關于未來5G傳送網的探索

王挺+辛向軍

【摘要】伴隨著高速移動互聯網和物聯網等業務的飛速發展，5G技術已成為業界的關注焦點，作為移動通信系統的回傳網絡，傳送網所面對的挑戰及部署方案的研究也被大家所關注。對于如何滿足未來5G的需求，本文從5G系統的對傳送網的關鍵指標要求，引申出對傳輸的需求及挑戰，并對下一步傳送網的部署策略及思路進行探討。

【關鍵詞】5G；傳送網；SDN；時延

【Abstract】With the rapid development of high-speed mobile Internet and Internet of Things， 5G technology has become the focus of the industry， as a mobile communication system backhaul network， transmission network challenges and deployment of the program is also concerned about everyone's attention. For how to meet the needs of the future 5G， this paper from the 5G system on the key requirements of the transmission network， extended the demand for transmission and challenges， and the next step to deploy the network deployment strategy and ideas to explore.

【Key words】5th-Generation；Transport Network；Software Defined Network；delay

1. 前言

（1）從2G、3G 到4G 的應用，移動通信已經深刻地改變了人們的生活，但人們對更高性能移動通信技術的追求從未停止，為了應對未來爆炸性的數據流量增長、海量的設備連接和不斷涌現的各類新業務，第五代移動通信（5G）系統將應運而生。5G 將從“以技術為中心”向“以用戶體驗為中心”轉變，應用場景將橫跨移動互聯網和物聯網，達成人與萬物智能互聯的目標，實現“信息隨心至，萬物觸手及”的愿景。

（2）隨著4G 進入規模商用階段，面向2020 年及未來的第五代移動通信（5G）已成為業界關注熱點， 5G 并不是一個單一的無線接入技術，也不是幾個全新的無線接入技術，而是多種新型無線接入技術和現有無線接入技術（4G 后向演進技術）集成后的解決方案總稱。從某種程度上講，5G 是一個真正意義上的融合網絡。相對于2G、3G 以及4G 技術來講，5G 的概念是一個綜合的整體性范圍，它主要是“現有無線技術演進和開發補充性的新技術”，目標為構建長期網絡社會。從目前看，3G、4G、WiFi 等無線接入技術都是5G 的重要技術組成部分。

2. 5G對傳送網的需求

2.1 IMT-2020（5G）推進組發布的《5G概念白皮書》，可看出5G網絡將同時面向移動互聯網和物聯網。5G 技術場景涉及人們居住、工作、休閑娛樂、交通等各個領域，特別是密集住宅區的Gbps 的用戶體驗速率、商務辦公區數十Tbps/ Km2 的流量密度、體育館場百萬/ Km2 的設備連接數、快速路及500Km/h的高速鐵路等惡劣傳播條件下和廣域覆蓋場景下100Mbps的用戶體驗速率。

2.2 I承載網作為移動通信網絡的基礎和主干，需要與無線接入網相匹配或先于無線接入網的發展，才能有效支撐無線網絡的建設和發展。從1G 到4G，移動通信系統的承載網伴隨著移動制式的不斷改造而升級，從最初的SDH剛性管道，逐步過渡到全IP 承載，并向SDN 方向的彈性網絡不斷演進，通過分析5G主要應用場景，可以提煉出5G 無線網絡對承載網的新需求：

（1） 大帶寬、大容量需求。要滿足用戶的移動性和業務的連續性要求，則必須要求網絡能具有連續的廣域覆蓋的能力，這也是移動通信網最基本的覆蓋場景，在這種基本的場景下，5G需要隨時隨地為任意用戶提供100Mbps 以上的用戶體驗速率；熱點高容量場景面向局部熱點區域，需要滿足用戶極高的數據傳輸速率和區域范圍內極高的數據流量需求，包括1Gbps 用戶體驗速率、數十Gbps峰值速率和數十Tbps/Km2 流量密度。顯而易見，與4G網絡相比，5G系統的承載網必須具有大帶寬、大容量的能力。

（2） 低時延、高可靠性需求。遠程醫療、車聯網、工業控制等垂直行業對時延、可靠性要求苛刻，需要實現毫秒級端到端時延和幾乎100%的可靠性。這要求承載網既能提供極低的傳送時延、極低的處理時延、嚴格的頻率同步和時間同步能力，又能提供極強的故障恢復能力。

（3） SDN/NFV 需求。5G 系統以SDN（軟件定義網絡）和NFV（網絡功能虛擬化）作為基礎技術，控制面和轉發面分離，使整個網絡更加靈活、智能、高效和開放。作為5G 系統轉發面的一部分，承載網也必須具備SDN 功能，從而構建面向業務的網絡能力開放接口，針對具體場景需求進行功能剪裁及資源分片，并在其上進行各自的業務應用、業務控制，實現面向業務場景的按需適配的網絡架構，實現網絡能力的開放，滿足業務的差異化需求，提升業務的部署效率，提供全新的運營模式和盈利空間。

（4） “大”承載網設備的需求。5G時代，為了承接高密度的數據流量，承載網設備數量大，MESH 拓撲結構場景多，帶寬、接口消耗大，要求承載設備具備大容量、大帶寬、接口數量多的特點。

（5） 低TCO（Total Cost of Ownership，從產品采購到后期使用、維護的總的總成本）需求。5G網絡要實現廣域覆蓋、高密度、大容量、大帶寬等目標，勢必對承載網元有海量需求，承載網規模將非常龐大，這就要求承載網元低成本、低功耗、易維護，最大限度降低TCO。endprint

3. 針對5G需求的傳送網解決思路

3.1 I傳送網的前移。

對于前傳網（RRU-BBU）的需求，從當前的4G網絡到5G網絡，單扇區CPRI（通用公共無線電接口）接口帶寬約提升160倍（頻譜帶寬提升10 倍，天線數提升16倍）至1.6T，而5G 的時延將下降到1ms以下，即使通過壓縮即使也很難用一個CPRI 接口滿足5G 網絡的數據傳輸需求，以CPRI接口方式建設前傳網幾乎不可能。這種情況下，承載方案將面臨很大的挑戰，必須考慮將傳送網前移，優化CPRI接口，以彌補前傳網能力的不足。

3.2 I傳送網網絡結構扁平化。

為了滿足5G 系統的時延指標要求，需進一步將現有的網絡結構扁平化，業務層進一步下沉，業務層到無線基站接入端的縱向時延及基站到基站的橫向時延大大降低，對承載網的時延要求比4G時代更嚴格，承載網必須向扁平化發展。

傳統承載網分為接入層、匯聚層、骨干匯聚層、核心層、業務落地多層結構，在5G時代承載網會在保持接入、匯聚、核心三層主體結構不變的情況下進行一定程度的簡化，匯聚層將不經過骨干匯聚節點進行二級匯聚，經過一級匯聚后直接口字型雙上聯到核心層，替代目前的環形組網，甚至在設備能力許可的情況下，業務落地層也會被簡化。從而通過簡化網絡結構，縮短時延。

3.3 I優化設備的路由算法。

5G承載網接入容量大，網絡拓撲呈現mesh狀，時延的在線測量和基于時延的路由計算將是5G 承載的基本需求。在SDN上實現時延驅動路由算法的廠家，時延驅動路由通過在線測量每對光纖跨端的延時值，可以計算出最小時延的端到端路由，并可以通過隧道OAM在線測量出路由的時延，如果時延值不滿足X2 的延時要求，會提示運營商告警，調整光纜的路由滿足組網要求。

3.4 ISDN/NFV的全面引入。

5G時代，運營商需要一個統一運營、統一部署和統一操作的網絡架構，RAN 控制域、承載網控制域、核心網控制域三域協同，實現從“云、管、端”的全業務控制與運營。通過SDN/NFV技術的部署，優化數據傳輸路徑，控制業務數據靠近轉發云和接入云邊緣，有效降低網絡傳輸時延；通過構建面向業務的網絡能力開放接口，滿足業務的差異化需求并提升業務的部署效率；通過網絡編排與管理系統針對具體場景需求對網絡分片，實現一種面向業務場景按需適配的網絡架構；引入SDN技術，構建面向業務的網絡能力開放平臺。

3.5 I三層功能的下移。

5G網絡，由于網絡結構的扁平化和控制面與承載面的分離，導致基站之間的橫向流量呈指數級的超過4G網絡的流量，而各種實時業務的應用，對時延的要求很高，甚至在1ms內，遠遠低于3GPP 定義的LTE 基站間的10ms 時延。LTE時代，三層一般高置，主要部署在匯聚骨干節點或核心層之上。5G時代，一方面：三層下掛的基站將更多，路由條目數量將更大，三層設備流量調度任務重，如果還將三層高置，三層設備將不堪重負，一旦三層節點故障，影響范圍很大；另一方面：三層高置導致橫向的流量時延大，將不能滿足5G 時代基站間橫向流量的時延需求。為了網絡的安全性、穩健性及減少橫向跳數降低時延，必須將三層下移。

4. 結束語

5G 的發展將更多面向數據、視頻、物聯網等各類應用，成為未來數字世界的驅動平臺，其無線技術的發展和組網將對傳輸產生超高帶寬、低時延、網絡切片、東西向流量的需求。所以，未來面向LTE-A Pro 及5G的城域傳輸PTN 會逐步將三層下移，以高速PTN 或OTN+PTN 的形態承載業務，網絡組網上也會逐步采用直達或口字型來減少跳數，網絡架構向大容量、扁平化和靈活組網的方向發展。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2017）07-20-666

[作者簡介] 王挺（1983-），男，職稱：工程師，學歷：本科，工作單位：天元瑞信通信技術股份有限公司，主要從事光通信網絡規劃咨詢及設計工作。

辛向軍（1980-），男，職稱：工程師，學歷：本科，工作單位：天元瑞信通信技術股份有限公司，主要從事光通信網絡規劃咨詢及設計工作。endprint