電力5G承載網(wǎng)建設(shè)研究

5G 技術(shù)可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)建設(shè)智能電網(wǎng)的目標(biāo)，使得電力系統(tǒng)可以從傳統(tǒng)電網(wǎng)發(fā)展成為多元化智能電網(wǎng)，滿足了社會(huì)快速發(fā)展需要。5G 技術(shù)在電力中的應(yīng)用對(duì)電力5G 承載網(wǎng)建設(shè)提出更高的需求，對(duì)5G 承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出適合電力5G 承載網(wǎng)建設(shè)的對(duì)比方案，對(duì)電力5G 承載網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 5G 承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 PAM4 技術(shù)研究

PAM4 技術(shù)是一個(gè)“翻倍”技術(shù)。如果要提升光模塊速率可以通過(guò)增加光通道的數(shù)量和提高單個(gè)通道速率等兩種辦法實(shí)現(xiàn)。PAM 信號(hào)采用了更多種信號(hào)電平，實(shí)現(xiàn)了在信號(hào)的每個(gè)符號(hào)周期可內(nèi)可以傳輸更多的信息。PAM4 技術(shù)采用4 個(gè)不同信號(hào)電平來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，在通道物理帶寬相同的情況下，PAM4 相對(duì)于NRZ 信號(hào)承載了兩倍的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)速率帶寬的倍增。

1.2 單纖雙向BIDI 的技術(shù)研究

BIDI 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在同一根纖芯上實(shí)現(xiàn)光通道內(nèi)的雙向傳輸。BIMI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光纜上的雙向耦合器在一根光纜的發(fā)射與接收。

1.3 切片技術(shù)研究

切片技術(shù)主要分為FlexE 和FlexO 等技術(shù)。1）FlexE 主要是解決由于光模塊速率限制了客戶業(yè)務(wù)速率問(wèn)題。應(yīng)用FlexE 技術(shù)，客戶傳輸業(yè)務(wù)速率不再受到光模塊速率的影響，通過(guò)綁定不同速率光模塊，即可傳送大顆粒的業(yè)務(wù)流；FlexE 切分了光模塊的傳輸空間，劃分成多個(gè)小空間，通過(guò)組合小空間，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)速率不在受限于物理通道的速率，既是客戶業(yè)務(wù)速率不在等于光模塊的物理接口速率，通過(guò)對(duì)端口進(jìn)行捆綁和對(duì)時(shí)隙進(jìn)行交叉等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)帶寬的逐步的提升。2）FlexO 的邏輯與FlexE 類(lèi)似，都是拆分-映射-綁定-解綁定-解映射-復(fù)用等步奏解決光模塊物理限制問(wèn)題。在發(fā)送端，F(xiàn)lexO 先將信號(hào)進(jìn)行拆分，然后將拆分后的信號(hào)進(jìn)行映射，再進(jìn)行綁定到到多個(gè)光模塊之中進(jìn)行傳輸。在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行解綁定、解除映射和解除復(fù)用信號(hào)等三個(gè)步驟，對(duì)信號(hào)進(jìn)行還原。3）FlexE 在PTN 網(wǎng)絡(luò)處理以太網(wǎng)信號(hào)，F(xiàn)lexO 是用在OTN 網(wǎng)絡(luò)中處理信號(hào)。兩種技術(shù)均為對(duì)多端口進(jìn)行綁定可以實(shí)現(xiàn)傳送大顆粒信號(hào)。

1.4 SR 技術(shù)研究

SR 技術(shù)是MPLS 技術(shù)的升級(jí)和創(chuàng)新。目前SR-TP 和SR-BE 等兩種隧道擴(kuò)展技術(shù)。1）SR-TP 隧道用于承載點(diǎn)到點(diǎn)、面向連接的業(yè)務(wù)承載，具備端到端的監(jiān)控運(yùn)維能力，南北流量；2）SR-BE 隧道用于承載Mesh 和無(wú)連接的業(yè)務(wù)，可以提供任意拓?fù)錁I(yè)務(wù)連接同時(shí)可以簡(jiǎn)化隧道的部署和規(guī)劃，東西流量。

1.5 SDN 技術(shù)/NFV 技術(shù)研究

1）SDN 技術(shù)通過(guò)OpenFlow 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與設(shè)備控制平面相分離，可以按照需要調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，靈活控制網(wǎng)絡(luò)流量。SDN 可以采用通用的硬件架構(gòu)，完成存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能，設(shè)備與業(yè)務(wù)特性完全解耦。由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能特性，由軟件來(lái)定義設(shè)備的功能和種類(lèi)。服務(wù)器作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)的操作控制和運(yùn)行。通過(guò)定制路由、策略、安全、流量和QoS 等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，可以快速對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行響應(yīng)，快速開(kāi)通具體業(yè)務(wù)。采用SDN 技術(shù)來(lái)對(duì)路由器、交換機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)通信設(shè)施架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。2）NFV 技術(shù)是指采用虛擬化的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)將通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的各種功能與網(wǎng)絡(luò)硬件功能相解耦，通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的整體功能分割成為相應(yīng)的功能區(qū)塊。采用NFV 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)防火墻、負(fù)載均衡等進(jìn)行優(yōu)化。

1.6 MEC 技術(shù)/CDN 技術(shù)下移

MEC 技術(shù)是一種基于5G 演進(jìn)的架構(gòu)，深度融合互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和移動(dòng)接入網(wǎng)的一種技術(shù)。MEC 技術(shù)創(chuàng)建低延遲、高帶寬和高性能的服務(wù)環(huán)境，將云端計(jì)算功能和所需IT 服務(wù)通過(guò)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)就近接入。使得通信用戶具有較高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，加速完成服務(wù)和應(yīng)用下載等。MEC 技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新移動(dòng)邊緣入口，通過(guò)使得移動(dòng)邊緣節(jié)點(diǎn)具備計(jì)算能力，可以節(jié)約帶寬資源，改善用戶體驗(yàn)。CDN 是智能虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種網(wǎng)絡(luò)加速器，主要是采用內(nèi)容存儲(chǔ)和分發(fā)技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋層進(jìn)行優(yōu)化，加速網(wǎng)路訪問(wèn)速度。在各地部署邊緣服務(wù)器，在中心平臺(tái)部署分發(fā)、均衡和調(diào)度等模塊，實(shí)現(xiàn)用戶就近就可以獲取到所需內(nèi)容，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞風(fēng)險(xiǎn)，使得用戶訪問(wèn)響應(yīng)速度和命中率大大提高。將MEC 技術(shù)和CDN技術(shù)進(jìn)行下移，可以降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬和流量，提高用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

2 電力5G 承載網(wǎng)建設(shè)研究

2.1 電力5G 承載網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)方案

電力5G 承載網(wǎng)總體架構(gòu)按核心、匯聚和接入等三層對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)置。核心層設(shè)備用于與5G NGC/省干SPN 網(wǎng)對(duì)接，調(diào)度設(shè)備用于分區(qū)收斂5G匯聚環(huán)業(yè)務(wù)，匯聚層和接入層則實(shí)現(xiàn)5G 業(yè)務(wù)的匯聚和接入。具體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)詳見(jiàn)圖1 所示。表1 所示給出了不同網(wǎng)絡(luò)層面的組網(wǎng)建議和網(wǎng)絡(luò)容量。

圖1 電力5G承載網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

表1 電力5G承載網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)建議

2.2 電力5G 承載網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

5G 承載網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)有口字型和環(huán)型兩種，S1和X2 流量示意詳見(jiàn)圖2 所示。

圖2 電力5G承載網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)對(duì)比圖

密集城區(qū)，優(yōu)先選用“口字型”組網(wǎng)；條件不具備或偏遠(yuǎn)地區(qū)，可選用“環(huán)型”組網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)不得超過(guò)“2+4”，對(duì)兩種組網(wǎng)方式進(jìn)行對(duì)比分析，具體詳見(jiàn)表2。

表2 電力5G承載網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)對(duì)比表

2.3 電力5G 承載網(wǎng)設(shè)備配置方案

對(duì)5G 承載網(wǎng)核心匯聚以及接入層設(shè)備的設(shè)備能力、配置、端口和交換需求等進(jìn)行分析，確定設(shè)備配置，具體詳見(jiàn)表3 和表4。

表3 電力5G承載網(wǎng)接入層設(shè)備配置模型表

表4 電力5G承載網(wǎng)核心匯聚層設(shè)備配置模型表

2.4 電力5G 承載網(wǎng)時(shí)鐘同步建設(shè)方案

電力5G 承載網(wǎng)時(shí)鐘同步建設(shè)具有兩種方案：1）方案一：SPN 核心層可采用主控盤(pán)上專(zhuān)用時(shí)鐘接口與時(shí)鐘服務(wù)器對(duì)接，提取外部時(shí)鐘；核心匯聚采用GE/10G 單纖雙向組建時(shí)鐘專(zhuān)用鏈路，進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)時(shí)鐘傳遞；2）方案二：根據(jù)高精度同步業(yè)務(wù)服務(wù)需要，局部區(qū)域下沉部署時(shí)頻同步設(shè)備（PRTC+）；核心部署的ePRTC 作為PRTC+的共視參考源，通過(guò)共模共視技術(shù)保證PRTC+間精度誤差不超過(guò)±30ns。

2.5 電力5G 承載網(wǎng)管理及控制建設(shè)方案

電力5G 承載網(wǎng)設(shè)備通過(guò)不同板卡與外部DCN網(wǎng)絡(luò)對(duì)接構(gòu)建傳送管理和控制信息的相應(yīng)通道。

1）管理通道：可通過(guò)設(shè)備主控板接口（100M/1000M 自適應(yīng)電口）或GE 業(yè)務(wù)板卡完成與外部DCN 網(wǎng)絡(luò)對(duì)接；2）控制通道：可通過(guò)10G 業(yè)務(wù)板卡完成與外部DCN 網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，經(jīng)過(guò)外部DCN 后，可根據(jù)業(yè)務(wù)量進(jìn)行收斂。

管理信息和控制信息通過(guò)外部DCN 傳送至管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力5G 承載網(wǎng)的管理和控制，具體流向詳見(jiàn)圖3。

圖3 電力5G承載網(wǎng)管理及控制通道示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

隨著電力5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)即將來(lái)臨，為了能夠盡快滿足超高的5G 承載業(yè)務(wù)需求，電力5G 承載網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)迫在眉睫，應(yīng)對(duì)5G 承載網(wǎng)進(jìn)行提前規(guī)劃和資源儲(chǔ)備，結(jié)合5G 技術(shù)特點(diǎn)，尋求電力5G 承載網(wǎng)建設(shè)方案。