面向5G承載網(wǎng)技術(shù)及組網(wǎng)應(yīng)用研究

朱 健，郭天科，吳建東

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)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(diǎn)要求。一是大寬帶，其是最為基本的承載要求，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展使人們逐漸提高了對(duì)帶寬的要求，100G帶寬已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，并向著超100G方向發(fā)展。二是低延時(shí)，其也是5G承載網(wǎng)的巨大優(yōu)勢(shì)，普通低延時(shí)通信已經(jīng)達(dá)到了4 ms，如果是性能更加優(yōu)異的低延時(shí)通信則可控制在0.5 ms以下，甚至是20 μs。三是網(wǎng)絡(luò)切片，使用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)劃分5G承載網(wǎng)中的各項(xiàng)資源，并進(jìn)行資源之間的隔離，以滿足眾多用戶不同的業(yè)務(wù)服務(wù)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(biāo)準(zhǔn)與要求

1.1 大帶寬

大帶寬是5G承載網(wǎng)運(yùn)行的最基本要求，同時(shí)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(shì)，以用戶體驗(yàn)為原則，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信息毫秒級(jí)的傳遞。目前5G運(yùn)營(yíng)商可為用戶提供1 Gbps的用戶體驗(yàn)速率，4G時(shí)代為百兆帶寬，而5G時(shí)代則以2.1 Gbps大帶寬為標(biāo)準(zhǔn)，因此，在進(jìn)行5G承載網(wǎng)配置參數(shù)設(shè)計(jì)中，需要針對(duì)帶寬進(jìn)行著重設(shè)計(jì)，以滿足5G時(shí)代人們對(duì)上網(wǎng)速率的要求。

1.2 低時(shí)延

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

1.3 網(wǎng)絡(luò)切片

為了保證5G承載網(wǎng)可以滿足不同的業(yè)務(wù)要求，需運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，打造一個(gè)整合多種業(yè)務(wù)功能的虛擬運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)的獨(dú)立運(yùn)行，并可保持運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)的整體性。在5G運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，可運(yùn)用SDN/NFV技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源與設(shè)備資源進(jìn)行集約化管理，實(shí)現(xiàn)虛擬運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)的按需分配，以為用戶提供及時(shí)、準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)服務(wù)。

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(xiàng)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(shè)置。目前，網(wǎng)絡(luò)向著全面IP化方向發(fā)展，業(yè)務(wù)流量增速過快，使得原有的承載網(wǎng)絡(luò)面臨著過大的業(yè)務(wù)流量壓力，促使OTN技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展由之前的10 Gb/s增長(zhǎng)至當(dāng)前的100 Gb/s，并且該系統(tǒng)速率已經(jīng)在國(guó)內(nèi)大面積實(shí)施?，F(xiàn)階段，超100G OTN技術(shù)已成為移動(dòng)通信行業(yè)未來發(fā)展與研究的主要方向，它可進(jìn)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(chǎng)景承載的要求。

2.1.2 SOTN技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)可滿足未來移動(dòng)隨選網(wǎng)絡(luò)和智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的要求，整合原有網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備資源，將不同廠家設(shè)備進(jìn)行接口對(duì)接，打造出一個(gè)完整的OTN網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)的快速開展。目前，SDN+OTN為主流技術(shù)，其對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，具體如圖1所示。控制和轉(zhuǎn)發(fā)獨(dú)立運(yùn)行且進(jìn)行集中管控，可編程，可虛擬化，促使網(wǎng)絡(luò)更加的開放化，將這兩項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用在光網(wǎng)絡(luò)中極大提高了光網(wǎng)絡(luò)的功能性。一是智能，控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化發(fā)展，便捷性升級(jí)，業(yè)務(wù)部署速度加快。二是彈性，網(wǎng)絡(luò)能編程，資源虛擬化，帶寬依據(jù)用戶的需求進(jìn)行設(shè)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(luò)開放程度高，可促進(jìn)應(yīng)用的創(chuàng)新，有利于OSS集成。

圖1 SONT網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)。一是提高了業(yè)務(wù)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(kuò)容帶寬，如果帶寬不夠，PTN技術(shù)會(huì)增加此處節(jié)點(diǎn)的LTE鏈路，進(jìn)而增強(qiáng)路由的運(yùn)行效率，以此達(dá)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(shè)備相比，在實(shí)際應(yīng)用中具有較大的優(yōu)勢(shì)，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(duì)業(yè)務(wù)傳送、倒換的保護(hù)作用，還有網(wǎng)管功能，為以太網(wǎng)業(yè)務(wù)提供更加全面的安全防護(hù)，而且其統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能在面臨大量小業(yè)務(wù)時(shí)也可較好地完成傳送工作[5]。

2.2.1 信道化技術(shù)

其運(yùn)用了隔離技術(shù)，為5G網(wǎng)絡(luò)差異化業(yè)務(wù)服務(wù)提供技術(shù)支持。目前，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)速率逐漸提高，進(jìn)而需要業(yè)務(wù)隔離技術(shù)增加支持的力度。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)對(duì)比如表1所示。

表1 信道化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)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(wù)層，采用時(shí)分復(fù)用占用的方式為以太網(wǎng)增大帶寬。一是將一個(gè)物理端口劃分成多個(gè)子端口，并保持子端口之間的獨(dú)立性，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)的同時(shí)承載。二是將多個(gè)物理端口進(jìn)行整合，構(gòu)建成一個(gè)大容量端口，可面向5G承載，實(shí)現(xiàn)端到端的分片，極大增強(qiáng)了5G的承載能力。

3 PTN+OTN在5G承載網(wǎng)組網(wǎng)中的應(yīng)用

PTN+OTN為5G承載網(wǎng)組網(wǎng)提供了技術(shù)支持，在運(yùn)用兩項(xiàng)技術(shù)組網(wǎng)中首先要確定網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以為后期的演進(jìn)做好鋪墊。其中PTN技術(shù)在組網(wǎng)應(yīng)用上存在一定的缺陷，尤其是大顆粒業(yè)務(wù)方面表現(xiàn)較差，而OTN則在這一方面具備優(yōu)勢(shì)，為大顆粒業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳送提供支持。PTN適用于4G業(yè)務(wù)，接入采用的是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)也可進(jìn)行適當(dāng)?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(gè)鏈路都可滿足組網(wǎng)的承載要求[6-8]。

3.1 獨(dú)立組網(wǎng)

運(yùn)用PTN技術(shù)與OTN技術(shù)分別建立自己的網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，OTN主要負(fù)責(zé)大顆粒業(yè)務(wù)，PTN技術(shù)則是負(fù)責(zé)端到端組網(wǎng)。端到端組網(wǎng)分為3個(gè)面層，其中核心機(jī)樓為骨干層，匯聚機(jī)房為匯聚層，接入機(jī)房為接入層。SDH與PTN構(gòu)建三層網(wǎng)絡(luò)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(wù)的調(diào)度。針對(duì)PTN網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行以下分析。第一，為了提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，采用的是雙節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，匯聚層與接入層之間部署了保護(hù)鏈路，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)業(yè)務(wù)在PTN組網(wǎng)中的匯聚與接入。第二，骨干層與核心機(jī)樓為一個(gè)層面，實(shí)現(xiàn)跨機(jī)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(wù)調(diào)度，如果組網(wǎng)對(duì)交叉能力要求較低時(shí)，建議使用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但是其在組網(wǎng)應(yīng)用中對(duì)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(jī)樓為節(jié)點(diǎn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)大于等于4時(shí)，組網(wǎng)建議使用網(wǎng)狀網(wǎng)，以提高整個(gè)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(dāng)光纖資源有限時(shí)，建議使用疊加組網(wǎng)，其是將PTN與OTN進(jìn)行結(jié)合，促使鏈路疊加，以構(gòu)建出疊加網(wǎng)絡(luò)。例如，在工期較少，OTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成，而PTN還處于建設(shè)階段，就可采用疊加組網(wǎng)，以加快組網(wǎng)的進(jìn)度。在疊加組網(wǎng)中，PTN與OTN共存，并且分工合作，PTN具有保護(hù)功能，而OTN負(fù)責(zé)基層傳送，不再負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，進(jìn)而節(jié)省光纖資源，提高組網(wǎng)的效果。其應(yīng)用的缺點(diǎn)是組網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性較差，會(huì)使用數(shù)量眾多的OUT板件[11]。

4 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡(luò)是目前和未來移動(dòng)通信發(fā)展的方向，也是移動(dòng)通信行業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)。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(duì)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)服務(wù)提出了更高的要求。我國(guó)5G已經(jīng)全面開始實(shí)施，應(yīng)用在各種場(chǎng)景中初步實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)而需要移動(dòng)通信企業(yè)運(yùn)用面向5G承載網(wǎng)技術(shù)升級(jí)網(wǎng)絡(luò)的功能性，提高網(wǎng)絡(luò)處理大量小顆粒與大顆粒業(yè)務(wù)的能力，強(qiáng)化人們的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)。