5G背景下城域承載網(wǎng)演進思路分析

摘 要：基于5G背景，對城域承載網(wǎng)演進進行了分析，總結(jié)了演進思路。首先，分析了5G對承載網(wǎng)的新需求。其次，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)做了論述。最后，整理了5G背景下城域承載網(wǎng)演進思路。5G已成定局，在具體推進的過程中，還面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要加大技術(shù)研究力度，推動網(wǎng)絡(luò)演進，提升網(wǎng)絡(luò)運營能力。

關(guān)鍵詞：5G；城域；承載網(wǎng)；演進思路

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0314-02

前 言

通信世界網(wǎng)消息（CWW）2018年被認為是5G商用元年。預(yù)計2018年6月3GPPSA標準將會完成，完整版5G標準將于2019年12月完成。行業(yè)人員表示，運營商5G若要實現(xiàn)商用，必須提前布局承載網(wǎng)絡(luò)。不同于4G，5G的業(yè)務(wù)場景更加多樣化，對5G承載網(wǎng)，有著更高的挑戰(zhàn)。目前，中國運營商5G承載網(wǎng)總體架構(gòu)以及共性需求不斷明確，業(yè)界典型承載方案正在并行發(fā)展有序推進，即SPN、M-OTN和IPRAN等。

1 5G對承載網(wǎng)的新需求

不同于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)出現(xiàn)了新變化。具體如下：①5G時代核心網(wǎng)業(yè)務(wù)錨點下移，回傳網(wǎng)扁平化明顯。②C-RAN架構(gòu)對前傳網(wǎng)絡(luò)，提出了新的需求，包括低時延、低成本、高靈活性。③基站密度有所增加，光纖將會下移，承載節(jié)點的布置數(shù)量較多。從行業(yè)前沿來看，對于上述變化，中興通訊方面提出面向5G的端到端E-OTN解決方案，在前傳網(wǎng)采取的是分組增強OTN技術(shù)方案，不僅能夠在RAN組件之間，利用波長一跳直達降低時延，也能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)的匯聚以及靈活轉(zhuǎn)發(fā)，有效滿足無線接入網(wǎng)虛擬化云化的需求。而回傳組網(wǎng)Mesh化和扁平化，組建固移業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。此方案的關(guān)鍵技術(shù)如下：①大容量光電混合調(diào)度技術(shù)。②分組技術(shù)以及光傳送技術(shù)。③低時延傳送以及轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)等。

2 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，主要面臨著關(guān)鍵能力指標、網(wǎng)絡(luò)運營能力以及網(wǎng)絡(luò)演進要求的挑戰(zhàn)，具體分析如下：

2.1 關(guān)鍵能力指標

根據(jù)未來移動互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景以及業(yè)務(wù)需求，可將5G主要技術(shù)場景，劃分為連續(xù)廣域覆蓋場景、熱點高容量場景、低功耗大連接場景、低時延高場景。既有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及功能難以有效支持各個場景中的能力指標要求，體現(xiàn)在如下方面：①100Mbps～1Gbps的體驗速率。既有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，各個基站之間，不具有較強的交互功能，難以實現(xiàn)高效的無線資源調(diào)度以及移動性管理等功能。目前，網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中心以及邊緣接入速率性能存在著較大的差異，難以達到熱點區(qū)域1Gbps的網(wǎng)絡(luò)體驗速率要求，無法滿足廣域覆蓋情景下100Mbps網(wǎng)絡(luò)體驗速率。②熱點區(qū)域數(shù)十Tbps/km2流量密度。從當前的網(wǎng)絡(luò)部署情況來說，核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)布置的位置很高，而且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式單一，使得業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量朝向網(wǎng)絡(luò)中心匯聚，尤其是在熱點高容量應(yīng)用場景下，極有可能給移動回傳網(wǎng)絡(luò)，造成極大的容量壓力。③百萬連接/km2連接數(shù)密度?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及同化的控制功能，已經(jīng)難以滿足5G差異化的物聯(lián)網(wǎng)終端高效接入的基本要求。④能夠達到低時延高可靠要求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)運營能力

從5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展實際來說，除業(yè)務(wù)能力指標的要求以外，還面臨著網(wǎng)絡(luò)運營挑戰(zhàn)。具體體現(xiàn)如下：①感知和開發(fā)能力不強。目前的網(wǎng)絡(luò)，其開放能力有限，無法滿足細粒度以及全方位網(wǎng)絡(luò)能力開放的基本要求。而且網(wǎng)絡(luò)沒有向外開放的接口，使得第三方無法有效獲取大量的網(wǎng)絡(luò)信息，進而實現(xiàn)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源同第三方業(yè)務(wù)的高效對接。②網(wǎng)絡(luò)運營水平還需要提升。5G網(wǎng)絡(luò)運行時，業(yè)務(wù)流量以及終端密度不斷提升，使得運營商不斷提升運營水平，并且降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本[1]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)演進要求

從當前5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展實際來說，在網(wǎng)絡(luò)演進方面，面臨著以下挑戰(zhàn)：①網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力有限?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，比如4G網(wǎng)絡(luò)，是利用核心網(wǎng)，實現(xiàn)的多接入統(tǒng)一控制，采取的接入技術(shù)不同，其移動性管理和Qos控制與認證過程就不同。因為移動性管理機制具有多樣性，引入了各類信令流程，使得網(wǎng)絡(luò)互連以及漫游架構(gòu)更加復(fù)雜，終端切換以及互操作流程繁瑣，限制了網(wǎng)絡(luò)協(xié)同控制力。②隧道機制功能單一?，F(xiàn)有的隧道機制相對單一，而5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型較為豐富，難以滿足其流量調(diào)度以及數(shù)據(jù)高效轉(zhuǎn)發(fā)基本要求。除此之外，用戶IP地址和網(wǎng)關(guān)綁定，影響著業(yè)務(wù)面功能下沉，進而難以提高數(shù)據(jù)速率，降低傳輸時延[2]。

3 5G背景下城域承載網(wǎng)演進思路整合

3.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)整合

從中國移動和聯(lián)通方面來說，原為移動運營商，建設(shè)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，主要用于輔助基站回傳業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型后，成為全業(yè)務(wù)運營商，后開始進行綜合業(yè)務(wù)區(qū)的規(guī)劃以及建設(shè)，不過機房和管道等設(shè)有基站，其和綜合業(yè)務(wù)區(qū)兩張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)難以融合，對承載網(wǎng)運行有著不利影響。除此之外，中國移動以及中國聯(lián)通的本地網(wǎng)，其機房面積相對較小，而且光纜資源不足，使得承載網(wǎng)存在著超大環(huán)和超長鏈弊端，不僅影響著網(wǎng)絡(luò)運行的安全，而且很容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞或者其他問題。

從中國電信方面來說，其原本為固網(wǎng)運營商，擁有豐富的資源，比如機房和管道等，機房的物理位置條件較好，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)，但是本地網(wǎng)發(fā)展時間較長。由于維護界面劃分的較為細致，使得功能重復(fù)問題或者承載網(wǎng)絡(luò)過多問題逐漸暴露，造成業(yè)務(wù)端到端路徑上轉(zhuǎn)接比較多，進而影響著時延性能[3]。

基于此，5G背景下城域承載網(wǎng)演進，要整合基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，從上到下，實現(xiàn)光纜網(wǎng)網(wǎng)格化，對于同層次上的承載網(wǎng)網(wǎng)元以及業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)元，要堅持同節(jié)點或者就近原則部署，為提高帶寬效率并且減少轉(zhuǎn)接，奠定有力的基礎(chǔ)。

3.2 大維度ROADM組網(wǎng)

當儲備一定能力的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源后，結(jié)合本地實際業(yè)務(wù)流量以及流向需求，部署ROADM節(jié)點構(gòu)建Mesh化的OTN光網(wǎng)絡(luò)。從實際來說，主流設(shè)備廠商的1×20WSS已經(jīng)投入商用，依據(jù)本地網(wǎng)覆蓋面積以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署情況，可選擇和其相互匹配的WSS器件，比如1×4和1×9等，構(gòu)建ROADM網(wǎng)絡(luò)?；诖司W(wǎng)絡(luò)特性，節(jié)點在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)使用，可以實現(xiàn)以下組合：①波長有關(guān)、方向有關(guān)；②波長無關(guān)、方向有關(guān)；③方向無關(guān)、波長有關(guān)、競爭有關(guān)；④波長無關(guān)、方向無關(guān)、競爭有關(guān)；⑤波長無關(guān)、方向無關(guān)、競爭無關(guān)。其中，第五種組合是最為理想的形態(tài)，波長級別光層調(diào)度具有快速靈活性，可啟用WSON保護恢復(fù)機制，有效緩解波長沖突，不過成本較大[4]。中小型本地網(wǎng)現(xiàn)有的ROADM技術(shù)，能夠支撐構(gòu)建扁平的、Mesh化的傳送網(wǎng)，結(jié)合波道規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)性能平衡，包括傳送效率和組網(wǎng)成本等。大型網(wǎng)絡(luò)的ROADM技術(shù)，難以支撐全網(wǎng)Mesh化，基于統(tǒng)一組網(wǎng)，分場景部署業(yè)務(wù)，對部分時延要求高的業(yè)務(wù)，做扁平化處理。

3.3 邏輯分層

城域承載網(wǎng)的部署，是以網(wǎng)絡(luò)實體的形式，通過邏輯分層，實現(xiàn)光+IP。在光層OTN，擁有較大的傳輸帶寬，而且大容量通用交叉矩陣，能夠?qū)崿F(xiàn)ODUk與Packet統(tǒng)一交換，從未來發(fā)展來看，將會不斷完善對VCn顆粒的交叉功能?；诖?，對一張OTN光網(wǎng)絡(luò)，采取邏輯分層方式，可以劃分為光層、ODUk層以及分組層，滿足各類型業(yè)務(wù)需求[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，5G背景下，城域承載網(wǎng)演進思路具體為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)整合、大維度ROADM組網(wǎng)、邏輯分層。按照此思路，解決當前網(wǎng)絡(luò)存在的不足問題，推動5G網(wǎng)絡(luò)的有效推進。

參考文獻

[1]王 林，王保龍，李 娜.5G提出新要求傳送網(wǎng)演進方案探討[J].通信世界，2017（32）：46～47.

[2]孫黎莉.5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢及架構(gòu)部署方案研究[C].遼寧省通信學(xué)會2016年通信網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)年會，2016.

[3]黃 文，費嘉祺.基于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析運營商發(fā)展的轉(zhuǎn)型思路[J].自然科學(xué)：全文版：178.

[4]于富東，楊 林，匙 凱.面向5G的核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演進方案研究[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2017（12）：62～66.

[5]智慧川，蓋軍麗，梅高永.基于5G移動通信技術(shù)發(fā)展與運營研究[J].中國科技投資，2017（24）.

收稿日期：2018-6-3

作者簡介：曹麗玉（1983-），女，工程師，碩士研究生，主要從事通信規(guī)劃設(shè)計工作。