面向5G的傳送網承載方案研究

王迎春，高軍詩，李勇，陳曉明

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

面向5G的傳送網承載方案研究

王迎春，高軍詩，李勇，陳曉明

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

首先介紹了中國移動TD-LTE回傳網現狀，隨后分析了5G對傳送網的需求，探討了傳輸承載技術未來的發展趨勢，最后提出了5G承載傳送網技術及其組網方案?！娟P鍵詞】5G 傳送網 組網方案

1 引言

隨著5G技術的飛速發展，和TD-LTE相比，5G對承載網絡的要求已經發生了質的變化，原有的承載技術和網絡架構已經不能適應5G的承載需求，因此針對即將商用的5G技術，有必要提前研究應對5G的承載網絡技術和組網應用。

2 中國移動TD-LTE回傳網現狀

中國移動TD-LTE的核心網設備EPC一般集中放置在省會城市，TD-LTE業務通過城域傳送網和省干連接至EPC，全網通過PTN進行承載。

城域傳送網仍按照核心、匯聚和接入三層架構進行設計，其中接入層和匯聚層一般采用環網架構，核心層一般采用口字型組網。城域網內部同一廠家設備采用NNI方式組網，不同廠家間采用UNI方式對接。

在省干層面，每個地市出口業務量較大，因此省干一般也采用口字型組網方式。同時為了確保TD-LTE回傳業務的安全，省干均設置了2個節點，分別部署在兩個不同物理位置機房，采用PTN over OTN方式承載。地市城域PTN與省干PTN節點間采用UNI對接。

TD-LTE業務采用L2+L3組網結構，接入層和匯聚層采用L2組網，在地市核心層匯聚樞紐節點配置L2/L3橋接功能，完成業務的三層轉發。一些發達省份隨著業務量的增大，已將L2/L3節點下沉至匯聚節點。

TD-LTE回傳網絡架構示意圖如圖1所示。

圖1 TD-LTE回傳網絡架構示意圖

3 5G對傳送網的需求

5G無線網絡的覆蓋將比TD-LTE更密、更廣、更深，其對承載網的需求也發生了很大變化，具體體現在：

（1）高容量

5G時代將以用戶體驗為中心，需要隨時隨地為用戶提供100 Mb/s以上的用戶體驗速率，熱點高容量地區甚至需要提供1 Gb/s用戶體驗速率和單基站幾十Gb/s的峰值速率，相比TD-LTE網絡容量有1 000倍的提升，這對移動回傳網的容量帶來了很大的挑戰。

（2）低時延

根據3GPP的定義，高可靠低時延業務（URLLC）場景下空口時延低至1 m s，而單向端到端時延為2 ms～5 ms，時延相對TD-LTE降低了一個數量級。

（3）高可靠性

核心網的云化和池化對承載網絡的可靠性要求有所提高，部分業務要求幾乎100%的可靠性，這方面相較于TD-LTE有很大的提升。

（4）靈活性高

為滿足業務的快速變化需求和適應業務量的潮汐效應，5G承載網需支持靈活轉發，支撐全網資源靈活調度，其對承載網的靈活性要求顯著增加。

（5）差異化

5G多樣化場景提出了“網絡切片”的需求，針對具體場景需求進行功能剪裁及資源分片，并在其上進行各自的業務應用、業務控制，實現面向業務場景的按需適配的網絡架構，從而滿足5G多樣化場景的差異化需求。

（6）結構變化

基站間協同引入東西向流量，回傳網結構面臨變化。5G無線網絡結構將發生改變，前傳網絡重構為兩級；基站間的深度協同將引入東西向流量，其流量帶寬顯著提升，同時對時延提出了1 ms的要求。諸多因素將引起承載網網絡架構的改變。

4 新技術及展望

對于5G承載來說，現有技術很難同時滿足以上諸多需求，為此需探討新的傳輸承載技術。

4.1 WDM/OTN

（1）超高速傳輸

持續提升單通道速率和單纖傳輸總容量是光傳輸技術永恒的目標。目前，100G OTN已開始大范圍部署，400G OTN已開啟商用步伐。在未來，一方面深入研究高階調制等新型編碼方式以實現1T速率的傳輸；另一方面提升光器件性能，改進前向糾錯的算法，以實現更長的傳輸距離和傳輸質量。

（2）超大容量分組OTN交叉

網絡流量的激增需要核心站點具備更強大的業務調度能力，目前業界已經實現10T+級別大容量產品的規模商用，后續將向更大的容量邁進。為實現對業務“剛柔并濟”的承載，可充分利用OTN的剛性管道和大容量調度功能。

（3）光電芯片/器件/模塊

提升設備能耗與集成度是設備發展的一個重要方向。近期主要通過自研光模塊和系統級的設計與優化提升集成度降低單位比特的能耗，遠期將研發高集成度光/電芯片，大幅提升系統的集成度并降低能耗。

4.2 PTN

PTN是目前承載分組業務的一種主要技術，其發展方向主要有：

（1）POTN：集成了分組傳送和光傳送的特征，即可實現分組的統計復用特性又可實現光層大帶寬硬管道特性；可實現對分組和光分別處理，也可相互轉換，以完成整網端到端的統一配置、統一調度、統一管理、統一運維。

（2）FlexE技術：通過將變長包轉化為定長塊，完成100GE物理通道的綁定組合和拆分，實現軟管道的“硬分離”，滿足網絡切片需求。但目前的FlexE技術仍是一種接口技術，未來若廣泛應用于分組傳送網中，需要支持網絡層的相應功能：如通道的OAM、時隙交叉等，但目前關于網絡層的標準仍未制定，商用情況不明朗。

（3）超100G接口技術：目前的技術可支持到200 G/400 G，但傳輸距離有限，不能滿足80 km的組網需求。200 GE可以和100 GE共產業鏈，400 GE依賴50 G光器件產業鏈突破。

（4）50G接口技術：目前25 G是光器件最高速率，50 GE是10 GE/25 GE速率向上的一個自然延伸，目前標準尚未完善，是未來接口技術的趨勢之一。

4.3 PON

5G前傳網絡架構和PON類似，目前移動主要采用GPON，同時部署了少量的10G PON，但其兩種技術均不能滿足5G前傳帶寬需求。相對應的WDM-PON可能存在一定機會，但其技術成熟和標準化仍有一定距離，無法預期其商用化時間。

4.4 SDN

SDN（Software Defined Network）通過將網絡的控制平面與轉發平面分離，實現網絡路由的集中計算和開放網絡資源，從而實現網絡的智能調度以及網絡能力的開放和可編程，滿足業務快速部署需求和網絡創新，滿足5G體驗型網絡需求。目前在PTN上已有少量現網在進行試點，OTN剛開始啟動研究。

5 5G承載網絡技術及組網方案

5G前傳部分重構為RRU、DU和CU三部分，將TD-LTE時代前傳+回傳的架構調整為：

（1）RRU-DU：定義為前傳，網絡架構為星狀連接，目前暫時確定為N×25G帶寬需求，單點失效對業務影響較小。

（2）DU-CU：為新增段落，定義為中傳，其單節點速率在幾百兆至G級別，單點失效影響一定的業務量，可靠性要求較高。

（3）CU-核心網CN：即原來的回傳網絡，帶寬要求相比TD-LTE有極大提升，可靠性要求最高。

其中，中傳和回傳對承載網的需求類似，本文將解決方案統一為前傳（RRU-DU）和回傳（包括DU-CU和CU-核心網段）兩部分。

5.1 前傳

5G前傳速率的提升為傳輸承載網絡帶來了挑戰，其組網模式適宜采用點到多點的星狀組網，具體來說有下面幾種解決方案。

（1）光纖直驅。在DU與每個RRU的端口間全部采用光纖直連，點到點組網，可實現快速低成本的部署，但光纖資源消耗大，DU側光纖管理要求高，適用于光纖資源豐富和DU小規模集中場景。也可以通過RRU級聯來減少光纖資源的消耗，即在無線側設備通過前傳信號自身可完成光纖直驅線路的保護、OAM和網絡管理。這種方案最大的特點是部署成本比較低，但受限于末端光纖資源。未來，5G網絡采用超密集組網，接入的基站數倍增加，光纖直驅方案會遇到光纖資源不足的挑戰。

（2）WDM方案。采用無源合分波+彩光直驅方案，DU和RRU上的光模塊分別采用帶波長的彩光模塊，在DU池配置光合分波器OMD，RRU節點配置光分插復用器OAD，該方式可大幅節約光纖資源的消耗，但需考慮傳輸距離和波長分配的問題。

（3）OTN方案。RRU和DU提供白光接口，通過OTN承載前傳業務?？刹捎铆h形、樹形和MESH型等多種方式組織網絡。其方案具有組網靈活、可管可維性強、安全可靠性高等特點，但也帶來了成本的增加，部署地點條件要求高等問題，需要研發新型設備形態來滿足5G前傳需求。

（4）WDM PON技術。WDM PON提供了豐富的帶寬、時延小并且安全性好，網絡結構適配性強，但目前業界WDM-PON尚缺成熟的商用技術，器件成本高，大規模應用需要降低系統成本和無色ONU技術。

以上方案各有其優缺點：

（1）從滿足前傳的需求方面看：光纖直驅、WDM、OTN、WDM-PON方案適合于前傳Option6～7的劃分場景；另外，以上方案均能滿足前傳的時延要求，由于方案不同，時延會稍有差異，但總體上來說都在一個數量級。

（2）從組網靈活性上來看，光纖直驅、WDMPON方案適合點到多點組網、鏈型組網，而WDM、OTN方案適合點到點組網、鏈型組網和環型組網等多種組網方式，同時還支持單纖雙向和雙纖雙向等多種傳輸方式，也可實現線路側1+1保護，提高了業務的安全性。

（3）從光纖資源消耗上來看，直驅光纖消耗資源最多，WDM-PON其次、WDM和OTN最少。但對于規模部署了FTTH的區域，合理利用現網的資源加以改造，WDM-PON也是一個很好的選擇。而對規模部署了CRAN的區域來說，結合當前的CRAN方案開展5G前傳的規劃則是更加明智的選擇。

（4）從前傳網絡管理上看，直驅光纖和WDM方案的前傳管理只能依賴RRU和DU單元本身，相關的故障檢測也只能依賴于RRU和DU有限的監控管理字段，其它幾種方案在網絡管理方面的能力則較強。

總之，以上方案需結合實際網絡情況、技術發展和設備商用化情況等來選擇合適的方案。

5.2 回傳

為應對5G回傳傳輸壓力，可從網絡結構、技術融合、設備形態等方面進行改進和優化。

（1）分組+光融合的設備形態。一方面，5G對超大帶寬、超低時延提出了要求，另一方面，更為突出的潮汐效應與東西向流量承載，亟需統計復用、靈活路由等分組技術。尤其在接入層，由于網絡節點數量多，因此成為運營商的投資重點，分組與光的深度融合成為降低建網成本的關鍵，既滿足大帶寬、低時延（轉發層面僅做光層處理減少傳輸時延），也降低了機房空間占用和功耗。

（2）降低時延。影響時延的因素主要有網絡架構、業務路徑和設備處理。第一，可通過減少轉發節點數量，可以有效降低整體網絡時延，因此可通過優化網絡架構，減少網絡層次和節點數量，達到降低時延的目的。第二，選擇短距離的傳輸路徑，并將時延敏感業務的核心網元下沉，以減少業務傳輸距離，降低業務時延。第三，在設備層面，可引入設備級超低時延轉發技術來降低時延。

（3）L3下沉。站間協同和核心節點下沉均導致傳輸節點橫向流量增加，基站通信模式從點到點變成點到多點，相應地要求承載網L3下沉，則PTN的L3域增大，采用傳統的PTN靜態三層方式將導致網絡配置和管理的復雜化，該問題可通過SDN來解決，通過SDN控制器高效快捷地實現三層的配置和維護管理。

（4）滿足網絡切片的需求。網絡切片可通過信道化接口或FlexE接口技術實現，但FlexE技術尚未商用化，短期內無法部署。信道化接口的POTN技術相對成熟，但其技術復雜，配置和維護管理困難，仍需謹慎使用。

綜上，可通過以下方案來滿足未來5G的承載需求：

（1）設備形態：接入層采用分組+光融合一體設備，匯聚層和核心層沿用現有分組網絡與光網絡雙平面組網架構。業務流量經過接入傳輸設備時，僅對需要接入或落地的業務波長進行電層處理，其它業務波長直接在光層穿通，實現業務一跳直達，可在滿足大容量需求的同時，有效降低傳輸時延。

（2）業務配置優先級。對于低時延業務，在配置承載轉發路徑時可以采用低時延選路策略，優選最小轉發時延路徑來承載低時延業務，每一段光纖的時延可以通過發送檢測報文預先測量得知以供最小時延路徑的選路策略使用。

（3）充分利用光網絡硬管道特性，滿足隔離不同業務QoS等級要求。通過不同波長實現針對多種業務的網絡切片，如移動增強寬帶eMBB、超低時延可靠業務uRLLC和海量物聯網mMTC等。

（4）部署SDN控制器和編排器。實現對網絡端到端的協同和配置，協同多個系統和平面，包括拓撲自動發現、業務自動建立、帶寬動態調整、跨域協同，實現對網絡的統一維護和管理等。

但目前融合光的分組設備和SDN技術尚未成熟，離現網部署仍有一定距離，近期可通過提升系統帶寬和采用OTN+PTN方式滿足帶寬和切片需求，未來再根據業務發展，適時引入以上技術。

6 結束語

5G時代是一個萬物互聯的時代，也是一個變革的時代，將給承載傳送網帶來巨大的挑戰，也是更新換代的機遇，面向5G傳送網的技術、產品形態、網絡結構將會發生大的變革，其網絡建設思路和規劃運維方式也面臨著突破與創新，但相信通過業界多方面的努力，5G的美好愿景一定能早日實現。

[1]IMT-2020（5G）推進組. 5G愿景與需求[S]. 2014.

[2]IMT-2020（5G）推進組. 5G概念白皮書[S]. 2015.

[3]IMT-2020（5G）推進組. 5G網絡技術架構[S]. 2015.

[4]IMT-2020（5G）推進組. 5G無線技術架構[S]. 2015.

[5]IMT-2020（5G）推進組. 5G網絡架構設計[S]. 2016.

[6]IMT-2020（5G）推進組. 5G無線技術試驗進展及后續計劃[S]. 2016.

[7]中國移動. 中國移動白皮書：邁向5G-C-RAN：需求、架構與挑戰[Z]. 2016.

[8]華為技術有限公司. 華為技術交流中國移動5G承載解決方案探討[Z]. 2017.

[9]中興通訊. 中興技術交流中國移動5G承載解決方案探討[Z]. 2017.

[10]烽火通信. 烽火技術交流中國移動5G承載解決方案探討[Z]. 2017.

Research on 5G Transport Network Bearing Solution

WANG Yingchun, GAO Junshi, LI Yong, CHEN Xiaoming
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

The status of TD-LTE backhaul networks of China Mobile was introduced firstly. Then, the requirements of 5G for backhaul networks were addressed and the future development trend of transport and bearing technology was discussed. Finally, 5G bearing transport network technology and the networking solution were discussed.

5G transport network networking solution

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.20.014

TN913.7

A

1006-1010(2017)20-0080-05

王迎春,高軍詩,李勇,等. 面向5G的傳送網承載方案研究[J]. 移動通信, 2017,41(20)： 80-84.

2017-06-28

責任編輯：劉妙 liumiao@mbcom.cn

王迎春：教授級高級工程師，畢業于南京郵電學院，中國移動通信集團設計院有限公司有線所資深專家，主要從事有線傳輸專業方面的技術研究、規劃設計等方面的工作，目前主要負責城域傳送網方面的技術方案研究、建設指導意見編制和相關規范標準制定等工作。

高軍詩：教授級高級工程師，碩士畢業于郵電大學，現任中國移動通信集團設計院有限公司有線所副所長，主導過多個城域光傳送網、國內干線光傳送網以及國際海底光纜網絡的規劃設計，發表傳輸技術文章多篇。

李勇：教授級高級工程師，畢業于西安電子科技大學，中國移動通信集團設計院有限公司有線所咨詢設計總監。主要從事有線傳輸專業方面的規劃設計工作，目前主要負責省內干線、城域傳送網方面的規劃設計工作。

陳曉明：教授級高級工程師，畢業于南京郵電大學，中國移動通信集團設計院有限公司有線所高級專家，多年來主要從事國際、省際干線傳送網、LTE傳輸網的規劃和設計工作，承擔過中國移動國際和省際傳送網、LTE網絡等重大項目的工程建設咨詢工作，負責中國移動LTE傳輸網的建設指導意見等的編寫工作。