低時延高可靠性的5G承載網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)分析

劉振宇

摘? 要：隨著信息技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步，5G通信技術(shù)作為一種新型的信息技術(shù)越來越得到了人們的重視。通過深入分析5G通信技術(shù)，我們可以更好地使用它，使其滿足時代的發(fā)展需求。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的各個環(huán)節(jié)都需要與未來的發(fā)展趨勢緊密相連?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是5G通信技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)和保障，終端設(shè)備接口、數(shù)據(jù)處理等性能也在其中發(fā)揮著顯著的作用。該文主要就5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，說明5G承載網(wǎng)絡(luò)在低時延、高可靠性方面面臨的挑戰(zhàn)及其解決方案。

關(guān)鍵詞：5G承載網(wǎng);低時延;FlexE

中圖分類號：TN929.5? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

5G主要需求場景包括eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）、mMTC（海量機(jī)器類通信）、URLLC（高可靠低延時通信）[1]，其中5G承載網(wǎng)絡(luò)低時延和可靠性設(shè)計存在較多挑戰(zhàn)。這就需要在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)中，充分考慮各個環(huán)節(jié)的掣肘點和關(guān)節(jié)點，發(fā)揮基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，以承載網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過對當(dāng)前各種挑戰(zhàn)的掌握，進(jìn)行精細(xì)化管理，使5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變得更加完善，以達(dá)到URLLC場景的需求。

1 5G承載網(wǎng)需求

1.1 大眾需求

持續(xù)創(chuàng)新是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的主要發(fā)展原則?？捎|碰互聯(lián)網(wǎng)、虛擬&增強(qiáng)現(xiàn)實/UHD/全息視頻、智能穿戴、自動駕駛等新型應(yīng)用需求正在不斷增長。普通用戶在廣域覆蓋、大容量、低功耗方面有更加敏感和直觀的需求。5G融合云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，不斷創(chuàng)新，加快移動視頻監(jiān)控、傳感器網(wǎng)絡(luò)、本地及區(qū)域廣播、自然災(zāi)害、公共安全等技術(shù)的成熟，推動5G與實體經(jīng)濟(jì)的深入融合，大力推動公共領(lǐng)域的繁榮發(fā)展。

1.2 性能需求

為了保證網(wǎng)絡(luò)正常運行，需要網(wǎng)絡(luò)本身擁有很高的綜合性能。通過持續(xù)改善運行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、健全設(shè)置方案等措施，可以有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合性能。5G承載網(wǎng)不僅需要比較穩(wěn)定，而且需要比較可靠，5G承載網(wǎng)需要具備良好的冗余和容錯能力，在故障出現(xiàn)時，可以實現(xiàn)自我修復(fù)，保持一個良好的運行狀態(tài)。

1.3 智能化需求

智能化不僅可以保障業(yè)務(wù)的有效性和穩(wěn)定性，并且能夠向用戶提供更加直觀、靈活、完善的服務(wù)?？紤]到未來5G業(yè)務(wù)的大容量、高速率特點，要求5G承載網(wǎng)具有在大容量環(huán)境中保持良好傳輸效率的能力。與之相呼應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)智能化、自動化、虛擬化就變得尤為重要。網(wǎng)絡(luò)智能化在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的同時，還可以根據(jù)用戶的不同需求，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)化管理。網(wǎng)絡(luò)智能化是未來技術(shù)和應(yīng)用的趨勢。

2 低延時高可靠性5G承載網(wǎng)絡(luò)存在的挑戰(zhàn)

在大寬帶傳輸時期，使用大寬帶傳輸技術(shù)可以有效降低設(shè)備的時延，這個時期能夠做到帶寬400G的高速傳輸。隨著時間的推移，光承載網(wǎng)在大數(shù)據(jù)傳輸中顯示出明顯的不足：光通路中的數(shù)據(jù)單元屬于標(biāo)準(zhǔn)容量，所承載的業(yè)務(wù)需要參考數(shù)據(jù)單元的實際容量來完成封裝，而傳統(tǒng)的光承載網(wǎng)不具備靈活帶寬調(diào)度的能力，并且整體的承載效率較低。所以，5G高速傳輸系統(tǒng)應(yīng)具有合理調(diào)度網(wǎng)絡(luò)帶寬的能力，具備承載高效性、承載安全性、業(yè)務(wù)側(cè)速率適配性等特點。

5G使用場景包括大顆粒業(yè)務(wù)，但并不意味著要舍棄小顆粒業(yè)務(wù)。通信運營商在5G時代，仍會長時間存在GSM基站的2M接入需求，大顆粒業(yè)務(wù)與小顆粒業(yè)務(wù)同網(wǎng)傳輸，就需要借助新型的5G承載網(wǎng)來實現(xiàn)。

新型的5G低時延寬帶傳輸系統(tǒng)借助低時延研發(fā)技術(shù)，降低設(shè)備的處理時延，使用OTN技術(shù)實現(xiàn)全光層交叉調(diào)度，以此來實現(xiàn)大寬帶低時延等特征。因此在5G承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案方面，需要重視OTN設(shè)備與組網(wǎng)方案的聯(lián)系，正確使用PTN網(wǎng)絡(luò)。

5G在管控、分片、時延、帶寬、同步等方面提出了新的要求，此時，就需要一種新的傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，引入新的承載網(wǎng)絡(luò)。SPN應(yīng)運而生，與原有4G網(wǎng)絡(luò)不同的是，SPN在傳統(tǒng)分組網(wǎng)絡(luò)上引入SR、FlexE、DWDM及SDN、動態(tài)L3等技術(shù)[2]。

3 5G承載網(wǎng)建設(shè)原則及策略

5G通信屬于新一代的移動通信技術(shù)，其對于承載網(wǎng)絡(luò)有著較高的要求，需要承載網(wǎng)同時具備靈活、高效、智能化和低成本等特點?？茖W(xué)制定5G承載網(wǎng)建設(shè)原則，可以為工程的開展提供可靠的保障，為工程的持續(xù)進(jìn)行提供參考。

承載網(wǎng)建設(shè)應(yīng)兼顧投資效益和長遠(yuǎn)發(fā)展，遵照“目標(biāo)統(tǒng)一、效益優(yōu)先、有序推進(jìn)、簡潔高效、注重協(xié)同”的建設(shè)策略，緊跟5G整體建設(shè)節(jié)奏，滿足5G業(yè)務(wù)需求增長，以目標(biāo)架構(gòu)為基礎(chǔ)，分階段、分場景逐步開展網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，確保5G網(wǎng)絡(luò)能夠顯示出高品質(zhì)、高質(zhì)量和智能化的特點。

3.1 目標(biāo)統(tǒng)一

根據(jù)5G建設(shè)進(jìn)程，以承載網(wǎng)能力適度超前于5G業(yè)務(wù)增長為總體目標(biāo)，規(guī)劃面向5G的承載網(wǎng)發(fā)展路徑，按需確定承載網(wǎng)建設(shè)方案，滿足5G規(guī)模商用覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)需求。

3.2 效益優(yōu)先

加強(qiáng)5G業(yè)務(wù)流量增長預(yù)測的準(zhǔn)確性和及時性，分場景選用差異化的建設(shè)方案，保證承載網(wǎng)整體利用率保持在合理水平，確保承載網(wǎng)投資效益。

3.3 有序推進(jìn)

以目標(biāo)網(wǎng)為基礎(chǔ)，適度超前、有步驟、有重點地推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，快速完成連續(xù)覆蓋區(qū)域SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，充分利用PTN現(xiàn)網(wǎng)能力、嚴(yán)格管控PTN建設(shè)。

3.4 簡潔高效

遵循組網(wǎng)架構(gòu)簡單、層次分明、設(shè)備適度、配置簡化的原則，通過加載自動化軟件功能，減少日常人工操作，整體降低5G承載網(wǎng)的建維成本。

3.5 注重協(xié)同

做好承載網(wǎng)與無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)間的協(xié)同，強(qiáng)化新建網(wǎng)絡(luò)與已有網(wǎng)絡(luò)間、存量業(yè)務(wù)與新業(yè)務(wù)間、網(wǎng)元管理與控制間的協(xié)同。

4 5G承載網(wǎng)建設(shè)方案

切片分組網(wǎng)絡(luò)（SPN）承載方案。根據(jù)國家政策及當(dāng)前的5G市場情況，運營商往往需要考慮2個廠家甚至多個廠家的組網(wǎng)方式。2個廠家組網(wǎng)時，需要各自獨立建網(wǎng)（包括落地設(shè)備和核心調(diào)度設(shè)備），建議以城郊為界，A廠家覆蓋城區(qū)，B廠家覆蓋郊縣。

接入層以滿足業(yè)務(wù)需求為主，遵循按需原則建設(shè)。接入層SPN網(wǎng)絡(luò)，采用50GE/10GE端口環(huán)形組網(wǎng)（以50G端口速率組網(wǎng)為主，部分業(yè)務(wù)預(yù)測流量較低區(qū)域的D-RAN站點可暫時采用10GE端口速率組網(wǎng)），同時應(yīng)具備按需升級為100GE/50GE系統(tǒng)的能力，其中采用50GE及以上速率組建系統(tǒng)時，應(yīng)采用MTN/FlexE板卡。接入層部署方式包括C-RAN組網(wǎng)、D-RAN組網(wǎng)、C-RAN與D-RAN混合組網(wǎng)。受光纜、機(jī)房覆蓋的限制，D-RAN和C-RAN混合組網(wǎng)更利于集中化改造。機(jī)房及光纜具備連片覆蓋場景，可一步到位C-RAN獨立成環(huán)。單個接入環(huán)（含鏈及環(huán)帶環(huán)）的SPN接入設(shè)備端數(shù)原則上不應(yīng)超過10個。單個接入環(huán)上的基站數(shù)量原則上不應(yīng)超過40個。C-RAN節(jié)點的集中度以5個～10個為宜，最大不應(yīng)超過15個。

普通匯聚采用200GE環(huán)形組網(wǎng)，重要匯聚采用200GE口字型組網(wǎng)，隨著業(yè)務(wù)量的增加，可調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或擴(kuò)容為Nx100GE系統(tǒng)。組建200GE系統(tǒng)時，需要關(guān)注傳輸距離，物理路由過長（>80 km）的場景以及光模塊不支持長距離傳輸（<40 km）的場景，需要采用100GE端口環(huán)形組網(wǎng)，通過OTN系統(tǒng)承載。重要匯聚節(jié)點用于多個匯聚區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)收斂及處理，匯聚環(huán)上節(jié)點數(shù)宜控制在4個～6個，如果業(yè)務(wù)量較大，也可選擇口字型連接。一般單個匯聚環(huán)下掛接入環(huán)不超過8個。

核心層采用200GE口字型組網(wǎng)，組建系統(tǒng)采用MTN/FlexE板卡。與匯聚層一樣，在組建200GE系統(tǒng)時，5G信令面暫時利用原有PTN省干通道上行至5G核心網(wǎng)。后續(xù)下沉至地市核心，利用IP專網(wǎng)承載。2個廠家之間需在核心調(diào)度層進(jìn)行對接，滿足5G網(wǎng)絡(luò)的互通要求。2個廠家的核心調(diào)度設(shè)備還需要與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的L3 PTN對接，保證4G/5G業(yè)務(wù)互通，可與各自的5G信令面共用一個100GE口字型組網(wǎng)。

對于大型城域網(wǎng)或靈活性要求較高的城域網(wǎng)，可在落地設(shè)備與組網(wǎng)設(shè)備間增加調(diào)度層，主要用于收斂所有重要的匯聚設(shè)備。核心-重要匯聚采用口字型結(jié)構(gòu)。此外，大型地市還可考慮設(shè)置多對落地設(shè)備，用于規(guī)避核心網(wǎng)UPF與SPN的異局址連接，并使核心層網(wǎng)絡(luò)具備冗余逃生能力。

5 實現(xiàn)低時延高可靠性5G承載網(wǎng)絡(luò)的其他措施

基礎(chǔ)光纖網(wǎng)的精細(xì)化管理。光纖屬于5G通信傳輸建設(shè)的重要部分，5G承載網(wǎng)建設(shè)中，需要加強(qiáng)光纖建設(shè)以及光纜傳輸?shù)目刂啤?G通信基站建設(shè)密度大，覆蓋范圍廣，在具體實施中，基站建設(shè)地點落實往往較難。在這種情況下，5G通信體系建設(shè)時，需要完善的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助。而在4G等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，光纜資源稀缺、光纜資源布局不合理、光纜質(zhì)量不高等問題已經(jīng)凸顯，5G承載網(wǎng)建設(shè)時，應(yīng)考慮最大限度地利用原有的基站接入資源，加大原有光纜資源的利用率，對所轄區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，促進(jìn)綜合業(yè)務(wù)區(qū)的建設(shè)，保證傳輸資源質(zhì)量。對傳輸資源盲區(qū)，進(jìn)行基礎(chǔ)光纜建設(shè)。

在基礎(chǔ)光纖網(wǎng)建設(shè)工程規(guī)劃的過程中，需要把精細(xì)化管理作為基礎(chǔ)，科學(xué)制定光纖網(wǎng)建設(shè)流程及方法，落實各項管理工作，為5G通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的順利進(jìn)行提供保障。

6 結(jié)語

總的來說，在低時延高可靠性5G承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時期，為了保證5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)質(zhì)量，需要解決存在的各種挑戰(zhàn)，選擇合理地應(yīng)對措施，確保切實可行的方案規(guī)劃、合理有效的管理方法可以穩(wěn)步推進(jìn)并實施。通過分析可以看出，現(xiàn)階段低時延高可靠性的5G承載網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)包括設(shè)備技術(shù)的演進(jìn)，以及組網(wǎng)架構(gòu)挑戰(zhàn)等部分，針對5G承載網(wǎng)絡(luò)低時延高可靠性的要求，需要增強(qiáng)對于靈活接口技術(shù)的擴(kuò)展以及精細(xì)化管理的重視程度，確?？梢愿玫貪M足5G建設(shè)的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]冒星星，丁寧.5G承載需求分析及承載網(wǎng)建設(shè)方案探討[J].中國新通信，2019，21（18）：88.

[2]吳欽雄.基于C-RAN組網(wǎng)方式的5G傳輸承載方案研究和實踐[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2019，32（9）：7-11.