張維東

（中國電信股份有限公司重慶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護(hù)中心，重慶400042）

0 引 言

按照網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略的部署，從2019 年開始各大主流運(yùn)營商快速進(jìn)行了5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的部署，在城市熱點(diǎn)區(qū)域安裝了大量的5G 基站。如何保障這些5G 基站快速部署到位，組成一張5G 通信網(wǎng)絡(luò)以端到端地提供高質(zhì)量的業(yè)務(wù)，傳輸網(wǎng)是一個重要環(huán)節(jié)。此文從5G 傳輸網(wǎng)重要性著手，分析了5G傳輸網(wǎng)重構(gòu)的必然性和5G 傳輸新技術(shù)，總結(jié)了5G傳輸網(wǎng)解決方案原則，提出了5G 傳輸網(wǎng)部署方案，對保障5G 網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行和提供高質(zhì)量的業(yè)務(wù)將起到重要作用。

1 5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要性

5G 基站點(diǎn)多面廣。隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，低頻的使用接近飽和，5G 移動通信的載波頻率變得越來越高，意味著蜂窩系統(tǒng)的覆蓋半徑越來越小，因為頻率越高，電磁波的衰減越大。5G 基站布局密度比4G 大，基站間距從4G 時代千米級壓縮到百米級，5G 基站平均覆蓋半徑100 ～300 m，大概數(shù)量為25 個/km2，5G 基站數(shù)量相對于4G 基站數(shù)量要增加許多倍。如何將這些大量高密度部署5G 基站組成一張端到端的網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)一張高質(zhì)量的傳輸網(wǎng)將是一個重要課題，它需要大量的光纜資源、大量的傳輸設(shè)備將各個5G 基站連接起來組成一張移動通信網(wǎng)絡(luò)。常言道“要想富，先修路”，沒有交通就沒有發(fā)展。作為5G 通信網(wǎng)想要快速發(fā)展，滿足日益增長的用戶需求，就必須建設(shè)好傳輸這張通信交通網(wǎng)。5G 商用，傳輸先行。5G 傳輸是5G 無線網(wǎng)和核心網(wǎng)的紐帶，是5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必不可少部份。

2 5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的必然性

5G 新的組網(wǎng)架構(gòu)變化與5G 業(yè)務(wù)要求變化推動了5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)。

2.1 5G 組網(wǎng)架構(gòu)變化

（1）5G 無線接入網(wǎng)架構(gòu)變化[1]。相比4G 網(wǎng)絡(luò)5G 網(wǎng)絡(luò)的RAN 無線接入網(wǎng)架構(gòu)發(fā)生了較大變化，其BBU 裂化為CU、DU 兩部份，5G 基站重構(gòu)為CU、DU、AAU 三級架構(gòu)，其中CU 和DU 可以分開部署，也可以合一部署，這根據(jù)場景和需求確定。當(dāng)CU 和DU 可以分開部署，需要在CU 和DU之間部署“中傳”承載網(wǎng)，這樣5G 承載網(wǎng)就從4G網(wǎng)絡(luò)的前傳和回傳兩部份變成了前傳、中傳、回傳三部份。

“前傳”為AAU 和DU 之間，傳遞無線側(cè)網(wǎng)元設(shè)備AAU 和DU 間的數(shù)據(jù)。前傳網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)5G 的C-RAN 場景信號的透明傳送，與4G 相比，接口速率和接口類型不同。前傳接口也將由10Gbps CPRI升級為25Gbps eCPRI 或自定義CPRI 接口等。

“中傳”為DU 和CU 之間，傳遞5G 無線側(cè)網(wǎng)元設(shè)備DU 和CU 間的數(shù)據(jù)。中傳網(wǎng)絡(luò)面向5G 引入了新的承載網(wǎng)絡(luò)層次，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際部署時城域網(wǎng)接入層可同時承載中傳和前傳業(yè)務(wù)，隨著CU 和DU云化部署發(fā)展，中傳網(wǎng)絡(luò)也需要支持面向云化應(yīng)用的靈活承載。

“回傳”為CU 和核心網(wǎng)之間，傳遞5G 無線側(cè)網(wǎng)元設(shè)備CU 和核心網(wǎng)網(wǎng)元間的數(shù)據(jù)?；貍骶W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)CU 和核心網(wǎng)、CU 和CU 之間等相關(guān)流量承載，由接入、匯聚和核心三層構(gòu)成。由于核心網(wǎng)演變?yōu)?G 核心網(wǎng)和多接入邊緣計算MEC 等，同時5G 核心網(wǎng)云化部署在省干和城域核心的大型數(shù)據(jù)中心DC，MEC 將部署在城域匯聚或更低位置的邊緣數(shù)據(jù)中心。因此，城域核心匯聚網(wǎng)絡(luò)將演進(jìn)為面向5G 回傳和數(shù)據(jù)中心DC 互聯(lián)統(tǒng)一的承載網(wǎng)絡(luò)。

（2）5G 核心網(wǎng)架構(gòu)變化。5G 核心網(wǎng)進(jìn)行云化，其UPF（User Plane Function，用戶面功能）按需下沉。受業(yè)務(wù)發(fā)展驅(qū)動，5G 核心網(wǎng)發(fā)展成滿足全業(yè)務(wù)接入和服務(wù)全業(yè)務(wù)場景的云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入SDN 和NFV 技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)切片功能實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)虛擬隔離。

總之，5G 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)的變化對傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了新的變化，它使網(wǎng)元設(shè)備之間的聯(lián)接變?yōu)樵浦g的互聯(lián)組網(wǎng)，如圖1 所示。

圖1 5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

2.2 5G 業(yè)務(wù)要求變化

ITU 為5G 定義了eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）、mMTC（海量大連接）、uRLLC（低時延高可靠）三大應(yīng)用場景，這三大業(yè)務(wù)場景對承載網(wǎng)有不同的需求。eMBB：主要承載的業(yè)務(wù)類型包括超高清視頻UHD、虛擬現(xiàn)實(shí)VR、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR、沉浸式游戲娛樂等，這些業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)的需求是大帶寬、大吞吐率、高移動性。mMTC：主要承載的業(yè)務(wù)類型包括智慧家庭、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)等，它對承載網(wǎng)的需求是大連接、低移動性、低速率、低功耗。uRLLC：主要承載的業(yè)務(wù)類型包括自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程工業(yè)控制等，它對承載網(wǎng)的需求是高可靠性、低時延。

相比4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 三大業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的要求也發(fā)生了巨大的變化，具體業(yè)務(wù)要求為帶寬單站接入高達(dá)10 Gbps，時延為最低達(dá)1ms，時間同步小于±1.5 us，L3 到邊緣靈活連接，部署智能SDN 提升業(yè)務(wù)開通及時維護(hù)效率。這些差異化的業(yè)務(wù)要求，對5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn)，它只能通過傳輸網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)來滿足不同業(yè)務(wù)的隔離，不同業(yè)務(wù)帶寬、時延、連接的需求，如#1 號網(wǎng)絡(luò)切片承載8K高清視頻eMBB 大帶寬業(yè)務(wù)，#2 號網(wǎng)絡(luò)切片承載自動駕駛uRLLC 低時延業(yè)務(wù)，#3 號網(wǎng)絡(luò)切片承載IOT 物聯(lián)網(wǎng)mMTC 超密連接業(yè)務(wù)。承載網(wǎng)切片功能要保證不同切片對帶寬、時延、可靠性的需求，要保證切片的靈活創(chuàng)建、修改、刪除，要保證切片的完全隔離，同時切片的調(diào)整不會影響其他切片。網(wǎng)絡(luò)切片將一外物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個虛擬的端到端的網(wǎng)絡(luò)，每一個都可獲得獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)資源，各切片之間可相互絕緣，因此當(dāng)某一個切片是產(chǎn)生錯誤或故障時，并不影響其它切片。通過網(wǎng)絡(luò)切片功能做到了端到端的按需定制業(yè)務(wù)并能保證隔離性。

總之，5G 三大業(yè)務(wù)場景eMBB、mMTC、uRLLC帶來了組網(wǎng)架構(gòu)的變化和業(yè)務(wù)要求的變化，這也必然導(dǎo)致5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)[2]。

3 5G 傳輸網(wǎng)新技術(shù)

總體來講在5G 三大應(yīng)用場景的驅(qū)動下，對傳輸網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)改造時需要考慮五方面的變化要求，它們分別是：提供超大帶寬、提供超低時延、提供超精度時間，支持靈活調(diào)度、支持網(wǎng)絡(luò)切片。為滿足這些新要求，在5G 傳輸網(wǎng)中必須引入一些新技術(shù)手段來解決三大應(yīng)用場景的差異化業(yè)務(wù)需求。

FlexE（Flexible Ethernet）靈活以太網(wǎng)技術(shù)：它是基于高速以太網(wǎng)接口，將以太網(wǎng)MAC 層和PHY實(shí)體層解耦而實(shí)現(xiàn)，可支撐5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超大帶寬、超低時延、網(wǎng)絡(luò)切片等功能。FlexE 技術(shù)可解決物理鏈路帶寬不足和報文轉(zhuǎn)發(fā)時延高的問題，實(shí)現(xiàn)帶寬擴(kuò)展和超低時延傳輸?；贔lexE 可實(shí)現(xiàn)承載網(wǎng)端到端的硬切片，可滿足三大應(yīng)用場景業(yè)務(wù)的差異化承載需求。

FlexO（Flexible Optical Transport Network） 靈活光傳輸網(wǎng)技術(shù)：通過綁定多個標(biāo)準(zhǔn)速率的物理接口（如N×100G）來支持更高容量的ODUflex和OTUCn，OTUCn 提供互通的系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)超100G OTN 高速率信號的傳輸。

M-OTN（Mobile-optimized OTN）面向移動承載優(yōu)化的OTN 技術(shù)：它是以O(shè)TN 技術(shù)為內(nèi)核的一種創(chuàng)新技術(shù)，主要特征包括25 G 和50G 線路接口技術(shù)、單級復(fù)用、靈活設(shè)置時隙顆粒度。M-OTN的目標(biāo)是提供低成本、低時延、低功耗的綜合業(yè)務(wù)承載方案，主要應(yīng)用在5G 傳輸網(wǎng)的前傳和回傳中。

SR（Segment Routing）分段路由技術(shù)：SR 是一種源路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，即只需在網(wǎng)絡(luò)的入節(jié)點(diǎn)指定數(shù)據(jù)包要途經(jīng)的部分或全部節(jié)點(diǎn)和鏈路信息，其它途經(jīng)節(jié)點(diǎn)只需轉(zhuǎn)發(fā)，不需維護(hù)連接狀態(tài)。SR 可實(shí)現(xiàn)在流量連接場景下，降低網(wǎng)絡(luò)連接的復(fù)雜度，使得業(yè)務(wù)路徑的維護(hù)更容易，提高業(yè)務(wù)路由轉(zhuǎn)發(fā)效率，支撐5G 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)海量連接的靈活調(diào)度。

IPv6 技術(shù)：IPv6 地址比特數(shù)是IPv4 的4 倍（從32 bit 位擴(kuò)展到128 bit 位），128 位地址可包含43億×43 億×43 億×43 億個地址節(jié)點(diǎn)，足以滿足5G 網(wǎng)絡(luò)所需的地址空間，巨大的IP 地址空間是部署IPv6 網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)勢。

高精度時間技術(shù)：采用時間和時鐘雙網(wǎng)合一、時隙下沉至前傳網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的時間時鐘同步功能。滿足5G 超高精度時間傳遞要求，需要從時間源和承載網(wǎng)兩個方面提升時間同步的精度。在時間源方面，可采用衛(wèi)星共視法，其比對精度可達(dá)10ns。從承載設(shè)備的角度，實(shí)現(xiàn)高精度時間同步需要對承載設(shè)備進(jìn)行帶內(nèi)和帶外改進(jìn)，帶內(nèi)方式：將時間戳下沉到接近物理層而不是MAC 層，以提升時間戳的精準(zhǔn)度；帶外方式：基于光模塊實(shí)現(xiàn)時間信號和業(yè)務(wù)信號的分離。

Network slice instance 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)：它是一個具有特定網(wǎng)絡(luò)特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)，它是由網(wǎng)絡(luò)功能模塊以及配置給這些網(wǎng)絡(luò)功能模塊的資源組成。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以將一個硬件基礎(chǔ)設(shè)施中切分出多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)切片在設(shè)備、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)及核心網(wǎng)方面實(shí)現(xiàn)邏輯隔離，以適配各種類型服務(wù)并滿足用戶不同業(yè)務(wù)的差異化需求。傳輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片是對網(wǎng)絡(luò)的拓樸資源，如鏈路、節(jié)點(diǎn)、端口，以及網(wǎng)元內(nèi)部資源，如轉(zhuǎn)發(fā)、計算、存儲等資源，進(jìn)行虛擬化形成虛擬資源，并按需組織形成切片網(wǎng)絡(luò)。傳輸網(wǎng)絡(luò)切片是基于SDN 的網(wǎng)絡(luò)虛擬化新技術(shù)，其整個體系架構(gòu)有三層：最底層是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)面，中間層是具有網(wǎng)絡(luò)核心控制權(quán)的虛擬化控制器，最上層是負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)配置管理的應(yīng)用程序和控制器[3]。

4 5G 傳輸網(wǎng)解決方案原則

（1）5G 傳輸網(wǎng)應(yīng)遵循固移融合、綜合承載的原則和方向，與光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)統(tǒng)籌考慮，將光纜網(wǎng)作為固網(wǎng)和移動網(wǎng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一物理承載網(wǎng)絡(luò)，在機(jī)房等基礎(chǔ)設(shè)施及承載設(shè)備等方面盡量實(shí)現(xiàn)資源共享，以實(shí)現(xiàn)低成本快速部署。

（2）傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)滿足5G 網(wǎng)絡(luò)的高速率、低時延、高可靠、高精度同步等性能需求，靈活性強(qiáng)，支持網(wǎng)絡(luò)切片[4]。

（3）在光纖資源充足或CU/DU 分布式部署的場景，5G 前傳方案以光纖直連為主，應(yīng)采用單纖雙向（BiDi）技術(shù)；當(dāng)光纖資源不足且CU/DU 集中部署時，可采用基于WDM 技術(shù)的承載方案，具體包括無源WDM、有源WDM/M-OTN、WDM PON 等。

（4）對于5G 中傳/回傳，初期業(yè)務(wù)量不太大，可以采用比較成熟的IPRAN，后續(xù)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況，在業(yè)務(wù)量大而集中的區(qū)域可以采用OTN 方案，PON 技術(shù)在部分場景可作為補(bǔ)充。初期基于已商用設(shè)備滿足5G 部署需求，逐步引入SR、FlexE/FlexO接口、M-OTN 等新功能，回傳接入層按需引入更高速率（如25G/50G）接口；中遠(yuǎn)期適應(yīng)5G 規(guī)模部署需求，建成高速率、超低時延、支持網(wǎng)絡(luò)切片、基于SDN 智能管控的回傳網(wǎng)絡(luò)。

（5）5G 基站接入光纜資源，按照每基站需求6 芯光纖配置，部分廠家設(shè)備會采用單AAU 使用兩對光模塊，光纜需求會成倍增加?？紤]到今后網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要和建設(shè)成本問題，建議光纜建設(shè)時一次性布放24 芯光纜到5G 基站。AAU 至BBU 間采用裸光纖直連的方式，可為環(huán)型或星型，一個AAU至BBU 采用普通光模塊需要兩芯光纖，采用單纖雙向技術(shù)則只需要一芯光纖。光纜網(wǎng)要根據(jù)用戶密度和業(yè)務(wù)需求統(tǒng)籌規(guī)劃和建設(shè)，應(yīng)成為固網(wǎng)和移動網(wǎng)的業(yè)務(wù)的統(tǒng)一物理承載網(wǎng)絡(luò)，目前接入網(wǎng)光纜在FTTx 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)后以環(huán)（接入主干）+樹形（配纖+引入）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主，可在此基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有光纜資源和光纜路由，服務(wù)于5G 前傳/回傳網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)固移融合。

5 5G 傳輸網(wǎng)部署方案

根據(jù)5G 網(wǎng)絡(luò)整體部署進(jìn)度、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)情況和投資建設(shè)成本等綜合因素考慮，采取5G 傳輸網(wǎng)分階段進(jìn)行部署的方案[5]。

（1）5G 初期階段：現(xiàn)網(wǎng)傳輸設(shè)備能力提升，為5G 規(guī)模部署做準(zhǔn)備。此階段總體目標(biāo)是配套5G基站新建接入設(shè)備10GE 組環(huán)，具備100GE 平臺能力，保障后期帶寬擴(kuò)展能力；新采購100GE 單板建議采用FlexE 單板，保護(hù)投資。具體來講，接入層：新建接入環(huán)或老舊設(shè)備替換，用戶側(cè)10GE 接口接入基站，網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用10GE 上行，中后期按需擴(kuò)容到50GE/100GE。匯聚層：不支持5G 演進(jìn)老舊設(shè)備替換，支持演進(jìn)設(shè)備擴(kuò)容新單板，初期10GE，中后期逐步部署100GE 互聯(lián)，支持SR/FlexE ，根據(jù)業(yè)務(wù)需求引入部署。核心層：不支持5G 演進(jìn)老舊設(shè)備替換，支持演進(jìn)設(shè)備擴(kuò)容新單板N×10GE 或100GE 互聯(lián)，中后期采用N×100GE 或更高速率接口支持SR/FlexE，根據(jù)業(yè)務(wù)需求引入部署。

（2）5G 中后期階段：傳輸設(shè)備引入新單板及新特性，支撐5G 規(guī)模部署。此階段總體目標(biāo)是接入層按需擴(kuò)容50GE/100GE，核心匯聚按需引入N×100GE、FlexE 捆綁/400GE；按業(yè)務(wù)需求逐步引入控制平面，部署FlexE、SR、網(wǎng)絡(luò)切片等5G 新功能，滿足行業(yè)用戶需求。具體來講，接入層：新建接入環(huán)采用5G 新型A 類設(shè)備建議100GE 組環(huán)，現(xiàn)網(wǎng)接入環(huán)按需50GE/100GE 擴(kuò)容，建議采用L3到邊緣部署端到端SR。核心匯聚：引入5G 新單板支持SR/FlexE 等5G 新特性，擴(kuò)容節(jié)點(diǎn)采用100GE扁平化口字型組網(wǎng)按需引入N×100GE FlexE捆綁。業(yè)務(wù)部署：逐步引入SR-TE、FlexE，5G 核心網(wǎng)虛擬化、控制面省集中和用戶面UPF 分布式下沉。

6 結(jié) 語

在5G 傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，為確保5G 網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行，減少成本投資，加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。一方面要充分利用現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)資源，另一方面要結(jié)合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和業(yè)務(wù)需求，并充分考慮固網(wǎng)和移動網(wǎng)的融合發(fā)展，適時提出5G 傳輸解決方案，并進(jìn)行不斷優(yōu)化調(diào)整完善。