基于5G 流量分析的中傳回傳網絡建設模型研究

崔高朋，曹曙光，吳 劍

（河南省信息咨詢設計研究有限公司，鄭州 450008）

1 引言

5G 的是在當前高速發展的物聯網和移動互聯網需求的促進下應運而生的，多連接、高可靠、低時延、大帶寬成為了5G 的顯著特點。實現萬物互聯的5G 網絡，極大的縮短了人與人、人與物、物與物之間的距離，打破信息通信中時空和地域的限制，讓用戶體驗順暢、快捷、方便。

5G 網絡的標準正逐步完善，5G 實驗網也在建設中，物聯網的部署也逐步被提上日程，5G 承載網的建設各運營商也在逐步推進：中國聯通發布《中國聯通5G 網絡演進白皮書》并把物聯網的建設納入到滾動規劃中；中國電信發布《5G 時代光傳送網技術白皮書》，中國移動推進5G 網絡的部署工作。本文通過對5G 網絡中傳、回傳流量分析，研究5G 傳輸承載網的建設模型。

2 5G 網絡RAN 架構

支持5G 新空口的gNB 可采用集中單元（CU）、分布單元（DU）和有源天線單元（AAU）三級結構。

CU（Central Unit，集中單元）實現協議棧高層控制和數據功能，涉及的主要協議層包括控制面的RRC 功能和用戶面的IP、SDAP（業務數據應用單元）、PDCP（分組數據匯聚協議）子層功能；

DU（Distributed Unit，分布式單元）實現射頻處理功能和RLC（無線鏈路控制）、MAC（媒質接入控制）以及PHY（物理層）等基帶處理功能。

AAU 主要包含底層物理層（PHY-L）和射頻（RF）。

5G RAN 的CU 和DU 存在多種部署方式。當CU、DU 合設時，5G 與4G 結構類似，相應承載也只有前傳和回傳兩級，當5G 基站的CU、DU 分設時，傳輸承載網將比CU、DU 合設時多了中傳一級，會演變成前傳、中傳和回傳三級，如下圖所示。

圖1 4G/5G RAN架構示意圖

3 NGMN 帶寬規劃原則

根據NGMN 的建議，基站帶寬存在均值帶寬和峰值帶寬。

均值帶寬：是指某一基站下有很多用戶同時存在，此多用戶的位置、信號會不相同，多個用戶同時會進行基站資源的爭奪，當基站帶寬趨向一個穩定的平均值時，此平均值稱為均值帶寬。

峰值帶寬：是指某一基站下僅有少數用戶，用戶可以占用該基站小區的所有帶寬資源，基站帶寬將會處于一個峰值，稱為峰值帶寬。

單站峰值帶寬=單小區峰值+均值×（N-1），單站均值帶寬=單小區均值×N。

按NGMN 的規劃，均值與峰值的比將在1：3-1：6之間。因下行帶寬比上行帶寬大3-5倍，工程實踐中進行網絡帶寬規劃時，僅注意下行帶寬即可。

帶寬規劃方法有以下兩種：

（1）按基站顆粒度進行測算

承載網帶寬需求=單基站帶寬×覆蓋基站數×經驗收斂比。

部分運營商規劃端到端收斂比為4：3：2，而部分廠家規劃端到端收斂比為3：1。實際測算中根據網絡情況選取不同的經驗收斂比。

（2）按用戶顆粒度進行測算

是基于用戶平均帶寬和用戶規模為基礎進行測算的，承載網根據數據流量情況，按需擴容。

4 5G 流量帶寬分析及中傳回傳網絡建設模型

4.1 單基站承載流量帶寬需求

目前5G 基站帶寬需求暫不區分業務類型，考慮到不同廠商和不同設備的5G 基站能力存在一定差異，本文選擇假設的5G 單基站模型配置參數作為評估基準，參考NGMN 帶寬評估原則得出的單基站帶寬需求見下表。

表1 5G低頻和高頻單基站參數及承載帶寬需求

4.2 中傳回傳流量帶寬需求及網絡建設模型

本文按照網絡不同層級的數據流量來選取帶寬收斂比、不同網絡層的節點個數、口字型結構上連個數、單基站配置等關鍵參數進行估算，并按照CRAN 部署方式、一般流量和熱點流量等對于不同應用場景進行了區分。假設的參數為：

（1）假設業務不斷增長，核心層、匯聚層、接入層不同承載網層面的帶寬收斂比取為1：4：8。

（2）模型I，匯聚層節點環形組網：見下圖。

圖2 帶寬需求估算參考模型I

（3）模型II，匯聚層節點口字型上連組網，見下圖。

圖3 帶寬需求估算參考模型Ⅱ

在CRAN 部署方式下，一般流量場景按照單節點單基站接入5個5G 低頻站點測算；熱點流量場景按照單節點接入20個5G低頻站點測算，見下圖。

圖4 CRAN網絡參考模型I

圖5 CRAN網絡參考模型II

本文假設在CRAN 一般流量場景和熱點流量場景，基站分別在綜合業務接入點和匯聚節點接入。模型I 和模型II 相應CRAN帶寬需求評估結果分別見下表。

表2 CRAN承載網回傳帶寬需求評估（模型I）

表3 CRAN承載網回傳帶寬需求評估（模型Ⅱ）

從測算結果可以看出，CRAN 小集中時要求接入環容量在50G 量級、匯聚和核心層在N×100/400G 量級；CRAN 大集中時要求接入、匯聚和核心層N×100/400G 量級。

中傳主要實現DU 和CU 之間的流量承載，相當于回傳網絡中接入層流量帶寬需求。5G 承載前傳、中傳、回傳（接入、匯聚、核心）的典型帶寬需求相對4G 增加非常明顯，具體見下表。

表4 5G承載帶寬需求評估

為了在5G 建網初期有效的保護原有投資，平穩過度，建議采用分組設備升級方案或PeOTN+分組方案作為中傳回傳傳輸網絡的建網方案，中傳傳輸網絡多采用環形、“口”字型、雙上聯結構，回傳傳輸網絡多采用“口”字型和、雙上聯結構。

4.3 分組升級方案

因單站網絡側接口速率升級到10GE，接入層以新分組設備組建新網絡，由下至上逐步過渡到新分組綜合承載網絡。

圖6 分組網絡升級演進方案示意圖

5G 站點建設初期，接入層以替換新分組設備為主，接入點需以新分組設備組建10GE 環路，以“口”字型或雙上聯方式上聯至現有分組匯聚設備。若出現核心匯聚層業務流量超過系統容量的45%時，可以通過捆綁10GE 鏈路，增大系統帶寬的方式解決；對于核心匯聚層設備10GE 端口、設備槽位或交叉能力不足時，可根據機房和電源條件替換或升級新核心匯聚分組設備。

5G 建設中期，根據5G 業務的發展情況，接入點可以按需組建25/50GE 環路，采用25/50GE 接口以“口”字型或雙上聯方式上聯至核心匯聚層分組設備。核心匯聚層采用100GE 端口組網。

5G 建設后期，根據5G 業務發展情況，對承載網按需擴容，接入點可以組建100GE 環路；核心匯聚層全部替換為新分組設備。并在核心匯聚層部署SR 和EVPN 等協議，實現SDN 控制，簡化和優化路由性能。

4.4 PeOTN+分組方案

本方案中PeOTN 系統作為5G 業務中傳回傳的接入層，分組網絡為核心匯聚層，業務L3轉發由核心匯聚層分組設備實現。

本方案示意圖如下所示。

圖7 業務組織方案示意圖

5G 業務在接入層組織方案：接入層采用以太網虛擬專線（EVPL）的方式承載5G 基站業務，接入節點采用靜態PW+隧道方式建立EVPL 至匯聚節點。PeOTN 設備與分組設備對接方案：核心匯聚層分組網絡內配置L3VPN，在匯聚層分組設備中通過L2與L3橋接方式，將5G 基站業務橋接進L3VPN 中進行承載。PeOTN 設備與分組設備對接時，可以采用“口”字型連接，也可以采用雙上聯方式。5G 業務在核心匯聚層的組織方案：

5G 業務在核心匯聚層采用L3VPN 方式承載，后期可按需引入EVPN 和FlexE 技術。基站的IP 地址、PeOTN 設備和分組設備的IP 地址可以統一由傳輸專業進行分配和維護。5G 傳送承載網后期，將會全面引入SDN 技術，實現業務從核心到接入、從分組到PeOTN 的端到端智能管控和靈活調度。PeOTN+分組方案是基于現有成熟技術的一種方案，隨著技術的進一步發展，5G承載網絡將逐步演變成一種智能、靈活、高效的承載網絡。