面向5G 的傳送網(wǎng)新架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)探討

雷 正 沙聯(lián)寶

（同信通信股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

隨著4G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展和進(jìn)步，5G 移動(dòng)通信技術(shù)隨之發(fā)展而來，也對(duì)光傳送網(wǎng)提出更高的要求，而如何應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求是目前的工作中心以及網(wǎng)絡(luò)研究的重要發(fā)展方向[1]。本文就5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，深入剖析功能需求和新架構(gòu)。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)

5G 網(wǎng)絡(luò)所需要的技術(shù)需求主要有：高可靠性、功耗低、所覆蓋范圍大等。根據(jù)其具體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將分為三個(gè)方面：控制平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面以及接入平面，其中，控制平面主要是針對(duì)于全局控制來說，轉(zhuǎn)發(fā)平面主要是對(duì)全局進(jìn)行有效的管理和控制，接入平面也是對(duì)于全局控制的策略進(jìn)行有效的執(zhí)行工作[1]。從運(yùn)用層面來說，5G 網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)對(duì)象是針對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)來說的，主要運(yùn)用的場(chǎng)景有四個(gè)方面：（1） 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）。（2）低時(shí)延的高可靠場(chǎng)景(uRLLC)。（3）大規(guī)模機(jī)器通訊（mMTC）。（4）熱點(diǎn)高的容量場(chǎng)景等[2,3]。

2 光傳送網(wǎng)功能需求

光傳送網(wǎng)是承載5G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，在轉(zhuǎn)發(fā)和控制平面之間。通過數(shù)據(jù)可以分析得到，當(dāng)5G 網(wǎng)絡(luò)的功能得到足夠的完善，才能夠達(dá)到光傳輸網(wǎng)絡(luò)的功能需求，才能有效地推進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò)的推廣和應(yīng)用[4-6]。功能需求主要有：（1）增加容量，從現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展情況來看，大部分的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展形勢(shì)較好，大部分的干線進(jìn)入到100Gbit/s 時(shí)代。隨著高階調(diào)制以及光纖等技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，超100Gbit/s 能夠?yàn)楣饫w傳送提供更好的帶寬和容量等。（2）降低時(shí)延，其是面對(duì)端到端傳輸來說，證明其光纖傳輸路徑在延時(shí)和中繼器等方面來說的，其主要方面的時(shí)延是在光纖傳輸上來說，大約80%。因此，可以通過路徑規(guī)劃和采用最短方案進(jìn)行。（3）較高的可靠性，進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化和升級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用光棍混合交叉結(jié)構(gòu)等技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，最大化提升網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，搭建低時(shí)延的高可靠場(chǎng)景。（4）靈活化，隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)的靈活性要求得到不斷提升，通過引入先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有的靈活柵格以及電交叉相關(guān)技術(shù)，能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)的靈活調(diào)度能力。（5）智能化，5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有其獨(dú)特性的優(yōu)點(diǎn)，具有智能化以及靈活性等優(yōu)勢(shì)，需要采用可支持性的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行架構(gòu)，來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和升級(jí)業(yè)務(wù)[5]。

3 SPN 技術(shù)架構(gòu)更適合5G 傳送網(wǎng)應(yīng)用

3.1 5G 傳輸網(wǎng)端到端架構(gòu)

5G 標(biāo)準(zhǔn)將核心網(wǎng)（CU）和分布單元（DU）進(jìn)行分離，將傳送網(wǎng)絡(luò)分為前傳網(wǎng)絡(luò)、中傳網(wǎng)絡(luò)和回傳網(wǎng)絡(luò)（主要特點(diǎn)如表1 所示），將不同的業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)性地運(yùn)用至網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，針對(duì)不同部位，其時(shí)延性和帶寬也不相同。根據(jù)核心網(wǎng)和分布單元架構(gòu)來看，其三個(gè)部位的地理位置相互重疊，資源共享，同時(shí)，首選面向分組的網(wǎng)絡(luò)，將這三部位實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一功能的劃分，來滿足不同方面的需求，而采取的傳輸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理和控制。在5G 網(wǎng)絡(luò)建立初期，低頻段主要將核心網(wǎng)和分布單元采用合設(shè)的方式進(jìn)行，而前傳網(wǎng)絡(luò)采用分離方式。高頻段兩者采用的是統(tǒng)一的錨點(diǎn)。但在后期，分布單元和遠(yuǎn)端射頻單元會(huì)擯棄原有的公共無線電接口方法，則會(huì)采用高頻站組網(wǎng)，有效滿足用戶的流量需求，實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)和前傳網(wǎng)絡(luò)的合設(shè)方式。

表1 前傳網(wǎng)絡(luò)、中傳網(wǎng)絡(luò)和回傳網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

3.2 5G 傳輸網(wǎng)優(yōu)選SPN 技術(shù)架構(gòu)

目前，實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的傳送方案有三種：切片分組網(wǎng)（SPN）、L3OTN 以及端到端路由方案。通過方案的改進(jìn)和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活運(yùn)用，借助于OTN 方案，能夠滿足低時(shí)延和高精度的網(wǎng)絡(luò)需求。運(yùn)用以太網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)的高效性和安全性，采用的面向傳送的分段路由實(shí)現(xiàn)路由動(dòng)態(tài)，利用新型技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)化。SPN 技術(shù)主要是采用以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)切片創(chuàng)新，來滿足數(shù)據(jù)的高校傳輸和靈活管理，滿足現(xiàn)有的傳輸需求，其總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。主要有以下內(nèi)容：一是，靈活的連接技術(shù)，相較于4G 網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)的流量更加趨于多樣化，因此需要更加靈活性的技術(shù)進(jìn)行支持。應(yīng)對(duì)流量的多樣化，需要更加靈活的鏈接技術(shù)，可以采用SR-TP（面向傳送的分段路由技術(shù)），提升SR 通道的管控能力。而SR-TP 技術(shù)（面向傳送的分段路由技術(shù)）則是提升SR 隧道管控能力，即SPN 網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)越的連接性，該網(wǎng)絡(luò)借助于首節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽棧來設(shè)定網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)穆窂剑诮柚趦?nèi)外網(wǎng)關(guān)協(xié)議獲取相應(yīng)信息和鏈路方式，將信息進(jìn)行封裝和傳遞。二是，高精度的時(shí)間同步技術(shù)應(yīng)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)提出更好的要求，需要借助于超高精度的時(shí)間同步技術(shù)，設(shè)備時(shí)延精度達(dá)到±5ns，時(shí)鐘源技術(shù)包含衛(wèi)星接受技術(shù)和高穩(wěn)定定頻率技術(shù)。5G 要求時(shí)間同步高達(dá)±200ns，因此借助于高精度的接受技術(shù)能夠滿足，第一是利用雙頻段接受或者共模共視的衛(wèi)星接受技術(shù)，將單一時(shí)鐘轉(zhuǎn)換始終組的高穩(wěn)定頻率技術(shù)，能夠有效提升系統(tǒng)性能。三是，大寬帶技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的帶寬需求對(duì)大寬帶來說，滿足的帶環(huán)需要高達(dá)25G 以上，且在不斷發(fā)展過程中越來越高。四是，低時(shí)延技術(shù)。SPN在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，大大降低了傳送網(wǎng)中的時(shí)延性，一般地，主要是由設(shè)備和光纖傳輸?shù)臅r(shí)延造成網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延，借助于新的SPN 技術(shù)，使得物理層能在基于時(shí)隙進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，大大降低時(shí)延，借助于大速率的接口組網(wǎng)，使得有效提升設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)率，大大降低了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延；通過降低光纖鏈路的長(zhǎng)度能夠有效降低時(shí)延，在轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度層借助于SDN 的全局管控，降低傳輸距離。五是，網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)，借助于不同類型的管道，實(shí)現(xiàn)軟硬管道的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同緯度的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)分片支持。其網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用如圖2（服務(wù)質(zhì)量（QoS））所示。六是，SDN 統(tǒng)一管控技術(shù)，SDN統(tǒng)一管控是5G 傳輸?shù)谋剡x項(xiàng)，統(tǒng)一概括為集中控制、管理和編程，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)端到端的管控。

圖1 SPN 總體結(jié)構(gòu)

圖2 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用

這樣高性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的高速傳輸，方便管理，兼?zhèn)銹TN 傳輸網(wǎng)絡(luò)，綜上所述，5G 傳輸網(wǎng)優(yōu)選SPN技術(shù)架構(gòu)。根據(jù)上述，可以明確SPN 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多方面的技術(shù)創(chuàng)新，滿足現(xiàn)有的5G 業(yè)務(wù)需求，主要是針對(duì)切片分組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行分析，其創(chuàng)造性地采用分片技術(shù)、SR-TP 技術(shù)以及光層DWDM技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)新一代的傳送網(wǎng)體制的構(gòu)建。

4 結(jié)論

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們需求的不斷提高，使得通信技術(shù)在人們的日常生活中體現(xiàn)更高的依賴性?！靶畔㈦S心至，萬物觸手及”是未來移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)的愿景，5G 網(wǎng)絡(luò)能夠滿足現(xiàn)有用戶的基本需求，能夠?yàn)橛脩籼峁└痈呒?jí)的極致體驗(yàn)。同時(shí)，5G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，有效實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新發(fā)展。應(yīng)該順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流，研發(fā)新型技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的傳媒更新和完善，為5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展增磚添瓦。