基于EoC接入的TD-SCDMA Femto回程网络QoS研究
计划发展部研究发展中心顾蔚张小辰
摘要：本文介绍了基于EoC接入的两种Femto回程网络拓扑（即非合作模式及合作模式）及其各自特点，对这两种拓扑结构下的Femto业务（主要指TD业务，即语音业务及HSDPA下载业务）及回程网络质量（包括单向时延、时延抖动、丢包率及VoIP）进行了测试。Femto业务测试主要采用路测软件及拨测手机完成长时间业务拨测；回程网络质量测试主要采用chariot软件，选取合适的模拟Femto业务的客户端和服务器端，在晚忙时期间进行灌包测试及VoIP模拟测试。针对上述两项测试结果，本文结合网络拓扑结构进行了分析。在对现有EoC接入网的QoS机制进行研究的基础上，提出了基于EoC接入的Femto回程网络端到端QoS保障方案，解决了跨网情况下部署TD-SCDMA FEMTO时的回程网络质量难以保障的难题。
关键词：EoC Femtocell回程网络QoS合作模式
1、引言
Femto，全称Femtocell，是一种迷你的室分系统。Femto系统由Femto基站、Femto网关、AAA服务器和Femto网管组成。Femto基站是一种具有毫瓦级发射功率的超小型基站，一般放置于家庭和中小企业室内。TD-SCDMA Femto依托固定宽带作为回程，可同时解决TD与WiFi信号室内覆盖问题。3G信号部署在较高的频段，与2G信号相比，电波绕射能力差，难以靠宏基站做到建筑物内部的深度覆盖。Femto系统是一套解决室内弱覆盖的低成本解决方案。Femto系统的网络拓扑如图1所示：
图1Femto系统网络拓扑
从图1可以看出，Femto主要通过公共IP网络进行回程，可以通过移动自建的宽带接入，也可以通过其他运营商的宽带接入。目前主要的接入场景有xDSL、PON、EoC等。IP网络“尽力而为”的特性使得Femto
基站的回程网络不具备传统宏基站采用的MSTP回传方式的刚性管道资源预留特性，用户在Femto下的业务被统一当做普通网络数据在公共IP网络中传输，业务质量难以得到保证。对于移动自建的宽带接入，可以采用统一规划的QoS策略1实现端到端的业务质量保证。而在使用其他运营商的宽带接入进行回程的情况下，移动对于他网接入不具备可控性，因此难以做到端到端的服务质量保证。同时，又由于移动自建的接入网资源有限，因此可以采用与其他宽带运营商合作推广Femto。本文主要侧重于与广电合作利用其EoC接入网络作为回传场景下的端到端QoS研究。
EoC（Ethernet over Coax）技术是一种把IP数据与有线电视信号有机地结合在一起，通过同轴电缆传送到用户家中的一种接入网技术。该技术是目前广电实现有线电视网络双向数字化改造的主要技术。EoC 网络由EoC局端及EoC终端构成。EoC局端是位于网络侧的节点设备，而EoC终端是位于用户侧的设备，一个EoC局端设备可以下挂多个EoC终端，实现多用户带宽共享的接入方式。
目前在Femto回程网络QoS方面的研究主要集中在同运营商网内端到端的QoS保障机制，缺乏跨运营商的合作模式下的Femto回程网络端到端保障体制。
2、网络拓扑研究及测试
2.1网络拓扑
在采用EoC作为回程接入方式的场景下，根据业务模式，Femto的回程网络拓扑分为两种。
非合作模式下，基于EoC的Femto回程网络拓扑结构如图1所示。Femto基站设备通过FE接口连接至EoC终端的上网口，用户终端接入Femto设备后发起的业务被EoC终端等同于普通Internet流量通过EoC 终端传输至EoC局端，经过广电的NGB网络进入互联网信息交换中心，最后进入移动城域网。在该网络拓扑结构中，广电的NGB网络与移动城域网通过互联网信息交换中心对接。用户的接入认证由广电网内的认证系统完成。
图1非合作模式下，基于EoC的Femto回程网络拓扑
合作模式下，基于EoC的Femto回程网络拓扑结构如图2所示。广电NGB城域网的一台边缘设备与移动城域网的一台边缘设备建立本地互联互通，广电网内的BRAS设备与移动网内的BRAS设备间建立L2TP 隧道。所有合作模式下的用户业务流量通过广电城域网与移动城域网的本地出口传输，用户的接入认证由移动城域网内的认证系统完成。
图2合作模式下，基于EoC的Femto回程网络拓扑
从网络的角度来看，上述两种模式的差异就在于非合作模式的网络结构中增加了一个第三方转接点，该转接点是否会成为Femto业务回程链路上的瓶颈将通过下文的测试情况来进行说明。
2.2测试情况
针对上述两种场景，分别进行了Femto业务的长时间拨测及chariot软件网络质量测试。
测试一：业务拨测
测试时间：晚上19点至次日早上8点
测试终端：大唐8142测试手机
拨测平台：Span Autum
测试内容：轮流拨打CS业务及PS业务；CS业务主要为无线语音通话，PS业务主要为HSDPA下载。
测试结果主要针对CS业务的成功率及PS业务HSDPA的下载速率进行统计。两种场景下的业务拨测统计结果如表1所示。结果显示，HSDPA的下载速率在两种场景下基本相同，但合作模式下的无线语音业务成功率远远高于非合作模式。
表1长时间业务拨测结果
测试二：chariot软件网络质量测试
测试时间：晚上20点至21点
测试终端：安装chariot客户端及服务器的PC各一台
测试内容：chariot服务器端的IP地址与Femto网关IP地址位于同一网段（均位于Femto核心机房），chariot客户端位于用户接入侧。在chariot服务器端分别发起吞吐量的脚本测试及VoIP的脚本测试，其中吞吐量的脚本测试设置发送数据包的大小为512字节（TD业务数据经过Femto基站封装后的IP报文大小约为500～700字节）。
测试结果主要针对时延、抖动、丢包率这三个网络质量指标以及语音质量指标衡量MOS值（Mean Opinion Score，平均意见值，是衡量通信系统语音质量的重要指标）。由于TD业务占用带宽较小，且吞吐量受实际接入宽带速率的影响，因此吞吐量不作为本次测试的关注网络指标。两种场景下的网络质量测试结果如表2所示。结果显示，非合作模式下晚间忙时的时延及丢包率远高于合作模式，且MOS值远低于合作模式。根据表3所示的网络QoS要求（结合ITU-TG.114、ITU-TY.1541、3GPPTS22.105V4.3.0及中国移动相关规范整理得出）可以看出，非合作模式下的网络丢包率指标显然不符合IP网络承载语音业务的要求。
表2晚间忙时chariot软件网络质量测试结果
表3网络QoS要求
综合上述两个测试结果，可以得出以下结论：非合作模式下网络丢包率高容易造成语音业务建立过程中信令的丢失，从而降低语音呼叫的成功率。对照两种模式的网络拓扑，第三方流量转接点会造成网络端到端丢包率及单向时延大幅度增加，从而影响到Femto语音业务质量。
2.3广电EoC接入网络QoS机制
广电的接入网主要由EoC+PON组成。EoC网络完成从局端到用户侧最后一百米的传输，PON网络完成从EoC局端设备到城域网的传输。在广电的接入网中，从EoC到PON都采用VLAN来标记用户及业务。EoC 网络采用EoC终端设备物理端口绑定VLAN（即EoC终端设备上的LAN口均为接入模式）的标记规则，有线电视数据流、上网数据流及语音数据流（目前保留未使用）分别采用不同区间的VLAN号段，且该VLAN号是在EoC终端设备第一次上电时由网络侧下发的。同一个物理区域内不同用户上网数据流的VLAN号也各不相同，不同物理区域可复用同一区间的VLAN号段。整个接入网部分对不同用户不同业务流量的QoS控
制就是基于该VLAN来实现的。
Femto基站设备是通过其自身的WAN口与EoC终端设备上的上网口相连接的。因此所有Femto基站设备下发起的CS域及PS域业务经过Femto基站从EoC终端设备回传出去时都会被EoC终端的上网口绑定一个VLAN标记，该VLAN标记与用户上网业务的VLAN标记相同。所以，在这种机制下，接入网中传输的TD 业务流量难以与普通上网流量区分开来，从而也难以做到区分业务的QoS控制。从2.2的测试结果中可以看出，尽管采用了本地互联互通出口进行流量疏导，但还是难以保证Femto下TD业务的成功率达到宏网络的标准。
3、合作模式的QoS保障方案
针对上述问题，在接入网已有的QoS机制下就合作模式下的Femto QoS保障方案进行阐述。该方案的关键内容包括VLAN规划以及VLAN下发，接入网络部分的控制策略仍旧采用原有模式，总体网络拓扑保持不变。以下将对VLAN规划及下发作详细说明。
3.1VLAN规划
由于广电与移动在各自网内都有一套自成体系的VLAN规划，因此必须结合广电的VLAN规划，对Femto 业务重新定义VLAN。
Femto下的业务可以分为两类，一类是依赖TD网络的TD业务，一类是依赖Wifi网络的普通Internet 业务。由于TD业务针对不同用户不具备需要区别对待的属性，因此可以考虑根据已有的VLAN规划，从中选择一个目前暂未使用的特定VLAN专门用于Femto的TD业务（可以从为语音业务预留的VLAN中选择）并为标记该VLAN的业务提供接入网侧的优先服务。而对于Femto下的普通Internet业务，则依照原有规则为其分配VLAN。
3.2VLAN下发
对于Femto下的TD业务和Internet业务的VLAN分配方式，可以采用动态下发的形式。
EoC设备接入网络后，默认的VLAN分配方式是动态下发，目前采用的是动态下发一个VLAN号绑定EoC 的物理上网口。该上网口采用的是二层接入模式（Access Mode）。当Femto设备通过该上网口接入网络后，需要将EoC设备的上网口设置为二层隧道模式（Trunk Mode），因为此时从该接口经过的流量已经不是简单的Internet流量，还包括TD业务流量，且两类流量的服务等级是不同的。除此以外，Femto设备上连接EoC终端上网口的WAN口也需要设置为二层隧道模式（Trunk Mode）。
在VLAN动态下发的模式下，网络侧需要给EoC终端下发两个VLAN，一个用户标记Femto TD业务，一个用户标记普通Internet业务。Femto设备与EoC终端设备间需要定义通信接口，确保EoC能把接收到的两个VLAN传递给Femto，Femto能够在内部根据不同业务类别标记不同VLAN。
4、结束语
本文提出的合作模式下基于EoC接入的Femto回程网络QoS保障方案从网络侧实现了跨运营商的端到端QoS控制。在由移动实现用户接入认证鉴权的条件下，不仅解决了第三方转接带来的互联互通出口拥塞问题，而且实现了从用户接入到移动核心网的端到端服务质量保障，从而大大提升EoC接入场景下Femto 的业务质量。
参考文献
[1] 张小辰，孙达. Femto回程网络QoS保障策略研究. 电信科学，2010，12
[作者简介]
顾蔚，2010年硕士毕业于上海大学通信与信息系统专业，参与网络深度包检测的研究，现就职于中国移动上海公司计划部研发中心，主要研究方向为IP、传输领域；上海市普陀区澳门路519弄华生大厦2号楼5楼，200060，138*********3350，guwei3 @https://www.doczj.com/doc/bb4143581.html,。
张小辰，2009年硕士毕业于复旦大学计算机科学与工程系，参与P2P流媒体、自组织网络编码的研究，现就职于中国移动上海公司计划部研发中心，主要研究方向为下一代IP承载网领域；上海市普陀区澳门路519弄华生大厦2号楼5楼，200060，138*********3074，zhangxiaochen@https://www.doczj.com/doc/bb4143581.html,。