毕业设计论文-基于通信IPRAN技术的原理和组网.doc

1、摘要 I 摘 要 当前，伴随着数字化和网络化的飞速发展 ，数据业务已逐渐成为各运营商网络承载的主体，同时，在移动互联网、物联网、云计算等概念的带动下，数据业务今后的增长势头必将更加迅猛。运营商的传统承载网 是 基于 TDM/SDH 方式的 语音业务为主 ， 面对带宽需求的迅猛增长已经无能为力。基于 TDM/SDH 方式进行改良的多业务传送平台MSTP 技术，由于只是端口级的 IP 化，仅适合于 3G初、中期的业务和 L2 专线业务的承载。因此，采用动态 IP 技术，以路由器为主构建承载网络的 IP RAN 技术应运而生。 本文就四川省巴中市电信 IP RAN 的网络建设，首先介绍了 IP RA

2、N 技术的产生以及原理；其次，就 IP RAN 网络的组网方案和硬件设备以及各层的路由协议进行了详细阐述；最后，就巴中市电信 IP RAN 承载网 网络 建设进行了较为详细的规划 设计 和部署 。 关键词 ： IP 无线接入网 ； 数据业务 ； 承载网 ； 路由协议 Abstract II Abstract Currently, with the rapid development of digital and network, data service has gradually become the operator carrying the body of the network, at

3、 the same time, in the mobile Internet, Internet of things, such as cloud computing concept leads, the growth of data service in the future will be even more rapidly.Operators of traditional ways of bearing network is based on TDM/SDH voice business is given priority to, in the face of the rapid gro

4、wth of bandwidth requirements have been powerless.Based on TDM/SDH improved more business in the form of MSTP technology transfer platform, because the only port of IP, only suitab le for 3 g in the early, middle business and the bearer of the L2 special business.Therefore, by using dynamic IP techn

5、ology, is given priority to with routers build hosted network IP RAN technology arises at the historic moment. BaZhongShi telecom IP RAN network construction in sichuan province are presented in this paper, firstly the paper introduces the technology of IP RAN and principle;Second, IP RAN network sc

6、heme and hardware equipment and network routing protocol of each layer in detail;Finally, just BaZhongShi telecom IP RAN bearing network network construction has carried on the detailed planning and design and deployment. Keywords:IP Radio Access Network; date service; bearer network; routing protoc

7、ol 目录 目 录 摘 要 .I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 IP RAN 技术产生的背景 . 1 1.2 IP RAN 技术的现状与发展趋势 . 1 1.2.1 现状 . 1 1.2.2 发展趋势 . 2 2 IP RAN 技术 . 3 2.1 定义 . 3 2.2 基本原理 . 3 2.3 优势 . 4 2.4 与其它技术的比较 . 5 2.4.1 与 TDM/SDH 比较 . 5 2.4.2 与 MSTP 比较 . 5 2.4.3 与 PTN 比较 . 6 3 IP RAN 网络方案及建设原则 . 8 3.1 组网方案 . 8 3.2 建设原则 . 9 3.2.

8、1 A 类路由器 -B 类路由器组网 . 9 3.2.3 B 类路由器 -城域网组网 . 10 3.2.4 B 类路由器 -B 类路由器组网 . 10 4 IP RAN 组网硬件 . 11 4.1 核心层 ER 路由器 . 11 4.2 汇聚层 B 路由器 . 15 4.3 接入层 A 路由器 . 19 5 IP RAN 路由协议 . 22 5.1 IS-IS 协议 . 22 5.1.1 协议概述 . 22 5.1.2 工作原理 . 23 目录 5.1.3 路由计算 . 23 5.1.4 增强属性 . 23 5.2 OSPF 协议 . 24 5.2.1 基本特点 . 24 5.2.2 链路状态

9、算法基本过程 . 24 5.2.3 基本概念 . 25 5.2.4 报文和状态机 . 28 5.2.5 路由计算 . 30 5.3 BGP 协议 . 31 5.3.1 协议原理 . 31 5.3.2 路由属性 . 34 6 巴中电信 IP RAN 网络组建 . 36 6.1 项目概述 . 36 6.2 组网结构 . 36 6.3 路由协议 . 37 6.3.1 内部网关协议 (IGP) . 37 6.3.2 边界网关协议 (BGP) . 41 6.4 业务设计 . 44 6.4.1 业务基础设计 . 44 6.4.2 可靠性设计 . 45 结 论 . 47 致 谢 . 48 参考文献 . 49

10、 河北工程大学毕业设计论文 1 1 绪论 1.1 IP RAN技术产生的背景 IP RAN(Radio Acess Network)简单的说是指 IP 化的移动回传网，国外更普遍叫法为IP Moble Backhual。 早在 2000 年， NOKIA 公司提出 IP 用于移动回传的概念，由于当时 3G 标准还未成熟，移动数据业务还未普及， SDH 大行其道的环境下，没有得到普及和发展。这种概念的提出是很有前瞻性，积极意义。 随着传送网发展，业界提出了几种取代传统 MSTP 的承载方式来实现 IP-RAN，其中包括国内提出的 PTN(分组传送网 )方式和以思科等路由器厂家为主提出的“ IP

11、RAN”方式。 思科提出 的 IP/MPLS 方式则直接使用 IP RAN 这个命名，这是具有排他性的，由于思科在数据通信行业的强势地位，它的这种命名方法自然而然地引起了业界术语的混淆，以至于目前普遍将 IP/MPLS-IP RAN 承载方式称为 IP RAN1。 当前， 伴随着数字化和网络化的飞速发展 ，数据业务已逐渐成为各运营商网络承载的主体，同时 在移动互联网、物联网、云计算等概念的带动下，数据业务今后的增长势头必将更加迅猛。 运营商的传统承载网是基于 TDM/SDH 方式的语音业务为主，面对带宽需求的迅猛增长已经无能为力。 基于 TDM/SDH 方式进 行改良的多业务传送平台MSTP

12、技术，由于只是端口级的 IP 化，仅适合于 3G初、中期的业务和 L2 专线业务的承载。因此，采用动态 IP 技术，以路由器为主构建承载网络的 IP RAN 技术应运而生。 1.2 IP RAN技术的现状与发展趋势 1.2.1 现状 目前，国内的三家运营商中，中国移动已经确定 PTN 技术作为移动承载网技术的唯一选择，并已经在现网大量部署了 PTN 设备；另外两家综合运营商中国电信、中国联通自 2010 年开始进行了大量的 IP RAN 试点建设。 中国电信在 2009 年提出以 IP RAN 构建全业务电信级承载网络 ， 2010 年在广东进行了小规模试点工作， 2011 年，中国电信在杭州

13、、金华、镇江、苏州、深圳等城市进行了 IP RAN 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 化承载的河北工程大学毕业设计论文 2 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 年在北京、上海、长沙、沈阳、常州以及珠海等多个城市进行规模化的 IP RAN 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 IP RAN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。中国移动作为国内占据移动领域

14、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，在固网及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 IP RAN 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 IP RAN 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

15、市场变化，有效保护投资的诉求 3。因此，他们也选择使用 IP RAN 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范围会进一步缩小，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。IP RAN 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。 IP RAN 技术对那些网络建设中倾向于不再

16、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。 IP RAN 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 IP RAN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 IP RAN 的竞争力将是毋庸置疑的。 河北工程大学毕业设计论文 3 2 IP RAN技术 2.1 定义 IP RAN 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

17、6。 IP RAN 中的 IP 指的是互联协议， RAN 指的是 Radio Access Network。相对于传统的 SDH 传送网，IP RAN 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内容。 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

18、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 IP RAN 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。 IP RAN 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 。 IP RAN 网络一样基于无连接技术的整个 Internet 网络就相当是基于 IP 传送网的一张世界性的大网。 IP/MPLS-IP RAN 网络的内部网关协议 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

19、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。 (2)网络保护技术 。 目前，实现 IP RAN 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 LSP 1

20、:1 加伪线 PW 冗余实现保护倒换；汇聚和核心承载网络 ， 部署 LSP 1:1+虚拟专用网 VPN FRR 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河北工程大学毕业设计论文 4 用户边缘 CE 间链路以及 RNC/BSCCE 设备的保护。 (3)QoS 技术 。 IP RAN 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 内部按照优

21、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。 (4)OAM 能力。 为了加强 IP RAN 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 IP RAN 网络的 OAM 能力。 核心、汇聚、接入设备均支持完善 OAM 协议。 通过 LSP 层采用 MPLS OAM 检测、 PW 层采用 PW OAM 检测、业务层采用 ETH OAM，实现层次化检测；通过专用的硬件 OAM 检测，提供毫秒级检测。 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

22、业务-CES， ATM， ETH 等多种类型。 (5)时钟同步技术 。 目前， IP RAN 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 技术及 1588 V2 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 1588 V2 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。对于国内的通信运营商来说 ， 随着社会的发展 ， 人们对信息内容以及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 ，

23、 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(Short Messaging Service)， MMS(Multimedia Messaging Service)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 ， 各种上网终端的普及 ， 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

24、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 ， IP RAN河北工程大学毕业设计论文 5 技术组网灵活、高容量、扩容性强、维护成本低及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 IP RAN 技术搭建的 综合承载网与传统的

25、TDM/SDH 网络相比 ， 具有以下优势 。 (1)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 。 (2)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 。 (3)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。 (4)IP RAN 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

26、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。 (5)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(Weighted Ra

27、ndom Early Detection)流控技术支撑 )很 好适应了数据业务的 TCP(Transmission Control Protocol)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 50ms11。而 IP RAN 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 IP RAN 技术的先天缺陷。但是 ， 与传统的 MSTP 相比 ， IP RAN 也有自己的优势 ， 主要表现在 以下方面。 (1)智能

28、网络开局规模组网更具优势 。 IP RAN 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 ， 即插即用功能所河北工程大学毕业设计论文 6 体现的价值和效益就越大。 (2)一致的运维体验更高效率管理 。 IP RAN 网管系统可以提供 SDH Like 运维体验 ，实现以业务为中心的可视化管理。 IP RAN 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

29、VLL(Virtual Leased Line)、 VPLS(Virtual PrivateLan Service)、 PWE3(Pseudo-Wire Emulation Edge to Edge)、 L3VPN、 QoS、 MPLS TE 等等 ，极大的 提升了业务部署和新增的效率。 (3)相同的实时网络拓扑、时钟及业务质量监控 。 IP RAN 网管系统同 MSTP 网管一样具备网络物理拓扑以及网络状况的监控 ， 也可以对全网时钟视图进行监控及呈现时钟跟踪关系 ， 支持 1588V2 的配置部署。此外 ， IP RAN 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

30、报表、告警和日志报表 ， 让繁琐的网络统计变得更加便捷。 (4)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 ， IP RAN 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 ， IP RAN 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 ， IP RAN 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 ， IP RAN 网管针对动态业务特点 ， 提供了业务路径自动发现功能 ，

31、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。 (5)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 IP RAN 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 ， IP RAN 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 ， IP RAN 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