[陳鎮(zhèn)銓]
帶寬和時(shí)延是網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的兩大重要因素。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出大帶寬和低時(shí)延的發(fā)展愿景,是對用戶需求和感知的針對性部署。因業(yè)界重視增量規(guī)劃和增量建設(shè)領(lǐng)域,帶寬因其容量及分配影響上下行速率,可決定網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的上限,得到廣泛的關(guān)注。時(shí)延決定網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的平滑度和精細(xì)度,在受帶寬影響不大的2C領(lǐng)域和2B領(lǐng)域,時(shí)延對網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的影響超過帶寬,但并未得到充分的重視。端到端時(shí)延指從一個(gè)終端到另一個(gè)終端數(shù)據(jù)傳輸和處理的時(shí)間間隔,主要由核心網(wǎng)、傳輸和無線三部分時(shí)延共同構(gòu)成。邊緣計(jì)算場景中,網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分層處理使得部分?jǐn)?shù)據(jù)本地化處理將逐步成為現(xiàn)實(shí),部分業(yè)務(wù)類型的核心網(wǎng)處理時(shí)延可大幅降低。無線CU/DU分離和拉遠(yuǎn)技術(shù)從技術(shù)上極大地提高無線覆蓋的場景和便利度,部分業(yè)務(wù)類型的無線空口時(shí)延可大幅降低。但傳輸處理時(shí)延確難以通過技術(shù)層面發(fā)展迅速降低,已成為當(dāng)前制約端到端時(shí)延的重要因素。
通信機(jī)樓體系為多層級垂直架構(gòu)和多專業(yè)平行架構(gòu)的融合,對網(wǎng)絡(luò)感知影響顯著,具體載體包括通信機(jī)樓和各類通信機(jī)房。傳輸處理時(shí)延受設(shè)備、光纜、機(jī)樓等專業(yè)共同影響。因機(jī)樓作為主要樞紐承載設(shè)備,其部署效率將直接影響設(shè)備、光纜等部署密度和模式,機(jī)樓部署效果將直接影響傳輸網(wǎng)絡(luò)效率。因通信業(yè)務(wù)在改革開放后一直處于業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)規(guī)模大規(guī)模增長的發(fā)展趨勢,處于顯著的增量市場。為保障業(yè)務(wù)及時(shí)開通以獲取市場戰(zhàn)略高地,配合建設(shè)投資分批籌措和下達(dá)的資金分配模式,基礎(chǔ)電信運(yùn)營商(以下簡稱:運(yùn)營商)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式在不斷多元化和復(fù)雜化。因傳輸處理時(shí)延主要包括業(yè)務(wù)穿透時(shí)延、業(yè)務(wù)處理時(shí)延和傳輸路由時(shí)延三部分,通過分析總結(jié)影響時(shí)延的通信機(jī)樓規(guī)劃因素,研究據(jù)此提出降低時(shí)延的通信機(jī)樓規(guī)劃思路。研究結(jié)果表明通過機(jī)樓跨專業(yè)統(tǒng)籌體系化、機(jī)樓微網(wǎng)格動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)化、機(jī)樓出局多路由共享化和機(jī)樓設(shè)備總架構(gòu)簡單化可有助于降低端到端時(shí)延,為未來網(wǎng)絡(luò)效率提升具有重要的支撐作用。
端到端時(shí)延主要由核心網(wǎng)處理時(shí)延、傳輸處理時(shí)延和無線空口時(shí)延三部分組成。目前核心網(wǎng)處理時(shí)延(1~2 ms)和無線空口時(shí)延(12~14 ms)屬于基本固定數(shù)值,總體可控,目前主要影響端到端時(shí)延的主要為傳輸時(shí)延。其中,傳輸時(shí)延包括設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延和傳輸路徑時(shí)延。設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延包括業(yè)務(wù)穿透時(shí)延(平均最大5.5 μs)和業(yè)務(wù)處理時(shí)延(平均最大14 μs),相對可控。主要的不可控部分為傳輸路由時(shí)延,目前普遍按5 μs/km進(jìn)行計(jì)算(傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示)。
圖1 傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖
因此,影響端到端時(shí)延的傳輸因素主要為業(yè)務(wù)穿透次數(shù)、業(yè)務(wù)處理次數(shù)和傳輸路由長度3個(gè)變量。其中,業(yè)務(wù)穿透次數(shù)主要取決于傳輸設(shè)備所在環(huán)業(yè)務(wù)傳輸處理時(shí)需通過的設(shè)備數(shù)量,主要受到傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度(環(huán)或鏈)和傳輸途經(jīng)設(shè)備數(shù)量所影響。業(yè)務(wù)處理次數(shù)則取決于業(yè)務(wù)處理需調(diào)動(dòng)的傳輸設(shè)備數(shù)量,主要受到傳輸層數(shù)的影響。傳輸路由長度則受到設(shè)備覆蓋范圍的影響。
機(jī)樓總體層級數(shù)量直接影響數(shù)據(jù)上下行所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理次數(shù)。因此,為降低端到端時(shí)延,機(jī)樓總體層級數(shù)量應(yīng)在滿足功能需求的基礎(chǔ)上盡量降低,即提倡整體機(jī)樓體系的扁平化發(fā)展。但整體機(jī)樓體系的扁平化發(fā)展不僅需降低總體層級數(shù)量,且需要在原有多種機(jī)樓種類的基礎(chǔ)上進(jìn)行整合和重組。傳統(tǒng)運(yùn)營商機(jī)樓因?qū)I(yè)需求,形成各專業(yè)自行建設(shè)和維護(hù)的模式,如核心網(wǎng)專業(yè)主要建設(shè)維護(hù)的機(jī)樓、傳輸網(wǎng)專業(yè)主要建設(shè)維護(hù)的匯聚機(jī)房體系和接入機(jī)房體系、無線網(wǎng)專業(yè)主要建設(shè)維護(hù)的基站機(jī)房和室分機(jī)房等。在業(yè)務(wù)快速擴(kuò)張和發(fā)展的過程中,各專業(yè)根據(jù)自身需求迅速選址和建設(shè)機(jī)樓體系以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求,各種機(jī)樓體系和類型均在相應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展時(shí)期發(fā)揮了重要的作用。但各種機(jī)樓體系間存在功能層面的重復(fù)性和優(yōu)化整合的可能性。以傳輸網(wǎng)專業(yè)為例,運(yùn)營商希望整合現(xiàn)網(wǎng)傳輸資源,將其集合在一張“大網(wǎng)”上,對冗余資源進(jìn)行清退。
目前,運(yùn)營商充分意識(shí)到機(jī)樓的層級和類型對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)開展的影響,從“自上而下”和“自下而上”兩個(gè)層面并行,對運(yùn)營商機(jī)樓體系進(jìn)行優(yōu)化。以某運(yùn)營商為例,“自上而下”層面通過降低現(xiàn)有機(jī)樓層級以提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。雖然機(jī)樓體系轉(zhuǎn)變涉及到綜合資源系統(tǒng)等系統(tǒng)變更,需大量配合和調(diào)度工作,但運(yùn)營商仍然積極地予以推動(dòng)。“自下而上”層面通過對現(xiàn)有機(jī)樓進(jìn)行優(yōu)化,如傳輸網(wǎng)接入機(jī)房、無線網(wǎng)基站機(jī)房和室分機(jī)房等業(yè)務(wù)側(cè)的機(jī)房逐步改造和納入基層機(jī)樓體系,逐步開放各專業(yè)進(jìn)入機(jī)樓內(nèi)部配置設(shè)備的權(quán)限,提高機(jī)樓使用效率。通過對現(xiàn)網(wǎng)機(jī)樓體系的合并和重組,確定一套標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)樓體系,對不適合機(jī)樓體系和承載業(yè)務(wù)較少的組成部分進(jìn)行逐步清退,提高機(jī)樓體系的效率。通過降低機(jī)樓體系的層級數(shù)量,可以大規(guī)模降低業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理次數(shù),減少端到端時(shí)延。
機(jī)樓體系傳輸路由合理度直接影響數(shù)據(jù)傳輸路徑長度。目前,傳輸設(shè)備性能提高可保障業(yè)務(wù)穿透和業(yè)務(wù)處理時(shí)延降低,即通過傳輸設(shè)備的更換和升級降低業(yè)務(wù)端到端時(shí)延。因此,在傳輸設(shè)備性能得到充分提升的基礎(chǔ)下,通過對關(guān)鍵位置的傳輸設(shè)備進(jìn)行替換,將大幅提高數(shù)據(jù)處理效率。但傳輸路徑導(dǎo)致的端到端時(shí)延卻難以通過設(shè)備優(yōu)化的簡單方式進(jìn)行處理,因其作為剛性時(shí)延直接與光纖特性相關(guān)。因此,數(shù)據(jù)傳輸路由的合理度提升是降低傳輸路徑時(shí)延的重要策略。傳輸路由的合理度包括總體傳輸路由合理度和重點(diǎn)傳輸路由合理度兩部分。在傳輸效果相同的情況下,傳輸網(wǎng)絡(luò)整體傳輸路由長度越小,代表傳輸路由的建設(shè)和運(yùn)維成本越低,傳輸路由建設(shè)效率越高。重點(diǎn)傳輸路由合理度則指傳輸連接上下聯(lián)的重點(diǎn)路段路由長度越小,其建設(shè)和運(yùn)維成本越低,傳輸路由建設(shè)效率越高。
因此,機(jī)樓體系傳輸路由合理度提升的主要策略是減少各機(jī)樓間連接的路由長度。目前,傳輸路由使用包括自有傳輸路由和租賃傳輸路由兩部分。自有傳輸路由指運(yùn)營商自行建設(shè)和維護(hù)的傳輸路由,可配置密碼鎖或密碼井以保障傳輸路由的使用權(quán)屬。除早期的自有傳輸路由外,目前建設(shè)傳輸路由的開挖、頂管難度和協(xié)調(diào)難度均較大,且施工費(fèi)用總體呈現(xiàn)逐步降低的趨勢,目前重新建設(shè)傳輸路由的難度較大。運(yùn)營商通過補(bǔ)纜、存量傳輸路由挖掘和無主光纜使用等模式以增加自有傳輸路由內(nèi)容。租賃傳輸路由則包括市管線單位、區(qū)管線單位和共建共享友商相互協(xié)調(diào)予以使用,具體租賃費(fèi)用和租賃權(quán)限均處于不穩(wěn)定狀態(tài),因此運(yùn)營商會(huì)有限不適用租賃傳輸路由。從目前的實(shí)際情況而言,機(jī)樓體系傳輸路由合理度提升的難度極大。
機(jī)樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度直接影響業(yè)務(wù)穿透次數(shù)。傳輸設(shè)備間通過環(huán)還是鏈的模式連接將直接影響數(shù)據(jù)上下行需穿透的設(shè)備數(shù)量。以鏈狀為代表,其單路的傳輸模式需穿透該路上的所有設(shè)備,業(yè)務(wù)穿透時(shí)延顯然較長。以環(huán)狀結(jié)果為代表,雖然傳輸模式不需穿透所有設(shè)備,但環(huán)狀上的設(shè)備數(shù)量同樣影響時(shí)延效果。若組環(huán)設(shè)備數(shù)量過高,則業(yè)務(wù)穿透次數(shù)也較多,將會(huì)影響端到端時(shí)延。其他星型等組網(wǎng)模式也具備各自的特點(diǎn)。
設(shè)備結(jié)構(gòu)模式是存在一定的歷史原因。如部分鏈狀模式是因?yàn)闊o法以環(huán)狀模式施工或環(huán)狀模式施工難度較大,該地區(qū)又急需開業(yè)務(wù)。在無法保證物理雙路由時(shí),通過鏈狀模式予以建設(shè)。雖然運(yùn)營商對新建機(jī)樓體系提出物理雙路由或多路由的新型約束條件,但傳統(tǒng)機(jī)樓體系物理雙路由或多路由改造難度極大,因此衍生部分局部單路由以替代雙路由的處理模式。目前5G管理規(guī)范明確要求通過組環(huán)模式,不能下設(shè)鏈。但4G等其他業(yè)務(wù)則仍然使用組環(huán)或組鏈模式運(yùn)行,導(dǎo)致傳輸網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜。因此,對現(xiàn)有機(jī)樓體系進(jìn)行業(yè)務(wù)重整和冗余清退,是降低機(jī)樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的重要策略。
機(jī)樓體系的層級數(shù)量、機(jī)樓傳輸路由合理度和機(jī)樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度分別從傳輸處理時(shí)延、傳輸路由時(shí)延和傳輸穿透時(shí)延3個(gè)方面影響端到端時(shí)延,是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不大規(guī)模調(diào)整的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)端到端時(shí)延優(yōu)化模式。為進(jìn)一步降低端到端時(shí)延,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化是更重要的方式。邊緣計(jì)算體系以網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為基礎(chǔ),對不同類型業(yè)務(wù)進(jìn)行分類,推動(dòng)部分業(yè)務(wù)本地化處理,以避免大規(guī)模增長的數(shù)據(jù)上下行對網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響和限制。邊緣計(jì)算體系是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要優(yōu)化,也已積累較為成熟的技術(shù)和模式。但因邊緣計(jì)算機(jī)房部署需一定的物理空間和建設(shè)投資,目前主要應(yīng)用于專網(wǎng)等高附加值業(yè)務(wù)類型,未能形成規(guī)?;瘧?yīng)用。
邊緣計(jì)算體系是對傳統(tǒng)云計(jì)算體系的優(yōu)化,以改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理均需上下行帶來的沉重帶寬負(fù)擔(dān)。邊緣計(jì)算體系在未來可能通過分層技術(shù)實(shí)現(xiàn)物與物間的直接連接,將極大程度地降低目前數(shù)據(jù)處理需求。邊緣計(jì)算體系降低數(shù)據(jù)處理層數(shù),能同時(shí)有效降低業(yè)務(wù)穿透次數(shù)、業(yè)務(wù)處理次數(shù)和傳輸路由長度。為保障其規(guī)?;瘧?yīng)用對現(xiàn)網(wǎng)效率的充分提高,仍需進(jìn)一步降低其部署成本。邊緣計(jì)算體系融入現(xiàn)網(wǎng)體系后,將對現(xiàn)網(wǎng)機(jī)房進(jìn)行重新整合,有助于清退部分低業(yè)務(wù)承載或低業(yè)務(wù)價(jià)值的機(jī)房等基礎(chǔ)設(shè)施,從運(yùn)維層面實(shí)現(xiàn)降低成本和提升效率。
運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系中,機(jī)樓體系將在未來持續(xù)發(fā)揮重要的作用。為應(yīng)對未來5G應(yīng)用發(fā)展需求,適度減少機(jī)樓體系總體層級數(shù)量,需對現(xiàn)有機(jī)樓體系進(jìn)行重新的統(tǒng)籌和體系化,主要規(guī)劃思路為跨專業(yè)統(tǒng)籌和分級體系化兩方面??鐚I(yè)統(tǒng)籌指改變現(xiàn)有各專業(yè)自行建設(shè)和維護(hù)機(jī)樓體系的思路,提前統(tǒng)籌各層級機(jī)樓體系的設(shè)備、外電、動(dòng)力、空調(diào)、出局路由等需求,將可合并和統(tǒng)籌的機(jī)樓類型進(jìn)行分類處理。如室分機(jī)房、基站機(jī)房、OLT接入機(jī)房和傳輸接入機(jī)房都是屬于業(yè)務(wù)側(cè)直接面對用戶的機(jī)房,其選址位置、配套需求等存在一定的相似度,通過整合相應(yīng)功能和配套,有助于增加業(yè)務(wù)部署的靈活性,打破現(xiàn)有各專業(yè)間的壁壘。分級體系化指促進(jìn)機(jī)樓體系的優(yōu)化,盡量減少機(jī)樓體系層數(shù),適度增加各層機(jī)樓體系部署密度,促使機(jī)樓體系逐步向扁平化處理,降低機(jī)樓體系內(nèi)部傳輸難度。
機(jī)樓主網(wǎng)格對應(yīng)業(yè)務(wù)側(cè)機(jī)樓體系部署密度,直接影響用戶感知。機(jī)樓體系主網(wǎng)格部署準(zhǔn)確度,直接影響業(yè)務(wù)覆蓋的精準(zhǔn)性和傳輸路由長度。為便于劃定網(wǎng)格,目前機(jī)樓主網(wǎng)格規(guī)劃是通過制定基礎(chǔ)規(guī)則,結(jié)合自然和道路情況,以覆蓋范圍為參考進(jìn)行劃分,但實(shí)際情況中,主網(wǎng)格的綜合制訂規(guī)則難以應(yīng)對業(yè)務(wù)實(shí)際需求。因此,機(jī)樓主網(wǎng)格作為機(jī)樓體系部署的關(guān)鍵性要素,需重視業(yè)務(wù)化和動(dòng)態(tài)化兩個(gè)特點(diǎn)。其中,業(yè)務(wù)化指網(wǎng)格的劃定需改變傳統(tǒng)以覆蓋半徑為基礎(chǔ)的模式,調(diào)整為以業(yè)務(wù)需求規(guī)劃為基礎(chǔ)。動(dòng)態(tài)化指網(wǎng)格需根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)變化而動(dòng)態(tài)調(diào)整,需定期檢視和調(diào)整網(wǎng)格的數(shù)量和分布。但是,城市內(nèi)部的人口密度、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)規(guī)模和業(yè)務(wù)價(jià)值存在顯著的差異化,采取目前傳統(tǒng)的勻質(zhì)化主網(wǎng)格部署模式,顯然無法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求。因此,根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)發(fā)展需求,需設(shè)定機(jī)樓體系規(guī)劃周期,根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求定期調(diào)整主網(wǎng)格的覆蓋面積和覆蓋需求。
機(jī)房出局路由的方向和便捷程度影響傳輸路由長度,影響傳輸路由時(shí)延。機(jī)樓體系出局路由的建設(shè)可行性是制約機(jī)樓體系使用效率的重要因素。為保障傳輸安全和效率,目前建設(shè)規(guī)范要求機(jī)樓體系出局需至少滿足物理雙路由,即從兩個(gè)不同方向出局,以保障單路由不通時(shí)另一路由能保持業(yè)務(wù)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。為保障機(jī)樓體系出局雙路由或多路由,運(yùn)營商需在理想路徑外尋求其他能滿足需求的路徑,對傳輸路由長度造成顯著的影響。結(jié)合當(dāng)前國家共建共享的規(guī)劃方針,運(yùn)營商內(nèi)部和外部結(jié)合現(xiàn)有管道資源,共同建設(shè)共同維護(hù)和共同使用,可有效擴(kuò)充現(xiàn)有資源情況。通過租賃管道的模式,降低出局雙路由或多路由導(dǎo)致的傳輸路由長度過長的模式。但這種模式需根據(jù)機(jī)樓體系內(nèi)部的類型和級別予以處理,對機(jī)樓體系內(nèi)部的自有部分和承載穩(wěn)定重要業(yè)務(wù)部分仍建議使用自建管道和線纜的模式處理,對機(jī)樓體系內(nèi)部的租賃部分和承載業(yè)務(wù)變化較快部分則可在充分考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上,通過多運(yùn)營商同建共享模式提高建設(shè)效率,提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。
機(jī)樓設(shè)備總架構(gòu)影響業(yè)務(wù)穿透次數(shù),影響業(yè)務(wù)穿透時(shí)延。改革開放后,我國經(jīng)歷大規(guī)模、快速化的城鎮(zhèn)化發(fā)展階段,人口大規(guī)模聚集導(dǎo)致業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)規(guī)模迅速擴(kuò)張。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)根據(jù)業(yè)務(wù)需求在不斷擴(kuò)張,為保障業(yè)務(wù)發(fā)展需求,搶占業(yè)務(wù)發(fā)展高地,在設(shè)備入網(wǎng)的過程中,可能會(huì)出現(xiàn)因投資分批下達(dá)或業(yè)務(wù)保障導(dǎo)致部分難以完全滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需求的設(shè)備組網(wǎng)方式。因此,現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相結(jié)合、相影響的情況,其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系保障部分地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展需求,也增加了數(shù)據(jù)上下行需穿透的設(shè)備個(gè)數(shù)。在保持對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)低沖擊的基礎(chǔ)上,對現(xiàn)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重新整理則顯得非常重要。目前國內(nèi)主流思路是通過充分運(yùn)用現(xiàn)網(wǎng)資源以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載設(shè)備的重新整理和劃分,區(qū)分不同設(shè)備間的分工界面,對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行重新割接以優(yōu)化現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),推動(dòng)總架構(gòu)逐步簡單化,將有助于5G應(yīng)用發(fā)展。
帶寬和時(shí)延是5G應(yīng)用的重要技術(shù)指標(biāo)。為降低端到端時(shí)延,設(shè)備商在設(shè)備層面做出大量革新,實(shí)現(xiàn)設(shè)備輕量化和高新能化。但設(shè)備的先進(jìn)程度是影響網(wǎng)絡(luò)用戶感知度的其中一個(gè)影響因素,在實(shí)際設(shè)備部署過程中,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及部署效率直接決定設(shè)備性能能否得到充分發(fā)揮。機(jī)樓體系是設(shè)備承載的集中物理空間,其規(guī)劃建設(shè)效率將直接影響網(wǎng)絡(luò)用戶感知。目前傳輸處理時(shí)延已成為時(shí)延的重要組成部分,研究從傳輸處理時(shí)延的組成部分入手,分析通信機(jī)樓體系的規(guī)劃因素和規(guī)劃思路,為網(wǎng)絡(luò)用戶感知提升提供發(fā)展思路,為5G應(yīng)用發(fā)展提供技術(shù)支撐。