口：
FE、GE、10GE
ATM接口：
STM-1、STM-4、STM-16
FE/GEAOGE、40G、100G
从表2.1中可以看出，IPRAN相对于PTN来说具有以下优势。
设备安全性优于PTN。
经过复杂Internet网络的洗礼，路由器具备更为丰富的设备安全防护特性。
设备产业链丰富。
支持IPRAN的设备制造商比PTN多。
IPRAN的互通性更好。
IPRAN标准化程度高，互通良好；
PTN设备间无法互通
对于综合承载的搭建来说。
IPRAN在全球综合承载广泛应用，而PTN适合纯移动回传，所以IPRAN更适合与搭建综合业务承载网[12]。
综上所诉，从技术成熟度，标准化与实际应用上来看，IPRAN都更成熟。
3IPRAN网络方案与建设原则
3.1组网方案
IPRAN网络是城域网的一部分，依托IP城域骨干网一平面搭建。
上联接入城域骨干网业务控制层SR/MSE，下联接入移动基站和政企客户。
IPRAN可分为汇聚层与接入层两层，汇聚层由连接SR/MSE的B类路由器（也叫IPRAN汇聚路由器）组成，接入层由连接基站和政企客户的A类路由器（也叫IPRAN接入路由器）组成。
组网示意图如图3-1所示。
图3-1组网示意图
综合业务接入网以地市为单位依托城域骨干网进行搭建，网络纵向可以分成接入层、汇聚层和核心层等三个层面，接入层由A类设备组成，用于政企业务以与基站等自营业务或者系统的接入；
汇聚层由B类设备组成，用来汇聚接入层设备的流量，同时用来接入政企和基站等自营业务；
核心层依托城域骨干网的CR、SR进行搭建，实现汇聚设备间的互访。
网络横向上可以分成许多物理上不直接互连的接入子网，接入子网由多个A类设备和一对B类设备组成。
在环形组网情况下，接入子网同时会有多个接入环，接入环上接入多台A类设备。
在树形组网情况下，A类设备直接与B类设备进行互联。
3.2建设原则
3.2.1A类路由器-B类路由器组网
A与B类设备间有三种互连方式，第一种是环形互连方式，第二种是树形互连方式，第三种是PON互连方式。
可根据光纤组网的实际情况，灵活选择环形互连和树形互连方式，PON互连方式作为环形互连和树形互连方式的补充，如图3-2所示。
图3-2A与B互连方式示意图
对于站，A类路由器与基站一一对应，即一台A类路由器接入一个站，一个站的1X、DO、动环监控，与后续的LTE业务均接入同一台A类路由器；
对于室分布系统，当同一站址有多套室分系统信源/BBU时，可接入一套A类路由器。
B类路由器一般设置在一般机楼或核心机楼，一对B类路由器原则上要求部署在不同的机房。
在光纤条件不具备区域，B类路由器也可成对布放在同一机房。
在选择同一机房布放时，建议优选具备不同出局光缆路由的机房。
BSC侧汇聚路由器（RANER）一般与BSC同机房成对设置。
在LTE阶段，如果EPC网元（P-GW/S-GW）在本地网集中设置，则3G、LTE合用汇聚路由器。
对于业务流量较大的基站，承载基站的A类路由器应采用环形或双归接入一对B类路由器。
对于业务流量不大的基站，根据光纤资源情况，A类路由器可灵活采用环型、双归或链式组网方式上联B类路由器。
一对B类路由器建议接入20-60台A类路由器，现网实际部署时，各省可根据光缆网分布、资源情况与基站带宽情况适当调整。
若干台A类路由器与一对B类路由器组成多个接入环，实现基站回传的双路由保护。
每对B类路由器一般覆盖3～10个接入环。
3G阶段，每个接入环上基站一般不超过8个（含该环所带链状接入基站）。
LTE阶段，繁忙区域单个接入环上基站数量不超过6个（含该环所带链状接入基站），非繁忙区域单个接入环上基站不超过8个（含该环所带链状接入基站）。
链式接入时，级联层数原则上不超过2级。
A类路由器与B类路由器间的带宽按以下原则考虑。
A类路由器双归接入一对B类路由器时，估算LTE基站流量峰值为420M，均值为100~150M，A类路由器可采用GE链路接入B类路由器。
A类路由器组环接入一对B类路由器时，估算繁忙区域一个环覆盖6个基站，且基站间峰均比为1:
1（即3个基站为峰值，3个基站为均值），接入环整体带宽需求=420*3+150*3=1.7G。
建设初期采用单GE环组网，LTE阶段根据流量情况，可扩容至2GE环。
链式组网时，A类路由器采用GE链路上联。
3.2.3B类路由器-城域网组网
每一对B类路由器口字型接入城域网SR/MSE，B类路由器与SR/MSE间可采用GE或10GE上行。
对于BRAS/SR合设的单边缘城域网，若BRAS容量允许时，B类路由器也可上联BRAS，BRAS下联B类路由器的板卡与承接公众用户的板卡物理隔离；
若BRAS容量不足，则新建MSE满足B类路由器的上联。
当一对B类路由器所带LTE基站超过（含）36个时，若其中一个B设备出现故障时，另一个B设备的上行总带宽将超过4G，此时可考虑引入10GE上联SR/MSE，否则用一条或多条GE上连SR/MSE。
当B类路由器与SR/MSE间流量超过链路带宽的60%时进行扩容。
3.2.4B类路由器-B类路由器组网
B类路由器间链路主要在故障时提供备用路径。
正常情况下，B类路由器间无流量；
B与SR间发生故障时，B类路由器承载的基站流量经另一台B类路由器转发；
B类路由器间带宽预留为B类路由器与SR间带宽的50%。
4IPRAN组网硬件
4.1核心层ER路由器
方案中使用CX600-X8作为ER路由器。
设备简介。
CX600系列均采用集中式路由引擎、分布式转发架构进行设计，在实现大容量转发的同时还可以提供丰富灵活的业务。
CX600-X8为一体化机箱设计，其主要组成部件都支持热插拔。
CX600-X8设备外观如图4-1所示。
图4-1CX600-X8设备外观图
CX600-X8有8个业务槽位，设备的交换容量为7.08Tbps。
槽位分布如图4-2所示。
图4-2CX600-X8插板区示意图
线路板槽位号：
对于CX600-X8，槽位号从1开始计数，其计数围是1～8。
排列顺序为正对路由器前面板从左至右递增（面板上有相应的标志）。
业务接口卡号：
业务接口卡号从0开始计数，按照从上到下、从右到左递增。
若单板没有业务接口卡，则该卡号为0。
端口号：
端口号从0开始计数，按照从左到右、从上到下递增。
CX600-X8设计上采用数据平面、管理和控制平面、监控平面相分离，系统架构逻辑框图如图4-3所示。
这种设计方式不仅有利于提高系统的可靠性，而且方便各个平面单独升级。
图4-3体系结构逻辑框图
CX600-X8完全兼容以前CX600平台上的所有ISU单板，只有主控板和交换网板不同。
CX600-X8的主要系统特性包括：
可升级、无阻塞的交换网，Tbit数量级的交换容量；
采用分布式硬件转发技术，快速的业务部署能力；
紧凑的整机结构，提升端口密度；
整机部件的归一化设计；
控制通道、业务通道和监控通道完全分离，保证控制通道、监控通道的畅通；
电信级的高可靠性和可管理性；
系统采用模块级屏蔽，完全满足EMC（ElectroMagneticCompatibility）要求；
单板、电源模块和风扇支持热插拔；
创
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