關(guān)于未來5G傳送網(wǎng)的探索

王挺+辛向軍

【摘要】伴隨著高速移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，5G技術(shù)已成為業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)，作為移動(dòng)通信系統(tǒng)的回傳網(wǎng)絡(luò)，傳送網(wǎng)所面對的挑戰(zhàn)及部署方案的研究也被大家所關(guān)注。對于如何滿足未來5G的需求，本文從5G系統(tǒng)的對傳送網(wǎng)的關(guān)鍵指標(biāo)要求，引申出對傳輸?shù)男枨蠹疤魬?zhàn)，并對下一步傳送網(wǎng)的部署策略及思路進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】5G；傳送網(wǎng)；SDN；時(shí)延

【Abstract】With the rapid development of high-speed mobile Internet and Internet of Things， 5G technology has become the focus of the industry， as a mobile communication system backhaul network， transmission network challenges and deployment of the program is also concerned about everyone's attention. For how to meet the needs of the future 5G， this paper from the 5G system on the key requirements of the transmission network， extended the demand for transmission and challenges， and the next step to deploy the network deployment strategy and ideas to explore.

【Key words】5th-Generation；Transport Network；Software Defined Network；delay

1. 前言

（1）從2G、3G 到4G 的應(yīng)用，移動(dòng)通信已經(jīng)深刻地改變了人們的生活，但人們對更高性能移動(dòng)通信技術(shù)的追求從未停止，為了應(yīng)對未來爆炸性的數(shù)據(jù)流量增長、海量的設(shè)備連接和不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)，第五代移動(dòng)通信（5G）系統(tǒng)將應(yīng)運(yùn)而生。5G 將從“以技術(shù)為中心”向“以用戶體驗(yàn)為中心”轉(zhuǎn)變，應(yīng)用場景將橫跨移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)，達(dá)成人與萬物智能互聯(lián)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的愿景。

（2）隨著4G 進(jìn)入規(guī)模商用階段，面向2020 年及未來的第五代移動(dòng)通信（5G）已成為業(yè)界關(guān)注熱點(diǎn)， 5G 并不是一個(gè)單一的無線接入技術(shù)，也不是幾個(gè)全新的無線接入技術(shù)，而是多種新型無線接入技術(shù)和現(xiàn)有無線接入技術(shù)（4G 后向演進(jìn)技術(shù)）集成后的解決方案總稱。從某種程度上講，5G 是一個(gè)真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)。相對于2G、3G 以及4G 技術(shù)來講，5G 的概念是一個(gè)綜合的整體性范圍，它主要是“現(xiàn)有無線技術(shù)演進(jìn)和開發(fā)補(bǔ)充性的新技術(shù)”，目標(biāo)為構(gòu)建長期網(wǎng)絡(luò)社會(huì)。從目前看，3G、4G、WiFi 等無線接入技術(shù)都是5G 的重要技術(shù)組成部分。

2. 5G對傳送網(wǎng)的需求

2.1 IMT-2020（5G）推進(jìn)組發(fā)布的《5G概念白皮書》，可看出5G網(wǎng)絡(luò)將同時(shí)面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)。5G 技術(shù)場景涉及人們居住、工作、休閑娛樂、交通等各個(gè)領(lǐng)域，特別是密集住宅區(qū)的Gbps 的用戶體驗(yàn)速率、商務(wù)辦公區(qū)數(shù)十Tbps/ Km2 的流量密度、體育館場百萬/ Km2 的設(shè)備連接數(shù)、快速路及500Km/h的高速鐵路等惡劣傳播條件下和廣域覆蓋場景下100Mbps的用戶體驗(yàn)速率。

2.2 I承載網(wǎng)作為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和主干，需要與無線接入網(wǎng)相匹配或先于無線接入網(wǎng)的發(fā)展，才能有效支撐無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展。從1G 到4G，移動(dòng)通信系統(tǒng)的承載網(wǎng)伴隨著移動(dòng)制式的不斷改造而升級(jí)，從最初的SDH剛性管道，逐步過渡到全I(xiàn)P 承載，并向SDN 方向的彈性網(wǎng)絡(luò)不斷演進(jìn)，通過分析5G主要應(yīng)用場景，可以提煉出5G 無線網(wǎng)絡(luò)對承載網(wǎng)的新需求：

（1） 大帶寬、大容量需求。要滿足用戶的移動(dòng)性和業(yè)務(wù)的連續(xù)性要求，則必須要求網(wǎng)絡(luò)能具有連續(xù)的廣域覆蓋的能力，這也是移動(dòng)通信網(wǎng)最基本的覆蓋場景，在這種基本的場景下，5G需要隨時(shí)隨地為任意用戶提供100Mbps 以上的用戶體驗(yàn)速率；熱點(diǎn)高容量場景面向局部熱點(diǎn)區(qū)域，需要滿足用戶極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和區(qū)域范圍內(nèi)極高的數(shù)據(jù)流量需求，包括1Gbps 用戶體驗(yàn)速率、數(shù)十Gbps峰值速率和數(shù)十Tbps/Km2 流量密度。顯而易見，與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G系統(tǒng)的承載網(wǎng)必須具有大帶寬、大容量的能力。

（2） 低時(shí)延、高可靠性需求。遠(yuǎn)程醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)對時(shí)延、可靠性要求苛刻，需要實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)端到端時(shí)延和幾乎100%的可靠性。這要求承載網(wǎng)既能提供極低的傳送時(shí)延、極低的處理時(shí)延、嚴(yán)格的頻率同步和時(shí)間同步能力，又能提供極強(qiáng)的故障恢復(fù)能力。

（3） SDN/NFV 需求。5G 系統(tǒng)以SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）作為基礎(chǔ)技術(shù)，控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加靈活、智能、高效和開放。作為5G 系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)面的一部分，承載網(wǎng)也必須具備SDN 功能，從而構(gòu)建面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開放接口，針對具體場景需求進(jìn)行功能剪裁及資源分片，并在其上進(jìn)行各自的業(yè)務(wù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)控制，實(shí)現(xiàn)面向業(yè)務(wù)場景的按需適配的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的開放，滿足業(yè)務(wù)的差異化需求，提升業(yè)務(wù)的部署效率，提供全新的運(yùn)營模式和盈利空間。

（4） “大”承載網(wǎng)設(shè)備的需求。5G時(shí)代，為了承接高密度的數(shù)據(jù)流量，承載網(wǎng)設(shè)備數(shù)量大，MESH 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)場景多，帶寬、接口消耗大，要求承載設(shè)備具備大容量、大帶寬、接口數(shù)量多的特點(diǎn)。

（5） 低TCO（Total Cost of Ownership，從產(chǎn)品采購到后期使用、維護(hù)的總的總成本）需求。5G網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋、高密度、大容量、大帶寬等目標(biāo)，勢必對承載網(wǎng)元有海量需求，承載網(wǎng)規(guī)模將非常龐大，這就要求承載網(wǎng)元低成本、低功耗、易維護(hù)，最大限度降低TCO。endprint

3. 針對5G需求的傳送網(wǎng)解決思路

3.1 I傳送網(wǎng)的前移。

對于前傳網(wǎng)（RRU-BBU）的需求，從當(dāng)前的4G網(wǎng)絡(luò)到5G網(wǎng)絡(luò)，單扇區(qū)CPRI（通用公共無線電接口）接口帶寬約提升160倍（頻譜帶寬提升10 倍，天線數(shù)提升16倍）至1.6T，而5G 的時(shí)延將下降到1ms以下，即使通過壓縮即使也很難用一個(gè)CPRI 接口滿足5G 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸需求，以CPRI接口方式建設(shè)前傳網(wǎng)幾乎不可能。這種情況下，承載方案將面臨很大的挑戰(zhàn)，必須考慮將傳送網(wǎng)前移，優(yōu)化CPRI接口，以彌補(bǔ)前傳網(wǎng)能力的不足。

3.2 I傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化。

為了滿足5G 系統(tǒng)的時(shí)延指標(biāo)要求，需進(jìn)一步將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，業(yè)務(wù)層進(jìn)一步下沉，業(yè)務(wù)層到無線基站接入端的縱向時(shí)延及基站到基站的橫向時(shí)延大大降低，對承載網(wǎng)的時(shí)延要求比4G時(shí)代更嚴(yán)格，承載網(wǎng)必須向扁平化發(fā)展。

傳統(tǒng)承載網(wǎng)分為接入層、匯聚層、骨干匯聚層、核心層、業(yè)務(wù)落地多層結(jié)構(gòu)，在5G時(shí)代承載網(wǎng)會(huì)在保持接入、匯聚、核心三層主體結(jié)構(gòu)不變的情況下進(jìn)行一定程度的簡化，匯聚層將不經(jīng)過骨干匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行二級(jí)匯聚，經(jīng)過一級(jí)匯聚后直接口字型雙上聯(lián)到核心層，替代目前的環(huán)形組網(wǎng)，甚至在設(shè)備能力許可的情況下，業(yè)務(wù)落地層也會(huì)被簡化。從而通過簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，縮短時(shí)延。

3.3 I優(yōu)化設(shè)備的路由算法。

5G承載網(wǎng)接入容量大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑尸F(xiàn)mesh狀，時(shí)延的在線測量和基于時(shí)延的路由計(jì)算將是5G 承載的基本需求。在SDN上實(shí)現(xiàn)時(shí)延驅(qū)動(dòng)路由算法的廠家，時(shí)延驅(qū)動(dòng)路由通過在線測量每對光纖跨端的延時(shí)值，可以計(jì)算出最小時(shí)延的端到端路由，并可以通過隧道OAM在線測量出路由的時(shí)延，如果時(shí)延值不滿足X2 的延時(shí)要求，會(huì)提示運(yùn)營商告警，調(diào)整光纜的路由滿足組網(wǎng)要求。

3.4 ISDN/NFV的全面引入。

5G時(shí)代，運(yùn)營商需要一個(gè)統(tǒng)一運(yùn)營、統(tǒng)一部署和統(tǒng)一操作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，RAN 控制域、承載網(wǎng)控制域、核心網(wǎng)控制域三域協(xié)同，實(shí)現(xiàn)從“云、管、端”的全業(yè)務(wù)控制與運(yùn)營。通過SDN/NFV技術(shù)的部署，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸路徑，控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)靠近轉(zhuǎn)發(fā)云和接入云邊緣，有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延；通過構(gòu)建面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開放接口，滿足業(yè)務(wù)的差異化需求并提升業(yè)務(wù)的部署效率；通過網(wǎng)絡(luò)編排與管理系統(tǒng)針對具體場景需求對網(wǎng)絡(luò)分片，實(shí)現(xiàn)一種面向業(yè)務(wù)場景按需適配的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；引入SDN技術(shù)，構(gòu)建面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開放平臺(tái)。

3.5 I三層功能的下移。

5G網(wǎng)絡(luò)，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化和控制面與承載面的分離，導(dǎo)致基站之間的橫向流量呈指數(shù)級(jí)的超過4G網(wǎng)絡(luò)的流量，而各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，對時(shí)延的要求很高，甚至在1ms內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于3GPP 定義的LTE 基站間的10ms 時(shí)延。LTE時(shí)代，三層一般高置，主要部署在匯聚骨干節(jié)點(diǎn)或核心層之上。5G時(shí)代，一方面：三層下掛的基站將更多，路由條目數(shù)量將更大，三層設(shè)備流量調(diào)度任務(wù)重，如果還將三層高置，三層設(shè)備將不堪重負(fù)，一旦三層節(jié)點(diǎn)故障，影響范圍很大；另一方面：三層高置導(dǎo)致橫向的流量時(shí)延大，將不能滿足5G 時(shí)代基站間橫向流量的時(shí)延需求。為了網(wǎng)絡(luò)的安全性、穩(wěn)健性及減少橫向跳數(shù)降低時(shí)延，必須將三層下移。

4. 結(jié)束語

5G 的發(fā)展將更多面向數(shù)據(jù)、視頻、物聯(lián)網(wǎng)等各類應(yīng)用，成為未來數(shù)字世界的驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，其無線技術(shù)的發(fā)展和組網(wǎng)將對傳輸產(chǎn)生超高帶寬、低時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)切片、東西向流量的需求。所以，未來面向LTE-A Pro 及5G的城域傳輸PTN 會(huì)逐步將三層下移，以高速PTN 或OTN+PTN 的形態(tài)承載業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)上也會(huì)逐步采用直達(dá)或口字型來減少跳數(shù)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向大容量、扁平化和靈活組網(wǎng)的方向發(fā)展。

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[文章編號(hào)]1619-2737（2017）07-20-666

[作者簡介] 王挺（1983-），男，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，工作單位：天元瑞信通信技術(shù)股份有限公司，主要從事光通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃咨詢及設(shè)計(jì)工作。

辛向軍（1980-），男，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，工作單位：天元瑞信通信技術(shù)股份有限公司，主要從事光通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃咨詢及設(shè)計(jì)工作。endprint