一種基于GIS 呈現(xiàn)的密集城區(qū)CRAN 區(qū)分裂評(píng)估方法

高恩廣

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引 言

2019 年中國(guó)正式迎來(lái)5G 商用元年，2020 年無(wú)線集中無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（Centralized Radio Access Network，CRAN）接入方式迅速嶄露頭角。為滿足5G 業(yè)務(wù)對(duì)大容量、低時(shí)延、高可靠性以及高精度時(shí)鐘同步等技術(shù)的需求，新興的城域傳送網(wǎng)切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。在這一背景下，中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司與中國(guó)廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司在2020 年簽署了5G 共建共享合作框架協(xié)議，將SPN 網(wǎng)絡(luò)用于承載2.6 GHz、4.9 GHz、700 MHz 頻段的5G 基站。

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司提出了“五網(wǎng)改三網(wǎng)”城域網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，其中分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）與SPN 系統(tǒng)的融合成為一個(gè)關(guān)鍵工作。隨著醫(yī)療、金融、政務(wù)及工業(yè)制造等行業(yè)場(chǎng)景對(duì)SPN 切片專線的需求不斷增長(zhǎng)，如何不斷優(yōu)化CRAN區(qū)域架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的健壯發(fā)展，提供更加安全可靠的前傳、回傳以及業(yè)務(wù)接入支撐，成為運(yùn)營(yíng)商急需解決的重要問(wèn)題。

1 GIS 在CRAN 優(yōu)化中的應(yīng)用

1.1 GIS 數(shù)據(jù)采集與處理

在數(shù)據(jù)采集方面，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)能夠通過(guò)衛(wèi)星遙感、航空攝影、激光雷達(dá)等手段高效獲取城市地理信息。這些信息包括地形、地貌、建筑物分布以及植被覆蓋等數(shù)據(jù)，為CRAN 合理規(guī)劃調(diào)整提供了基礎(chǔ)。同時(shí)，構(gòu)建城市地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)可以整合各種地理空間數(shù)據(jù)，如交通、人口密度、環(huán)境因素等，為CRAN 的規(guī)劃調(diào)整提供全面的場(chǎng)景信息。

在數(shù)據(jù)處理方面，GIS 技術(shù)能夠通過(guò)空間分析、地理信息系統(tǒng)建模等方法，綜合、精確地處理采集到的數(shù)據(jù)。例如，分析地形可以評(píng)估信號(hào)傳播特性，優(yōu)化天線的高度和方向，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果，精細(xì)規(guī)劃傳輸路由，提升實(shí)施建設(shè)的可行性。同時(shí)，結(jié)合城市規(guī)劃信息，可以識(shí)別出建筑物的高度、密度等，有助于更合理地部署基站、選擇機(jī)房、規(guī)劃路由，避免信號(hào)阻塞，提升網(wǎng)絡(luò)性能。

1.2 基于GIS 的CRAN 規(guī)劃與部署

通過(guò)GIS 技術(shù)，可以將城市劃分為不同的區(qū)域，并考慮城市的地理特征、人口分布、業(yè)務(wù)需求等，合理布局CRAN 基站。這些調(diào)整包括確定CRAN 機(jī)房的位置、調(diào)整微網(wǎng)格范圍以及考慮各種業(yè)務(wù)需求對(duì)基站覆蓋的影響。

此外，GIS 在CRAN 規(guī)劃中可以進(jìn)行容量規(guī)劃和安全性規(guī)劃。結(jié)合地理信息，分析不同區(qū)域的業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，可以有針對(duì)性地規(guī)劃基站的帶寬和基站路由，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的容量，提升網(wǎng)絡(luò)的安全性能[1]。

1.3 GIS 在傳輸鏈路優(yōu)化中的作用

GIS 在傳輸鏈路優(yōu)化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，尤其是在確定微網(wǎng)格內(nèi)的傳輸鏈路布局和優(yōu)化方面。通過(guò)GIS 技術(shù)，可以精確測(cè)算微網(wǎng)格內(nèi)不同基站的數(shù)據(jù)傳輸距離，基于地形、建筑物等因素，優(yōu)化傳輸鏈路的路徑，減少信號(hào)傳輸?shù)乃p和延遲，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。

GIS 可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)需求信息，規(guī)劃傳輸鏈路的容量。GIS 可以通過(guò)分析不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)流量，確定傳輸鏈路的帶寬需求，并根據(jù)地理信息智能配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

2 基于GIS 的密集城區(qū)CRAN 分裂評(píng)估方法

文章建立了一種基于GIS 的密集城區(qū)CRAN 分裂評(píng)估方法，確保合理利用有限的資源，達(dá)到低成本，高帶寬和靈活度的運(yùn)營(yíng)。該方法主要應(yīng)用于密集區(qū)CRAN 區(qū)分裂評(píng)估，總體流程如圖1 所示。

圖1 總體思路流程

2.1 數(shù)據(jù)收集

為了根據(jù)不同技術(shù)的性能特點(diǎn)和4G 基站的覆蓋指標(biāo)邏輯推理5G 基站全覆蓋的需求數(shù)量，收集了4G基站和5G 基站參數(shù)覆蓋范圍、帶寬、經(jīng)度以及緯度等關(guān)鍵指標(biāo)。收集的集團(tuán)客戶參數(shù)主要包括集團(tuán)客戶的屬性、位置信息等關(guān)鍵指標(biāo)。這些參數(shù)可以計(jì)算特定范圍內(nèi)集團(tuán)客戶的接入需求數(shù)量，以便滿足不同行業(yè)客戶的網(wǎng)絡(luò)要求。綜合業(yè)務(wù)區(qū)參數(shù)的獲取主要根據(jù)其范圍來(lái)判定CRAN 區(qū)范圍的合理性。微網(wǎng)格參數(shù)的收集主要依據(jù)微網(wǎng)格為最小單元，進(jìn)行4G、5G 及集團(tuán)客戶的接入需求預(yù)估分析，進(jìn)一步制訂整體優(yōu)化割接方案。文章通過(guò)匯總CRAN 區(qū)內(nèi)微網(wǎng)格參數(shù)，判斷CRAN 區(qū)的終期接入需求[2]。光交參數(shù)的收集則關(guān)注末端光纜的接入規(guī)范性，有助于判斷末端光纜割接的可行性。

2.2 參數(shù)GIS 呈現(xiàn)

參數(shù)GIS 呈現(xiàn)是借助GIS 技術(shù)將各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)以空間分布形式進(jìn)行可視化展現(xiàn)，從而為用戶提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和布局的空間感知。將4G 基站、5G 基站、集團(tuán)客戶、綜合業(yè)務(wù)區(qū)、微網(wǎng)格以及CRAN 區(qū)和光交等參數(shù)與地理位置相結(jié)合，可以直觀地了解各參數(shù)在空間上的分布和相互關(guān)系。這種空間呈現(xiàn)不僅有助于發(fā)現(xiàn)潛在的組網(wǎng)瓶頸和覆蓋缺陷，還能為優(yōu)化CRAN區(qū)提供參考。借助GIS 呈現(xiàn)的地圖，能夠在規(guī)劃階段就預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)性能，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更為科學(xué)和合理。此外，這種可視化方式為決策者提供了直觀、清晰的信息，有助于制訂更精準(zhǔn)的優(yōu)化策略，提高整體網(wǎng)絡(luò)效率。

2.3 微網(wǎng)格業(yè)務(wù)量評(píng)估

微網(wǎng)格業(yè)務(wù)量評(píng)估是通過(guò)統(tǒng)計(jì)微網(wǎng)格內(nèi)4G基站，邏輯推導(dǎo)5G 基站的業(yè)務(wù)需求，并綜合分析集團(tuán)客戶專線業(yè)務(wù)需求接入量，判斷微格內(nèi)4G、5G 終期室內(nèi)基帶處理單元（Building Baseband Unit，BBU）的接入需求和集團(tuán)客戶專線接入對(duì)設(shè)備端口的需求，以確保在局部區(qū)域內(nèi)滿足不同業(yè)務(wù)的高效傳輸。該評(píng)估考慮在微網(wǎng)格內(nèi)量化業(yè)務(wù)接入量需求，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)整微網(wǎng)格的歸屬和SPN 設(shè)備端口配置，以適應(yīng)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求，增強(qiáng)業(yè)務(wù)覆蓋能力和接入能力。

2.4 CRAN 區(qū)業(yè)務(wù)量評(píng)估

CRAN 區(qū)業(yè)務(wù)量正確評(píng)估是規(guī)劃的關(guān)鍵一步，通過(guò)深入分析CRAN 區(qū)域內(nèi)微網(wǎng)格的業(yè)務(wù)需求，可以初步判斷CRAN 區(qū)是保持原狀還是分裂。如需分裂，需對(duì)臨近同綜合業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)的其他CRAN 區(qū)進(jìn)行同類分析，綜合調(diào)整CRAN 范圍，確保各個(gè)區(qū)域內(nèi)提供足夠的帶寬和容量，使網(wǎng)絡(luò)能夠有效地支持各類服務(wù)的高效傳輸。

2.5 CRAN 區(qū)設(shè)備端口接入能力評(píng)估

CRAN 區(qū)設(shè)備端口接入能力評(píng)估通過(guò)考慮BBU個(gè)數(shù)和集客數(shù)量，進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估以確保設(shè)備能夠滿足接入需求。其中，SPN 設(shè)備業(yè)務(wù)端口的計(jì)算公式為

式中：SP代表SPN 設(shè)備業(yè)務(wù)端口數(shù)；N5G代表5G 站點(diǎn)接入數(shù)量（BBU 端數(shù)）；N4G代表4G 站點(diǎn)接入數(shù)量（BBU 端數(shù)）；R代表端口冗余系數(shù)；NC代表集客專線條數(shù)。

SPN 設(shè)備按需模型，按照每個(gè)5G 站點(diǎn)的BBU占用1 個(gè)端口。其中，端口冗余系數(shù)根據(jù)接入層SPN設(shè)備接入端口總數(shù)量、端口平均利用率、接入板端口數(shù)量等因素綜合確定。一般情況下，端口冗余系數(shù)為1.1 ～1.3[3]。這意味著合理配置端口、交叉板，不僅可以增強(qiáng)端口接入能力，還能滿足設(shè)備的業(yè)務(wù)板卡需求，從而提高CRAN 的資源利用率[4]。

2.6 現(xiàn)網(wǎng)環(huán)路帶寬分析

現(xiàn)網(wǎng)環(huán)路帶寬分析主要聚焦于5G 無(wú)線站點(diǎn)（2.6 GHz、4.9 GHz、700 MHz 頻段）數(shù)量和集客接入的帶寬需求?，F(xiàn)網(wǎng)環(huán)路帶寬分析指對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的傳輸環(huán)路進(jìn)行帶寬評(píng)估和分析，包括5G 無(wú)線站點(diǎn)（覆蓋頻段包括2.6 GHz、4.9 GHz、700 MHz）的數(shù)量以及集客接入的帶寬需求。通過(guò)具體分析站點(diǎn)配置和業(yè)務(wù)需求，以及考慮網(wǎng)絡(luò)的冗余和未來(lái)增長(zhǎng)，確定每個(gè)站點(diǎn)所需的帶寬。例如，針對(duì)700 MHz 基站的帶寬需求進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，以確保網(wǎng)絡(luò)能夠滿足各個(gè)基站的接入需求。700 MHz 基站帶寬需求理論計(jì)算如表1 所示[5]。

表1 700 MHz 基站帶寬需求

2.7 判斷是否需要分裂

通過(guò)深入分析CRAN 區(qū)域內(nèi)微網(wǎng)格基站、集團(tuán)客戶、現(xiàn)網(wǎng)環(huán)路帶寬以及終期環(huán)路帶寬，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估未來(lái)CRAN 區(qū)域網(wǎng)絡(luò)健康性。如果業(yè)務(wù)量接入需求增長(zhǎng)迅速且量級(jí)較大，已有的機(jī)房BBU 集中度和SPN 設(shè)備端口接入能力可能會(huì)面臨資源不足的壓力。在這種情況下，需要判斷是否需要分裂CRAN區(qū)域，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量和提升性能安全性，確保網(wǎng)絡(luò)能夠靈活應(yīng)對(duì)未來(lái)的挑戰(zhàn)。

2.8 與相近微格最優(yōu)匹配調(diào)整CRAN 范圍

在調(diào)整CRAN 范圍時(shí)，首先對(duì)CRAN 范圍內(nèi)微格與同接入環(huán)內(nèi)相鄰微網(wǎng)格進(jìn)行最優(yōu)比選分析，綜合考察其范圍內(nèi)接入需求量，采取重新組合微網(wǎng)格或者單獨(dú)分裂出微網(wǎng)格的方式制定CRAN 分裂方案。通過(guò)考量分裂后CRAN 區(qū)的BBU 集中度和SPN 設(shè)備端口接入能力，達(dá)到最優(yōu)匹配調(diào)整，確保CRAN 范圍能夠更好地適應(yīng)不同區(qū)域的業(yè)務(wù)需求。

2.9 CRAN 分裂回傳組網(wǎng)

在CRAN區(qū)范圍分裂后，需要重新計(jì)算環(huán)路帶寬，以確定是破環(huán)加點(diǎn)還是重新組環(huán)。計(jì)算當(dāng)前環(huán)路上剩余節(jié)點(diǎn)數(shù)量和業(yè)務(wù)量，可以確定當(dāng)前環(huán)路帶寬。計(jì)算新CRAN區(qū)的業(yè)務(wù)量帶寬后，需要根據(jù)環(huán)路接入能力，具體判斷是破環(huán)加點(diǎn)還是重新組環(huán)來(lái)滿足環(huán)路未來(lái)的帶寬需求，確保網(wǎng)絡(luò)能夠支持更多的站點(diǎn)和業(yè)務(wù)。

3 結(jié) 論

文章設(shè)計(jì)了一種基于GIS 的密集城區(qū)CRAN 區(qū)分裂評(píng)估方法，該方法通過(guò)綜合評(píng)估微網(wǎng)格的業(yè)務(wù)需求和設(shè)備接入能力，為CRAN 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化提供科學(xué)的參考和決策依據(jù)。研究結(jié)果表明，利用GIS技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和參數(shù)呈現(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)環(huán)路帶寬分析和微網(wǎng)格業(yè)務(wù)量評(píng)估，可以更準(zhǔn)確地判斷CRAN區(qū)是否需要分裂，并制訂最優(yōu)的CRAN 范圍調(diào)整和分裂回傳組網(wǎng)方案，以滿足網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展和未來(lái)需求。