5G建網機房滿足能力分析及組網方案

1 引言

5G在移動通信領域絕對是革命性的，如果說以前的移動通信只是改變了人們的通信方式、社交方式，5G 則是改變了網絡社會。5G未來的前景方向在于：差異化服務、海量物聯網、垂直行業應用、開放平臺化。5G網絡的具有三大應用場景：eMBB（增強移動寬帶）、uRLLC（高可靠低時延連接）、mMTC（海量物聯）。當前5G網絡建設正處于起步發展階段，隨著5G帶寬需求增大，以及核心網絡功能的下沉，對機房的市電容量、空間都提出挑戰。本文主要對現有匯聚機房進行滿足能力分析，以及對5G網絡組網方案的探討。

2 5G需求對機房基礎資源帶來的挑戰

（1）伴隨著5G帶寬需求增大，現有的接入層傳輸需要由GE/10GE環逐步向40G/100G升級，現有的匯聚層傳輸需要由現有的10GE逐步向100G/400G升級，伴隨著傳輸設備帶寬的升級，設備的功耗也隨之增大，同時為了滿足帶寬需求，OTN需要同步下沉，對機房的市電容量、空間都提出挑戰。

（2）為了解決低時延及靈活調度問題，網絡需要云化。

① 核心網云化：對于eMBB大帶寬、低時延業務，核心網下沉到Edge DC；對于uRLLC超低時延業務，通過MEC引入到本地Cloud-RAN中。伴隨著核心網以及傳輸L3功能的下沉至匯聚甚至接入層，機房需要考慮新設備類型的空間及功耗需求。

② 基站云化：無線基站重構為CU和DU兩個邏輯網元，可以合一部署，也可以分開部署，根據場景和需求確定。CU若云化部署，可部署在X86服務器上，可引入MEC、移動CDN，實現uRLLC、視頻等各種應用。CU云化或DC集中類似于現有的C-RAN架構，大量的無線設備集中放置在匯聚機房，將快速消耗機房資源。

3 4G技術下傳輸PTN組網現狀

在4G網絡技術下，傳輸PTN組網技術基本上采用了如圖1所示的傳輸網絡分層架構，分為核心網網絡、匯聚骨干層網絡、接入層網絡等三層結構。涉及到核心機房（機樓）、匯聚機房（重要匯聚機房、普通匯聚機房和業務匯聚機房）、基站（包括宏站、微站、微小站、室分站、室外站、直放站、簡易機房等）。

圖1 傳輸PTN組網架構圖

4 CU、DU幾種部署方案分析

4.1 CU和DU概念

5G基站功能重構為CU和DU兩個功能實體，根據場景和需求可以合一部署、也可以分開部署。集中單元CU主要包括非實時的無線高層協議棧功能，同時也支持部分核心網功能下沉和邊緣應用業務的部署；分布單元DU主要處理物理層功能和實時性需求的層2功能。

4.2 CU、DU部署方案

如圖2所示：第一種是D-RAN方式，CU、DU不分離，均放置在宏站站點。

圖2 CU、DU部署方案對比圖

第二種是CU云化&DU分布式部署，該方式下，CU集中在匯聚機房，而DU則放置在宏站站點。

第三種是CU云化&DU集中部署，該方式下，CU、DU均集中部署在匯聚機房。

幾種方案比較如表1所示。

表1 CU、DU部署方案分析表

5 CU、DU幾種部署方式的機房測算

因為D-RAN方式與目前4G模式基本一致，主要部署在宏站站點，基本沒有增加匯聚機房消耗，所以本次不做深入分析，主要針對CU云化&DU分布式部署及CU云化&DU集中部署進行分析：

方案一：CU云化&DU分布式部署，CU放置在業務匯聚機房，一個CU管理約3～5個無線物理站址，管轄區域小，時延<100 μs，DU放置在宏站站點。如圖3所示。

圖3 CU/DU在傳輸組網位置圖

測算所需機架數及功耗如表2所示（列表中“無線”是指CU和DU設備。下同）。

說明：本方案中，CU放置在業務匯聚機房，該方案主要考慮業務匯聚機房滿足能力。

方案二：CU云化&DU分布式部署，CU放置在普通匯聚機房，一個CU管理約32個基站，所轄區域面積適中，協作增益大，時延200～300 μs。如圖4所示。

圖4 CU/DU在傳輸組網位置圖

測算所需機架數及功耗如表2所示。

說明：本方案中，CU放置在普通匯聚機房，該方案主要考慮普通匯聚機房滿足能力。

方案三：CU云化&DU分布式部署，CU放置在邊緣TIC（骨干匯聚）機房，一個CU管理約300～400個基站，CU/DU延遲較大，協作增益大，時延1～2 ms，如圖5所示。

圖5 CU/DU在傳輸組網位置圖

測算所需機架數及功耗如表2所示。

說明：本方案中，CU放置在邊緣TIC機房，該方案主要考慮邊緣TIC機房滿足能力。

表2 機房設備和功耗測算的方案對比表（1）

方案四：CU云化&DU集中部署，CU、DU均集中放置在宏站站點或業務匯聚機房機房一個CU管理約3～5個無線物理站址，管轄區域小。如圖6所示。

圖6 CU/DU在傳輸組網位置圖

測算所需機架數及功耗如表3所示。

說明：本方案中，CU、DU均放置在業務匯聚機房，該方案主要考慮業務匯聚機房滿足能力。

方案五：CU云化&DU集中部署，CU、DU均集中放置在普通匯聚機房，一個CU管理約32個基站，所轄區域面積適中，協作增益大，時延200～300 μs。如圖7所示。

測算所需機架數及功耗如表3所示。

說明：本方案中，CU、DU均集中放置在普通匯聚機房，該方案主要考慮普通匯聚機房滿足能力。

方案六：CU云化&DU集中部署，CU放置普通匯聚機房，DU集中放置在業務匯聚機房。如圖8所示。

圖7 CU/DU在傳輸組網位置圖

圖8 CU/DU在傳輸組網位置圖

測算普通匯聚機房和業務匯聚機房所需機架數及功耗如表3所示。

說明：本方案中，CU集中放置在普通匯聚機房，DU集中放置在業務匯聚機房，該方案對普通匯聚機房和業務匯聚機房滿足能力均需測算。

表3 機房設備和功耗測算的方案對比表（2）

6 5G網絡運用時延要求

4G改變生活，5G改變社會。5G時代已經到來，它必將對我們的日常生活方方面面產生非常深遠的影響。移動通信網絡第一、第二、第三和第四代主要是實現了人與人之間的通信，而5G將最終以全新的方式把移動通信網絡轉變為人與物、物與物之間的通信，實現萬物互聯，進一步推動科技的深化創造，推動人類的進步。針對5G網絡的各種應用場景，未來的通信網絡將將開啟物聯網時代，并滲透進至各個行業。實現真正的“萬物互聯”、自動駕駛、人工智能等技術，而這些技術最重要的前提條件是時延要盡可能的短。最短的網絡時延將是5G網絡的需求條件之一。所以，搭建5G網絡架構，必須要求新網絡具備低時延、快回傳能力。

針對5G應用，要具備超可靠低時延通信（uRLLC），超可靠低時延通信業務對自動駕駛、遠程醫療等有極苛刻的時延要求，端到端須達到500 μs～1 ms。

經測算，分析得出以下數據：（1）業務匯聚機房到應用終端（如手機、電腦等）的時延可達100 μs。（2）業務匯聚機房到應用終端的時延可達200～500 μs。（3）而核心機樓到應用終端的時延已經過大，大約在1.5 ～5 ms之間（cloud VR單向），已經不能滿足網絡具備低時延、快回傳能力要求。（4）省干中心到應用終端的時延10 ms，遠遠不能滿足5G網絡的應用需求。如圖9所示。

綜合分析，可得出結論：業務匯聚機房和業務匯聚機房部署CU和DU設備，將能滿足端到端須達到500 μs～1 ms的策略需求。

圖9 各機房時延測算圖

7 方案比較

如表4所示，通過6種方案比較分析，結合第四、五點5G網絡運用時延要求中對時延的分析，5G網絡的應用需求建議優選方案1及方案2，規模開通5G站點，這兩種方案機房滿足率相對較高，同時CU至DU距離較短，可滿足大部分業務場景時延需求。對于部分DU集中需求場景，可采用方案4補充建設，該方案CU、DU集中放置，中傳時延為0，無需考慮中傳傳輸建設，方案6作為方案4的備選補充方案。

表4 六種CU/DU組網方案綜合分析表

8 方案建議

（1）DU部署在普通匯聚后，會快速消耗機房資源，所以無論CU位置如何選擇，DU應盡量貼近接入層，部署于宏站站點或業務匯聚機房。

（2）考慮安全及時延因素，建議以D-RAN方式為主，CU云化為輔，類似于目前4G站開通方式。

（3）CU云化方案中，CU位置不宜過高，不建議部署在重要匯聚機房（時延過高，安全風險高），建議部署在普通匯聚、業務匯聚或宏站站點。

（4）加快老舊設備退網，釋放機房空間，同時加強機房儲備，建議新購業務匯聚機房使用面積在50～70平方米，供電不低于40 kW；普通匯聚機房使用面積一般在70～120平方米,供電不低于60 kW；重要匯聚機房使用面積應在200～330平方米，供電不低于200 kW。

9 結論

隨著5G移動通信網絡技術的發展，根據5G系統C-RAN架構的組網方案，合理部署CU、DU的網絡位置，可以有效的解決網絡低時延及靈活調度問題，提升5G網絡的感知能力和應用能力。在當前的組網方案中，建議CU部署在普通匯聚、業務匯聚或宏站站點，DU部署于宏站站點或業務匯聚機房。當前，加快5G網絡建設，5G的基礎資源建設是首要亟需提升的硬件，特別是匯聚機房及配套建設，適時推進匯聚機房改造升級，補齊資源短板，加快新匯聚機房的選址，可以為5G網絡的高速發展保駕護航。