楊青宏,王俊峰,方 明(.中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司,河南鄭州 450007;.中國(guó)聯(lián)通福建省分公司,福建福州 35000)
5G三大類(lèi)典型場(chǎng)景,側(cè)重峰值速率、移動(dòng)性、連接數(shù)密度等技術(shù)指標(biāo),隨著5G 大規(guī)模建設(shè),將對(duì)現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來(lái)新的影響。針對(duì)5G 站點(diǎn)接入方式對(duì)機(jī)房架構(gòu)、光纜資源和傳輸設(shè)備要求,本文結(jié)合中國(guó)聯(lián)通傳輸架構(gòu)基礎(chǔ)現(xiàn)狀,分析儲(chǔ)備策略和建設(shè)思路。
5G 網(wǎng)絡(luò)RAN 與LTE 網(wǎng)絡(luò)有較大架構(gòu)區(qū)別,分前傳、中傳及回傳3 部分。5G 前傳承載接口使用eCPRI標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)處理后單小區(qū)帶寬為10~25 G。熱門(mén)前傳承載方案以光纖直驅(qū)和WDM 技術(shù)為主,如圖1 所示。光纖直驅(qū)投資少,時(shí)延最低,且1 個(gè)AAU 需1 對(duì)光纖,現(xiàn)有24 芯接入模式基本滿(mǎn)足。纖芯需求壓力在主干光纜??蛇x用波分解決纖芯不足問(wèn)題,但相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)不夠成熟,造價(jià)較高。據(jù)測(cè)算,3.5 GHz頻段的5G 站址密度比4G 站大20%,隨著5G 逐步覆蓋,機(jī)房光纜需求量會(huì)很大。
中傳承載速率為10G,綜合業(yè)務(wù)點(diǎn)帶寬30~40 G,匯聚環(huán)容量約100 G,核心環(huán)帶寬預(yù)計(jì)在100 G。后期5G和固網(wǎng)帶寬都會(huì)升至100G顆粒,且RAN、MEC及核心城域網(wǎng)的部署,均需要100 G 大容量UTN 設(shè)備?,F(xiàn)網(wǎng)的中傳和回傳承載采用SPN、PeOTN 等技術(shù),流量的爆發(fā)增長(zhǎng),導(dǎo)致對(duì)傳輸設(shè)備帶寬需求量加大。
圖1 5G前傳的承載方案
5G 網(wǎng)絡(luò)的云化部署使網(wǎng)絡(luò)也將由核心向邊緣逐步虛擬化,并逐步引入SDN 功能,實(shí)現(xiàn)智能化管理,同樣也會(huì)對(duì)通信機(jī)房的面積和電源提出新的需求。
未來(lái)隨著CRAN 的普及,考慮機(jī)房空間、電源、光纜管道資源承受能力,需要合理儲(chǔ)備資源,研究傳輸設(shè)備建設(shè)策略。下面以中國(guó)聯(lián)通傳輸規(guī)劃現(xiàn)狀,從機(jī)房架構(gòu)、光纜資源及傳輸設(shè)備3個(gè)方面分析。
結(jié)合中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn),機(jī)房架構(gòu)內(nèi)容主要分為業(yè)務(wù)區(qū)劃分和機(jī)房選取建設(shè)2 個(gè)部分,也是傳輸網(wǎng)絡(luò)重要的基礎(chǔ)資源。
2.1.1 區(qū)域劃分
圖2 區(qū)域劃分
中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)中,區(qū)域劃分包含關(guān)系如圖2 所示,可以看出,寬帶、集客和室分專(zhuān)業(yè)的樓宇劃分一般歸屬在綜合業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)。無(wú)線、傳輸、寬帶3個(gè)網(wǎng)絡(luò)隨著5G站點(diǎn)部署密度的增加,必然在接入層面融合統(tǒng)一。鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)區(qū)劃分,與無(wú)線在ABC 類(lèi)網(wǎng)格劃分中基本保持一致。而市區(qū)縣城綜合業(yè)務(wù)區(qū)劃分,隨著微網(wǎng)格細(xì)分,無(wú)線大網(wǎng)網(wǎng)格基本上同寬帶、集客和室分一樣,以樓宇為主的“面”覆蓋成為主要口碑場(chǎng)景。
三大網(wǎng)絡(luò)在區(qū)域劃分上,逐步向熱點(diǎn)、密集和重要區(qū)域進(jìn)行細(xì)分,對(duì)區(qū)域劃分建議如下。
a)匯聚區(qū)保持穩(wěn)定。
b)綜合業(yè)務(wù)區(qū)總體保持穩(wěn)定,允許綜合業(yè)務(wù)區(qū)分區(qū)邊界適當(dāng)優(yōu)化。
c)綜合業(yè)務(wù)區(qū)需分等級(jí)對(duì)待,對(duì)5G 網(wǎng)格/微網(wǎng)格場(chǎng)景提前部署的市區(qū)縣城綜合業(yè)務(wù),分特別重要、重要、一般3個(gè)等級(jí),尤其政企為主或口碑爭(zhēng)先的綜合業(yè)務(wù)區(qū),重點(diǎn)保障該區(qū)域的接入光纜、主干光纜及管道、傳輸設(shè)備的優(yōu)先建設(shè)。
2.1.2 機(jī)房布局
中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)中,核心機(jī)房、匯聚機(jī)房和綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房選取需綜合考慮使用面積、蓄電池電源、開(kāi)關(guān)電源容量、外市電引入等條件。5G網(wǎng)絡(luò)中新增的設(shè)備場(chǎng)景適配機(jī)房類(lèi)型見(jiàn)表1。對(duì)于站址密集城區(qū),需要適當(dāng)增加綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)目標(biāo)數(shù)量。而對(duì)于大型體育場(chǎng)館、高新科技公司集中的寫(xiě)字樓,還要考慮CU、MEC 下沉的可能性,新建或利舊綜合接入點(diǎn)。
由于5G 建設(shè)的應(yīng)用偏向于商務(wù)辦公寫(xiě)字樓等重要場(chǎng)景。在重要綜合業(yè)務(wù)區(qū),若綜合機(jī)房覆蓋不足,一些室分樓宇機(jī)房也可以作為BBU/DU 小集中機(jī)房,條件較好的作為綜合接入機(jī)房。若無(wú)綜合接入機(jī)房,應(yīng)根據(jù)管道覆蓋情況及無(wú)線重點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景,結(jié)合室分、集客和寬帶需求,新建部分時(shí)延要求較高或接近商務(wù)樓宇、寫(xiě)字樓、高校、工業(yè)區(qū)等業(yè)務(wù)量大的綜合接入機(jī)房,并提高機(jī)房面積及市電引入規(guī)模,以便后續(xù)大帶寬傳輸專(zhuān)線設(shè)備、邊緣計(jì)算及工業(yè)自動(dòng)化等快速布局。
表1 5G設(shè)備機(jī)房分布
隨著5G建設(shè)的來(lái)臨,空間、電源、外市電等問(wèn)題仍會(huì)逐步凸顯。對(duì)此建議:
a)形成以核心、匯聚、綜合接入機(jī)房、BBU/DU 小集中點(diǎn)為主的4層完善架構(gòu)。
b)新建類(lèi)。偏向3 個(gè)網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)場(chǎng)景,并向商務(wù)辦公區(qū)域傾斜,特別重要區(qū)域保證機(jī)房自有,并提高機(jī)房市電配套等級(jí)。
c)利舊類(lèi)。加快老舊設(shè)備騰退,擴(kuò)容引入市電,完善配套,并引入條件較好的小型機(jī)房充當(dāng)BBU/DU小集中機(jī)房。
中國(guó)聯(lián)通本地光纜網(wǎng)以分層、分區(qū)為主,其中核心匯聚光纜連接核心匯聚節(jié)點(diǎn),高效直達(dá);一二級(jí)主干光纜環(huán)覆蓋市區(qū)縣城;縣、鄉(xiāng)光纜基本連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)。
隨著DRAN 模式向CRAN 模式的逐步轉(zhuǎn)變,接入類(lèi)光纜必將因5G站點(diǎn)及末端寬帶大客戶(hù)持續(xù)增加,變得繁雜混亂,管理無(wú)序。因此需要更加規(guī)范有序地建設(shè),有利于維護(hù)管理,也減少后期不必要的投資。
2.2.1 接入末端一體化
根據(jù)中國(guó)聯(lián)通對(duì)樓宇接入光纜資源統(tǒng)一建設(shè)的要求,結(jié)合樓宇現(xiàn)狀及各專(zhuān)業(yè)需求,需統(tǒng)一部署垂直線纜。
從樓宇建設(shè)順序上來(lái)看,各個(gè)專(zhuān)業(yè)末端接入順序如下。
a)既有樓宇接入?yún)^(qū)域:寬帶、室分、集客不分先后均可實(shí)施建設(shè)。
b)新建樓宇接入?yún)^(qū)域:一般是寬帶專(zhuān)業(yè)隨樓宇建設(shè)進(jìn)度先納入滾動(dòng)規(guī)劃中,待樓宇建設(shè)施工完成,寬帶進(jìn)行覆蓋,室分和集客再按需引進(jìn)建設(shè)。
從樓宇屬性劃分上看,接入末端又以各個(gè)專(zhuān)業(yè)為主。
a)住宅類(lèi)的:一般以寬帶和室分接入為主。
b)非住宅類(lèi)的:寫(xiě)字樓及工業(yè)園區(qū),三大網(wǎng)絡(luò)均需覆蓋。政企辦公樓覆蓋以室分和專(zhuān)線為主。高校覆蓋以寬帶和室分專(zhuān)業(yè)為主。
本節(jié)以寬帶分光接入模式分析,如圖3所示,其中OLT 設(shè)備和分光器之間一般以主干或配線光纜為主,分光器至用戶(hù)側(cè)一般以4 芯、6 芯和12 芯的小芯數(shù)接入層光纜為主,且末端接入光交光配也多在機(jī)房和弱電井。
根據(jù)寬帶的先行建設(shè)模式,總結(jié)末端接入光纜的建設(shè)思路如下。
a)寬帶建設(shè)同時(shí)要兼顧室分。大型樓宇一、二級(jí)分光在樓宇層內(nèi),一、二級(jí)間主干光纜一般以小芯數(shù)為主。室分需每一樓層或隔層的RRU 拉遠(yuǎn)至某樓層集中器側(cè),且因室分制式纖芯需求量大,5G 模式下纖芯量更多,因此室分樓宇內(nèi)至樓下光交主干纜纖芯一般24 芯以上。為能夠同時(shí)兼顧寬帶及小芯數(shù)專(zhuān)線接入,樓層內(nèi)主干纜應(yīng)保證48芯以上。隨樓宇內(nèi)寬帶用戶(hù)數(shù)規(guī)模增加,主干光纜芯數(shù)可以增加。樓層分光器位置可設(shè)置較大配線箱,形成星型結(jié)構(gòu),同時(shí)兼顧室分和專(zhuān)線需求。各專(zhuān)業(yè)統(tǒng)一配線箱,合理分配箱內(nèi)模塊。主干光纜隨樓層高度逐級(jí)遞減分纖至配線箱。
b)寬帶建設(shè)同時(shí)要兼顧專(zhuān)線。對(duì)分散式場(chǎng)景,寬帶接入一、二級(jí)分光主要在樓宇外,尤其較大的場(chǎng)館、別墅、軟件園、工業(yè)園等分散性高密度區(qū)域,一般以線型接入為主。未來(lái)隨著云網(wǎng)一體化建設(shè),末端用戶(hù)增加傳輸設(shè)備,利舊寬帶光纖資源即可改為以微型環(huán)為主,如圖4所示。寬帶的纖芯數(shù)末端接入纖芯數(shù)可在6芯以上保證寬帶接入同時(shí),傳輸2 芯組網(wǎng),集客1 芯接入。同時(shí)也能對(duì)5G下沉的傳輸設(shè)備進(jìn)行保護(hù),且環(huán)路主要以獨(dú)享形式分纖,減少接頭衰耗,并可以根據(jù)接入樓宇分布選擇光纜芯數(shù)。
圖3 寬帶典型分光方式
最終末端形成微星型和微環(huán)型結(jié)構(gòu),并統(tǒng)一各個(gè)專(zhuān)業(yè),最大程度減少纖芯浪費(fèi)。
2.2.2 配對(duì)光纜和主干環(huán)路布局
近年來(lái),中國(guó)聯(lián)通的宏站和室分拉遠(yuǎn)比例逐步提升,CRAN 模式集中顯現(xiàn),但仍有部分綜合業(yè)務(wù)機(jī)房其他站點(diǎn)無(wú)法接入,基站建設(shè)模式仍使用DRAN。
針對(duì)5G需求,除考慮改擴(kuò)建、騰退機(jī)房空間外,對(duì)于條件符合的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn),也應(yīng)做好主干光纜與節(jié)點(diǎn)的銜接,實(shí)現(xiàn)每個(gè)綜合接入機(jī)房有2~3 個(gè)主干光交配對(duì),90%以上的主干光交有配對(duì)的綜合接入機(jī)房。配對(duì)光纜提前建設(shè)能夠有效提升綜合接入機(jī)房與主干光交的銜接率,滿(mǎn)足5G的前傳承載需求。
據(jù)測(cè)算主干環(huán)路上單綜合接入點(diǎn)拉遠(yuǎn)10 個(gè)5G 移動(dòng)站點(diǎn),平均單光交需21 芯,纖芯需求量大。除增加配對(duì)光纜建設(shè),通過(guò)其跳纖盡少占用環(huán)路外,仍要擴(kuò)容環(huán)路容量,并對(duì)密集區(qū)域建設(shè)二級(jí)主干環(huán)路,緩解主干壓力。5G主干環(huán)路節(jié)點(diǎn)接入模式如圖5所示。
圖4 末端建設(shè)方式
圖5 主干光交與機(jī)房銜接示意
在配對(duì)光纜引流下,主干光纜環(huán)的剩余纖芯基本可滿(mǎn)足5G DU 集中及MEC 等低時(shí)延直達(dá)的纖芯需求。對(duì)24 芯接入光纜也需挖潛現(xiàn)有光纖資源能力,釋放3G/4G 拉遠(yuǎn)纖芯資源。無(wú)線專(zhuān)業(yè)也應(yīng)在DU 選型上盡量選擇AAU 拉遠(yuǎn)數(shù)量級(jí)別高的設(shè)備。同時(shí),在加強(qiáng)城區(qū)主干光纜覆蓋基礎(chǔ)上,應(yīng)合理按需擴(kuò)容,減少管道資源占用及浪費(fèi),提高投資效益。
中國(guó)聯(lián)通預(yù)計(jì)將采用升級(jí)IPRAN over OTN 方案來(lái)滿(mǎn)足5G的需求。建議采用平滑演進(jìn)的技術(shù),如靈活以太網(wǎng)(FlexE)、分段路由(SR)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN),從而保持現(xiàn)網(wǎng)最小的維護(hù)割接量,同時(shí)保證現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備最大性能發(fā)揮。5G 初期和穩(wěn)定期分組網(wǎng)的預(yù)部署結(jié)構(gòu)如圖6所示。
2.3.1 智能化、彈性化分組傳輸設(shè)備
2011 年以來(lái),中國(guó)聯(lián)通在IPRAN 建設(shè)上,架構(gòu)清晰,覆蓋完善,基本滿(mǎn)足了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)回傳和大客戶(hù)等精品業(yè)務(wù)的承載。以福建聯(lián)通為例,全網(wǎng)有3 個(gè)廠家的分組設(shè)備,核心匯聚以上共計(jì)355端,存在各種型號(hào)和老舊混用、環(huán)路節(jié)點(diǎn)數(shù)量不合理等問(wèn)題,優(yōu)化建設(shè)策略如下。
a)升級(jí)及新建IPRAN 設(shè)備,支撐5G 回傳承載。核心匯聚層以擴(kuò)容為主,槽位不足時(shí),優(yōu)先升級(jí)槽位接入能力,由100G 升級(jí)至200G 或400G,無(wú)法升級(jí)的進(jìn)行更新替換。嚴(yán)控低密度板卡采購(gòu)。接入層新建IPRAN2.0設(shè)備,按機(jī)房架構(gòu)合理組網(wǎng)。
b)捆綁端口,利舊資源。對(duì)匯聚層鏈路流量閾值較高的進(jìn)行擴(kuò)容,采用10GE 鏈路捆綁形式升級(jí),超4個(gè)10GE時(shí),擴(kuò)容到100GE端口。
c)SDN 及同步早部署,完成管理智能化。按需部署1588V2,引進(jìn)NCE,開(kāi)展SDN并盡早落地。
2.3.2 業(yè)務(wù)化、顆?;疧TN傳輸設(shè)備
5G 業(yè)務(wù)在承載網(wǎng)內(nèi)流向日趨多樣化,隨著中國(guó)聯(lián)通100G OTN 系統(tǒng)部署完善,利用OTN 設(shè)備支持ODUk/Packet/VC4 統(tǒng)一交換及多業(yè)務(wù)傳送,可以利舊MSTP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)縫接合,統(tǒng)一管控。在承載IPRAN、城域網(wǎng)業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上,隨著5G 網(wǎng)關(guān)、DC 化、MEC 增加,OTN 系統(tǒng)不僅要增加大帶寬的顆粒度,而且隨著政企業(yè)務(wù)的不斷繁榮,也要逐步增加分組以太網(wǎng)功能。對(duì)此建設(shè)策略如下。
a)100G OTN 系統(tǒng):本地網(wǎng)全部引入100G OTN,滿(mǎn)足未來(lái)5G業(yè)務(wù)回傳需求及時(shí)間同步需求;重要城市核心節(jié)點(diǎn)配置ROADM 進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)度,開(kāi)展TSDN 試點(diǎn),提升維護(hù)效率。
b)10G OTN 系統(tǒng):挖潛10G OTN 資源,將騰退的板卡用于業(yè)務(wù)量小的縣城鄉(xiāng)鎮(zhèn)組網(wǎng),提高投資效益,補(bǔ)充縣鄉(xiāng)波分系統(tǒng)。
c)啟用PE 功能:重點(diǎn)城市在100G OTN 開(kāi)通配置PeOTN 功能,以承載剛性管道專(zhuān)線業(yè)務(wù)、大顆粒以太網(wǎng)為主。根據(jù)業(yè)務(wù)量,在初期覆蓋大客戶(hù)業(yè)務(wù)較多的城區(qū)匯聚區(qū),后期可結(jié)合業(yè)務(wù)發(fā)展情況向綜合接入機(jī)房延伸。對(duì)剛性管道以太網(wǎng)專(zhuān)線業(yè)務(wù),一般采用透?jìng)鞣绞?。?duì)非剛性管道的以太網(wǎng)專(zhuān)線業(yè)務(wù),可采用MPLS-TP協(xié)議或以太交換共享通道。
圖6 分組網(wǎng)規(guī)劃部署結(jié)構(gòu)
5G及DC化多場(chǎng)景需求使傳輸架構(gòu)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。圖7為5G初期傳輸簡(jiǎn)易架構(gòu)。
圖7 5G初期傳輸簡(jiǎn)易架構(gòu)
a)在機(jī)房架構(gòu)方面:保持分區(qū)合理,綜合業(yè)務(wù)區(qū)分等級(jí)。擴(kuò)大新建機(jī)房的面積及引電規(guī)模,并偏向5G布局場(chǎng)景。
b)在光纜資源方面:對(duì)光纜的資源儲(chǔ)備提前進(jìn)行,主干環(huán)路適度擴(kuò)容。應(yīng)對(duì)全專(zhuān)業(yè)接入?yún)^(qū)域,打破傳統(tǒng)建設(shè)壁壘,努力實(shí)現(xiàn)接入末端一體化建設(shè)。
c)在傳輸設(shè)備方面:應(yīng)實(shí)現(xiàn)大小帶寬顆粒,軟硬結(jié)合靈活調(diào)度的智能化通道。
近2 年5G 即將大規(guī)模部署,傳輸架構(gòu)3 方面要結(jié)合考慮,聯(lián)動(dòng)分析,互為補(bǔ)充,應(yīng)對(duì)萬(wàn)物互聯(lián)的到來(lái)。
5G 前期以流量擴(kuò)容為主,前傳中傳逐步向25GE、50GE 及100GE 發(fā)展。后期SDN 全網(wǎng)形成規(guī)模,核心層以超400GE 組網(wǎng),切片技術(shù)成熟,業(yè)務(wù)端到端全面開(kāi)通,最終實(shí)現(xiàn)5G的三大場(chǎng)景。由于5G應(yīng)用豐富,市場(chǎng)廣泛,業(yè)界都提供了多種傳輸解決方案。傳送網(wǎng)目前除準(zhǔn)備積累機(jī)房、管道、光纜、分纖點(diǎn)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源,更要循序漸進(jìn),探索最合適、高效、低成本的組網(wǎng)策略,真正實(shí)現(xiàn)綠色5G。