5G通信視域下核心機房的規劃策略研究

白江偉

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）是具有高速率、低時延以及大連接特點的新一代寬帶移動通信技術，5G通信設施是實現人機物互聯的網絡基礎設施。國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）定義了5G的3大類應用場景，分別是增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、超高可靠低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量機器類通信（massive Machine Type of Communication，mMTC）。同時ITU定義了5G的8大關鍵性能指標，其中高速率、低時延、大連接成為5G最突出的特征，用戶體驗速率達1 Gb/s，時延低至1ms，用戶連接能力達100萬連接/km2。5G時代，通信設備的在網用戶數量將會呈指數形式增長，對電信運營商的硬件供給能力具有相當高的要求。其中核心機房存在的問題是各大電信運營商面臨的共同瓶頸，因為電信機房的建設周期較長，需要從選址、投產、建設、驗收等全過程進行高精度管控，建設周期通常要超過2年。相較于新建核心機房，通過對核心機房規劃策略的優化來提升核心機房利用率、降低電信運營商建設成本具有較高的經濟價值和研究意義。

1 核心機房等級及業務場景

1.1 核心機房等級

核心機房的等級呈金字塔形狀，由高至低分別是全網級核心機房、省級核心機房以及本地網核心機房。其中全網級核心機房的物理局址和覆蓋范圍最高，能夠與國內所有的網絡相連；省級核心機房的物理局址和覆蓋范圍次之，通常以省級地理界線劃分；本地網核心機房的建設基數最高，通常能夠覆蓋地市范圍，具體核心機房等級示意如圖1所示[1]。

圖1 核心機房等級示意

1.1.1 全網級核心機房

全網級核心機房最主要的作用就是支撐不同的核心機房業務場景，例如核心網、業務支撐網、承載網以及傳送網。全網級核心機房能夠作為以上業務場景的安裝和承載基礎，并且能夠將網絡覆蓋、網絡通信、設備管理、網絡歸屬等多項功能進行集成，應用性較強、建設難度較高[2]。

1.1.2 省級核心機房

相較于全網級核心機房，省級機房的覆蓋范圍較小、網絡設備承載能力較差，但依舊能夠在省級范圍內實現地市級別的網絡承載和配套資源配置。省級核心機房的局部應用性較強，能夠在省級范圍內支撐核心網、業務支撐網、承載網以及骨干傳送網等機房業務場景[3]。

1.1.3 本地網核心機房

相較于省級核心機房，本地網核心機房更傾向于單一網絡通信功能的承接，例如本地骨干傳送網、本地傳送核心節點、交換及內容分發網絡（Content Delivery Network，CDN）等機房功能[4]。

1.2 核心機房業務場景

各大電信運營商建設核心機房的用途各有不同，主要分為4種類型，分別是核心網、業務支撐網、承載網以及傳送網。核心網屬于核心機房運營的核心場景，其他場景運營均需要核心網運營作為支撐；業務支撐網主要對接電信運營商的業務內容；承接網主要應用于數據計算和資源配置；傳送網主要負責數據傳輸、網絡傳輸等傳送功能。不同業務場景的5G網絡及其相關配套組網各有不同，具體核心機房業務場景示意如圖2所示[5]。

圖2 核心機房業務場景示意

1.2.1 核心網

核心網是業務支撐網、承載網和傳送網運行的關鍵，負責不同業務場景和核心機房之間的承載與控制，具有連接通信、資源配置的作用。核心機房在進行核心網組網過程中，需要考量其他業務場景的應用，并建立相應業務場景的對接資源設備，進而發揮核心網承上啟下的作用[6]。

1.2.2 業務支撐網

業務支撐網從功能上可以分為業務和支撐2個部分，其中業務部分具備與核心機房內骨干互聯網的連接能力，在網絡資源配置中具有一定的優先級，能夠讓電信運營商更加快速地完成業務內容。支撐部分包括網管支撐、業務支撐、管理信息支撐、網寬支撐以及數據庫支撐等多個系統，可以根據電信運營商的實際需求進行添加[7]。

1.2.3 承載網

承載網為上層應用提供網際互聯協議（Internet Protocol，IP）數據轉發能力，包括網管功能、計費功能、管理功能、業務功能以及核心網連接功能等多種電信運營商的內部功能。相較于業務支撐網和傳送網，承載網對核心網的需求更高，所以在組網過程中，承載網和核心網的局址應緊密結合，進而保證承載網資源配置能力的充足性和可靠性[8]。

1.2.4 傳送網

傳送網屬于其他業務場景的功能性附屬場景，負責數據傳輸功能。傳送機房局址的選擇應緊密結合核心網、承載網、數據中心以及國際通信出入口等對局址的要求，及時跟進并做好配套傳送設備的部署規劃[9]。

2 5G時代下核心機房規劃策略

2.1 核心網專業場景下的規劃策略

上述已經說明核心網對于核心機房運營的重要性，直接影響5G網絡的承載力和控制能力。核心網的建設應當以穩定性作為第一規劃策略，建設在影響力較大、覆蓋范圍較廣、經濟價值較高的位置。另外應當以長遠的發展目標進行核心網規劃，通過對行業的預測和業務發展的規模，建設出適應性、應用性較強的配套設備，不能被未來云化發展淘汰。具體核心網專業場景規劃策略如表1所示[10]。

表1 核心網專業場景規劃策略

2.2 業務支撐網專業場景下的規劃策略

根據目前的預測分析，5G時代的業務支撐網絡勢必會與“云”相結合，包括云計算、云儲存、云資源池等。業務支撐網的規劃策略應在滿足當前應用需求的前提下，為后期的云化預留核心機房位置。具體業務支撐網專業場景規劃策略如表2所示[11]。

表2 業務支撐網專業場景規劃策略

2.3 承載網專業場景下的規劃策略

目前承載網已經開始向業務IP、網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）、軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）等方向進行轉型，對轉發帶寬的需求越來越高。承載網局址設置應充分考慮需接入系統的集中度和傳送資源條件，盡量貼近用戶，做好資源預留。具體承載網專業場景規劃策略如表3所示[12]。

表3 承載網專業場景規劃策略

2.4 傳送網專業場景下的規劃原則

傳送網屬于附屬網絡，在組網建設、選址過程中與其他業務場景耦合使用即可，但需要遵循以下規劃原則。

（1）傳送網需要使用多路由進出局光纜，并且在設計過程中預留出未來5～10年的增添裝機位置。當核心機房整體的裝機位置不足時，傳送網對裝機位置資源的分配具有第一優先權。

（2）通常情況下，核心機房等級越高，建設數量越少。但在設計過程中需要確保成對部署的省際骨干傳送設備和省內骨干傳送設備分別設置在異局址機房內，避免單點故障導致全網中斷。

（3）對于相同核心機房等級和相同核心機房應用場景的傳送網硬件設備，應按照有源設備和無源設備進行集中部署。

3 核心機房建設案例分析

3.1 項目概況

該核心機房建設項目位于內蒙古自治區呼和浩特市工業園區北區，建筑為東西向，入口位于南北兩側。機房等級為本地核心機房，承載區域傳輸和本地骨干網絡傳輸，機房總面積為506 m2，東西向長22 m、南北向長23 m，層高4.26 m。光纜分為南北兩路接入機房、電纜由東側接入機房。

3.2 核心機房節能方案

本項目通過修改供電備用時長實現節能。核心機房對于供電的持續性和穩定性具有較高的硬性要求，所以核心機房的供電備用時長設置的時間較長，通常為8～10 h。而目前的核心機房采用的是國家標準下的國家電網單獨供電，供電可靠性超過99%，出現斷電斷網事件的概率降低，可以將原本8～10 h的供電備用時長縮減為4～6 h，不僅可以滿足備用供電需求，還能釋放原本用于儲電的空間，緩解機房承重壓力[13]。

3.3 合理分區規劃方案

本項目將核心機房整體分為客戶業務區、數據區、預留區、電源區、傳輸區、核心網設備區以及無線網設備區7個分區，并按照未來核心機房的發展方向對機房分區規劃進行優化，擴大了預留區和傳輸區的規劃面積，具體規劃方案如表4所示。

表4 機房分區規劃

4 結 論

綜上所述，文章對5G通信視域下核心機房的規劃策略展開研究，說明核心機房等級上可以分為全網絡核心機房、省級核心機房、本地網核心機房3個層級，核心機房業務場景上可以分為核心網、業務支撐網、承載網、傳送網4類業務場景。不同業務場景對應不同的核心機房規劃策略，可以從節能和合理分區規劃2個方面建設核心機房,進而實現對核心機房利用率的提升，實現網絡的整體健康發展。