5G通信傳輸網(wǎng)絡的建設(shè)技術(shù)方案

張馨丹 徐征

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司 吉林省長春市 130012）

在5G 網(wǎng)絡的建設(shè)過程當中，傳輸網(wǎng)絡的建設(shè)意義深遠。在5G時代背景下，萬物互聯(lián)時代到來，各行業(yè)在實現(xiàn)快速上網(wǎng)與智能創(chuàng)造的同時，也必然對傳輸網(wǎng)絡的網(wǎng)絡構(gòu)架、業(yè)務數(shù)據(jù)、安全性等提出了更加多元化的要求，針對這些新的要求，充分針對當?shù)貍鬏斁W(wǎng)建設(shè)實際狀況，了解其中所涉及的核心技術(shù)，遵循5G通信傳輸網(wǎng)絡建設(shè)的相關(guān)原則，制定5G通信傳輸網(wǎng)絡建設(shè)的相關(guān)方案，對于5G 技術(shù)的有效鋪開，都有著深遠的意義。

1 當?shù)貍鬏斁W(wǎng)絡整體建設(shè)情況綜述

1.1 設(shè)備的升級狀況

從本地現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施上來看，網(wǎng)絡架構(gòu)當中，排除專網(wǎng)設(shè)備外，在網(wǎng)運行的設(shè)備共計3979 臺，通過對現(xiàn)有網(wǎng)絡資源的調(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 級升級為10GE 級的能力，總數(shù)量為1507 臺?，F(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)中，匯聚層布置了198 套設(shè)備，這個部分的設(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，而網(wǎng)絡核心層部分，設(shè)備均支持10GE。

1.2 寬帶狀況

從網(wǎng)絡架構(gòu)上來說，分接入層、匯聚層和核心層，網(wǎng)絡架構(gòu)為環(huán)網(wǎng)，其寬帶狀況如下：接入層方面，由于當前網(wǎng)絡下包含GE 和10GE 設(shè)備，環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方面分別為580 個和56 個，還有部分環(huán)流量超限運行，數(shù)量達到27 個。匯聚層方面，設(shè)置10GE 匯聚環(huán)，共計44 個，其中PTN 匯聚環(huán)與OTN 骨干的連接已經(jīng)完成30 個，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。核心層方面則無超限流量環(huán)。

2 5G通信傳輸網(wǎng)絡相關(guān)技術(shù)分析

從當?shù)剡\營商與設(shè)備廠商之間的協(xié)議來講，協(xié)議中廠商建議網(wǎng)絡中的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)接口對接?；趨f(xié)議的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)備制造廠商建議設(shè)置無線接口低頻10GE 帶寬，高頻25GE 帶寬。傳輸理論單站帶寬為1.5G，無線站點需要與傳輸接口對接。在傳輸網(wǎng)絡中，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)務信道，保證特定業(yè)務使用一條信道，促使不同業(yè)務分屬不同信道。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)備應當從GE 級升級為10GE 級，匯聚100GE，另外，利用IP 技術(shù)、MPLS 技術(shù)、網(wǎng)絡切片技術(shù)等，來實現(xiàn)網(wǎng)絡的分層，分別賦予L0/L1/L2/L3 不同的意義，比如L0為物理層，以波分復用技術(shù)為基礎(chǔ)，L1 為鏈路層，基于網(wǎng)絡切片來實現(xiàn)業(yè)務調(diào)控。L2/L3 作為主要接口，基于MPLS_TP+SR 來實現(xiàn)組網(wǎng)，這里MPLS_TP+SR 由SDN 控制。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的高效分派，還應當具備MEC 能力，即邊緣計算能力，為RAN 提供一個智能中樞。

FlexE 捆綁，是靈活的、可變動的以太網(wǎng)，在5G 中將FlexE作為網(wǎng)絡中的一個超級變速此輪，實現(xiàn)MAC 和PHY 的解耦，通過SDN 來實現(xiàn)對上層、下層數(shù)據(jù)流速率的控制綁定，如此可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)寬帶的平滑升級，按照寬帶的需求進行靈活的配置，即10 路10GE 的PHY 就可以升級到100GE。同時由于存在多條信道，它們可以被捆綁起來用于一個大數(shù)據(jù)使用，也可以給一個小數(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，轉(zhuǎn)變?yōu)闃錉罹W(wǎng)絡，在業(yè)務調(diào)度上，直達節(jié)點，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)絡切片，目前FlexE 已經(jīng)使公認的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 中會出現(xiàn)L3 存在N 平方問題，為了解決這個問題，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)絡要求更高、更大、更快，SR 技術(shù)通過轉(zhuǎn)發(fā)于控制分離技術(shù)實現(xiàn)對網(wǎng)絡架構(gòu)的重構(gòu)，使網(wǎng)絡邏輯更聚合，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策略，后者則提供了更多新應用可能，SR 去除了LDP、RSVP-TE 協(xié)議，但擴展了IGP，支持Ti-LFA 的無環(huán)備用計算，可對全拓撲鏈路節(jié)點進行保護。

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

最后，為了保障網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的安全，構(gòu)建安全防護體系，引入802.1X/MACsec 認證，突出傳送流量監(jiān)管和分析，利用 flexE 類似網(wǎng)絡切片的功能實現(xiàn)對業(yè)務的硬性隔離，保障控制面板安全和通道獨立。

3 5G通信傳輸網(wǎng)絡的規(guī)劃建設(shè)原則

3.1 針對PTN擴容、升級與SPN新建的概念綜述

PTN 擴容：按照現(xiàn)有5G 建設(shè)情況來看，一般采取SDN+PTN的方式來實現(xiàn)5G，這要求PTN 必須要進行擴容，在SDN+PTN 下是要實現(xiàn)端到端的分層交換網(wǎng)絡，由于MEC 下沉至匯聚節(jié)點，L3VPN 同樣下沉至邊緣，如此在一個省的5G 網(wǎng)絡當中，傳輸網(wǎng)將面臨各個匯聚點或上萬綜合業(yè)務點的挑戰(zhàn)，寬帶需求大，如此要滿足eMBB 業(yè)務需求，針對現(xiàn)有PTN 進行擴容升級，方法簡單，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，不需要進行SPN 等設(shè)備組網(wǎng)功能，依舊按照L2+靜態(tài)L3VPN 來承載。

PTN 升級：現(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)為環(huán)網(wǎng)，假設(shè)每個環(huán)接入6 個站，其中一個站達到峰值，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，進行系統(tǒng)升級，使其實現(xiàn)SPN 功能，但是升級過程中不能導致網(wǎng)絡中斷，通過分期實施的方法，逐步引入SPN 相關(guān)技術(shù)，如FlexEIPV6SR 等，逐步達到5G 通信傳輸網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務部署功能。

SPN 新建：在建設(shè)后期，通過SPN 新建來實現(xiàn)5G 的廣泛承載需求，在PTN 系統(tǒng)升級后，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)絡建設(shè)原則

3.2.1 回傳

接入環(huán)：先選定符合測試的基站，并由此進行測試，若10GEPTN 環(huán)境中均值利用率超過30%或者是GE 環(huán)時，考慮在現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎(chǔ)上進行擴容升級，即對PTN 進行擴容，若為其他情況，則按70%標準，對現(xiàn)有PTN 系統(tǒng)進行擴容升級。

匯聚與核心：根據(jù)上述分析，早期為了達到試商用要求，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，升級為40-100GE，然后當業(yè)務達到極限，滿足擴容標準限制后，進一步擴容，搭建100GE/Nx100GE 系統(tǒng)。

3.2.2 基礎(chǔ)資源層

基礎(chǔ)資源層面中的機房非常關(guān)鍵，機房資源緊缺是目前比較關(guān)鍵的問題，所以在規(guī)劃中，必須要考慮好機房資源，提前準備好，并對機房進行科學管控，逐步釋放資源，統(tǒng)籌業(yè)務接入，確保末端接入科學規(guī)范。

3.2.3 系統(tǒng)組織

建設(shè)團隊應當先以現(xiàn)有PTN 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，進行擴容作業(yè)，若不能滿足要求在進行新建，通過此種方式來控制成本，匯聚與核心使用100GE/Nx100GE，可通過引入FlexE 來捆綁實現(xiàn)，理論上還是為環(huán)形組網(wǎng)，PTN 依然使用L2+靜態(tài)L3VPN 的方式進行5G通信傳輸網(wǎng)絡構(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，光纖不足的情況，應當使用有源設(shè)備、無源波分設(shè)備等來進行補充。

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，有效寬帶應當以80%進行預估，早期以到戶20M 為基準，后期在逐步擴容。業(yè)務的CIR 數(shù)值需要按照需求的不同進行適當調(diào)整。

3.2.6 和其他網(wǎng)絡的對接

采用雙節(jié)點對接模式。

4 5G通信傳輸網(wǎng)絡的建設(shè)方案

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

按照對現(xiàn)有網(wǎng)絡資源的調(diào)查結(jié)果，分析出當?shù)鼐W(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡中網(wǎng)元設(shè)備情況，包括型號、槽位資源?；诜治鼋Y(jié)果編寫升級方案以及設(shè)備清單。若PTN 設(shè)備不具備升級為10GE 要求的，或者是具備10GE 要求但無槽位時，應重新設(shè)置PTN 設(shè)備，若環(huán)路的使用率整體超限了則需要進行整體升級，特別匯聚層方面早期先按照流量確定需要升級到100GE 的環(huán)路。

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

（1）低方案，主要針對非峰值測試場景，在該方案當中，提供有最多2 個10G 端口，用于進行無線設(shè)備的對接，CIR 設(shè)置值為20M，在不考慮寬帶的情況下，基本滿足站點開通要求，此時只需要等待環(huán)路達到70%的限制要求時再升級。接入環(huán)，早期升級時，提供38 套新設(shè)備支持10GE 端口對接RAN，25 套新板卡，擴容至10GE，匯聚環(huán)、核心層，現(xiàn)網(wǎng)不存在超流量，可不進行擴容無流量越限鏈路，不需要擴容。

（2）高方案，按峰值測試場景進行布置，以最多2 個端口進行RAN 對接，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試場，衡量基站平均寬帶，如此GE 必須全部升級為10GE，10GE 環(huán)峰值均值不超過30%，不需要進行額外升級；在匯聚環(huán)和骨干匯聚，按照每一個基站20MCIR，均值寬帶為3G 的標準，接入、匯集、核心層基于比例8:2:1 進行帶寬劃分，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)將升級為100G 規(guī)格，7 套匯聚環(huán)擴容至10GE；核心部分，按62 個基站規(guī)劃，至少要求24G，現(xiàn)有帶寬符合要求，不需要進行擴容。

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

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

因為當前5G 主要面對專業(yè)用戶，設(shè)備的成熟度也不夠高，在規(guī)模部署中應當慎之又慎，采取分步實施方法，嚴格控制，在保證成本優(yōu)勢的情況下，最大程度發(fā)揮5G通信傳輸網(wǎng)絡的功能，形成建設(shè)指導意見，并嚴格執(zhí)行，提前規(guī)劃好機房資源、光纖資源，用以滿足后續(xù)升級需要。

在4G 通信傳輸網(wǎng)絡模式中，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)絡當中，由于不同種類配置不同帶寬的傳輸網(wǎng)絡，在DRAN 場景當中，其接入環(huán)配置為50GE。在國內(nèi)部分業(yè)務發(fā)展較為遲緩的地區(qū)，10GE也可以維持使用，在CRAN 場景當中，接入環(huán)使用100GE，匯聚環(huán)使用200GE。

針對新建的SPN，筆者建議采用具有良好規(guī)范性的接入環(huán)和閉環(huán)。在升級擴容方案當中，需要充分衡量當前設(shè)備的槽位使用情況和帶寬使用情況。擴容與升級方案適合在5G 點數(shù)量較少，不連續(xù)覆蓋的場景中，若接入環(huán)升級或者擴容，條件不能符合閉環(huán)，則需要上聯(lián)至骨干匯聚點來預防上聯(lián)至不同匯聚環(huán)的問題。使用率不高的PTN10GE 環(huán)路可以使用5G 站點進行接入。

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

針對前傳方案，存在有無源波分、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 以上的場景中進行使用；無源波分，適合在傳輸場景為10-20km 的場景中進行使用；有緣波分和SPN 等適合在20km 以上的場景中進行使用。值得注意的是，前傳方案并不是簡單的基于距離進行劃分，而是需要基于光纖資源的整體情況進行處理，按照資源的利用率，應主推光纖直驅(qū)。

5 結(jié)束語

整體來講，當前正處于5G通信傳輸網(wǎng)絡發(fā)展的早期，常見需求僅限于大帶寬、不包含超低延時等新類型服務，因此5G通信傳輸網(wǎng)絡的建設(shè)工作仍需要按部就班，量力而行，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不需要進行大規(guī)模調(diào)整，只需要對其中一部分進行升級擴容即可。