5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)技術(shù)方案

張馨丹 徐征

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司 吉林省長(zhǎng)春市 130012）

在5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)意義深遠(yuǎn)。在5G時(shí)代背景下，萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代到來(lái)，各行業(yè)在實(shí)現(xiàn)快速上網(wǎng)與智能創(chuàng)造的同時(shí)，也必然對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、安全性等提出了更加多元化的要求，針對(duì)這些新的要求，充分針對(duì)當(dāng)?shù)貍鬏斁W(wǎng)建設(shè)實(shí)際狀況，了解其中所涉及的核心技術(shù)，遵循5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的相關(guān)原則，制定5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的相關(guān)方案，對(duì)于5G 技術(shù)的有效鋪開(kāi)，都有著深遠(yuǎn)的意義。

1 當(dāng)?shù)貍鬏斁W(wǎng)絡(luò)整體建設(shè)情況綜述

1.1 設(shè)備的升級(jí)狀況

從本地現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當(dāng)中，排除專網(wǎng)設(shè)備外，在網(wǎng)運(yùn)行的設(shè)備共計(jì)3979 臺(tái)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)有接入需求的設(shè)備中約36%的設(shè)備具備從GE 級(jí)升級(jí)為10GE 級(jí)的能力，總數(shù)量為1507 臺(tái)。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，匯聚層布置了198 套設(shè)備，這個(gè)部分的設(shè)備只有約34%的設(shè)備支持10GE，數(shù)量為68 套，還需要持續(xù)升級(jí)，而網(wǎng)絡(luò)核心層部分，設(shè)備均支持10GE。

1.2 寬帶狀況

從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上來(lái)說(shuō)，分接入層、匯聚層和核心層，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為環(huán)網(wǎng)，其寬帶狀況如下：接入層方面，由于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)下包含GE 和10GE 設(shè)備，環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方面分別為580 個(gè)和56 個(gè)，還有部分環(huán)流量超限運(yùn)行，數(shù)量達(dá)到27 個(gè)。匯聚層方面，設(shè)置10GE 匯聚環(huán)，共計(jì)44 個(gè)，其中PTN 匯聚環(huán)與OTN 骨干的連接已經(jīng)完成30 個(gè)，流量超限并不存在。但是部分上聯(lián)至骨干網(wǎng)GE 鏈路的匯聚環(huán)有超限，數(shù)量為5。核心層方面則無(wú)超限流量環(huán)。

2 5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)分析

從當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商與設(shè)備廠商之間的協(xié)議來(lái)講，協(xié)議中廠商建議網(wǎng)絡(luò)中的RAN 接口至少滿足低頻10GE，高頻25GE 的要求。按照這一要求，對(duì)于基站而言，理論需求寬帶，單站至少1.5G，RAN 與傳輸網(wǎng)接口對(duì)接。基于協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)備制造廠商建議設(shè)置無(wú)線接口低頻10GE 帶寬，高頻25GE 帶寬。傳輸理論單站帶寬為1.5G，無(wú)線站點(diǎn)需要與傳輸接口對(duì)接。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，PTN 具有重要地位，它和OTN 配合構(gòu)建傳輸網(wǎng)，PWE3 技術(shù)在PTN 中是核心技術(shù)，主要用于感知特定業(yè)務(wù)信道，保證特定業(yè)務(wù)使用一條信道，促使不同業(yè)務(wù)分屬不同信道。MPLS 作為一種路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，提高了轉(zhuǎn)發(fā)的速度。基于上述要求，要求PTN 設(shè)備應(yīng)當(dāng)從GE 級(jí)升級(jí)為10GE 級(jí)，匯聚100GE，另外，利用IP 技術(shù)、MPLS 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的分層，分別賦予L0/L1/L2/L3 不同的意義，比如L0為物理層，以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，L1 為鏈路層，基于網(wǎng)絡(luò)切片來(lái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)調(diào)控。L2/L3 作為主要接口，基于MPLS_TP+SR 來(lái)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，這里MPLS_TP+SR 由SDN 控制。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的高效分派，還應(yīng)當(dāng)具備MEC 能力，即邊緣計(jì)算能力，為RAN 提供一個(gè)智能中樞。

FlexE 捆綁，是靈活的、可變動(dòng)的以太網(wǎng)，在5G 中將FlexE作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)超級(jí)變速此輪，實(shí)現(xiàn)MAC 和PHY 的解耦，通過(guò)SDN 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)上層、下層數(shù)據(jù)流速率的控制綁定，如此可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)寬帶的平滑升級(jí)，按照寬帶的需求進(jìn)行靈活的配置，即10 路10GE 的PHY 就可以升級(jí)到100GE。同時(shí)由于存在多條信道，它們可以被捆綁起來(lái)用于一個(gè)大數(shù)據(jù)使用，也可以給一個(gè)小數(shù)據(jù)流使用。FlexE 靈活組網(wǎng)特性，可以使原本環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)變?yōu)闃?shù)狀網(wǎng)絡(luò)，在業(yè)務(wù)調(diào)度上，直達(dá)節(jié)點(diǎn)，即在FlexE 的通道話功能下，可以在現(xiàn)有線路上，直接建立端到端的通道，這種功能類似于網(wǎng)絡(luò)切片，目前FlexE 已經(jīng)使公認(rèn)的5G 承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一。

在PTN 中MLSP 作為傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，在5G 中會(huì)出現(xiàn)L3 存在N 平方問(wèn)題，為了解決這個(gè)問(wèn)題，SR 技術(shù)成為關(guān)鍵，SR技術(shù)即源路由路段技術(shù)，5G 網(wǎng)絡(luò)要求更高、更大、更快，SR 技術(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)于控制分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)，使網(wǎng)絡(luò)邏輯更聚合，功能平面更加清晰。SR 的轉(zhuǎn)發(fā)面既可以基于MPLS，也可以基于IPV6，前者是一種更為平滑的演進(jìn)策略，后者則提供了更多新應(yīng)用可能，SR 去除了LDP、RSVP-TE 協(xié)議，但擴(kuò)展了IGP，支持Ti-LFA 的無(wú)環(huán)備用計(jì)算，可對(duì)全拓?fù)滏溌饭?jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。

5G 網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)是一個(gè)超密集組網(wǎng)的智能云化協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，超密集組網(wǎng)將5G 部署在云上，為了達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源的高效分配，SDN 成為5G 網(wǎng)絡(luò)的大腦，MEC 同樣。SDN 是承載網(wǎng)絡(luò)的核心，光承載網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線接入網(wǎng)之間要實(shí)現(xiàn)高效的協(xié)同，SDN 將發(fā)揮重要作用。

最后，為了保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全，構(gòu)建安全防護(hù)體系，引入802.1X/MACsec 認(rèn)證，突出傳送流量監(jiān)管和分析，利用 flexE 類似網(wǎng)絡(luò)切片的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的硬性隔離，保障控制面板安全和通道獨(dú)立。

3 5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)原則

3.1 針對(duì)PTN擴(kuò)容、升級(jí)與SPN新建的概念綜述

PTN 擴(kuò)容：按照現(xiàn)有5G 建設(shè)情況來(lái)看，一般采取SDN+PTN的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)5G，這要求PTN 必須要進(jìn)行擴(kuò)容，在SDN+PTN 下是要實(shí)現(xiàn)端到端的分層交換網(wǎng)絡(luò)，由于MEC 下沉至匯聚節(jié)點(diǎn)，L3VPN 同樣下沉至邊緣，如此在一個(gè)省的5G 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，傳輸網(wǎng)將面臨各個(gè)匯聚點(diǎn)或上萬(wàn)綜合業(yè)務(wù)點(diǎn)的挑戰(zhàn)，寬帶需求大，如此要滿足eMBB 業(yè)務(wù)需求，針對(duì)現(xiàn)有PTN 進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，方法簡(jiǎn)單，直接在PTN 設(shè)備插槽上插入板卡或者增加PTN 設(shè)備，在本方案下，不需要進(jìn)行SPN 等設(shè)備組網(wǎng)功能，依舊按照L2+靜態(tài)L3VPN 來(lái)承載。

PTN 升級(jí)：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為環(huán)網(wǎng)，假設(shè)每個(gè)環(huán)接入6 個(gè)站，其中一個(gè)站達(dá)到峰值，考慮寬帶收斂，接入層至少保證40GE、匯聚層至少保證400GE，核心層至少7T。如此在前期依托現(xiàn)有PTN 網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，使其實(shí)現(xiàn)SPN 功能，但是升級(jí)過(guò)程中不能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷，通過(guò)分期實(shí)施的方法，逐步引入SPN 相關(guān)技術(shù)，如FlexEIPV6SR 等，逐步達(dá)到5G 通信傳輸網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)部署功能。

SPN 新建：在建設(shè)后期，通過(guò)SPN 新建來(lái)實(shí)現(xiàn)5G 的廣泛承載需求，在PTN 系統(tǒng)升級(jí)后，考慮后續(xù)發(fā)展需要，即可直接一次性引入SPN 相關(guān)技術(shù)，一次完成SPN。

3.2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)原則

3.2.1 回傳

接入環(huán)：先選定符合測(cè)試的基站，并由此進(jìn)行測(cè)試，若10GEPTN 環(huán)境中均值利用率超過(guò)30%或者是GE 環(huán)時(shí)，考慮在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)，即對(duì)PTN 進(jìn)行擴(kuò)容，若為其他情況，則按70%標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有PTN 系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)。

匯聚與核心：根據(jù)上述分析，早期為了達(dá)到試商用要求，系統(tǒng)容量要求并不是特別高，可直接在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上，升級(jí)為40-100GE，然后當(dāng)業(yè)務(wù)達(dá)到極限，滿足擴(kuò)容標(biāo)準(zhǔn)限制后，進(jìn)一步擴(kuò)容，搭建100GE/Nx100GE 系統(tǒng)。

3.2.2 基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層面中的機(jī)房非常關(guān)鍵，機(jī)房資源緊缺是目前比較關(guān)鍵的問(wèn)題，所以在規(guī)劃中，必須要考慮好機(jī)房資源，提前準(zhǔn)備好，并對(duì)機(jī)房進(jìn)行科學(xué)管控，逐步釋放資源，統(tǒng)籌業(yè)務(wù)接入，確保末端接入科學(xué)規(guī)范。

3.2.3 系統(tǒng)組織

建設(shè)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)先以現(xiàn)有PTN 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進(jìn)行擴(kuò)容作業(yè)，若不能滿足要求在進(jìn)行新建，通過(guò)此種方式來(lái)控制成本，匯聚與核心使用100GE/Nx100GE，可通過(guò)引入FlexE 來(lái)捆綁實(shí)現(xiàn)，理論上還是為環(huán)形組網(wǎng)，PTN 依然使用L2+靜態(tài)L3VPN 的方式進(jìn)行5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。

3.2.4 5G 前站

盡可能有效利用光纖資源，盡量避免出現(xiàn)跳線，要求光纖直連，若存在少數(shù)距離長(zhǎng)，光纖不足的情況，應(yīng)當(dāng)使用有源設(shè)備、無(wú)源波分設(shè)備等來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充。

3.2.5 寬帶的規(guī)劃和配置

按8:2:1 配比規(guī)劃寬帶，配置接入、匯聚、核心層，有效寬帶應(yīng)當(dāng)以80%進(jìn)行預(yù)估，早期以到戶20M 為基準(zhǔn)，后期在逐步擴(kuò)容。業(yè)務(wù)的CIR 數(shù)值需要按照需求的不同進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.2.6 和其他網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接

采用雙節(jié)點(diǎn)對(duì)接模式。

4 5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案

4.1 5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)在商業(yè)試用階段的建設(shè)方案

按照對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)查結(jié)果，分析出當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元設(shè)備情況，包括型號(hào)、槽位資源。基于分析結(jié)果編寫升級(jí)方案以及設(shè)備清單。若PTN 設(shè)備不具備升級(jí)為10GE 要求的，或者是具備10GE 要求但無(wú)槽位時(shí)，應(yīng)重新設(shè)置PTN 設(shè)備，若環(huán)路的使用率整體超限了則需要進(jìn)行整體升級(jí)，特別匯聚層方面早期先按照流量確定需要升級(jí)到100GE 的環(huán)路。

基于上文分析，5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方案可以劃分為兩種。

（1）低方案，主要針對(duì)非峰值測(cè)試場(chǎng)景，在該方案當(dāng)中，提供有最多2 個(gè)10G 端口，用于進(jìn)行無(wú)線設(shè)備的對(duì)接，CIR 設(shè)置值為20M，在不考慮寬帶的情況下，基本滿足站點(diǎn)開(kāi)通要求，此時(shí)只需要等待環(huán)路達(dá)到70%的限制要求時(shí)再升級(jí)。接入環(huán)，早期升級(jí)時(shí)，提供38 套新設(shè)備支持10GE 端口對(duì)接RAN，25 套新板卡，擴(kuò)容至10GE，匯聚環(huán)、核心層，現(xiàn)網(wǎng)不存在超流量，可不進(jìn)行擴(kuò)容無(wú)流量越限鏈路，不需要擴(kuò)容。

（2）高方案，按峰值測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行布置，以最多2 個(gè)端口進(jìn)行RAN 對(duì)接，CIR 為20M，滿足3G 下流量要求，接入部分以第一批基站作為峰值測(cè)試場(chǎng)，衡量基站平均寬帶，如此GE 必須全部升級(jí)為10GE，10GE 環(huán)峰值均值不超過(guò)30%，不需要進(jìn)行額外升級(jí)；在匯聚環(huán)和骨干匯聚，按照每一個(gè)基站20MCIR，均值寬帶為3G 的標(biāo)準(zhǔn)，接入、匯集、核心層基于比例8:2:1 進(jìn)行帶寬劃分，參考流量使用情況與匯聚環(huán)CIR，判定其是否升級(jí)為100GE，在筆者所處轄區(qū)范圍內(nèi)，包含有9 處匯聚環(huán)建設(shè)工作，其中有7 處匯聚環(huán)正在施工作業(yè)中，該地區(qū)一共八套匯聚環(huán)將升級(jí)為100G 規(guī)格，7 套匯聚環(huán)擴(kuò)容至10GE；核心部分，按62 個(gè)基站規(guī)劃，至少要求24G，現(xiàn)有帶寬符合要求，不需要進(jìn)行擴(kuò)容。

在商業(yè)試用階段，5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)架基本不發(fā)生大的變化，所以目前不需要進(jìn)行新機(jī)房的增加，只需要在原有機(jī)房基礎(chǔ)上進(jìn)行替換或擴(kuò)容即可。另外，由于基站多數(shù)為宏站，前傳光纖資源的需求不高，當(dāng)前資源即可滿足對(duì)應(yīng)要求。

4.2 規(guī)模部署過(guò)程中5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案分析

因?yàn)楫?dāng)前5G 主要面對(duì)專業(yè)用戶，設(shè)備的成熟度也不夠高，在規(guī)模部署中應(yīng)當(dāng)慎之又慎，采取分步實(shí)施方法，嚴(yán)格控制，在保證成本優(yōu)勢(shì)的情況下，最大程度發(fā)揮5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的功能，形成建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)，并嚴(yán)格執(zhí)行，提前規(guī)劃好機(jī)房資源、光纖資源，用以滿足后續(xù)升級(jí)需要。

在4G 通信傳輸網(wǎng)絡(luò)模式中，采取統(tǒng)一配置的方式，接入環(huán)為GE/10GE，匯聚環(huán)為10GE/100GE,但是在5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，由于不同種類配置不同帶寬的傳輸網(wǎng)絡(luò)，在DRAN 場(chǎng)景當(dāng)中，其接入環(huán)配置為50GE。在國(guó)內(nèi)部分業(yè)務(wù)發(fā)展較為遲緩的地區(qū)，10GE也可以維持使用，在CRAN 場(chǎng)景當(dāng)中，接入環(huán)使用100GE，匯聚環(huán)使用200GE。

針對(duì)新建的SPN，筆者建議采用具有良好規(guī)范性的接入環(huán)和閉環(huán)。在升級(jí)擴(kuò)容方案當(dāng)中，需要充分衡量當(dāng)前設(shè)備的槽位使用情況和帶寬使用情況。擴(kuò)容與升級(jí)方案適合在5G 點(diǎn)數(shù)量較少，不連續(xù)覆蓋的場(chǎng)景中，若接入環(huán)升級(jí)或者擴(kuò)容，條件不能符合閉環(huán)，則需要上聯(lián)至骨干匯聚點(diǎn)來(lái)預(yù)防上聯(lián)至不同匯聚環(huán)的問(wèn)題。使用率不高的PTN10GE 環(huán)路可以使用5G 站點(diǎn)進(jìn)行接入。

在2020-2021年，早期基于eMBB 為核心業(yè)務(wù)，在線路測(cè)采用FlexE 作為接口板，硬件ready，后期將軟件升級(jí)為SPN。

針對(duì)前傳方案，存在有無(wú)源波分、有源波分、SPN、以及光纖直驅(qū)等形式。其中在光纖直驅(qū)，存在有單纖雙向模塊，可能降低50%以上的資源使用，適合在傳輸距離為10km 以上的場(chǎng)景中進(jìn)行使用；無(wú)源波分，適合在傳輸場(chǎng)景為10-20km 的場(chǎng)景中進(jìn)行使用；有緣波分和SPN 等適合在20km 以上的場(chǎng)景中進(jìn)行使用。值得注意的是，前傳方案并不是簡(jiǎn)單的基于距離進(jìn)行劃分，而是需要基于光纖資源的整體情況進(jìn)行處理，按照資源的利用率，應(yīng)主推光纖直驅(qū)。

5 結(jié)束語(yǔ)

整體來(lái)講，當(dāng)前正處于5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的早期，常見(jiàn)需求僅限于大帶寬、不包含超低延時(shí)等新類型服務(wù)，因此5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作仍需要按部就班，量力而行，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，只需要對(duì)其中一部分進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)容即可。