面向连接的以太网用于4G移动回传网络

面向连接的以太网用于4G移动回传网络
作者：Ralph Santitoro，Fujitsu Network Communications公司
通过综合无连接以太网和SONET/SDH的优点，面向连接的以太网提供了高带宽利用率、可扩展性、严格的QoS和高可用性，很适合移动回传网。

高速无线数据业务不断激增。

WiFi在家庭和企业中广泛普及，而由宽带4G（第四代）无线技术带来的移动性则预计比WiFi更为普遍。

新的4G无线技术，尤其是长期演进（LTE）技术，将会带来有线电信网络基础设施所无法预计的需求。

这些基础设施是指从基站节点到移动交换中心之间的回传网络，它连接到因特网和话音网。

目前的3G回传网设施，基本上由一个或几个T1或E1电路或微波射频信道连接到基站节点，而每个用户可以使用每秒几百K比特的带宽。

然而4G业务的产生使得每个移动用户可能需要几兆比特每秒的带宽（比每用户一个T1/E1的带宽还高）；由于多个4G移动用户可能需要连接到某一个基站节点，使得目前的T1/E1线路显然不能满足这样的业务需求。

另外，目前大量的无线回传网基础设施均是基于SONET/SDH技术的，是针对传统语音业务而非基于包的4G数据业务而优化的，其信道结构是以50Mbps（SONET）或155Mbps（SDH）粒度为步长。

考虑到数据业务统一计费的要求，移动运营商需要扩展他们的回传网基础设施以满足4G业务的新带宽需求，同时还要提高基础设施的带宽利用率。

移动运营商并不拥有覆盖所有市场的回传网，为了维持或增加利润，他们必须仔细地管理这些租用的回传网以控制每月的运维成本。

图1：面向连接的以太网综合了无连接以太网和SONET/SDH的优点。

移动运营商关注回传基础设施，是由于它会在运行、维护和管理(OAM)层面影响他们的运维成本（OPEX）。

传统的基于TDM的移动回传网络提供固定的连接和最低的可能时延，以及最高的网络可用性和安全性，而且无数据丢失，无线标准也是根据这些网络原则制定的。

因此，针对4G基于包业务而优化的包传输网络架构也必须满足这些已有TDM网络的苛刻要求。

增强以太网的生存性
一个基于以太网的网络能提供所有基于数据包的4G业务所要求的带宽可扩展性以及高效率汇聚。

以太网增加了一系列伴生的技术以提升生存性，减少包丢失和满足移动回传网的严格的低时延要求。

有不少可以
传输以太网的技术，如：原始以太网、SONET/SDH，或MPLS。

对于它们中的任何一个来说，以太网可还以进一步细分为无连接以太网(CLE)和面向连接的以太网(COE)。

在业务传送网中，CLE是通过IEEE 802.1ad提供者桥接定义的基础以太网交换（桥接）技术（通常指
Q-in-Q），可在IEEE802.1 ah定义的骨干网提供者桥接（通常指Mac-in-Mac）中进一步扩展。

CLE提供了以太网基础优势，例如包汇聚和统计复用。

然而，如果没有其它技术的协助，还是不能满足苛刻的QoS 和可靠性（OAM）要求。

这是引入COE技术的原因之一。

结合CLE的包汇聚以及统计复用的优点，COE技术具备了SONET/SDH固有的确定性、准确的QoS（丢包、包时延）以及生存性。

如图１所示，通过综合无连接以太网和SONET/SDH的优点，面向连接的以太网提供了高带宽利用率和可扩展性，还拥有严格的QoS和高可用性，很适合移动回传网。

COE是移动回传网的关键所在
移动运营商或回传网提供者需要能够简单高效地扩展带宽以适应高速4G数据业务用户的增长。

由于存在大量的移动用户同时中断的风险，而且由于很多协议是基于TDM基础设施设计的，需要满足50ms自动倒换，高生存性的移动回传网是必须的。

COE作为电信级以太网的高性能方案，满足了这些要求。

如图2所示，COE支持城域以太网论坛提出的五大属性。

COE通过拥有固定时延、延时变化和丢包率的清晰的流量工程网络，从而提供了确定的QoS。

这保证了移动用户最好的话音质量（QoS）和诸如时钟锁定、遥感探测和移动回传网等OAM业务所需要的特定QoS。

图2：面向连接的以太网满足城域以太网论坛发布的电信级以太网的五大属性。

移动回传网还必须保证苛刻的业务和应用能够获得必须的带宽，以及保证移动运营商在低冗余、数据业务统一计费的条件下最大化利用带宽。

通过连接确认控制（CAC）过程，COE对每个以太虚拟连接（EVC）预留带宽，通过承诺信息速率（CIR）提供精确带宽保证，也通过超额信息速率（EIR）来提供额外带宽。

最后，COE在MEF中加入第六大特征：安全性。

由于COE不用CLE的桥接和二层控制协议（L2CP），它不易受到此类威胁和攻击。

由于MAC地址不像在CLE中那样被记忆，COE对于基于MAC地址的拒绝服务（DoS）攻击存在免疫力。

在DoS攻击中，攻击者通过滥发大量新MAC地址导致CLE交换机内存溢出和板卡重启以攻击网络，阻断所有CLE交换端口的业务。

COE也不用任何IP协议，从而对因特网中产生的频繁和广泛传播的基于IP的攻击免疫。

COE实施方案
COE可以基于以太网内核或MPLS内核。

每一种方案都可以满足移动回传网的技术要求，但它们在运维层面有很大的区别，从而导致巨大的OPEX差异。

由于OPEX是移动回传网供应商和移动运营商很关心的因素，这些运维差异往往是技术选择的关键。

技术选择也依赖于专家和网络工程师的经验。

另外一个重要因素是该移动回传网仅仅支持基于包交换的3G 或4G业务，还是要同时支持应用MLPPP（EVDO）或ATM（HSPA）封装的已有2G或3G业务。

对于后一种兼容已有2G和3G业务的选择来说，根据业务的不同有不少的选择方案。

假设已有的是基于SONET/SDH的回传网络基础设施，因为2G业务带宽的增长平缓甚至缩减，OPEX对于一个或两个T1/E1来说基本是固定的。

如果用T1/E1承载3G业务，因为3G数据业务的带宽需求增长很快，就需要每月增加T1/E1线路，这样OPEX将成倍增长，所以用T1/E1作为3G移动回传网是不切实际的。

3G基站的制造商们一般在T1/E1接口处提供一个以太网接口实现可选的平台升级，这是在移动回传网中支持以太网的最简单的方案。

如果没有以太网接口，则需要通用互连互通功能（GIWF），通过电路仿真或者封装ATM或MLPPP到绑定的T1/E1上，再到以太网。

这比起把基站接口直接从T1/E1移植到以太网增加了不少复杂度。

最后，移动回传网可从SONET/SDH演化到SONET/SDH中传输COE，最终演化为光纤上直传基于以太网的3G和4G数据业务的COE。

通过二层汇聚和多业务复用到通用的SONET/SDH虚容器级联组（VCG）并在SONET/SDH一层网络基础设施中传输时，COE最大化了以太网的带宽利用率。

这使得传统的以太网在SONET网络中传输时，将带宽的浪费减到最小。

由于SONET/SDH自然而高效地适合回传不再增长的已有2G业务的T1/E1，对于基于包的3G和4G业务，采用COE来优化目前已有的SONET/SDH回传就很有意义。

随着2G用户最终转移到3G或4G业务中，TDM则不再需要，如图3所示，回传网中的SONET/SDH传输层可迁移到基于光纤的COE。

图3：从SONET/SDH网络向光纤承载的面向连接的以太网升级。

对于回传要求苛刻的4G业务，由于4G全部基于IP，而且4G基站仅仅支持以太网接口，技术的选择反而简单。

在这种情况下，移动回传网可以用基于光纤的COE。

对于已有基于SONET/SDH的回传网，COE 可以针对4G业务提供基于SONET/SDH的高效率、包优化的解决方案。

当实施移动回传网COE方案时，由于仅需要基于以太网的OAM工具，OAM较简单。

例如，COE由于只需管理以太网数据平台层，各种连接和业务故障以及业务性能（帧时延，帧间时延变化和丢帧）可以通过同一套OAM工具管理。

当实施MPLS方案时，如图4，在上述以太网OAM管理外，还需要基于MPLS的OAM工具来管理MPLS 层（MPLS虚拟链接和标签交换路径）。

图4：面向连接的以太网在MPLS网络中的实施。

面向连接的以太网技术可提供固定而精确的QoS、安全性、用二层汇聚实现的类SONET/SDH的可靠性、可扩展带宽以及以太网的统计复用优势。

这些特性使得COE是3G或4G移动回传网的较好选择。

COE 可直接在光纤上传，也可以用来优化已有的SONET/SDH回传基础设施，而且和传统的基于TDM的2G 业务兼容。

最后，COE使得移动运营商面对快速增长的3G业务和逐渐出现的4G业务，能最小幅度地增加OPEX，比起其它方案，COE方案地成本最低、OAM最简单。