面向5G承載網(wǎng)技術(shù)及組網(wǎng)應用研究

朱 健，郭天科，吳建東

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

5G承載網(wǎng)的構(gòu)建需要滿足以下3點要求。一是大寬帶，其是最為基本的承載要求，移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使人們逐漸提高了對帶寬的要求，100G帶寬已經(jīng)實現(xiàn)，并向著超100G方向發(fā)展。二是低延時，其也是5G承載網(wǎng)的巨大優(yōu)勢，普通低延時通信已經(jīng)達到了4 ms，如果是性能更加優(yōu)異的低延時通信則可控制在0.5 ms以下，甚至是20 μs。三是網(wǎng)絡切片，使用網(wǎng)絡切片技術(shù)劃分5G承載網(wǎng)中的各項資源，并進行資源之間的隔離，以滿足眾多用戶不同的業(yè)務服務需求，提高5G承載網(wǎng)資源的利用率[1-4]。

1 5G承載網(wǎng)構(gòu)建的標準與要求

1.1 大帶寬

大帶寬是5G承載網(wǎng)運行的最基本要求，同時也是最為重要的技術(shù)。大帶寬可以完全展示出5G承載網(wǎng)的優(yōu)勢，以用戶體驗為原則，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信息毫秒級的傳遞。目前5G運營商可為用戶提供1 Gbps的用戶體驗速率，4G時代為百兆帶寬，而5G時代則以2.1 Gbps大帶寬為標準，因此，在進行5G承載網(wǎng)配置參數(shù)設計中，需要針對帶寬進行著重設計，以滿足5G時代人們對上網(wǎng)速率的要求。

1.2 低時延

5G端到端時延可以控制在毫秒級，最為理想的時延為1 ms，常用的時延為5 ms～10 ms，3G時代為幾百毫秒級，4G時代理想時延為10 ms，5G時代則只有4G時代的十分之一，以此來確保5G業(yè)務接近100%的可靠性，所以通信行業(yè)對5G時延進一步發(fā)展設定了標準。第一，為了提高移動帶寬，要將端到端時延降至4 ms以下；第二，人體感覺器官的反應時間大約為20 ms，需要5G承載網(wǎng)將通信業(yè)務響應速度控制在20 ms左右，并且每秒處理的數(shù)據(jù)量要達到5.2 Gbit。由此對5G承載網(wǎng)建設提出了更高的要求，需要在建設中注重低時延技術(shù)的充分運用。

1.3 網(wǎng)絡切片

為了保證5G承載網(wǎng)可以滿足不同的業(yè)務要求，需運用網(wǎng)絡切片技術(shù)，打造一個整合多種業(yè)務功能的虛擬運維網(wǎng)絡，以實現(xiàn)各個業(yè)務的獨立運行，并可保持運維網(wǎng)絡的整體性。在5G運維網(wǎng)絡構(gòu)建中，可運用SDN/NFV技術(shù)，對網(wǎng)絡資源與設備資源進行集約化管理，實現(xiàn)虛擬運維網(wǎng)絡的按需分配，以為用戶提供及時、準確的業(yè)務服務。

2 面向5G承載網(wǎng)技術(shù)分析

2.1 OTN技術(shù)

2.1.1 超100G OTN技術(shù)

該項技術(shù)適用于城域網(wǎng)，結(jié)合DC互聯(lián)未來超大帶寬發(fā)展的方向，可將超100G OTN技術(shù)用于5G核心層的設置。目前，網(wǎng)絡向著全面IP化方向發(fā)展，業(yè)務流量增速過快，使得原有的承載網(wǎng)絡面臨著過大的業(yè)務流量壓力，促使OTN技術(shù)進一步的發(fā)展由之前的10 Gb/s增長至當前的100 Gb/s，并且該系統(tǒng)速率已經(jīng)在國內(nèi)大面積實施。現(xiàn)階段，超100G OTN技術(shù)已成為移動通信行業(yè)未來發(fā)展與研究的主要方向，它可進行帶寬調(diào)整，平衡容量與距離之間的關(guān)系，完全滿足全場景承載的要求。

2.1.2 SOTN技術(shù)

該項技術(shù)可滿足未來移動隨選網(wǎng)絡和智能化網(wǎng)絡發(fā)展的要求，整合原有網(wǎng)絡中的所有設備資源，將不同廠家設備進行接口對接，打造出一個完整的OTN網(wǎng)絡，以實現(xiàn)通信業(yè)務的快速開展。目前，SDN+OTN為主流技術(shù)，其對傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)進行了優(yōu)化，具體如圖1所示。控制和轉(zhuǎn)發(fā)獨立運行且進行集中管控，可編程，可虛擬化，促使網(wǎng)絡更加的開放化，將這兩項技術(shù)運用在光網(wǎng)絡中極大提高了光網(wǎng)絡的功能性。一是智能，控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，實現(xiàn)了網(wǎng)絡運營自動化發(fā)展，便捷性升級，業(yè)務部署速度加快。二是彈性，網(wǎng)絡能編程，資源虛擬化，帶寬依據(jù)用戶的需求進行設置，頻譜效率可定制，虛子網(wǎng)多租戶。三是高效，集中管理和控制，全局視圖，多層多域協(xié)同。四是開放，API接口開放，網(wǎng)絡開放程度高，可促進應用的創(chuàng)新，有利于OSS集成。

圖1 SONT網(wǎng)絡架構(gòu)圖

2.2 PTN技術(shù)

PTN技術(shù)屬于分組傳送技術(shù)，其應用優(yōu)勢有以下幾點。一是提高了業(yè)務調(diào)度的靈活性，降低了調(diào)度的層次，節(jié)約成本表現(xiàn)良好。二是可以擴容帶寬，如果帶寬不夠，PTN技術(shù)會增加此處節(jié)點的LTE鏈路，進而增強路由的運行效率，以此達到提高帶寬利用率的目的。該技術(shù)與傳統(tǒng)的二層交換設備相比，在實際應用中具有較大的優(yōu)勢，具有主播功能，并使用的是面向連接，為彈性分配帶寬提供了支撐。此外采用了端到端方式形成對業(yè)務傳送、倒換的保護作用，還有網(wǎng)管功能，為以太網(wǎng)業(yè)務提供更加全面的安全防護，而且其統(tǒng)計復用功能在面臨大量小業(yè)務時也可較好地完成傳送工作[5]。

2.2.1 信道化技術(shù)

其運用了隔離技術(shù)，為5G網(wǎng)絡差異化業(yè)務服務提供技術(shù)支持。目前，通信網(wǎng)絡系統(tǒng)速率逐漸提高，進而需要業(yè)務隔離技術(shù)增加支持的力度。該項技術(shù)應用的優(yōu)勢對比如表1所示。

表1 信道化技術(shù)的優(yōu)勢對比

2.2.2 Flex-E技術(shù)

Flex-E技術(shù)是在以太網(wǎng)中增加了業(yè)務層，采用時分復用占用的方式為以太網(wǎng)增大帶寬。一是將一個物理端口劃分成多個子端口，并保持子端口之間的獨立性，以實現(xiàn)多個業(yè)務的同時承載。二是將多個物理端口進行整合，構(gòu)建成一個大容量端口，可面向5G承載，實現(xiàn)端到端的分片，極大增強了5G的承載能力。

3 PTN+OTN在5G承載網(wǎng)組網(wǎng)中的應用

PTN+OTN為5G承載網(wǎng)組網(wǎng)提供了技術(shù)支持，在運用兩項技術(shù)組網(wǎng)中首先要確定網(wǎng)絡架構(gòu)，以為后期的演進做好鋪墊。其中PTN技術(shù)在組網(wǎng)應用上存在一定的缺陷，尤其是大顆粒業(yè)務方面表現(xiàn)較差，而OTN則在這一方面具備優(yōu)勢，為大顆粒業(yè)務數(shù)據(jù)的傳送提供支持。PTN適用于4G業(yè)務，接入采用的是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)也可進行適當?shù)恼{(diào)整，以滿足用戶的不同需求。在結(jié)構(gòu)方面，采用了GE鏈路與10GE鏈路，兩個鏈路都可滿足組網(wǎng)的承載要求[6-8]。

3.1 獨立組網(wǎng)

運用PTN技術(shù)與OTN技術(shù)分別建立自己的網(wǎng)絡，兩個網(wǎng)絡相互獨立，OTN主要負責大顆粒業(yè)務，PTN技術(shù)則是負責端到端組網(wǎng)。端到端組網(wǎng)分為3個面層，其中核心機樓為骨干層，匯聚機房為匯聚層，接入機房為接入層。SDH與PTN構(gòu)建三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，主要面向的是3G與2G接入，WDM（OTN）部署在骨干匯聚層，可用于城域網(wǎng)IP市縣業(yè)務的調(diào)度。針對PTN網(wǎng)絡層面進行以下分析。第一，為了提高網(wǎng)絡的安全性，采用的是雙節(jié)點組網(wǎng)，匯聚層與接入層之間部署了保護鏈路，實現(xiàn)了常規(guī)業(yè)務在PTN組網(wǎng)中的匯聚與接入。第二，骨干層與核心機樓為一個層面，實現(xiàn)跨機樓的調(diào)度，一般使用的是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可用于數(shù)量較少的業(yè)務調(diào)度，如果組網(wǎng)對交叉能力要求較低時，建議使用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是其在組網(wǎng)應用中對智能控制有著一定的要求，滿足以上條件方可構(gòu)建出較為理想的承載網(wǎng)。因此，以機樓為節(jié)點，當節(jié)點大于等于4時，組網(wǎng)建議使用網(wǎng)狀網(wǎng)，以提高整個承載網(wǎng)的功能性，并降低組網(wǎng)的成本[9,10]。

3.2 疊加組網(wǎng)

當光纖資源有限時，建議使用疊加組網(wǎng)，其是將PTN與OTN進行結(jié)合，促使鏈路疊加，以構(gòu)建出疊加網(wǎng)絡。例如，在工期較少，OTN網(wǎng)絡建設完成，而PTN還處于建設階段，就可采用疊加組網(wǎng)，以加快組網(wǎng)的進度。在疊加組網(wǎng)中，PTN與OTN共存，并且分工合作，PTN具有保護功能，而OTN負責基層傳送，不再負責網(wǎng)絡保護，進而節(jié)省光纖資源，提高組網(wǎng)的效果。其應用的缺點是組網(wǎng)經(jīng)濟性較差，會使用數(shù)量眾多的OUT板件[11]。

4 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡是目前和未來移動通信發(fā)展的方向，也是移動通信行業(yè)研發(fā)的重點。5G技術(shù)的出現(xiàn)極大提高了人們上網(wǎng)的速度，并使人們對移動通信業(yè)務服務提出了更高的要求。我國5G已經(jīng)全面開始實施，應用在各種場景中初步實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)，進而需要移動通信企業(yè)運用面向5G承載網(wǎng)技術(shù)升級網(wǎng)絡的功能性，提高網(wǎng)絡處理大量小顆粒與大顆粒業(yè)務的能力，強化人們的網(wǎng)絡使用體驗。