【摘要】為了探討5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)承載解決方案，在分析5G移動網(wǎng)絡(luò)新頻譜、新架構(gòu)和新業(yè)務(wù)模式承載需求的基礎(chǔ)上，針對5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，提出DC+IPRAN云網(wǎng)一體的綜合承載解決方案，從多級DC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)、DC+IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載架構(gòu)以及IPRAN網(wǎng)絡(luò)分階段升級改造方案等方面分別展開研究。
【關(guān)鍵詞】5G承載；中傳；回傳；IPRAN；DC
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.01.000 中圖分類號：TN929.533 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010(2018)01-0000-00
引用格式：潘永球. 面向5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)承載解決方案[J]. 移動通信, 2017,42(1): 00-00.
Midhaul and Backhaul Network Transport Solution of 5G Network
PAN Yongqiu
(Zhongrui Communications Planning&Designing Co., Ltd., Guangzhou, 510630)
[Abstract] This article first analyzes the requirement of 5G mobile network carrying the new spectrum, new structure and new business models, and then to put forward DC+IPRAN network proposed comprehensive carrying integrated solutions of midhaul and backhaul network of 5G network. The scheme is studied from the evolution of multilevel DC network architecture, the DC+IPRAN network bearing architecture and the phased upgrading and upgrading scheme of IPRAN network.
[Key words] 5G transport; midhaul; backhaul; IPRAN; DC
1 引言
第五代移動通信技術(shù)（5G）致力信息與通信技術(shù)的新生態(tài)，相對于4G，將帶來全新的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)和商業(yè)模式，創(chuàng)建一個“萬物互聯(lián)”的世界。5G網(wǎng)絡(luò)采用新的空中接口技術(shù)，擬提供大帶寬、低時延和高可靠的業(yè)務(wù)，主要的應(yīng)用場景包括：面向增強(qiáng)的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景（eMBB, Enhance Mobile Broadband）、面向高可靠低時延通信的應(yīng)用場景（uRLLC, ultra Reliable Low Latency Communication）以及面向海量機(jī)器類通信應(yīng)用場景（mMTC, massive Machine Type of Communication）。本文接下來將在分析5G移動網(wǎng)絡(luò)新頻譜、新架構(gòu)和新業(yè)務(wù)模式承載需求的基礎(chǔ)上，提出面向5G中傳和回傳的網(wǎng)絡(luò)承載解決方案。
2 5G網(wǎng)絡(luò)承載需求及中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)
2.1 網(wǎng)絡(luò)承載需求
5G移動網(wǎng)絡(luò)換代式演進(jìn)，使用新頻譜、新架構(gòu)和新業(yè)務(wù)模式對承載網(wǎng)提出大帶寬、低時延、靈活組網(wǎng)的需求。
（1）新頻譜
5G頻譜將新增Sub 6G及超高頻兩個頻段。Sub 6G頻段即3.4 GHz—3.6 GHz，提供100 MHz~200 MHz連續(xù)頻譜。6 GHz以上超高頻段的頻譜資源更加豐富，可用資源一般可達(dá)連續(xù)800 MHz。所以，更高頻段、更寬頻譜和新空口技術(shù)使得5G基站帶寬需求大幅度提升，預(yù)計將達(dá)到LTE 4G的10倍以上。
（2）新架構(gòu)
為了滿足網(wǎng)絡(luò)大帶寬和低時延的需求，5G網(wǎng)絡(luò)的RAN架構(gòu)和核心網(wǎng)架構(gòu)都發(fā)生了演進(jìn)，RAN網(wǎng)絡(luò)從4G網(wǎng)絡(luò)的BBU+RRU兩級結(jié)構(gòu)演進(jìn)到CU（集中單元）、DU（分布單元）和AAU（有源天線處理單元）三級結(jié)構(gòu)。CU和DU可分散部署，亦可合并部署，根據(jù)他們不同的部署方式，RAN網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)：AAU和DU之間是前傳網(wǎng)絡(luò)、DU和CU之間是中傳網(wǎng)絡(luò)、CU以上是回傳網(wǎng)絡(luò)。而核心網(wǎng)演進(jìn)，則由原來的EPC拆分成New Core和MEC（移動邊緣計算單元）兩部分，分別部署在地市的核心層和城域邊緣。
（3）新業(yè)務(wù)
5G核心網(wǎng)通過云化和下移以滿足不同業(yè)務(wù)差異化時延需求。5G網(wǎng)絡(luò)的三大類應(yīng)用業(yè)務(wù)eMBB、uRLLC和mMTC，分別代表了對網(wǎng)絡(luò)帶寬、時延和連接的需求。為了更好地支持不同應(yīng)用需求，5G網(wǎng)絡(luò)將支持網(wǎng)絡(luò)切片能力，每個網(wǎng)絡(luò)切片將會擁有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)資源和管控能力。
2.2 5G中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)
核心網(wǎng)云化、C/U分離、數(shù)據(jù)面分布式部署，使網(wǎng)絡(luò)更趨扁平化。而承載網(wǎng)隨著RAN架構(gòu)的重構(gòu)，劃分為前傳網(wǎng)絡(luò)、中傳網(wǎng)絡(luò)和回傳網(wǎng)絡(luò)三部分。對于前傳網(wǎng)絡(luò)的承載，可根據(jù)不同接入條件和場景，靈活選用光纖直驅(qū)、無源WDM、有源WDM/OTN等方案，前傳網(wǎng)絡(luò)并沒統(tǒng)一承載方案的需求。而中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)，對于承載網(wǎng)在帶寬、組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡(luò)切片等方面需求基本一致，因此可以采用統(tǒng)一的承載方案。目前業(yè)界針對中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)的研究較多，主要集中在IPRAN、PTN以及OTN等技術(shù)應(yīng)用上。
由于在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程，需要在滿足未來新業(yè)務(wù)和新場景需求的同時，充分考慮與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路徑的兼容。IPRAN在4G網(wǎng)絡(luò)承載上獲得了巨大成功，所以，在4G承載的基礎(chǔ)上對IPRAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)迭代升級，更具有經(jīng)濟(jì)性與實(shí)操性。而隨著各個運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的DC化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，DC將成為主要載體，用于對云化網(wǎng)絡(luò)資源的承載，提供計算存儲和轉(zhuǎn)發(fā)能力。所以，下文將針對中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，研究提出DC+IPRAN云網(wǎng)一體的綜合承載解決方案，由多級的DC分層網(wǎng)絡(luò)來承載云化的核心網(wǎng)與CU資源池，以及通過技術(shù)升級與改造后的IPRAN網(wǎng)絡(luò)來承載DU到CU、CU到DC以及DC之間的互聯(lián)互通與承載需求。
3 DC+IPRAN云網(wǎng)一體承載解決方案
3.1 五級DC網(wǎng)絡(luò)分層架構(gòu)
隨著SDN/NFV/云計算等技術(shù)的引入，未來網(wǎng)絡(luò)將向DC化演進(jìn)，DC將作為未來網(wǎng)絡(luò)主要載體，未來網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量將集中在云化DC。通過引入邊緣DC（區(qū)縣級）、核心DC（地市級）和省級DC（省級）的多級DC部署方案，傳統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)元NFV化后部署在DC上，提供計算、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)能力。經(jīng)過DC化重構(gòu)，電信機(jī)房重構(gòu)為接入局所-邊緣DC-核心DC-省級DC四級結(jié)構(gòu)，而對于無線網(wǎng)絡(luò)，由于射頻單元、有源天線處理單元等均需要密集分布部署在基站上。所以，對于無線網(wǎng)絡(luò)，四級DC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進(jìn)為五級DC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：基站-接入局所-邊緣DC-核心DC-省級DC。
核心網(wǎng)New Core和MEC云化后部署在DC上；CU若分散部署則選擇云化形成資源池，部分部署在DC上，部分部署到CO機(jī)房，若與DU合并部署，則無需云化；AAU和DU無法云化部署，需采用分布式方式部署到基站或接入局所。其中，接入局所充當(dāng)集中部署場景下的匯聚機(jī)房。
5G網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)元與DC機(jī)房各層級物理部署對應(yīng)關(guān)系如表1所示：
表1 5G網(wǎng)元物理機(jī)房部署表
3.2 DC+IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載架構(gòu)
目前IPRAN網(wǎng)絡(luò)主要用于3G、4G以及政企組網(wǎng)型業(yè)務(wù)的承載，在未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，需充分考慮SDN引入，結(jié)合DC化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，IPRAN設(shè)備作為專用設(shè)備進(jìn)入各層級DC中部署。
移動網(wǎng)云化是未來演進(jìn)的主要趨勢，移動網(wǎng)將最終形成控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云和接入云的“三朵云”結(jié)構(gòu)，IPRAN+DC將逐步構(gòu)建移動網(wǎng)“轉(zhuǎn)發(fā)云”。5G承載網(wǎng)絡(luò)將采用基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)同編排的3層組網(wǎng)架構(gòu)，具體如圖1所示：
圖1 IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載演進(jìn)架構(gòu)圖
A設(shè)備原則上部署在接入局所或基站機(jī)房，具體方案需要根據(jù)DU和CU的不同部署方式確定，具體如下：
（1）DU和CU合并，部署在接入局所或者基站機(jī)房，A設(shè)備與CU、DU合并部署，A設(shè)備與CU連接，該場景沒有中傳網(wǎng)絡(luò)；
（2）DU和CU分散，DU分布式部署在基站機(jī)房，A設(shè)備與DU合并部署，A設(shè)備與DU連接，解決DU到CU的中傳網(wǎng)絡(luò)傳送；
（3）DU和CU分散，DU集中式部署在接入局所，A設(shè)備與DU合并部署，A設(shè)備與DU連接，解決DU到CU的中傳網(wǎng)絡(luò)傳送。
B設(shè)備部署需充分考慮CU云化形成資源池以及邊緣DC的承載，按如下方案確定：
（1）CU云化形成資源池，部署在邊緣DC，則B設(shè)備作為專用設(shè)備進(jìn)入邊緣DC，用于回傳網(wǎng)絡(luò)承載；
（2）CU云化形成資源池，部署在CO機(jī)房，則B設(shè)備連接CU資源池，回傳到就近的邊緣DC；
（3）邊緣DC需同時承載MEC、CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）以及部分云化的CU資源池，由B設(shè)備實(shí)現(xiàn)回傳承載，解決CU到MEC、MEC到MEC以及MEC到New Core的回傳網(wǎng)絡(luò)承載。
城域ER、省級ER主要用于核心DC和省級DC的承載，解決MEC到New Core以及New Core到New Core之間的回傳網(wǎng)絡(luò)承載。
3.3 IPRAN網(wǎng)絡(luò)分階段升級改造方案
IPRAN網(wǎng)絡(luò)需要分階段進(jìn)行升級改造，以應(yīng)對5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、低時延和高可靠的業(yè)務(wù)需求，以及DC化的承載需求。
邏輯配置上，需結(jié)合云的承載需求，引入EPVN、VXLAN等協(xié)議，并通過SDN協(xié)同編排，實(shí)現(xiàn)全局路徑統(tǒng)籌、智能配置和調(diào)度。
物理網(wǎng)絡(luò)上，IPRAN網(wǎng)絡(luò)需考慮分階段升級改造：
（1）5G建設(shè)初期，eMBB初步商用
據(jù)初步推測，典型5G單站承載帶寬峰值高達(dá)5.8 Gbit·s-1，均值也高達(dá)3.4 Gbit·s-1。如果按照10個基站組一個環(huán)來計算，帶寬均值達(dá)到34 Gbit·s-1。因此，在5G傳送承載網(wǎng)的接入、匯聚層需要引入更高速率的接口，而在核心層，則需要廣泛應(yīng)用100 Gbit·s-1及以上速率的接口。所以，原有的10 GE接入環(huán)僅可以滿足少量5G基站接入，熱點(diǎn)地區(qū)接入環(huán)需升級支持50 GE；匯聚層和核心層需逐步引入50 GE、100 GE等高速鏈路。A設(shè)備、B設(shè)備、ER設(shè)備升級支持50 GE、100 GE鏈路。
（2）5G建設(shè)中期，eMBB規(guī)模商用。根據(jù)流量變化逐步擴(kuò)大接入層升級50 GE比例，匯聚層、核心層規(guī)模部署100 GE、200 GE等高速鏈路。A設(shè)備、B設(shè)備、ER設(shè)備規(guī)模升級支持高速鏈路。
（3）5G建設(shè)后期，mMTC和uRLLC商用。全網(wǎng)流量快速增長，接入環(huán)全面支持50 GE，匯聚層、核心層規(guī)模使用100 GE、200 GE鏈路以及其他更高速率鏈路。A設(shè)備、B設(shè)備、ER設(shè)備全面支持高速鏈路以及網(wǎng)絡(luò)分片功能。
4 結(jié)論
5G網(wǎng)絡(luò)的承載，除了帶寬的升級外，還需要引入新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和架構(gòu)。本文針對5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，提出了DC+IPRAN的云網(wǎng)一體承載解決方案，具體結(jié)論如下：
（1）結(jié)合DC化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)元均部署在五級DC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，由DC作為云化網(wǎng)元的主要載體。
（2）5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)同編排的3層組網(wǎng)架構(gòu)。IPRAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建新型的轉(zhuǎn)發(fā)平面，負(fù)責(zé)流量轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度；DC承載網(wǎng)元提供各種網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。
（3）為了滿足5G承載需求，IPRAN網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行分階段的升級改造。
DC+IPRAN的云網(wǎng)一體承載方案，立足于4G原址布局，在4G承載的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)迭代升級，有效解決5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)承載需求，實(shí)現(xiàn)容量平滑擴(kuò)展、端到端協(xié)同、全景智能、敏捷運(yùn)營，構(gòu)筑可持續(xù)演進(jìn)的5G承載網(wǎng)絡(luò)。
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作者簡介
潘永球：高級工程師，畢業(yè)于華南理工大學(xué)，現(xiàn)任中睿通信規(guī)劃設(shè)計有限公司高級設(shè)計項(xiàng)目主管，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的咨詢規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的研究工作。
