傳統分時多工的中繼網路已無法滿足現階段行動網路的各項要求，如擴充性與成本續降等，而IP/MPLS中繼網路架構除可解決上述限制外，還具備布建靈活性，並可讓電信營運商快速將現有的2G或3G網路轉移至4G，同時也保有未來資訊傳輸量暴增時的應付空間。
為因應行動資料流量的爆炸性成長，網路業者已開始部署新的行動中繼網路基礎設施(Mobile Backhaul Infrastructure)。任何新的方法都必須能彌補既有和新一代網路及服務之間的差距。傳統行動中繼網的分時多工(Time Division Multiplexing, TDM)技術有其限制，因此難以滿足行動網路不斷變化的需求。相較之下，多重協定標籤交換技術(Multiprotocol Label Switching, MPLS)可提供靈活、可擴充並具經濟效益的中繼網路，是一項能夠迎接各種挑戰的選擇。
全世界的行動業者都已面臨到自家網路上流量激增的狀況。隨著通話量持續增加，資料傳輸量也大幅爆增，因為消費者需要的是，例如上網、相片分享和音樂下載等大量頻寬的行動服務。雖然，近期內已有許多業者開始長程演進計畫(LTE)、行動全球微波存取互通介面(WiMAX)等4G技術的採用，但絕大部分的消費者仍處於從2G移轉到3G的過程。目前，3G手機市場的年複合成長率(CAGR)超過27%，預計在2010年，包括高速下鏈封包存取(HSDPA)手機在內，將超過四億七千五百萬支。根據ABI於2009年第二季LTE報告指出，LTE手機的全球市場預期會從2010年的五萬支成長至2014年的八千二百萬支，而類似的成長動力也預期會出現在其他LTE消費市場，如迷你筆電。
資料流量增加不等同營收增加
為何LTE會有如此大的吸引力？因為LTE能以更低的每位元價位、更佳的頻譜效率(Spectral Efficiency)及更低的延遲度(Latency)，提供更高的資料傳輸速率。在LTE環境中100Mbit/s的傳輸流量，即20MHz頻譜分配時的尖峰資料傳輸速率，最佳預期的延遲度應低於0毫秒(ms)。這樣才能提供使用者最佳的用戶體驗、一般固網的連線品質和「行動化」的優點。LTE還可讓營運商針對即時線上遊戲、高畫質(HD)影片串流、影片部落格、點對點(Peer to Peer, P2P)檔案交換等新興服務，發展出創新的經營模式。
消費者對智慧型手機與通用序列匯流排(USB)數據機採用率持續快速增加，是驅動行動寬頻普及化的主要因素。流量的增加通常意味著收益也會跟著增加，但事實上每一兆位元的資料服務平均收益卻遠低於傳統型語音訊息與文字訊息，就消費者的立場而言，當然希望業者可提供負擔得起的行動寬頻服務價格。但由於提供行動服務的成本比較高，所以相較於固網寬頻定價，今日的行動資料收費仍然偏高。
這種現象讓行動業者的資產負債情形和其網路頻寬擴建計畫變得不太平衡。為支撐流量的成長，行動業者必須持續不斷的擴建自家的網路，而且擴建速度甚至比以往還要更快。
布建中繼網路成本為最大考量
行動中繼網路是行動網路的關鍵部分，即連結無線存取網路(Radio Access Network, RAN)與行動核心網路。在端對端的行動基礎設施中，以過去移轉至新一代網路時的延展性、效能、成本和輕鬆度的綜觀性比較，亦即從2G移轉至3G，或從3G移轉至4G時，行動網路任一區域所感受到的壓力都不如行動中繼網路大。
由於行動業者快速採用高速封包存取(High Speed Packet Access, HSPA)、演進資料最佳化(Evolution Data Optimized, EVDO)等3G技術，加上考慮採用的4G技術等原因，都使基地台的複雜度越來越高。業者了解到，即使移轉至新一代的服務與結構，不管是全新的4G技術，如IP與乙太網路，或者新興的3G非同步傳輸模式(ATM)服務，都必須與既有的2G分時多工共存一段時間。為充分運用在基礎設施上的投資，行動業者與傳輸供應業者總是不願意立刻替換既有技術。另外，語音和文字服務仍是目前的主要收益來源，新的技術還有費用與斷訊等問題，所以不容易馬上說服用戶改用新技術的手持裝置。
在設計新一代中繼基礎設施時，成本是最主要考量。根據Infonetics Research市調機構的報告，現今行動通訊業者的營運預算有30%用於中繼網路。隨著高頻寬資料服務的流量持續成長，這類成本將會更大幅激增，所以業者必須找到方法降低行動中繼網路的成本。
目前絕大多數的美國行動業者在其行動中繼網路中使用T1/E1專線；而在西歐及絕大部分的亞太地區，則是廣泛採用微波(分時多工)型中繼網路。雖然分時多工最有名的就是高可靠度，但是這種固有的方法既昂貴又無法輕鬆延展，因為在超過既有容量時，電信業者必須另加一條完整的T1/E1專線。
顯而易見，行動業者需要一個能符合經濟效益的新方式，延展行動中繼網路(圖1)。這種新方式，除了要擁有高延展性和高可靠度外，還要能彌補既有和新一代網路及服務間的差距，並能夠彈性的支援新舊網路與服務。
 |
| 圖1 新型行動中繼網基礎設施與架構 |
透過IP/MPLS建構中繼網網路
寬頻論壇(Broadband Forum)是一個著重端對端IP網路最佳化的全球標準組織，近期正透過其MPLS交換行動中繼網計畫(MMBI)解決後端接取的難題。該計畫提出可運用IP/多重協定標籤交換技術的架構，在存取、匯聚及核心網路上傳輸RAN中繼網流量。該計畫說明數個可能的布建方案，以及提供關於要如何布建MPLS，以設計出彈性、經濟且可延展的後端接取網路的建議。
寬頻論壇已公布MMBI架構與需求技術規格，而目前寬頻論壇的成員也共同合作，針對2G、3G與LTE網路等項目定義出標準取向的互通式架構規範。在中繼網領域中，行動網路業者逐漸察覺到IP/MPLS這個最佳策略解決方案的重要性。IP/MPLS不但具備行動業者所需的低成本、高延展性、高彈性，還可充分利用既有投資，並針對新興的資料流量擴建容量。IP/MPLS支援功能，包括利用偽線仿真(Pseudowire)技術使分時多工(2G)、ATM(3G)與乙太網路(4G)傳輸三者共存；似ATM的穩固服務品質(QoS)及流量工程技術；運用維運、管理、維護(Operations, Administration, and Maintenance, OAM)的快速重新路由(Fast Reroute)及故障疑難排解工具，在偵測到故障後快速復原服；最後，IP/MPLS保障從3G移轉至全IP導向的4G/LTE投資。
許多行動通訊業者已在其核心網路採用IP/MPLS，這是項經過驗證，可輕鬆延伸至基地台的常見技術。在中繼網中改用IP技術已蔚為風潮，而且還能追蹤資料型態服務的加速成長狀況，就邏輯上而言，移至IP/MPLS只是原本已運用在行動核心網路裡的技術延伸。
許多設備廠商的產品都具備MPLS功能，可是卻缺少互通的架構、結構和布建方案，結果往往在布建MPLS服務時，必須額外支出原本可避免的費用。為解決這個問題，寬頻論壇提供廠商產品認證流程，讓服務供應商能夠針對自己的需要，選擇標準取向且易於布建(Deployment-ready)的產品，快速地部署中繼網解決方案。
寬頻論壇界定兩種架構規範，一種適用於2G/3G，另一種則適用於4G/LTE，類似於第三代合作夥伴計畫(3GPP)的工作。在2G/3G RAN中，基地收發台(BTS)或稱基地台，利用行動台處理無線電介面，而基地台控制器(BSC)則管理一至多個基地台，藉此提供控管功能，例如無線電頻道設置與傳遞功能。輻射狀架構拓撲(Hub-and-spoke Topology)能讓基地台與控制器之間相互通訊。2G/3G RAN中的拓撲又稱為集中式拓撲，在這樣的結構中，使用偽線仿真技術在IP/MPLS型封包後端中繼網上，進行BTS與BSC間的T1/E1連線(2G為分時多工，3G為ATM)。
在LTE RAN中，基地台本身即包括控制器功能，並且透過任一點對任一點的(Any-to-any)拓撲，直接與另一個基地台進行通訊。LTE基地台透過星型拓撲與存取閘道器(AGW)進行通訊。
LTE具備與既有2G/3G網路和服務之間的共存、互通能力，以及固有的漫遊與傳遞特性，因此從一開始就可以提供完整的行動支援。在LTE網路中，IP是唯一支援不同行動節點間連線的協定，如3GPP所定義，要讓LTE中繼網路達到任一點對任一點的拓撲結構，寬頻論壇建議運用第二層虛擬私有網路(L2VPN)與第三層3VPN型解決方案，如虛擬私有LAN服務(VPLS)與邊界閘道協定(BGP)/MPLS型VPN。
綜合型IP/MPLS中繼網可節省成本
在綜合型模組中，電信業者可擴建網路容量以因應不斷增加的資料流量，毋須再建一條語音網路，即將語音留在既有的分時多工網路上。行動業者可運用符合經濟效益的替代方法，如利用都會型乙太網網路或既有資產支援資料流量，西歐即使用數位用戶迴路(DSL)基礎設施對來自基地台的資料流量進行分流。業者在建置綜合型模組後，就能更熟悉IP/MPLS技術，並在日後將語音流量整合至封包型基礎設施。
時間同步減少通話干擾
若要讓基地台之間維持良好的語音品質、減少彼此的干擾並管理通話傳遞，時間同步(Timing Synchronization)是主要關鍵。有多種方法可達到時間同步，如同步乙太網路、調適型時脈恢復(Adaptive Clock Recovery)、IEEE 1588 v2等。網路架構管理者在考慮要使用以上哪一種方法的同時，還須確保在轉移至封包型中繼網路時，設備廠商須提供需要的支援。為在這個領域提供協助，寬頻論壇會評估時脈分配至基地台時的各種需求，例如頻率同步、狀態同步、時間同步等。寬頻論壇關注行動傳輸網路上不同的時脈分配方案，並根據拓撲結構(單點對單點或單點對多點)，針對服務品質、延展性、有效分配的情況提供建議。
IP/MPLS可達SONET/SDH可靠度
同步光纖網路(SONET)與同步數位階層(SDH)提供高可靠度與故障後快速復原，電信業者期望新的封包型中繼網能達到相同程度的延展性，IP/MPLS已經證明本身就和許多電信業者所布建的SONET/SDH一樣可靠。功能復原程序(Functional Recovery Routine, FRR)加上精細工程設計的主要與次要標籤交換路徑(LSP)，能讓IP/MPLS網路在數10毫秒後復原，等級與SONET網路不相上下。
因IP/MPLS網路的複雜度很難管理，加上故障檢修時的難度，常常須增加維護費，所以，除非電信業者對自己的OAM工具很有信心，否則都不太願意改用新的傳輸技術。然而，今日IP/MPLS的管理能力已有很大的進步。多年來，服務供應商在世界各地的成功經驗，使得IP/MPLS具備一組穩定的標準取向OAM工具，大幅減少故障檢修時間，例如MPLS標籤交換路徑、偵測、追蹤路由、虛擬線路連線驗證(VCCV)等，其中，VCCV即測試偽線仿真狀態與雙向轉發檢測(BFD)的Hello連線協定。
在行動中繼網採用傳統式分時多工的方法有其局限，難以因應不斷進化的行動網路需求。這幾年來，IP/MPLS已經在固網服務供應商及行動核心網路中證明其可靠性。業者把中繼網基礎設施轉型為標準取向的IP/MPLS解決方案後，就能很快的從2G移轉到LTE，降低維運費用、並有效延展，最重要的是為日後資料爆增做好準備，可以更快速提供具有競爭力的行動服務。
(本文作者為瞻博網路香港/台灣區技術總監)