HSPA+和LTE移動網絡演進及其對網絡的影響
HSPA+和LTE的到來
伴隨3G在全球的普遍部署，技術革新也同步向前。為了對網絡和業務進行演進以支持更高的帶寬和速率，全球的移動運營商們采取了各種各樣的戰略。比如，往后的5年中，運營商會選擇提供增強UTRANHSPA+服務，或者采用更激進的方式—直接提供LTE服務。全球很多運營商已經部署了HSDPA和HSUPA，提供3M或者以上的下行帶寬。少數技術比較先進的運營商已經宣布提供下行21M的HSPA+服務。Vodafone和NTTDocomo之類的業內領先的運營商已經宣布將最早于2010年啟動LTE服務。HSPA+尤其是LTE等高帶寬移動業務對傳輸網和回程網絡提出的特殊的要求，而不僅僅是傳輸帶寬的簡單增加。
當全球的運營商正在為如何增加ARPU值而掙扎的時候，有一個不可忽視的趨勢，就是移動網絡中，數據業務的比重正在不可逆轉的急速增加。固網寬帶業務在10年以前已經經歷過了同樣的過程，高帶寬的“盡力而為”業務主宰了網絡的應用和互聯網資源。“盡力而為”業務意味著低ARPU，但是運營商還是需要在基礎設施方面進行大量的投資以滿足指數增長的帶寬需求。多數運營商都采用提供更多更便宜的帶寬，以這種粗放的方法應對“盡力而為”流量的增長。
本文將探HSPA+和LTE等更高帶寬移動業務下傳送和回程網絡的演進需求，結尾處也有一些對如何增加APRU的建議。
移動傳送網絡演進
圖 1 UMTS 參考架構
HSPA+
UTRAN移動傳送網絡架構是100%點到點或者“集中星型”。點到點網絡的一個關鍵優勢就是易于進行管理和進行流量工程。多數現有的3G網絡環境中，回程采用的是ATM，點到點從邊緣向網絡中心匯聚。數據通過RNC，SGSN，GGSN傳遞到核心網。所有的流量連接都通過虛連接進行承載，因此通過對承載流量的隧道進行保護，實現對流量的保護。在3G的網絡環境中幾乎沒有對數據流量的顆粒度控制，通常所有數據流量都平等處理。因此，現有網絡只能以每個移動業務為顆粒度進行帶寬分配，更別說對每個終端用戶的每種業務進行帶寬分配。
在向HSPA和HSPA+演進的過程中，對數據業務的傳送架構改變非常小。3G網絡中，SGSN通常是一個瓶頸。SGSN是一個信令設備，但是往往要承擔建立GTP數據承載通道的任務。有一些直通隧道的解決方案通過在RNC和GGSN或者NodeB和GGSN之間發起和終結隧道，旁路SGSN，滿足HSPA/HSPA+流量增長的需求。
從底層傳送的角度，除了對UTRAN到移動核心網的數據設備隧道功能抽象層的一些修訂，網絡和之前的點到點、“集中星型”架構相比差別非常小。通常，以太網接口(并非強制)是網絡演進到HSPA和HSPA+時最大的變化。從傳送網絡的角度，以太網中使用的VLAN和QinQ等隔離技術與之前的ATM傳送相比并沒有架構上的變化。一些運營商采用了多點以太網或者純IPover以太網的方式來簡化編址方案。這種方案不需要多條平行的點到點L2電路和每條電路獨立的IP子網，簡化了網絡IP地址和L2地址的編址。
點到點網絡的優勢是其可管理性、保護和流量工程。多點無連接L2以太網雖然簡化了IP的編址，但是引入了其它層面的復雜性和問題。一些要注意的問題如：廣播風暴和成環檢測、MAC地址擴展、OAM連接和點到多點廣播網絡上的故障診斷。運營商的以太回程網絡如果是租用的，那么多點以太網的安全性問題也需要著重考慮。
在HSPA+編址中，NodeB可以支持純IP。一些運營商的方案是建立一個到邊緣站點的全L3IP路由網絡。從NodeB到RNC和移動核心網的移動數據也是純路由方式。這種方法有優勢也存在問題。眾所周知，IP網絡的擴展性遠遠好于以太網，這已經由互聯網本身所證實。IP網絡同時具備很好的彈性和自愈能力，雖然收斂的時間不可預期(對于語音等關鍵應用來說是不可接受的)。對于地址空間受限的運營商，NodeB之類的基礎網節點可以采用私網地址進行編址。如果采用純IP方式部署傳送網，則應該將IP承載在MPLS之上，以提供所需的快速保護恢復。IP私網地址的問題，通過部署RFC2547之類的VPN解決。部署IPoverMPLS技術的移動傳送網最大的問題是網絡的擴展性，尤其是啟動了VPN的情況。移動傳送節點的數量一般會達到10,000s甚至100,000s，目前世界上任何地方都沒有過部署這么多節點IP/MPLS或者IPVPN網絡的先例。OAM向來被IETF所忽視，因此IP層的連接檢測、性能檢測和故障診斷等OAM能力非常薄弱，設備廠商對這塊的支持也不夠。IP本身的擴展性很好，但是當很多的約束條件疊加的時候(比如網絡保護、OAM、流量工程和性能保障)，IP的擴展能力將被顯著削弱。
引入以太網，尤其是各種復雜的多點轉發控制要求傳送設備具有足夠的智能彌補這些復雜性。這些智能設備通常意味著比單純的以太網傳送設備更高的價格。運營商必須在粗放式通過廉價帶寬解決網絡容量增長和維持對傳送網的高度管控能力間找到很好平衡。#p#
LTE
圖2LTE參考架構
LTE引入的扁平化的傳送架構，以匹配網絡全IP化和容量的增長。LTE也將信令功能從數據通道中獨立出來，這樣兩種功能的擴展性將可以彼此獨立。LTE中所有的流量都是IP格式，語音成為數據應用的另一種形式。RNC的功能被集成到eNodeB，移動終端通過eNodeBX2邏輯接口的“硬切換”實現切換。
從傳輸網的角度，我認為應當仔細檢查其是否具有在全IP環境中處理QoS和用戶移動終端的帶寬預留。語音流量等高優先應用必須獲得區別于普通數據業務的處理，此外其它的數據業務也不是平等的，數據顆粒度需要細化到不同的應用。eNodeB可以將語音應用通過專用的L2以太網VLAN進行傳送，實現傳送層的服務質量保證。但是eNodeB一般不具備進一步將數據業務以每移動終端每應用的顆粒度進行細分。在LTE中，數據業務一般會很輕易的占到總流量的90%以上，從ARPU值和投入的角度，運營商最感興趣的是如何通過對應用的區分化服務，最大化帶寬的投入收益。移送傳送網或者回程網絡往往是移動網絡的瓶頸，因此，傳送網在數據業務差分化過程中起重要作用。傳送網對流量的細化差分能力將對LTE環境中的關鍵應用產生重大的影響。eNodeB和SGW之間通過GTP承載用戶的應用或者PDPcontext。理想的傳送網絡應具備對GTP內容進行動態分類，并且區分處理的能力。
在LTE回程網絡中使用純以太網(VLAN，QinQ或者802.1ah)或者IP路由(透明IP路由或者基于VPN的路由)還有很多的爭論。X2邏輯接口的出現，引入了eNodeB之間any-to-any的通信需求。面向無連接的以太網或者IP是滿足這種需求的最佳技術選擇。我個人認為，最佳LTE回程網絡的關鍵不在于純以太網或者IP的技術選擇，而在于如何為eNodB之間的通信提供更好的保證，并且實現可控、可管、可擴展。例如，X2接口和S1接口帶寬保證和保護方面的需求是否一致?如果一致，那么eNodeB之間就需要流量工程和快速重路由保護隧道，網絡中的隧道將呈N2。LTE回程網絡架構規劃過程中，類似的問題需要深思熟慮。
前面提到，LTE中信令部分已經獨立于用戶數據平面，這種獨立給網絡創新預留了更多的空間，更多的策略網關可以通過分布式、集中式或者混合的模式引入網絡，提高網絡的效率。
解決帶寬增加和ARPU值問題
固網中一直存在的一個挑戰就是帶寬投入無法提升ARPU值，獲得相應的回報。固網在很多發達國家被看做是一種公共基礎設置，一旦一種服務被定位為“公共設施”時，將很難增加ARPU值。如果沒有業務和應用的革新，移動寬帶將走向固網的老路—帶寬的增加遠遠快于每用戶的收益增加。以日本為例，7MHSDPA服務采用包月，資費參考固網寬帶的平均水平。這種自助餐式的帶寬服務模式只能鼓勵更廉價的移動服務，而不利于差分化服務和應用的推廣。服務差分只有在網絡中存在瓶頸的時候才有意義。移動網絡相比固網存在更多的瓶頸。這些瓶頸的存在為引入價值區分提供了機會，因此也為增加ARPU值提供了機會。
移動運營商也為可以引入軟件商店的概念，終端用戶可以通過移動終端從運營商開辦的軟件/應用商店直接購買軟件。運營商通過銷售軟件/應用可以獲得一部分的收益，但是，軟件商店的重點應該放在“在線”軟件/應用。“在線”軟件可以在每次用戶使用的時候為運營商提供訂購或者上網費用，移動游戲就是一個很好的例子。移動運營商應該對像IPhone之類智能手機上的軟件/應用修改，通過對軟件通信協議的修改，使其可以適應移動網絡中的高時延空中接口，成為“在線”軟件。通過差分化游戲應用流的帶寬保證策略，運營商可以基于每用戶會話進行計費。
關于如何增加移動ARPU，獲取大量帶寬投入的收益還有很多話題沒有探討，但是，可以肯定的是，關于如何通過創新真正增加移動寬帶業務的ARPU值還有很廣闊的空間。
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