5G背景下城域承載網(wǎng)演進(jìn)思路分析

摘 要：基于5G背景，對(duì)城域承載網(wǎng)演進(jìn)進(jìn)行了分析，總結(jié)了演進(jìn)思路。首先，分析了5G對(duì)承載網(wǎng)的新需求。其次，對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)做了論述。最后，整理了5G背景下城域承載網(wǎng)演進(jìn)思路。5G已成定局，在具體推進(jìn)的過程中，還面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要加大技術(shù)研究力度，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力。

關(guān)鍵詞：5G；城域；承載網(wǎng)；演進(jìn)思路

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0314-02

前 言

通信世界網(wǎng)消息（CWW）2018年被認(rèn)為是5G商用元年。預(yù)計(jì)2018年6月3GPPSA標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)完成，完整版5G標(biāo)準(zhǔn)將于2019年12月完成。行業(yè)人員表示，運(yùn)營商5G若要實(shí)現(xiàn)商用，必須提前布局承載網(wǎng)絡(luò)。不同于4G，5G的業(yè)務(wù)場(chǎng)景更加多樣化，對(duì)5G承載網(wǎng)，有著更高的挑戰(zhàn)。目前，中國運(yùn)營商5G承載網(wǎng)總體架構(gòu)以及共性需求不斷明確，業(yè)界典型承載方案正在并行發(fā)展有序推進(jìn)，即SPN、M-OTN和IPRAN等。

1 5G對(duì)承載網(wǎng)的新需求

不同于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)出現(xiàn)了新變化。具體如下：①5G時(shí)代核心網(wǎng)業(yè)務(wù)錨點(diǎn)下移，回傳網(wǎng)扁平化明顯。②C-RAN架構(gòu)對(duì)前傳網(wǎng)絡(luò)，提出了新的需求，包括低時(shí)延、低成本、高靈活性。③基站密度有所增加，光纖將會(huì)下移，承載節(jié)點(diǎn)的布置數(shù)量較多。從行業(yè)前沿來看，對(duì)于上述變化，中興通訊方面提出面向5G的端到端E-OTN解決方案，在前傳網(wǎng)采取的是分組增強(qiáng)OTN技術(shù)方案，不僅能夠在RAN組件之間，利用波長一跳直達(dá)降低時(shí)延，也能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)的匯聚以及靈活轉(zhuǎn)發(fā)，有效滿足無線接入網(wǎng)虛擬化云化的需求。而回傳組網(wǎng)Mesh化和扁平化，組建固移業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。此方案的關(guān)鍵技術(shù)如下：①大容量光電混合調(diào)度技術(shù)。②分組技術(shù)以及光傳送技術(shù)。③低時(shí)延傳送以及轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)等。

2 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，主要面臨著關(guān)鍵能力指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力以及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)要求的挑戰(zhàn)，具體分析如下：

2.1 關(guān)鍵能力指標(biāo)

根據(jù)未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景以及業(yè)務(wù)需求，可將5G主要技術(shù)場(chǎng)景，劃分為連續(xù)廣域覆蓋場(chǎng)景、熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景、低功耗大連接場(chǎng)景、低時(shí)延高場(chǎng)景。既有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及功能難以有效支持各個(gè)場(chǎng)景中的能力指標(biāo)要求，體現(xiàn)在如下方面：①100Mbps～1Gbps的體驗(yàn)速率。既有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，各個(gè)基站之間，不具有較強(qiáng)的交互功能，難以實(shí)現(xiàn)高效的無線資源調(diào)度以及移動(dòng)性管理等功能。目前，網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中心以及邊緣接入速率性能存在著較大的差異，難以達(dá)到熱點(diǎn)區(qū)域1Gbps的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)速率要求，無法滿足廣域覆蓋情景下100Mbps網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)速率。②熱點(diǎn)區(qū)域數(shù)十Tbps/km2流量密度。從當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)部署情況來說，核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)布置的位置很高，而且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式單一，使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量朝向網(wǎng)絡(luò)中心匯聚，尤其是在熱點(diǎn)高容量應(yīng)用場(chǎng)景下，極有可能給移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)，造成極大的容量壓力。③百萬連接/km2連接數(shù)密度。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及同化的控制功能，已經(jīng)難以滿足5G差異化的物聯(lián)網(wǎng)終端高效接入的基本要求。④能夠達(dá)到低時(shí)延高可靠要求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力

從5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展實(shí)際來說，除業(yè)務(wù)能力指標(biāo)的要求以外，還面臨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營挑戰(zhàn)。具體體現(xiàn)如下：①感知和開發(fā)能力不強(qiáng)。目前的網(wǎng)絡(luò)，其開放能力有限，無法滿足細(xì)粒度以及全方位網(wǎng)絡(luò)能力開放的基本要求。而且網(wǎng)絡(luò)沒有向外開放的接口，使得第三方無法有效獲取大量的網(wǎng)絡(luò)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源同第三方業(yè)務(wù)的高效對(duì)接。②網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營水平還需要提升。5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)，業(yè)務(wù)流量以及終端密度不斷提升，使得運(yùn)營商不斷提升運(yùn)營水平，并且降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本[1]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)要求

從當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展實(shí)際來說，在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方面，面臨著以下挑戰(zhàn)：①網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力有限。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，比如4G網(wǎng)絡(luò)，是利用核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)的多接入統(tǒng)一控制，采取的接入技術(shù)不同，其移動(dòng)性管理和Qos控制與認(rèn)證過程就不同。因?yàn)橐苿?dòng)性管理機(jī)制具有多樣性，引入了各類信令流程，使得網(wǎng)絡(luò)互連以及漫游架構(gòu)更加復(fù)雜，終端切換以及互操作流程繁瑣，限制了網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制力。②隧道機(jī)制功能單一。現(xiàn)有的隧道機(jī)制相對(duì)單一，而5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型較為豐富，難以滿足其流量調(diào)度以及數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)基本要求。除此之外，用戶IP地址和網(wǎng)關(guān)綁定，影響著業(yè)務(wù)面功能下沉，進(jìn)而難以提高數(shù)據(jù)速率，降低傳輸時(shí)延[2]。

3 5G背景下城域承載網(wǎng)演進(jìn)思路整合

3.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)整合

從中國移動(dòng)和聯(lián)通方面來說，原為移動(dòng)運(yùn)營商，建設(shè)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，主要用于輔助基站回傳業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型后，成為全業(yè)務(wù)運(yùn)營商，后開始進(jìn)行綜合業(yè)務(wù)區(qū)的規(guī)劃以及建設(shè)，不過機(jī)房和管道等設(shè)有基站，其和綜合業(yè)務(wù)區(qū)兩張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)難以融合，對(duì)承載網(wǎng)運(yùn)行有著不利影響。除此之外，中國移動(dòng)以及中國聯(lián)通的本地網(wǎng)，其機(jī)房面積相對(duì)較小，而且光纜資源不足，使得承載網(wǎng)存在著超大環(huán)和超長鏈弊端，不僅影響著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全，而且很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞或者其他問題。

從中國電信方面來說，其原本為固網(wǎng)運(yùn)營商，擁有豐富的資源，比如機(jī)房和管道等，機(jī)房的物理位置條件較好，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)，但是本地網(wǎng)發(fā)展時(shí)間較長。由于維護(hù)界面劃分的較為細(xì)致，使得功能重復(fù)問題或者承載網(wǎng)絡(luò)過多問題逐漸暴露，造成業(yè)務(wù)端到端路徑上轉(zhuǎn)接比較多，進(jìn)而影響著時(shí)延性能[3]。

基于此，5G背景下城域承載網(wǎng)演進(jìn)，要整合基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，從上到下，實(shí)現(xiàn)光纜網(wǎng)網(wǎng)格化，對(duì)于同層次上的承載網(wǎng)網(wǎng)元以及業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)元，要堅(jiān)持同節(jié)點(diǎn)或者就近原則部署，為提高帶寬效率并且減少轉(zhuǎn)接，奠定有力的基礎(chǔ)。

3.2 大維度ROADM組網(wǎng)

當(dāng)儲(chǔ)備一定能力的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源后，結(jié)合本地實(shí)際業(yè)務(wù)流量以及流向需求，部署ROADM節(jié)點(diǎn)構(gòu)建Mesh化的OTN光網(wǎng)絡(luò)。從實(shí)際來說，主流設(shè)備廠商的1×20WSS已經(jīng)投入商用，依據(jù)本地網(wǎng)覆蓋面積以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署情況，可選擇和其相互匹配的WSS器件，比如1×4和1×9等，構(gòu)建ROADM網(wǎng)絡(luò)。基于此網(wǎng)絡(luò)特性，節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)使用，可以實(shí)現(xiàn)以下組合：①波長有關(guān)、方向有關(guān)；②波長無關(guān)、方向有關(guān)；③方向無關(guān)、波長有關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)；④波長無關(guān)、方向無關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)；⑤波長無關(guān)、方向無關(guān)、競(jìng)爭(zhēng)無關(guān)。其中，第五種組合是最為理想的形態(tài)，波長級(jí)別光層調(diào)度具有快速靈活性，可啟用WSON保護(hù)恢復(fù)機(jī)制，有效緩解波長沖突，不過成本較大[4]。中小型本地網(wǎng)現(xiàn)有的ROADM技術(shù)，能夠支撐構(gòu)建扁平的、Mesh化的傳送網(wǎng)，結(jié)合波道規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)性能平衡，包括傳送效率和組網(wǎng)成本等。大型網(wǎng)絡(luò)的ROADM技術(shù)，難以支撐全網(wǎng)Mesh化，基于統(tǒng)一組網(wǎng)，分場(chǎng)景部署業(yè)務(wù)，對(duì)部分時(shí)延要求高的業(yè)務(wù)，做扁平化處理。

3.3 邏輯分層

城域承載網(wǎng)的部署，是以網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的形式，通過邏輯分層，實(shí)現(xiàn)光+IP。在光層OTN，擁有較大的傳輸帶寬，而且大容量通用交叉矩陣，能夠?qū)崿F(xiàn)ODUk與Packet統(tǒng)一交換，從未來發(fā)展來看，將會(huì)不斷完善對(duì)VCn顆粒的交叉功能。基于此，對(duì)一張OTN光網(wǎng)絡(luò)，采取邏輯分層方式，可以劃分為光層、ODUk層以及分組層，滿足各類型業(yè)務(wù)需求[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，5G背景下，城域承載網(wǎng)演進(jìn)思路具體為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)整合、大維度ROADM組網(wǎng)、邏輯分層。按照此思路，解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)存在的不足問題，推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的有效推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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[3]黃 文，費(fèi)嘉祺.基于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析運(yùn)營商發(fā)展的轉(zhuǎn)型思路[J].自然科學(xué)：全文版：178.

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收稿日期：2018-6-3

作者簡介：曹麗玉（1983-），女，工程師，碩士研究生，主要從事通信規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。