新疆電信5G 承載網(wǎng)技術(shù)發(fā)展建設(shè)策略

2019-08-23 10:41李莉

數(shù)字通信世界 2019年7期

李莉

（新疆通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，烏魯木齊 830002）

1 新疆電信移動(dòng)承載網(wǎng)現(xiàn)狀

新疆電信本地傳輸網(wǎng)由核心機(jī)房、縣局（團(tuán)場(chǎng)）機(jī)房、接入層（模塊局、鄉(xiāng)鎮(zhèn)）機(jī)房、偏遠(yuǎn)農(nóng)話網(wǎng)點(diǎn)機(jī)房組成。本地傳輸網(wǎng)核心匯聚層已基本形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，接入層以環(huán)形和樹(shù)形為主。

（1）為滿足IP 業(yè)務(wù)的有效承載，各本地網(wǎng)已基本建設(shè)城域核心匯聚層80*100G OTN 系統(tǒng)，加強(qiáng)了無(wú)線、數(shù)據(jù)、傳輸、接入四個(gè)專業(yè)的協(xié)同傳送，并與IP 城域網(wǎng)、IP RAN 網(wǎng)絡(luò)、PON 網(wǎng)絡(luò)充分銜接，確定了中長(zhǎng)期的OTN 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。

（2）SDH 網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)有各地州市分公司中繼層2.5G/10G 環(huán)數(shù)量一般為4-5個(gè)，每個(gè)環(huán)路等效155M 通道利用率基本都在60%以上，部分環(huán)路達(dá)到100%，時(shí)隙利用率較高。隨著IP RAN 部署，3G、LTE 網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已基本采用IP RAN 網(wǎng)絡(luò)承載，近兩年新建基站，移動(dòng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)也通過(guò)IP RAN 網(wǎng)絡(luò)承載。

（3）IP RAN 技術(shù)側(cè)重于三層路由功能，是由路由器和交換機(jī)構(gòu)成的基于IP 報(bào)文的三層轉(zhuǎn)發(fā)體系。鑒于路由器具有很好的開(kāi)放性，業(yè)務(wù)調(diào)度非常靈活，目前中國(guó)電信采用IP RAN 作為移動(dòng)承載網(wǎng)的主要技術(shù)。利舊原有的城域骨干網(wǎng)，建設(shè)綜合接入網(wǎng)，用于接入或承載自營(yíng)業(yè)務(wù)。中國(guó)電信經(jīng)過(guò)2017年-2018年的持續(xù)建設(shè)，IP RAN 網(wǎng)絡(luò)已完成核心層、匯聚層及接入層的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建；建設(shè)了RAN CE、B 設(shè)備，基站BBU 接入采用A2、A1設(shè)備。

2 新疆電信5G 移動(dòng)承載網(wǎng)需求分析

5G 有三大應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、超可靠低時(shí)延和海量機(jī)器類通信。也就是說(shuō)5G 可以給用戶帶來(lái)更高的帶寬速率、更低更可靠的時(shí)延和更大容量的網(wǎng)絡(luò)連接。主要業(yè)務(wù)有：無(wú)線數(shù)據(jù)下載、視頻監(jiān)控、云存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)視頻會(huì)話播放分享、移動(dòng)在線游戲、高清圖片上傳、無(wú)人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等。

網(wǎng)絡(luò)云化是移動(dòng)網(wǎng)未來(lái)演進(jìn)的主要趨勢(shì)，移動(dòng)網(wǎng)將最終形成控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云和接入云的“三朵云”結(jié)構(gòu)。LTE 與5G 的差距主要在時(shí)延、吞吐量、連接數(shù)、移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等五個(gè)方面，詳細(xì)比對(duì)如表1所示：

表1 LTE與5G性能對(duì)比表

4G 時(shí)代，核心網(wǎng)元位置一般處于骨干層，UE（用戶設(shè)備）到核心網(wǎng)的時(shí)延將難以滿足5G 要求，因此核心網(wǎng)下移以及云化成為5G 發(fā)展的趨勢(shì)。3GPP 已經(jīng)將核心網(wǎng)下移納入討論范圍并推動(dòng)MEC（移動(dòng)邊緣計(jì)算）的標(biāo)準(zhǔn)化。按NGMN 的帶寬規(guī)劃原則，取MAX（單小區(qū)峰值，均值*N）。在3.4G-3.5G 頻譜，帶寬100MHz，無(wú)線基站采用3cells，64T64R 的配置原則，則5G 網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率達(dá)到峰值，50bit/Hz，均值10bit/Hz。通過(guò)計(jì)算可以得出單站峰值帶寬為5Gb/s，單站均值帶寬為3Gb/s。因此，5G 承載網(wǎng)最大的挑戰(zhàn)在低時(shí)延和高帶寬這兩個(gè)方面。

3 承載網(wǎng)技術(shù)介紹

（1）FLexE 技術(shù)（靈活以太網(wǎng)技術(shù)）。靈活以太網(wǎng)技術(shù)通過(guò)對(duì)以太網(wǎng)輕量級(jí)增強(qiáng)，在以太網(wǎng)L2（MAC）/L1（PHY）之間的中間層增加FlexE Shim 層，F(xiàn)lex Shim 層基于時(shí)分復(fù)用分發(fā)機(jī)制，將多個(gè)Client 接口的數(shù)據(jù)按照時(shí)隙方式調(diào)度并分發(fā)至多個(gè)不同的子通道。以100GE 管道為例，通過(guò)FlexE Shim 可以劃分為20個(gè)5G 速率的子通道，每個(gè)Client 側(cè)接口可指定使用某一個(gè)或多個(gè)子通道，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離。FlexE 能夠?qū)崿F(xiàn)大端口的捆綁功能，有效地解決之前網(wǎng)絡(luò)帶寬升級(jí)面臨的問(wèn)題。比如接入層50GE 帶寬能夠滿足5G 初期的業(yè)務(wù)發(fā)展需求，隨著5G 的深入發(fā)展，接入層需升級(jí)至100GE，通過(guò)FlexE 綁定功能，只需再擴(kuò)容一個(gè)50GE端口，就能將接入層升級(jí)至100GE，不用進(jìn)行大量的業(yè)務(wù)調(diào)整和割接工作，也能保護(hù)前期的投資。

（2）增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（SR）。增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是一種完全兼容現(xiàn)有MPLS 轉(zhuǎn)發(fā)面的源路由技術(shù)。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)不感知業(yè)務(wù)狀態(tài)，只維護(hù)拓?fù)湫畔?，可以使網(wǎng)絡(luò)獲得更佳的可擴(kuò)展性。通過(guò)在源節(jié)點(diǎn)設(shè)置有序的指令集，實(shí)現(xiàn)顯示的路徑轉(zhuǎn)發(fā)。優(yōu)點(diǎn)如下：簡(jiǎn)化協(xié)議，無(wú)需LDP/RSVP-TE 等信令協(xié)議，降低L3下沉到邊緣的實(shí)現(xiàn)和維護(hù)成本；控制點(diǎn)少，便于部署SDN 控制解決跨IGP 路由域的問(wèn)題；可擴(kuò)展性好，中間節(jié)點(diǎn)無(wú)需維護(hù)連接的狀態(tài)，可支持?jǐn)?shù)十萬(wàn)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)；轉(zhuǎn)發(fā)面兼容現(xiàn)有MPLS；具有很強(qiáng)的局部保護(hù)能力。

（3）分組增強(qiáng)性O(shè)TN。隨著老舊的SDH 設(shè)備逐漸退網(wǎng)，小顆粒的TDM 類專線業(yè)務(wù)的承載方式需要重新考慮。在OTN 上集成VC 交叉和分組功能，采用OTN 網(wǎng)絡(luò)承載TDM 類業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)?？梢圆捎迷须娊徊孀蛹?，增加獨(dú)立VC 交叉單板，分組處理板和通用業(yè)務(wù)線卡，或者采用統(tǒng)一交叉矩陣和混合VC 功能、分組功能的專用業(yè)務(wù)線卡。

（4）光網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)（ROADM）。光網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)技術(shù)是在光層波長(zhǎng)級(jí)調(diào)度，光路徑重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)故障/斷纖的業(yè)務(wù)自動(dòng)恢復(fù)。技術(shù)特點(diǎn)為保持一定的冗余度是WSON 實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)的前提，避免波長(zhǎng)沖突，同時(shí)盡量使網(wǎng)絡(luò)更趨于MESH 網(wǎng)方向，波長(zhǎng)利用率與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部ROADM 節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及ROADM 節(jié)點(diǎn)的連接數(shù)量相關(guān)，需要借助算法合理分配。電路自動(dòng)調(diào)度能力是SDN 的基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)IP+光的立體網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。ROADM 技術(shù)部署位置主要在一干、二干、大型城域網(wǎng)核心匯聚層。

4 5G 承載網(wǎng)技術(shù)發(fā)展建設(shè)策略

5G 基站重構(gòu)后，原BBU 的非實(shí)時(shí)部分將分割出來(lái)，重新定義為CU，負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)。BBU 的剩余功能重新定義為DU，負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)。BBU 的部分物理層處理功能與原RRU 及無(wú)源天線合并為AAU。承載網(wǎng)絡(luò)分為DU-AAU 間前傳和CU-DU 間的中傳，CU 至核心網(wǎng)為回傳。

由于5G 基站數(shù)量將是4G 基站數(shù)量的2倍左右，DU 和AAU之間需要大量傳輸通道。目前業(yè)內(nèi)推薦三個(gè)方案。方案一，光纖直驅(qū)方式；方案二，彩光無(wú)源方式；方案三，有源OTN 承載。先將三個(gè)方案對(duì)比如表2所示：

表2 前傳方案對(duì)比表

有源波分成本較大，遠(yuǎn)端供電受限；無(wú)源波分維護(hù)困難等系列問(wèn)題尚未得到有效解決，預(yù)計(jì)5G 建網(wǎng)初期更可能還是利用光纖直連作為前傳方案。在近期的《中國(guó)電信科技委會(huì)議紀(jì)要》中指出，建議充分利用現(xiàn)有IP RAN 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)滿足5G 中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)靈活路由等承載需求，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)25GE、50GE、100GE 和FLexE 等新技術(shù)的研究。目前LTE BBU 回傳已承載在IP RAN A2設(shè)備上，大部分為10GE 環(huán)路或鏈路結(jié)構(gòu)，分支點(diǎn)有部分GE容量的A1設(shè)備。

對(duì)于5G 承載網(wǎng)的建設(shè)思路，主要集中在兩個(gè)方案：方案一新建5G 承載網(wǎng)與3G/4G 承載網(wǎng)獨(dú)立；方案二現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)方案3G/4G/5G 共承載。

方案一新建5G 承載網(wǎng)，5G 初期/發(fā)展期流量低，承載網(wǎng)按照目標(biāo)網(wǎng)建設(shè)，利用率低，4G 和5G 兩張承載網(wǎng)分別投資，投資利用率低；新建承載網(wǎng)需要大量的機(jī)房機(jī)柜、配套電源、光纜等，部分短期內(nèi)難以解決，影響工程進(jìn)展；同時(shí)新建一張網(wǎng)運(yùn)維成本也會(huì)相應(yīng)增加。方案二現(xiàn)網(wǎng)演進(jìn)方案，按照3G/4G/5G 流量按需擴(kuò)容，4G 流量達(dá)到峰值后，回落容量用于承載5G 業(yè)務(wù)，投資利用率高；且配套需求少，工程實(shí)施最快；維護(hù)人員不需增加，節(jié)能減排；4G/5G 共承載還能有效減低基站間互通時(shí)延，業(yè)務(wù)體驗(yàn)更優(yōu)。推薦立足現(xiàn)網(wǎng)平滑演進(jìn)，逐步打造5G 承載網(wǎng)。

借鑒4G 網(wǎng)承載網(wǎng)建網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)，5G 承載網(wǎng)要提前規(guī)劃，現(xiàn)階段IPRAN 網(wǎng)絡(luò)的新建和擴(kuò)容就要充分考慮5G 業(yè)務(wù)優(yōu)先?？紤]到5G處在建設(shè)初期，對(duì)帶寬需求量暫時(shí)不大，可仍然采用10G 組網(wǎng)；后期根據(jù)帶寬需求的不斷增長(zhǎng)，逐步擴(kuò)容A2環(huán)容量至50GE，大城市個(gè)別熱點(diǎn)區(qū)域可以升級(jí)為100GE；現(xiàn)階段不建議再新建GE容量的A1設(shè)備。除了容量上要充分考慮5G 業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)安全也要逐步提高。目前全疆基站A 設(shè)備成環(huán)率還是不夠高，受新疆地域遼闊影響，鄉(xiāng)鎮(zhèn)偏遠(yuǎn)地區(qū)往往以單鏈形式組網(wǎng)，難以成環(huán)。建議通過(guò)充分利用共建共享資源，新建光纜的雙物理路由，或者采用異運(yùn)營(yíng)商光纜纖芯置換等方式，盡快提高A 設(shè)備成環(huán)率。

5 結(jié)束語(yǔ)