HSPA+与LTE移动网络演进及其对网络的影响

HSPA+和LTE的到来

伴随3G在全球的普遍部署，技术革新也同步向前。为了对网络和业务进行演进以支持更高的带宽和速率，全球的移动运营商们采取了各种各样的战略。比如，往后的5年中，运营商会选择提供增强UTRANHSPA+服务，或者采用更激进的方式—直接提供LTE服务。全球很多运营商已经部署了HSDPA和HSUPA，提供3M或者以上的下行带宽。少数技术比较先进的运营商已经宣布提供下行21M的HSPA+服务。Vodafone和NTTDocomo之类的业内领先的运营商已经宣布将最早于2010年启动LTE服务。HSPA+尤其是LTE等高带宽移动业务对传输网和回程网络提出的特殊的要求，而不仅仅是传输带宽的简单增加。

当全球的运营商正在为如何增加ARPU值而挣扎的时候，有一个不可忽视的趋势，就是移动网络中，数据业务的比重正在不可逆转的急速增加。固网宽带业务在10年以前已经经历过了同样的过程，高带宽的“尽力而为”业务主宰了网络的应用和互联网资源。“尽力而为”业务意味着低ARPU，但是运营商还是需要在基础设施方面进行大量的投资以满足指数增长的带宽需求。多数运营商都采用提供更多更便宜的带宽，以这种粗放的方法应对“尽力而为”流量的增长。

本文将探HSPA+和LTE等更高带宽移动业务下传送和回程网络的演进需求，结尾处也有一些对如何增加APRU的建议。

移动传送网络演进

图 1 UMTS 参考架构

HSPA+

UTRAN移动传送网络架构是100%点到点或者“集中星型”。点到点网络的一个关键优势就是易于进行管理和进行流量工程。多数现有的3G网络环境中，回程采用的是ATM，点到点从边缘向网络中心汇聚。数据通过RNC，SGSN，GGSN传递到核心网。所有的流量连接都通过虚连接进行承载，因此通过对承载流量的隧道进行保护，实现对流量的保护。在3G的网络环境中几乎没有对数据流量的颗粒度控制，通常所有数据流量都平等处理。因此，现有网络只能以每个移动业务为颗粒度进行带宽分配，更别说对每个终端用户的每种业务进行带宽分配。

在向HSPA和HSPA+演进的过程中，对数据业务的传送架构改变非常小。3G网络中，SGSN通常是一个瓶颈。SGSN是一个信令设备，但是往往要承担建立GTP数据承载通道的任务。有一些直通隧道的解决方案通过在RNC和GGSN或者NodeB和GGSN之间发起和终结隧道，旁路SGSN，满足HSPA/HSPA+流量增长的需求。

从底层传送的角度，除了对UTRAN到移动核心网的数据设备隧道功能抽象层的一些修订，网络和之前的点到点、“集中星型”架构相比差别非常小。通常，以太网接口(并非强制)是网络演进到HSPA和HSPA+时最大的变化。从传送网络的角度，以太网中使用的VLAN和QinQ等隔离技术与之前的ATM传送相比并没有架构上的变化。一些运营商采用了多点以太网或者纯IPover以太网的方式来简化编址方案。这种方案不需要多条平行的点到点L2电路和每条电路独立的IP子网，简化了网络IP地址和L2地址的编址。

点到点网络的优势是其可管理性、保护和流量工程。多点无连接L2以太网虽然简化了IP的编址，但是引入了其它层面的复杂性和问题。一些要注意的问题如：广播风暴和成环检测、MAC地址扩展、OAM连接和点到多点广播网络上的故障诊断。运营商的以太回程网络如果是租用的，那么多点以太网的安全性问题也需要着重考虑。

在HSPA+编址中，NodeB可以支持纯IP。一些运营商的方案是建立一个到边缘站点的全L3IP路由网络。从NodeB到RNC和移动核心网的移动数据也是纯路由方式。这种方法有优势也存在问题。众所周知，IP网络的扩展性远远好于以太网，这已经由互联网本身所证实。IP网络同时具备很好的弹性和自愈能力，虽然收敛的时间不可预期(对于语音等关键应用来说是不可接受的)。对于地址空间受限的运营商，NodeB之类的基础网节点可以采用私网地址进行编址。如果采用纯IP方式部署传送网，则应该将IP承载在MPLS之上，以提供所需的快速保护恢复。IP私网地址的问题，通过部署RFC2547之类的VPN解决。部署IPoverMPLS技术的移动传送网最大的问题是网络的扩展性，尤其是启动了VPN的情况。移动传送节点的数量一般会达到10,000s甚至100,000s，目前世界上任何地方都没有过部署这么多节点IP/MPLS或者IPVPN网络的先例。OAM向来被IETF所忽视，因此IP层的连接检测、性能检测和故障诊断等OAM能力非常薄弱，设备厂商对这块的支持也不够。IP本身的扩展性很好，但是当很多的约束条件叠加的时候(比如网络保护、OAM、流量工程和性能保障)，IP的扩展能力将被显著削弱。

引入以太网，尤其是各种复杂的多点转发控制要求传送设备具有足够的智能弥补这些复杂性。这些智能设备通常意味着比单纯的以太网传送设备更高的价格。运营商必须在粗放式通过廉价带宽解决网络容量增长和维持对传送网的高度管控能力间找到很好平衡。