5G 網絡大帶寬驅動下傳輸網拓撲結構優化模型的研究

王洪鵬，李建強

（華信咨詢設計研究院有限公司 信通院，浙江 杭州 310014）

1 背景介紹

傳統運營商的傳輸網絡在經歷了第二代通信技術（2G）、第三代通信技術（3G）和第四代通信技術（4G）時代的大規模建設后，傳輸網絡的環路拓撲結構越來越龐大，造成網絡結構不清晰，同時超大環、同路由組環、大單鏈等問題日趨突出，這給運行維護人員和網絡管理部門業務配置人員帶來的壓力日益增大。此外，傳輸網絡的可擴展性越來越差。尤其是近年來傳輸網絡帶寬的增長非常迅猛，驅動帶寬增長的主要因素包括：（1）視頻業務的快速增長；（2）移動互聯網的飛速發展；（3）云計算等新業務的快速應用，給傳輸網絡帶來更大的壓力。為更好地承載各種數據業務，傳輸網絡的拓撲結構需要不斷優化升級，進而提高傳輸網絡的可擴展性[1]。

此外，第五代通信技術（5G）于2020 年商用，5G 致力于構建信息與通信技術的生態系統。不同于以前的2G、3G 和4G，5G 不僅僅是移動通信技術的升級換代，更是未來數字世界的驅動平臺和物聯網發展的基礎設施，將真正創建一個全聯接的新世界。5G 網絡擬提供業務的主要特征包括大帶寬、低時延和海量連接，從而對傳輸網在帶寬、容量、時延和組網靈活性方面提出了新的需求。5G 基站帶寬需求將達到4G 基站帶寬的10 倍以上，局部區域5G 基站連續覆蓋的站址密度將遠高于現網4G 站址密度[2]。5G 基站的大帶寬需求和站址密度的增大也將會對傳輸網絡的拓撲結構提出更高的要求。傳輸網絡如何在5G 這場劃時代的技術演進潮流中不斷自我優化來滿足5G 網絡不同業務的承載需求將是未來傳輸網絡面臨的巨大挑戰。

2 傳輸網拓撲現狀

目前，國內三大傳統運營商的傳輸網絡采用核心層、匯聚層、接入層的3 層拓撲結構，采用OTN（Optical Transport Network）、PTN（Packet Transport Network）、IP Ran（IP Radio Acess Network）和SDH（Synchronous Digital Hierarchy）設備組網[3]。一般傳輸網絡拓撲結構如圖1 所示。

圖1 傳輸網絡拓撲結構

傳輸網絡的拓撲結構一般遵循如下組網原則：

（1）傳輸網絡的搭建按照“核心、匯聚、接入”三層網絡架構；

（2）保持匯聚層結構穩定，根據新增匯聚節點的選址情況，對現有匯聚環進行補點建設；

（3）根據業務需求情況，對現有傳輸網絡的核心匯聚層進行新建、擴容；

（4）核心層一般選擇2 個節點；

（5）每個匯聚層一般控制在4～6 個節點為宜；

（6）匯聚環要求必須是雙歸屬環；

（7）每個接入環主環路上以不超過6～8 個主接入節點為宜，且每個接入環所接入的總接入節點（主環路節點及其下掛節點）以不超過15 個節點為宜；

（8）接入環建議以雙歸屬環為主[4]。

3 拓撲結構優化模型

5G 基站的更大帶寬需求和更大站址密度需求，就需要增加傳輸網匯聚節點數量來滿足接入層基站業務的收斂和匯聚，新增的5G 基站和匯聚節點如何納入現有匯聚接入層網絡將是傳輸網絡面臨的問題。大量的5G 基站和匯聚節點直接破環納入現有匯聚接入層網絡會造成超大環，超大環不能滿足業務承載安全和網絡維護的要求。因此，很有必要研究如何優化匯聚層和接入層的拓撲結構，以適應不斷增加的網絡節點數量。本文主要針對傳輸網絡的匯聚層和接入層的拓撲結構做了分析優化模型[5]。

3.1 匯聚層拓撲結構優化模型

傳輸網絡的單個匯聚環一般由4～6 個匯聚節點組成，新增匯聚節點納入現有匯聚環會造成匯聚環變大，帶來業務承載安全風險和網絡維護調度風險，兼顧考慮匯聚環下掛多個接入環，為規避光纖同路由風險，同時為滿足后期多個匯聚節點的成環入網問題，建議匯聚層拓撲結構優化方案采用裂變的方式，通過中間匯聚節點新建直達光纜或跳纖至核心節點的方式完成1 個超大匯聚環裂變成2 個小匯聚環，便于新增匯聚節點后期直接破環入網[6]。匯聚層拓撲結構優化模型如圖2 所示。

圖2 匯聚層拓撲結構優化模型

3.2 接入層拓撲結構優化模型

傳輸網絡的單個接入環一般有6～15 個基站接入節點組成，新增基站接入節點納入現有接入環會造成接入環變大，帶來業務承載安全風險和網絡維護調度風險，考慮為更好地滿足后期多個基站接入節點的成環入網問題，建議接入層拓撲結構優化方案采用同路由跳纖重新組環和直接裂變2 種方式。這2 種方式各有優缺點：（1）同路由跳纖重新組環方式成本低，無需新建光纜，但存在光纜同路由風險；（2）直接裂變方式成本高，需新建光纜，不存在光纜同路由情況，安全系數高[7]。接入層拓撲結構優化模型如圖3 和圖4 所示。

4 結論

本文提出的匯聚層和接入層拓撲結構優化模型適用于城域傳輸網絡，能解決4G 和5G 基站增加帶來的組環入網難和超大環路拓撲結構的問題。傳輸網絡為更好地服務各種業務的傳送需求和迎接物聯網和5G 網絡的到來，不斷優化傳輸網絡的拓撲結構是非常有必要的。

圖3 接入層拓撲結構優化模型（同路由跳纖重新組環方式）

圖4 接入層拓撲結構優化模型（直接裂變方式）