IPRAN與PeOTN混合組網(wǎng)用于5G承載探討

王海軍 中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院教授級高級工程師

龐 冉 中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院高級工程師

師 嚴(yán) 中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院高級工程師

1 引言

隨著5G技術(shù)研究的不斷推進(jìn)，當(dāng)前主流運(yùn)營商陸續(xù)提出了多種5G承載方案，其中前傳承載方案包括光纖直驅(qū)、G.metro、有源OTN/WDM等方案，回傳承載方案包括IPRAN演進(jìn)方案、IPRAN+PeOTN方案、SPN方案、MOTN方案等。

目前，ITU-T、3GPP、IEEE等多個國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也在加速與5G承載相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。在最近的ITU-T會議上發(fā)布了“5G承載網(wǎng)”技術(shù)報告，給出了5G承載網(wǎng)的參考模型以及部署場景，分析了承載網(wǎng)在支撐5G網(wǎng)絡(luò)方面的需求，并提供了5G實(shí)體單元與承載網(wǎng)之間各實(shí)體單元與承載網(wǎng)之間接口的細(xì)節(jié)，描述了承載網(wǎng)對“5G網(wǎng)絡(luò)切片”的支撐（包括控制/數(shù)據(jù)平面、控制/管理接口），為ITU-TSG15面向5G技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目指明了方向。同時，ITU-T SG 15啟動了兩個M-OTN（Mobile-optimizedOTN）相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目，其中G.sup.5gotn項(xiàng)目描述了現(xiàn)有OTN技術(shù)在5G承載中的應(yīng)用方式，G.ctn5g項(xiàng)目將規(guī)范支持5G承載的需求和通用傳送特征。

基于IPRAN與PeOTN混合組網(wǎng)用于5G回傳承載的方案，具有技術(shù)成熟、綜合承載等優(yōu)點(diǎn)。

2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G基站高密度、大容量、靈活部署的特點(diǎn)，要求承載網(wǎng)應(yīng)具備靈活、高效、低成本、智能的品質(zhì)?；贗PRAN與PeOTN混合組網(wǎng)的5G承載方案應(yīng)具備下述特征：

（1）架構(gòu)清晰，通過架構(gòu)的優(yōu)化降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，提高網(wǎng)絡(luò)靈活性，適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展。

（2）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，適當(dāng)集約，推動以綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)為目標(biāo)的C-RAN部署，快速滿足基站接入的需要。

（3）網(wǎng)絡(luò)智能，能夠快速進(jìn)行業(yè)務(wù)的優(yōu)化調(diào)整，滿足大量業(yè)務(wù)發(fā)展、調(diào)整；快速響應(yīng)業(yè)務(wù)路由變化和調(diào)度；具備全網(wǎng)智能編排調(diào)度的能力。

（4）綜合多業(yè)務(wù)接入承載，不但能夠滿足5G業(yè)務(wù)承載需要，還要滿足專線等多業(yè)務(wù)綜合承載的需要。

基于IPRAN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的5G承載方案保持現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)不變，網(wǎng)絡(luò)保持原有核心、匯聚、接入三級基礎(chǔ)架構(gòu)（見圖1）。

網(wǎng)絡(luò)各層面節(jié)點(diǎn)功能定位如下：

●核心設(shè)備主要作為業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，應(yīng)設(shè)置在便于匯聚網(wǎng)絡(luò)組織和資源豐富的核心機(jī)房。

●業(yè)務(wù)匯聚設(shè)備用于與各業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)元連接，設(shè)置在需要業(yè)務(wù)匯聚的核心機(jī)房。

圖1 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)

●匯聚設(shè)備主要用于末端接入設(shè)備的業(yè)務(wù)收斂，設(shè)置在匯聚機(jī)房或兼做匯聚的核心機(jī)房。

●接入設(shè)備主要用于無線基站業(yè)務(wù)接入及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村場景下少量末端接入設(shè)備的業(yè)務(wù)收斂，按照網(wǎng)絡(luò)層級可分為一級接入和末端接入，一級接入設(shè)備主要用于基站業(yè)務(wù)接入和周邊少量末端接入設(shè)備的業(yè)務(wù)收斂，設(shè)置在綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房；末端接入設(shè)備一般僅作基站業(yè)務(wù)接入，設(shè)置在末端節(jié)點(diǎn)。

3 承載方案

本承載方案通過PeOTN（MPLS-TP）作為移動回傳的接入段，需要L3轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)在核心匯聚層的IP RAN實(shí)現(xiàn)。

3.1 L3需求分析

5G網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)云化后，核心網(wǎng)元功能下沉至不同的通信云機(jī)房，通信云間存在著東西向流量調(diào)度的需求；同時由于邊緣云節(jié)點(diǎn)與承載網(wǎng)的分區(qū)不完全對應(yīng)，導(dǎo)致入云流量需要在不同的匯聚點(diǎn)間調(diào)度。此外，跨匯聚環(huán)的Xn流量需求也需要在核心匯聚層通過L3完成轉(zhuǎn)發(fā)。

因此對于5G承載網(wǎng)絡(luò)的核心匯聚層，存在強(qiáng)L3的轉(zhuǎn)發(fā)需求，可以采用當(dāng)前IPRAN網(wǎng)絡(luò)核心匯聚層演進(jìn)方案。

雖然5G業(yè)務(wù)本身存在Xn業(yè)務(wù)就近轉(zhuǎn)發(fā)的需求，但從實(shí)際組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上來看，以實(shí)現(xiàn)無線全覆蓋為目的的無線基站實(shí)際部署位置并不完全規(guī)整，回傳網(wǎng)絡(luò)接入段的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)受限于地理與光纖資源，也無法做到同一片區(qū)的基站同屬于一個接入環(huán)。因此，任何一個接入環(huán)上節(jié)點(diǎn)間的橫向關(guān)系都小于總的橫向關(guān)系，同時相當(dāng)大的橫向流量關(guān)系是需要經(jīng)過核心匯聚層的。

因此對于5G承載網(wǎng)絡(luò)的接入環(huán)，不存在強(qiáng)L3的轉(zhuǎn)發(fā)需求。

3.2 業(yè)務(wù)組織方案

（1）業(yè)務(wù)組織（見圖2）

●基站業(yè)務(wù)在核心匯聚層組織方案：5G基站業(yè)務(wù)與當(dāng)前3G/4G基站業(yè)務(wù)承載方案類似，均采用L3VPN承載，可滿足南北向S1業(yè)務(wù)與東西向Xn業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度需求。同時，隨著SR/EVPN/FlexE技術(shù)的逐漸成熟，可按需引入新技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)承載效率。

●基站業(yè)務(wù)在接入段組織方案：5G基站業(yè)務(wù)以以太網(wǎng)虛擬專線（EVPL）的方式接入，匯聚節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)的PeOTN間使用靜態(tài)PW+隧道方式建立EVPL業(yè)務(wù)。若基站間存在東西向流量繞行，可在IPRAN匯聚設(shè)備間轉(zhuǎn)發(fā)。

圖2 業(yè)務(wù)組織

●接入段和核心匯聚層的對接方案PeOTN與IPRAN采用口字型連接，分別配置基站到兩個匯聚點(diǎn)PeOTN的主備PW并針對每個PW配置LSP1+1。PeOTN與IPRAN采用V字型連接時，不配置PW的保護(hù)，僅配置LSP1+1。

●核心匯聚層IPRAN網(wǎng)絡(luò)配置L3VPN，在IPRAN匯聚設(shè)備通過L2轉(zhuǎn)L3方式，將接入側(cè)UNI接口業(yè)務(wù)橋接進(jìn)入L3VPN。

●基站業(yè)務(wù)IP和管理IP需配置相應(yīng)的業(yè)務(wù)VLAN和管理VLAN，基站IP地址與IPRAN下行邏輯子接口（VLAN）一一對應(yīng)。

上行業(yè)務(wù)：接入層PeOTN客戶側(cè)根據(jù)port+VLAN將基站業(yè)務(wù)VLAN和管理VLAN封裝到同一個PW，通過隧道至匯聚點(diǎn)PeOTN設(shè)備后再到IPRAN；同一基站的業(yè)務(wù)VLAN和管理VLAN要求連續(xù)。

下行業(yè)務(wù)：匯聚PeOTN識別IPRAN下行邏輯子接口（基站業(yè)務(wù)VLAN和管理VLAN），將業(yè)務(wù)封裝到同一PW至接入層PeOTN，接入層PeOTNPW對應(yīng)到客戶側(cè)的port+VLAN業(yè)務(wù)。

●接入側(cè)基站與IPRAN匯聚設(shè)備側(cè)三層網(wǎng)關(guān)按照N：1模型配置。IPRAN側(cè)可選配置Dot1qVLAN子接口或superVLAN方式終結(jié)接入側(cè)N個VLAN對應(yīng)的子接口地址。

●PeOTN、IPRAN共同維護(hù)基站的IP地址與基站VLAN對應(yīng)表，對接處通過VLAN進(jìn)行基站業(yè)務(wù)的識別。建議基站的IP地址由傳輸專業(yè)統(tǒng)一維護(hù)和分配，建立專業(yè)間的協(xié)調(diào)。

（2）VLAN規(guī)劃分配

VLAN用于二層網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分基站業(yè)務(wù)流和基站網(wǎng)管數(shù)據(jù)。VLAN由各地市分配，每個IPRAN匯聚環(huán)下的基站的VLAN編號應(yīng)不得出現(xiàn)重復(fù)，不同IPRAN匯聚環(huán)下的VLAN編號分配時需無線專業(yè)和傳輸專業(yè)配合進(jìn)行。建議由傳輸專業(yè)統(tǒng)一分配。

3.3 業(yè)務(wù)保護(hù)機(jī)制

PeOTN網(wǎng)內(nèi)保護(hù)可采用LSP 1:1或PW冗余，PeOTN與IPRAN互聯(lián)對接保護(hù)可根據(jù)互聯(lián)方式不同采用基于ARP雙發(fā)、VRRP、LAG&MC-LAG等方式，具體如表1所示。

表1 IPRAN+PeOTN方案業(yè)務(wù)保護(hù)方式

（1）基于ARP雙發(fā)的保護(hù)（見圖3）

匯聚層IPRAN設(shè)備下行配置FRR保護(hù)，接入層PeOTN配置ARP雙發(fā)功能，與IPRAN配合進(jìn)行對接鏈路和IPRAN節(jié)點(diǎn)故障的保護(hù)。PeOTN網(wǎng)內(nèi)配置PW冗余和針對每個PW的LSP1:1保護(hù)。

圖3 基于ARP雙發(fā)的保護(hù)

（2）VRRP保護(hù)（見圖4）

在匯聚IPRAN設(shè)備上配置VRRP保護(hù)，對接

保護(hù)由IPRAN實(shí)現(xiàn)，PeOTN網(wǎng)內(nèi)配置PW冗余和針對每個PW的LSP1：1保護(hù)。

（3）LAG保護(hù)（見圖5）

每端PeOTN設(shè)備兩個客戶側(cè)端口配置LAG保護(hù)上聯(lián)至兩端IPRAN設(shè)備，兩端IPRAN設(shè)備對接PeOTN的UNI端口配置MC-LAG。PeOTN網(wǎng)內(nèi)保護(hù)采用LSP1:1保護(hù)。

圖4 基于VRRP的保護(hù)

圖5 基于ARP雙發(fā)的保護(hù)

4 網(wǎng)絡(luò)開放與智能化

5G承載面臨著業(yè)務(wù)、架構(gòu)等方面的新需求和挑戰(zhàn)，應(yīng)充分利用5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期，加快網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)開放，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營互聯(lián)網(wǎng)化和智能化。

面向5G的承載網(wǎng)絡(luò)具有海量連接、大流量、靈活調(diào)度等特點(diǎn)，對于管理和運(yùn)維均提出了新的挑戰(zhàn)，因此5G承載傳送網(wǎng)將全面引入SDN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨IPRAN與PeOTN端到端智能管控與業(yè)務(wù)靈活調(diào)度。

同時，運(yùn)營商應(yīng)從接入層設(shè)備著手研發(fā)開放的PeOTN，簡化設(shè)備功能，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本；標(biāo)準(zhǔn)化南向接口，定制化設(shè)備功能，滿足個性化業(yè)務(wù)需求。

5 結(jié)束語

基于IPRAN與PeOTN混合組網(wǎng)的5G承載方案基于現(xiàn)有技術(shù)，具有技術(shù)成熟、綜合承載等優(yōu)點(diǎn)，L3功能支持在現(xiàn)有IP/MPLS技術(shù)基礎(chǔ)上逐步演進(jìn)，并隨著技術(shù)發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)需求逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能增強(qiáng)，為5G業(yè)務(wù)提供靈活、高效、可靠、智能的承載網(wǎng)絡(luò)。