通信需求的不断增长和技术更新的不断加快,使得新一代移动通信的使用逐步变成了现实。过去的移动通信技术主要是建立在语音技术需求层面,对于语音层面需求的网络构建,我们已有了比较成熟的思路与方法;而新一代移动通信技术则是在语音业务层面,以可提供更多服务的数据及各类流媒体为基础。同时,用户数量的急剧攀升使得用户对移动通信便捷性的依赖也随之增强,一旦发生突发性公众应急事件,其对通信处理能力的考验也将加大。对此,对如何合理构建和打造新一代移动通信系统,我们还需根据形势的变化不断摸索、总结和提高。
对系统布局的考虑
目前从核心网层面看,软交换技术已成为通信运营商技术转型和战略发展的机遇,是运营商提升核心竞争力的重要技术手段之一。它也是新一代网络的核心控制设备,其组网可以分为四个层面:业务应用层、控制层、承载传送层和接入层。其主要设计思想是业务/控制与承载传送分离,各实体之间通过标准的协议进行连接和通信,从而真正实现电信级的解决方案。分层的网络结构保证了高可靠性;灵活的组网方式提供了多样化的解决方案,降低了网络的建设成本;更多的新业务创造了新的收入来源;集中智能的网络管理体系加强了运营分析的便捷性。
1.核心组网布局
从总体而言,目前在第二代通信系统中,交换设备的升级也在不断地进行。现网中的软交换设备之间以不分级为主,彼此之间为逻辑网状网结构,网络中任一软交换设备均存有全网的路由信息,可直接定位另一软交换设备。同一运营商网络内部软交换之间也不分级,当与其他运营商网络互通时,只设置网间接口SS及网间接口中继网关。
随着网络规模的不断扩大,软交换设备数量也将不断增多,未来应引入位置服务器设备实现软交换之间的路由查询。路由服务器接受主叫端SS的寻址请求,通过数据查询或向其他的路由服务器发出寻址请求,得到并向主叫端SS返回被叫的SS地址,不做呼叫控制信号的传递。
在具体组网的实现上,目前国内同一运营商按照我国目前电话网络等级结构,分为了大区、省、地市三级结构,以最大限度地整合资源、充分发挥地域优势为主。今后根据业务量的实际需求,可在地市级结构中以网状平行结构继续划分,以减轻业务负荷的压力并确保网络负荷的安全。总体上讲,根据业务分布和业务来源,业务量的需求应由“过度地集中向适当地分散”发展。
2.系统安全
由于软交换、中继媒体网关、综合接入媒体网关、媒体服务器等设备是基于专用网络部署的,该网络可以是新建的专用网或采用MPLSVPN等技术的虚拟专用网,能通过各种手段来实现软交换设备间的相互通信,以及软交换设备和非软交换设备间的消息隔离,大量的软交换散户及其他非软交换网络的设备难以直接访问到这些软交换网络设备,大大减小了受互联网用户攻击的可能。由于软交换专用网络中的设备可信任度高,通过信令协议保障(如认证)、设备管理等手段,基本可以避免专用网络内用户攻击。
对于非重要客户使用的IAD及SIP软、硬终端等设备,由于设备数量多、分布广,将通过各种接入方式快速收敛于BAC设备,通过BAC设备实现与专用网络中其他设备的互通,此时BAC提供信令、媒体的代理功能、安全检测以及隔离功能。
运营商对于IAD或SIP终端应采用用户零配置方案,运营商应负责所有网络及用户数据的配置及后续的更新及修改,用户无法自行修改数据。在用户侧只写入需访问的软交换设备或各类管理及应用服务器(如IAD网管系统、文件服务器等)的域名而非IP地址,避免SS暴露IP地址易受到非法攻击。在信令协议中启动加密和鉴权机制,SS定期检测用户身份合法性,保证SS对网关及用户的控制权,防止非法用户对业务的盗用或干扰。通过域名解析机制、BAC设备的信令及媒体的全代理功能,对基于公共互联网接入的用户屏蔽软交换、中继媒体网关、综合接入媒体网关、媒体服务器等设备的地址,保护重要的软交换网络设备。
同时在运营的具体实践中,维护人员应加强责任意识和网络安全意识,避免人为因素对核心网设备的非法操作。
3.接入网组网
从接入网无线设备层面看,移动通信的迅速发展导致可用的无线频谱资源不断上移,无线信号的衰减愈发严重,小区半径不断缩小。传统的蜂窝通信体制也受到了限制。这主要表现在:一方面,小区半径的不断缩小意味着基站密度增大,网络建设的成本增高。同时,频繁地越区切换造成空中资源浪费,频谱效率也因此降低;另一方面,在密集城镇物业协调的难度大大增加,工程实践的困难越来越大。因此,研究新一代移动通信系统,突破传统蜂窝体制的限制,以获取更高的频谱效率和更大的系统容量是很有必要的。
随着小区半径的不断缩小,目前一种直观的想法是简化基站的结构和功能,使之成为无线信号的收发装置和进行信号预处理的“无线信号处理单元”。现有研究表明,分布式天线(DistributedAntennas)是移动无线通信中可以采用的天线子系统形式之一。在采用分布式天线的移动通信系统中,每个小区范围内有多个相距远大于载波波长,仅具有功放、LNA和变频、信号预处理等简化功能的无线信号处理单元。这些无线信号处理单元只需完成信号的收、发功能和进行简单的信号预处理,并通过光纤、同轴电缆或微波无线信道与核心处理单元(如基站)连接,在核心处理单元完成信号处理功能。这就为新一代接入网的组网布局形成了新的思路,即为“过于分散的接入网系统向逐步适当集中设置过渡”创造了可能。
根据目前二代移动通信接入系统在大话务量、小话务量,厂矿、景区、乡镇、村组、大型场馆、高速公路、铁路、海域、荒漠、草原、办公楼、医院、商场、酒店宾馆等一系列环境条件下的布局实践,充分结合新一代移动通信频谱的特点,笔者建议作如下布局:以“过于分散布局为适当的汇聚集中”为主,以利于规划、建设、维护、优化调整。
①密集城区。房屋密集,人流车流较大,话务量及业务需求层次高。目前密集区内基站数量平均为5个宏基站/km2,基站间距300~400m,每站配置均较大,物业要求高,施工难度大,优化调整频次高。故该类区域应以“一点多址”技术为主,适当集中基站设备,减小施工及调整维护的难度,以增强信号覆盖强度及容量配置为主。
②乡镇及村。地域覆盖范围宽,房屋分散,人员流动较小,业务需求层次相对较低,对信号覆盖的要求相对较低,物业及施工难度较小。故此类区域应以乡镇及人口相对集中的村为中心建立“设备汇聚点”,运营商用“一点多址”的技术手段达到信号覆盖及容量配置的要求,相对集中的机制,有利于设备容量的有效发挥,并极大地降低切换等带来的资源利用浪费。
③厂矿及景区类的小范围区域。这类区域往往具有季节性及时间性,业务量可能出现较大幅度地波动变化,从设备资源的利用角度出发,运营商可采取与其较近的乡镇及村共用设备资源,仅考虑信号强度的覆盖为主。
④慢速交通沿线区域。慢速交通沿线主要包含高等级公路、一般公路、铁路、航道、隧道等线性(时速在200km/h)的区域,这些区域上的用户主要处于移动状态,具有低话务、带状连续覆盖、用户较高速移动等不同于普通覆盖的特点,一般交通沿线的小区覆盖范围要尽可能大,所用的站点在满足覆盖要求的情况下要尽量少,这样既能降低综合投资,也便于以后的运营维护。故此类区域可充分结合乡镇及村的覆盖,就近选择信源汇聚点,以信号强度的覆盖为主,多采用高功率的设备,窄波束的天线覆盖。
⑤快速交通沿线区域。快速交通沿线主要指高速铁路(时速在200km/h),此类区域业务需求层次高,不仅包括语音业务、视频业务,还有高速数据业务。虽然也是线性带状分布,但速度极快,信号衰减的幅度大,切换在同等时间下比慢速交通沿线频繁。故在考虑业务容量及信号强度的基础上,以控制切换,减少网络不必要的业务开销为主。在采用“一点多址”技术布局时,笔者建议有效覆盖距离及信号强度(-60dbm以上)不超过30km为界,即时速200km/h业务时间9分钟,时速350km/h业务时间5分钟内,确保信号时延的同步。
同时尽可能多用高功率的设备,窄波束的双向天线覆盖,减少建设投资及降低维护难度。
⑥海域、草原、荒漠区域。此类区域人烟稀少,面积较广,业务量极小,对信号的覆盖要求强烈。此类区域建议运营商用高功率的设备,宽波束高增益定向或全向高增益天线覆盖以加强信号强度的覆盖为主。
⑦大型医院、大型场馆等区域。业务量、人流量均加大,且大型场馆区域还具有时间性和突发性,此类区域以容量的考虑为主,覆盖范围相对密集城区类应进一步缩小,运营商可针对此类区域建立永久性汇聚点并充分发挥容量调度功能的作用,确保设备的有效使用。
从接入网传输层面看,目前的业务需求多以E1类业务为主,组网架构也相对较为简单。而新一代移动通信系统由于业务量大,业务层次多将以光传输为主,其传输组网模式也将发生较大的变化,故笔者建议在光网络的组网上应根据各地情况由简单的平面网状架构向复合网架构演进,并加大对光传输设备利用的开发力度。
从接入网其他配套层面看,目前国家已加强了对节能减排工作的重视,减少接入网各设备能耗的工作十分重要。接入网基站设备适度的汇聚,由于其它配套投入相对减少,相应地减少了能源的浪费,也减少了各运营商的运营成本,增强了运营竞争力。
系统容灾性的考虑
移动通信的便捷和经济条件的不断改善使得用户数量逐年攀升,用户对通信联络的使用也相对频繁。如根据常规思想设计网络通信的能力,一旦发生突发性公众事件和大型集会等重大活动,会导致局部区域乃至全网发生通信阻塞事故。根据对近些年来的部分区域的重大集会活动及此次“5·12”地震所引发的通信事件的总结。我们应加强如下两方面的容量考虑。
在充分保障核心网自身处理能力的容量规划上,适当加大考虑核心网与接入网间通信能力的保障。
在充分保障信号覆盖的同时,加大对市政广场、会展中心、体育场馆、大型医院、学校周边以及商业密集区的容量考虑。从应急保障的角度出发,同时应加强对上述区域电源配套等的容量预算。
总之,随着新旧两代移动通信系统的不断升级商用,各种新的问题新的困难也会随之而来,需要我们在实践工作的过程中不断探索、创新、改进、总结和完善。