应运而生

       移动是目前电信运营商最主要的业务增长领域，无论是用户数量还是营业收入，其增幅都非常迅猛。在中国，中移动2006年净利润达到660亿元，同比增长23.3%，用户总数超过3亿，较2005年增长了22.1%。在欧洲，Verizon公司2005年仅移动业务收入就增加了50亿美元，包括无线宽带在内的移动业务收入增长了16.7%，成为拉动Verizon总体收入增长的重要动力，并直接使Verizon在英国电信杂志《Total Telecom》Global 100的排名跃升至第2位。

        在用户数迅速增长的同时，移动的业务类型也在急剧扩展，从过去仅限于话音领域，到目前迅速向移动Internet接入、移动视频等领域扩展，移动网络多媒体化、个性化、网络化的趋势已经非常明显，而2G向3G的迁移正是这一趋势的具体表现。

       业务量的迅速增长和业务类型的急剧扩展在给运营商带来丰厚收益的同时，也向运营商提出了严峻的挑战：一方面，用户数量剧增和业务类型宽带化使无线核心网对承载网带宽的需求急剧增长，进入21世纪后的短短几年间，RAN的接入带宽从K量级迅速演进到M量级，核心承载网的带宽迅速从M量级演进到G量级，但是新增的带宽就像泼在沙地上的水，马上就被用户无止境的带宽需求吞没，不断地扩容使运营商感受到了CapEx和OpEx空前的压力；另一方面，电信运营商的传统网络是业务与承载密耦合的模式，每种业务都有自己的承载网，每一套承载网也只承载有限的一类业务，面对如今层出不穷的新业务，继续坚守这种模式将使运营商堕入不断重复建设的死循环。很明显，传统的TDM/ATM承载网业已过时，未来承载网的出路在哪里呢？

        与TDM/ATM相比，IP部署灵活，能够使用已有的任何物理网络，不会浪费任何运营商现有的线缆资源。作为典型的分组交换网，IP在带宽利用效率上较之TDM/ATM具有先天的优势，不断提出和改进的链路和报文压缩技术更提升了这种优势，这使得IP网络在满足带宽提升需求方面远比TDM/ATM网络更为经济。IP是开放结构，能够很容易地开发各种基于IP的新协议和新业务，包括各种数据和视频业务。当前移动核心网上的业务类型多数已经采用IP承载，少部分仍然沿用TDM/ATM承载的业务未来也都可以通过分组控制单元PCU提供IP接口，所有的业务IP化之后的上层协议报文在IP承载网上都是透明传输的，都可以通过IP/MPLS技术保证不同设备间流量互通，不存在“私有技术、无法互通”的问题，IP协议对组播的支持更是TDM/ATM所无法比拟的。很明显，要满足未来移动业务扩展的需求，实现多业务承载，IP承载网无疑是最经济、最合理的选择。

不负众望

       传统IP网络仅承载Internet业务，采用非面向连接、尽力而为的服务模式，自愈时间长，安全性较差，不能满足承载电信级移动话音、视频业务的要求。如果要使用IP网络作为移动承载网，除了要对IP地址规划、IGP路由协议部署和MPLS部署进行精心设计以外，还必须在高可用性、端到端QoS保证等方面做专门的优化和改进。

       话音是移动的基础和核心业务，话音业务对网络高可用性的要求从IP网络的角度看是相当苛刻的，下表显示了网络闪断对通话质量的影响：

恢复时间	对语音业务的影响
<50ms	无影响
50~200ms	连接丢失概率小于5%, 对信令无影响
>2s(连接丢失门限)	语音会话和专线连接中断

       IP承载网的高可用性主要由三类技术进行保证，即设备的可靠性技术、网络故障快速检测技术和网络故障快速保护倒换技术，三者的叠加与配合才能保证IP承载网的高可用性。

       电信级业务要求网络设备的可用性达到99.999%以上，因此移动承载网设备普遍采用控制／转发平面分离和分布式交换架构，对主控板、电源、风扇等关键部件做冗余设计，并且支持热插拔，同时通过采用NSF技术来支持主备切换业务无中断，另外通过实现操作系统组件化来支持在线升级和热补丁。

       故障快速发现和定位是快速保护倒换的必要条件。当前常见的故障快速检测技术主要有三类。首先POS端口可以通过接收SDH传输设备的告警信息在5ms内检测到直连端口的物理故障；其次设备可以采用MPLS OAM技术在100ms内检测到LSP的连通故障；再次可以通过BFD与MPLS LDP以及多种路由协议、逻辑端口等的关联，实现对链路、隧道、MPLS LSP、协议邻居关系等多种连接状态的快速故障检测，检测时间最短可以达到30ms。当多种故障检测技术同时使用时，检测的原则是先依赖底层的链路故障检测技术，当底层故障检测不适用时再依赖上层的网络故障检测技术，通过多种故障检测技术的组合可实现故障的快速发现。

       网络故障快速保护倒换技术主要包括IGP FC技术、IP/LDP FRR技术、VPN私网路由按需迭代和按优先级迭代技术、VPN FRR技术和TE FRR技术。IGP FC技术通过对路由协议的算法、泛洪方法、定时器等进行优化，大大提高了网络拓扑发生变化时路由的收敛速度，全网部署IGP FC技术后，收敛时间能够缩减到1s以内（具体时间与网络节点的数目和网络拓扑的复杂程度有关）。IP/LDP FRR技术通过预先设定备份下一跳或转发端口的方式，可以在故障快速检测技术检测到故障后，在50ms内将业务流量切换到备份链路。VPN私网路由按需迭代和按优先级迭代技术可以按照用户的设定，快速完成关键业务或关键客户VPN路由的收敛，大大提高VPN私网路由的可用性。华为研发的VPN FRR技术还能够在远端的主用PE失效时，在200ms内切换到备用的远端PE，而且切换速度与私网路由数目无关。在骨干网中，还可以通过TE FRR和Tunnel Backup，实现链路、节点和端到端LSP的快速保护倒换，华为并且推出了TE Switching方案，大大降低了TE Auto FRR的配置难度。

       通过设备高可用性技术、故障快速检测技术、快速保护倒换技术的综合应用，目前大型IP承载网的端到端保护倒换时间可以控制在200ms以内，已经满足了话音等业务对承载网高可用性的要求。

技术名称	技术类型	适用范围	实现效果
关键部件冗余	设备级可靠性	设备主控板、交换网板、电源、风扇等	部件故障设备仍可正常工作（有报警提示）
部件热插拔	设备级可靠性	设备板卡、模块、电源、风扇等	更换部件无需断电重启
控制／转发平面分离与分布式交换架构	设备级可靠性	电信级路由、交换设备	更换单板、模块不影响其它板卡、模块工作，便于实现主备倒换、NSF等
NSF技术	设备级、网络级可靠性	电信级路由、交换设备	主备切换业务不中断，网络拓扑不改变
操作系统组件化	设备级可靠性	电信级路由、交换设备	可以实现在线升级和热补丁
端口检测	快速故障检测	物理端口状态检测	<5ms故障检测
MPLS OAM	快速故障检测	LDP、LSP状态检测	<100ms故障检测
BFD	快速故障检测	物理端口、逻辑端口、链路、隧道、MPLS LSP、协议邻居关系等状态检测	30～1000ms故障检测
IGP FC	快速保护倒换	整网配置	秒级路由收敛
IP/LDP FRR	快速保护倒换	CE双归到PE	毫秒级保护倒换
VPN FRR	快速保护倒换	远端PE保护倒换	毫秒级保护倒换
BGP／VPN快速收敛	快速保护倒换	VPN私网路由按需迭代和按优先级迭代	毫秒级保护倒换
TE FRR	快速保护倒换	骨干网链路、节点保护或端到端Tunnel保护	毫秒级保护倒换

      3GPP将移动业务划分成“Conversational”、“Streaming”、“Interactive”、“Background”四类，影响四类业务质量最主要的是时延、时延抖动、丢包，业界默认的工程实施指标为：端到端时延小于400ms（包括终端、MGW等的处理时延在内），时延抖动小于20ms，丢包率小于1%。IP承载网要满足移动业务的QoS要求，除了要通过流量分析来优化设计、保证轻载以外，还需要借助于设备流量控制、Diff-Serv、MPLS TE和DS-TE等技术。

       通过轻载设计来避免拥塞是保障话音业务QoS最基本的方法。在IP承载网规划过程中，必须首先进行详细的话务模型分析，然后以话务模型为依据来保证IP承载网流量分布的合理性以及故障情况下的流量备份。一般情况下，要求通过网络设计保证IP承载网链路带宽峰值使用率不超过70%，同时所有重要的业务流量在单点故障的情况下有备份带宽。

        轻载设计并不能保证在所有情况下网络不发生拥塞，拥塞一旦发生，首先应该在设备入端口上进行基于端口的流量控制，同时结合CAC，向网络暂时无法提供服务的用户放送忙音，同时设备的Diff-Serv必须保证高优先级业务的数据优先转发。
MPLS TE能够根据用户需求及网络资源的情况建立一条跨越骨干网的隧道，并通过信令协商自动完成隧道的维护、统计、属性修改（如带宽）及备份等功能。运营商可以使用MPLS TE来精确地控制流量流经的路径，预留资源，避开拥塞的节点，使现有的带宽资源充分利用起来。

        Diff-Serv只能在单个节点上预留资源，无法在整个路径上保证服务质量，如果需要在差分服务网络上进行全路径的资源预留，则可以将Diff-Serv与MPLS TE结合起来，实现DS-TE，从而对不同类的流进行不同带宽的带宽约束，并且根据该流的带宽约束动态调节流量。

        除了上述轻载设计、流量控制、Diff-Serv、MPLS TE和DS-TE等技术以外，在实现话音软交换的过程中，还可以通过采样、压缩、报文和链路优化等技术，进一步提高网络带宽的利用效率。在现网的大规模商用实践中，IP承载网上的话音质量已经丝毫不逊于传统TDM交换网，这说明IP承载网完全能够满足移动业务对QoS的苛刻要求。

技术名称	适用范围	实现效果
轻载设计	接入网、骨干网整网	链路带宽峰值使用率不超过70%，同时所有重要的业务流量在单点故障的情况下有备份带宽
MPLS TE	骨干网端到端	根据用户需求及网络资源的情况自动完成端到端隧道的维护、统计、属性修改及备份等功能
Diff-Serv	Ingress PE，设备单独配置	保证高优先级业务的数据优先转发，入端口流量控制
DS-TE	骨干网端到端	建立端到端隧道，对不同类的流进行不同带宽的带宽约束，并且根据该流的带宽约束动态调节流量

来日方长

        多业务IP承载网是当前运营商新建网络的首选方案，也是其传统承载网改造的最终归宿。华为近年来在全球多个国家和地区承建或参与了当地运营商的承载网新建和改造工程，其中，全球最大的移动IP承载网——中移动IP承载专网已经进行了三年实际运营，已开展话音、短信、彩铃、彩信、GPRS、WAP等多种业务，经受了酷暑、严寒、沙漠、海滨、雪峰、草原等各种极端自然环境的重重考验，并平稳渡过了多次春节、中秋话务高峰，充分证明了移动IP承载网的强大性能和卓越的可靠性。可以想见，IP承载网必将凭借其出色的业务开放性性和强大的带宽扩展能力，在未来移动业务的发展过程中扮演更重要的角色。

参考文献