5G 通信網(wǎng)絡建設的技術策略及優(yōu)化方法探析

錢思邈

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

我國在移動網(wǎng)絡中仍然采用同步數(shù)字技術進行光傳輸，只注重網(wǎng)絡服務質(zhì)量，而忽視了通信傳輸網(wǎng)絡的開放性[1]。不僅延長了通信網(wǎng)的建造時間，而且會對后期運維工作的開展產(chǎn)生一定的阻礙作用，難以滿足用戶的實際需求。為解決這一現(xiàn)實困境，需要重視5G 通信傳輸網(wǎng)絡的建設。

1 5G 網(wǎng)絡發(fā)展分析

相比于4G 網(wǎng)絡，5G 網(wǎng)絡的通信發(fā)展速度明顯較快，基站建設更加安全可靠且占據(jù)的空間更小，能夠滿足不同環(huán)境條件下的使用需求[2-4]。從功能角度來看，5G 網(wǎng)絡相比于4G 網(wǎng)絡具有巨大的功能優(yōu)勢，能夠發(fā)揮我國通信網(wǎng)絡領域中的全部優(yōu)點，如在網(wǎng)絡傳輸過程中更加方便快捷。從整體架構來看，5G 網(wǎng)絡能夠形成一個大型的服務器，為使用者提供各種幫助，明顯縮短網(wǎng)絡傳輸過程中所耗費的時間?，F(xiàn)階段，世界各國都在重視5G 通信傳輸技術的研究，不同業(yè)務類型對服務質(zhì)量（Quality of Service，QoS）參數(shù)的影響分析如表1 所示。

表1 不同業(yè)務類型對QoS 參數(shù)影響分析

2 5G 通信傳輸網(wǎng)絡技術分析

2.1 SDN 技術

軟件定義網(wǎng)絡（Software-Defined Networking，SDN）是一種新興的網(wǎng)絡架構，其核心思想是將網(wǎng)絡控制層與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層分離，實現(xiàn)網(wǎng)絡的集中控制和可編程性。SDN 技術可以提高網(wǎng)絡管理的靈活性、可擴展性和自動化程度，有助于滿足5G 網(wǎng)絡對高速、低時延、大容量等的要求。其主要組成部分包括SDN控制器、南向接口以及應用層。SDN 控制器是網(wǎng)絡的核心部分，負責實現(xiàn)網(wǎng)絡控制策略、資源管理和拓撲發(fā)現(xiàn)等功能；南向接口負責與網(wǎng)絡設備交互，實現(xiàn)控制器下發(fā)的策略和配置；應用層承載各種基于SDN的服務和應用，如虛擬化、安全策略管理等。此外，SDN 技術作為5G 通信傳輸網(wǎng)絡的關鍵技術，可以有效應對5G 網(wǎng)絡中海量的數(shù)據(jù)流量和各種業(yè)務場景的需求，為5G 通信網(wǎng)絡建設提供了強大的技術支持。

2.2 PTN 技術

現(xiàn)階段，通信網(wǎng)的運營者主要采用分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）技術來實現(xiàn)長時間演化的網(wǎng)載。這種技術在數(shù)據(jù)傳輸方面有很大的優(yōu)勢，同樣具有較高的安全性以及可靠性。實際應用期間，利用多協(xié)議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）標記替代了路徑，節(jié)省了信令，減少了IP 函數(shù)的冗余，為網(wǎng)絡服務質(zhì)量提供了技術保證。為進一步提高整個網(wǎng)絡的運行質(zhì)量，可以采用PTN 技術與MPLS 技術相結(jié)合的方式應用于各業(yè)務層中，或者是保證控制層和用戶之間的相互獨立。

2.3 SDN 技術的優(yōu)缺點分析

SDN 技術作為一種革命性的網(wǎng)絡架構，在5G通信傳輸網(wǎng)絡中具有許多優(yōu)勢，同時存在一定的局限性。

2.3.1 優(yōu)點分析

（1）靈活性。通過將控制層與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層分離，SDN 技術實現(xiàn)了網(wǎng)絡的集中控制和可編程性，使得網(wǎng)絡管理變得更加靈活。網(wǎng)絡管理員可以根據(jù)業(yè)務需求快速調(diào)整網(wǎng)絡資源分配和策略配置，實現(xiàn)業(yè)務的快速部署與故障恢復。

（2）開放性。SDN 技術采用開放的接口和協(xié)議，降低設備廠商的依賴，有助于推動網(wǎng)絡設備的多樣性和創(chuàng)新。開放性使得網(wǎng)絡可以支持多廠商設備互操作，降低了網(wǎng)絡建設和維護的成本。

（3）虛擬化。SDN 技術支持網(wǎng)絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV），實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的動態(tài)分配和按需分配，進一步降低成本，提高資源利用率。虛擬化技術可以實現(xiàn)網(wǎng)絡設備硬件與軟件的解耦，簡化網(wǎng)絡架構，提高網(wǎng)絡的可擴展性和可維護性。

2.3.2 缺點表現(xiàn)

（1）成熟度。雖然SDN 技術已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，但是與傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術相比，其成熟度仍然有待提高。部分網(wǎng)絡設備和協(xié)議可能還不完全支持SDN，這可能導致在實際部署過程中出現(xiàn)兼容性和穩(wěn)定性問題。

（2）安全性。SDN 技術將網(wǎng)絡控制集中在SDN控制器上，雖然提高了網(wǎng)絡管理的效率，但也可能帶來安全風險。一旦控制器遭受攻擊或出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)絡就可能面臨癱瘓的風險。因此，在實際應用中需要對SDN 控制器進行嚴格的安全防護和高可用性設計。

2.4 PTN 技術的優(yōu)缺點分析

PTN技術能夠?qū)崿F(xiàn)快速網(wǎng)絡鋪設，商業(yè)能力較強，在運維成本中也體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，具有運行成本和維護成本較低的特性，且日常維護流程相對簡單，運行管理較為平滑。PTN 設備的采購費用比較低廉，并且主要用于商用。PTN 技術可以和SDH 進行連接，進一步降低了技術應用成本。在研究團隊外場測試后發(fā)現(xiàn)，PTN 技術具有很好的承載力，可以很好地滿足相應的技術要求。此外，PTN 技術提供了非常強大的網(wǎng)絡安全保護，只需依托自身保護機制就能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡安全的有效管理，確保數(shù)據(jù)傳輸安全的同時滿足用戶群體個性化、多元化的需求。從宏觀角度來看，PTN 技術產(chǎn)業(yè)鏈已趨于成熟，已經(jīng)明確了入網(wǎng)各項流程以及總技術標準，相應的國際化標準也已制定。

但是從實際應用角度來看，印度電子和電信工程師協(xié)會（Institution of Electronics and Telecommunication Engineers，IETE）和國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）在PTN 保護機制中的意見并不統(tǒng)一。PTN 保護機制為1 ∶1 保護和1+1 備份保護，相比于新型MPLS 較為落后。PTN 端口配置如表2 所示。

表2 PTN 端口配置表

實際應用期間，技術人員對Wrapping 和Steering的長時間保護倒換期間可能會出現(xiàn)丟包事件，導致數(shù)據(jù)傳輸安全問題的出現(xiàn)，難以發(fā)揮保護功能的重要價值；可能會在大數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)傳輸資料不完整的跡象，難以滿足用戶對大數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H需求。現(xiàn)階段，PTN 技術存在同步方面的問題，無法與現(xiàn)行主流網(wǎng)絡實現(xiàn)有效兼容。雖然PTN 設備的購入價格低廉，但本質(zhì)上仍處于商業(yè)化的初級階段，且在技術可靠性以及成熟性等多個領域中存在較大的發(fā)展空間。此外，在后續(xù)測試中發(fā)現(xiàn)，PTN 技術在時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）數(shù)據(jù)的傳輸過程中還會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包混亂、丟包等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對用戶的體驗造成了很大的影響。

3 5G 通信傳輸網(wǎng)絡建設策略

3.1 建設前傳網(wǎng)絡

無源波分復用和有源波分復用是前窗網(wǎng)絡建設的2 種形式，其中無源波分復用更加適用于5G 網(wǎng)絡的建設標準，因此波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）方案成為了5G 通信傳輸網(wǎng)絡建設的首選方案。WDM 傳輸形式相對便捷，且能夠有效降低接入側(cè)面的投入成本，并改善接入側(cè)面的性能。此外，WDM 網(wǎng)絡連接較為集中，有利于后續(xù)網(wǎng)絡運維工作的開展。

3.2 建設中傳及回傳網(wǎng)絡

相比于4G 通信網(wǎng)絡，5G 通信傳輸網(wǎng)絡建設期間對寬帶以及組網(wǎng)的要求較高，必須要確保組網(wǎng)及寬帶具有較強的靈活性，因此二者需要采用同樣的承載方式。網(wǎng)絡架構中包含骨干層、匯聚層以及接入網(wǎng)等多個層次，要想確保整個網(wǎng)絡的質(zhì)量，就要對網(wǎng)絡結(jié)構進行優(yōu)化。在光傳送網(wǎng)網(wǎng)絡中，通過多個協(xié)議與以太網(wǎng)實現(xiàn)流量監(jiān)控交換，滿足5G 通信網(wǎng)絡的承載需求。

3.3 網(wǎng)絡結(jié)構優(yōu)化

相比于4G，5G 技術帶來的是更高的數(shù)據(jù)傳輸速度以及更高的網(wǎng)絡帶寬。同時，用戶可以更快地瀏覽網(wǎng)站上的信息，并且可以更好地增強網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。

此外，在5G 通信網(wǎng)絡技術的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模機器之間的信息交換?？茖W技術發(fā)展的早期階段，為了迎合IP 化趨勢，在移動通信網(wǎng)絡結(jié)構上選擇了層次化的技術方案[5-8]。隨著當前科學技術的發(fā)展，結(jié)構逐漸由層次化朝著扁平化方向轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)階段，5G 通信傳輸網(wǎng)絡的主流發(fā)展方向為PTN 技術，這項技術本質(zhì)上是朝著扁平化方向發(fā)展，優(yōu)勢如下。

首先，運營商可以通過統(tǒng)一的方式對5G 網(wǎng)絡進行更好的控制。其次，它能夠進一步提高光纖的利用率，減少光纖部署，降低后期運維所需要的成本。再次，扁平化的發(fā)展可以使網(wǎng)絡節(jié)點得到優(yōu)化和調(diào)整，大大減少了計算機機房的數(shù)目，從而降低了網(wǎng)絡建設的費用。最后，能夠?qū)Ξ數(shù)鼐W(wǎng)絡系統(tǒng)進行優(yōu)化，顯著提高網(wǎng)絡帶寬，并縮簡網(wǎng)格之間的層次化結(jié)構。

3.4 以MPLS 為核心

5G 傳輸網(wǎng)絡建設期間需要對原有的網(wǎng)絡層次進行重新優(yōu)化并改造PTN 設備。為了保證骨干網(wǎng)IP 的傳輸質(zhì)量，必須將MPLS 當作核心，并加以保留，而其他的則要視具體情況而定。為使主干網(wǎng)更加穩(wěn)定可靠，必須對標簽交換路徑（Label Switched Path，LSP）帶寬進行科學、合理的配置，并加強網(wǎng)絡技術的研究與開發(fā)。根據(jù)地區(qū)實際需求選擇針對性的配置，做到因地制宜。同時，城域網(wǎng)絡的PTN 裝置要進行更新，必須能支持多種路由協(xié)議，如路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol，RIP）、最短路徑優(yōu)先（Shortest Path First，SPF）等。此外，MPLS 是一種以連通服務為導向的系統(tǒng)，被廣泛應用于手機的回傳網(wǎng)中。IP 化的新基站需要按照實際需求來部署第3 層虛擬專用網(wǎng)（Layer 3 Virtual Private Network，L3VPN），確保整體通信網(wǎng)絡的靈活性。

3.5 重視5G 云數(shù)據(jù)中心建設

目前，科學技術高速發(fā)展，高寬帶以及高網(wǎng)速都體現(xiàn)了當前網(wǎng)絡龐大數(shù)據(jù)量的特點。如果采用傳統(tǒng)實體數(shù)據(jù)儲存站，那么建設成本將會顯著增高，因此需要在5G 通信傳輸網(wǎng)絡建設期間同樣建立云數(shù)據(jù)中心，作為通信傳輸網(wǎng)絡的重要組成部分。以5G 技術為載體的云數(shù)據(jù)中心需要支持通信傳輸?shù)拈L距離交互，具有較高的可靠性以及穩(wěn)定性，不會受到環(huán)境因素的影響出現(xiàn)較大波動導致數(shù)據(jù)傳輸受阻，能夠滿足數(shù)據(jù)存儲的要求。

4 結(jié) 論

5G 通信網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足人們多元化的需求。在此背景下，要充分重視5G 通信傳輸網(wǎng)絡的建設工作，不僅需要提高傳輸網(wǎng)速度、滿足低延遲需求，還需要重視通信網(wǎng)絡穩(wěn)定性以及安全性的提高。最終在原有基礎上實現(xiàn)網(wǎng)絡結(jié)構以及技術設備的有效優(yōu)化，發(fā)揮5G 通信技術的重要價值。