5G 通信網絡建設的技術策略及優化方法探析

錢思邈

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

我國在移動網絡中仍然采用同步數字技術進行光傳輸，只注重網絡服務質量，而忽視了通信傳輸網絡的開放性[1]。不僅延長了通信網的建造時間，而且會對后期運維工作的開展產生一定的阻礙作用，難以滿足用戶的實際需求。為解決這一現實困境，需要重視5G 通信傳輸網絡的建設。

1 5G 網絡發展分析

相比于4G 網絡，5G 網絡的通信發展速度明顯較快，基站建設更加安全可靠且占據的空間更小，能夠滿足不同環境條件下的使用需求[2-4]。從功能角度來看，5G 網絡相比于4G 網絡具有巨大的功能優勢，能夠發揮我國通信網絡領域中的全部優點，如在網絡傳輸過程中更加方便快捷。從整體架構來看，5G 網絡能夠形成一個大型的服務器，為使用者提供各種幫助，明顯縮短網絡傳輸過程中所耗費的時間。現階段，世界各國都在重視5G 通信傳輸技術的研究，不同業務類型對服務質量（Quality of Service，QoS）參數的影響分析如表1 所示。

表1 不同業務類型對QoS 參數影響分析

2 5G 通信傳輸網絡技術分析

2.1 SDN 技術

軟件定義網絡（Software-Defined Networking，SDN）是一種新興的網絡架構，其核心思想是將網絡控制層與數據轉發層分離，實現網絡的集中控制和可編程性。SDN 技術可以提高網絡管理的靈活性、可擴展性和自動化程度，有助于滿足5G 網絡對高速、低時延、大容量等的要求。其主要組成部分包括SDN控制器、南向接口以及應用層。SDN 控制器是網絡的核心部分，負責實現網絡控制策略、資源管理和拓撲發現等功能；南向接口負責與網絡設備交互，實現控制器下發的策略和配置；應用層承載各種基于SDN的服務和應用，如虛擬化、安全策略管理等。此外，SDN 技術作為5G 通信傳輸網絡的關鍵技術，可以有效應對5G 網絡中海量的數據流量和各種業務場景的需求，為5G 通信網絡建設提供了強大的技術支持。

2.2 PTN 技術

現階段，通信網的運營者主要采用分組傳送網（Packet Transport Network，PTN）技術來實現長時間演化的網載。這種技術在數據傳輸方面有很大的優勢，同樣具有較高的安全性以及可靠性。實際應用期間，利用多協議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）標記替代了路徑，節省了信令，減少了IP 函數的冗余，為網絡服務質量提供了技術保證。為進一步提高整個網絡的運行質量，可以采用PTN 技術與MPLS 技術相結合的方式應用于各業務層中，或者是保證控制層和用戶之間的相互獨立。

2.3 SDN 技術的優缺點分析

SDN 技術作為一種革命性的網絡架構，在5G通信傳輸網絡中具有許多優勢，同時存在一定的局限性。

2.3.1 優點分析

（1）靈活性。通過將控制層與數據轉發層分離，SDN 技術實現了網絡的集中控制和可編程性，使得網絡管理變得更加靈活。網絡管理員可以根據業務需求快速調整網絡資源分配和策略配置，實現業務的快速部署與故障恢復。

（2）開放性。SDN 技術采用開放的接口和協議，降低設備廠商的依賴，有助于推動網絡設備的多樣性和創新。開放性使得網絡可以支持多廠商設備互操作，降低了網絡建設和維護的成本。

（3）虛擬化。SDN 技術支持網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV），實現網絡資源的動態分配和按需分配，進一步降低成本，提高資源利用率。虛擬化技術可以實現網絡設備硬件與軟件的解耦，簡化網絡架構，提高網絡的可擴展性和可維護性。

2.3.2 缺點表現

（1）成熟度。雖然SDN 技術已經取得了顯著的發展，但是與傳統網絡技術相比，其成熟度仍然有待提高。部分網絡設備和協議可能還不完全支持SDN，這可能導致在實際部署過程中出現兼容性和穩定性問題。

（2）安全性。SDN 技術將網絡控制集中在SDN控制器上，雖然提高了網絡管理的效率，但也可能帶來安全風險。一旦控制器遭受攻擊或出現故障，整個網絡就可能面臨癱瘓的風險。因此，在實際應用中需要對SDN 控制器進行嚴格的安全防護和高可用性設計。

2.4 PTN 技術的優缺點分析

PTN技術能夠實現快速網絡鋪設，商業能力較強，在運維成本中也體現出了明顯的優勢，具有運行成本和維護成本較低的特性，且日常維護流程相對簡單，運行管理較為平滑。PTN 設備的采購費用比較低廉，并且主要用于商用。PTN 技術可以和SDH 進行連接，進一步降低了技術應用成本。在研究團隊外場測試后發現，PTN 技術具有很好的承載力，可以很好地滿足相應的技術要求。此外，PTN 技術提供了非常強大的網絡安全保護，只需依托自身保護機制就能夠實現對網絡安全的有效管理，確保數據傳輸安全的同時滿足用戶群體個性化、多元化的需求。從宏觀角度來看，PTN 技術產業鏈已趨于成熟，已經明確了入網各項流程以及總技術標準，相應的國際化標準也已制定。

但是從實際應用角度來看，印度電子和電信工程師協會（Institution of Electronics and Telecommunication Engineers，IETE）和國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）在PTN 保護機制中的意見并不統一。PTN 保護機制為1 ∶1 保護和1+1 備份保護，相比于新型MPLS 較為落后。PTN 端口配置如表2 所示。

表2 PTN 端口配置表

實際應用期間，技術人員對Wrapping 和Steering的長時間保護倒換期間可能會出現丟包事件，導致數據傳輸安全問題的出現，難以發揮保護功能的重要價值；可能會在大數據傳輸過程中出現傳輸資料不完整的跡象，難以滿足用戶對大數據傳輸的實際需求。現階段，PTN 技術存在同步方面的問題，無法與現行主流網絡實現有效兼容。雖然PTN 設備的購入價格低廉，但本質上仍處于商業化的初級階段，且在技術可靠性以及成熟性等多個領域中存在較大的發展空間。此外，在后續測試中發現，PTN 技術在時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）數據的傳輸過程中還會出現數據包混亂、丟包等現象，這些現象對用戶的體驗造成了很大的影響。

3 5G 通信傳輸網絡建設策略

3.1 建設前傳網絡

無源波分復用和有源波分復用是前窗網絡建設的2 種形式，其中無源波分復用更加適用于5G 網絡的建設標準，因此波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）方案成為了5G 通信傳輸網絡建設的首選方案。WDM 傳輸形式相對便捷，且能夠有效降低接入側面的投入成本，并改善接入側面的性能。此外，WDM 網絡連接較為集中，有利于后續網絡運維工作的開展。

3.2 建設中傳及回傳網絡

相比于4G 通信網絡，5G 通信傳輸網絡建設期間對寬帶以及組網的要求較高，必須要確保組網及寬帶具有較強的靈活性，因此二者需要采用同樣的承載方式。網絡架構中包含骨干層、匯聚層以及接入網等多個層次，要想確保整個網絡的質量，就要對網絡結構進行優化。在光傳送網網絡中，通過多個協議與以太網實現流量監控交換，滿足5G 通信網絡的承載需求。

3.3 網絡結構優化

相比于4G，5G 技術帶來的是更高的數據傳輸速度以及更高的網絡帶寬。同時，用戶可以更快地瀏覽網站上的信息，并且可以更好地增強網絡的穩定性。

此外，在5G 通信網絡技術的支持下，能夠實現大規模機器之間的信息交換?？茖W技術發展的早期階段，為了迎合IP 化趨勢，在移動通信網絡結構上選擇了層次化的技術方案[5-8]。隨著當前科學技術的發展，結構逐漸由層次化朝著扁平化方向轉變。現階段，5G 通信傳輸網絡的主流發展方向為PTN 技術，這項技術本質上是朝著扁平化方向發展，優勢如下。

首先，運營商可以通過統一的方式對5G 網絡進行更好的控制。其次，它能夠進一步提高光纖的利用率，減少光纖部署，降低后期運維所需要的成本。再次，扁平化的發展可以使網絡節點得到優化和調整，大大減少了計算機機房的數目，從而降低了網絡建設的費用。最后，能夠對當地網絡系統進行優化，顯著提高網絡帶寬，并縮簡網格之間的層次化結構。

3.4 以MPLS 為核心

5G 傳輸網絡建設期間需要對原有的網絡層次進行重新優化并改造PTN 設備。為了保證骨干網IP 的傳輸質量，必須將MPLS 當作核心，并加以保留，而其他的則要視具體情況而定。為使主干網更加穩定可靠，必須對標簽交換路徑（Label Switched Path，LSP）帶寬進行科學、合理的配置，并加強網絡技術的研究與開發。根據地區實際需求選擇針對性的配置，做到因地制宜。同時，城域網絡的PTN 裝置要進行更新，必須能支持多種路由協議，如路由信息協議（Routing Information Protocol，RIP）、最短路徑優先（Shortest Path First，SPF）等。此外，MPLS 是一種以連通服務為導向的系統，被廣泛應用于手機的回傳網中。IP 化的新基站需要按照實際需求來部署第3 層虛擬專用網（Layer 3 Virtual Private Network，L3VPN），確保整體通信網絡的靈活性。

3.5 重視5G 云數據中心建設

目前，科學技術高速發展，高寬帶以及高網速都體現了當前網絡龐大數據量的特點。如果采用傳統實體數據儲存站，那么建設成本將會顯著增高，因此需要在5G 通信傳輸網絡建設期間同樣建立云數據中心，作為通信傳輸網絡的重要組成部分。以5G 技術為載體的云數據中心需要支持通信傳輸的長距離交互，具有較高的可靠性以及穩定性，不會受到環境因素的影響出現較大波動導致數據傳輸受阻，能夠滿足數據存儲的要求。

4 結 論

5G 通信網絡技術的出現進一步提高了數據傳輸速率，滿足人們多元化的需求。在此背景下，要充分重視5G 通信傳輸網絡的建設工作，不僅需要提高傳輸網速度、滿足低延遲需求，還需要重視通信網絡穩定性以及安全性的提高。最終在原有基礎上實現網絡結構以及技術設備的有效優化，發揮5G 通信技術的重要價值。