廣電5G承載網(wǎng)技術(shù)分析及建設(shè)現(xiàn)狀與優(yōu)化實(shí)踐策略

■中國(guó)廣電安徽網(wǎng)絡(luò)股份有限公司亳州市分公司：侯士忠

在無(wú)線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間，5G承載網(wǎng)屬于關(guān)鍵的信息傳送通道，同時(shí)作為5G網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分，在各項(xiàng)語(yǔ)音數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的運(yùn)行過程中提供著較為可觀的支撐。當(dāng)前，廣電與中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)就5G發(fā)展戰(zhàn)略簽署了合作協(xié)議，共建共享700MHz的5G網(wǎng)絡(luò)，廣電可以有償?shù)刈庥弥袊?guó)移動(dòng)既有的承載網(wǎng)開展各項(xiàng)業(yè)務(wù)。在此過程中，中國(guó)移動(dòng)主要就廣電省市中心對(duì)接點(diǎn)與700MHz 5G基站之間的傳輸承載網(wǎng)絡(luò)提供有償服務(wù)。依照廣電與中國(guó)移動(dòng)之間形成的共建共享協(xié)議，而考慮到廣電后續(xù)的可持續(xù)發(fā)展，仍然應(yīng)當(dāng)針對(duì)自主可控承載網(wǎng)的建設(shè)引起足夠的關(guān)注和重視。換而言之，廣電可以大幅縮短5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的端對(duì)端建設(shè)周期。與此同時(shí)，廣電仍然需要將自主承載網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)視為重要的發(fā)展方向，原因在于共建共享將會(huì)致使廣電相對(duì)依賴中國(guó)移動(dòng)提供的承載網(wǎng)，對(duì)廣電長(zhǎng)期的自主發(fā)展影響較大。

1. 廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)的具體內(nèi)涵

為求深入地研究廣電5G承載網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先針對(duì)廣電5G承載網(wǎng)的具體內(nèi)涵進(jìn)行把握。具體而言，不僅需要認(rèn)識(shí)到廣電5G為承載網(wǎng)提出的新要求體現(xiàn)在5G無(wú)線接入網(wǎng)演進(jìn)提出的要求以及5G核心網(wǎng)演進(jìn)提出的要求兩個(gè)方面，還應(yīng)從承載網(wǎng)分段架構(gòu)和承載網(wǎng)分層架構(gòu)兩個(gè)維度出發(fā)，明確廣電5G承載網(wǎng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.1 廣電5G為承載網(wǎng)提出的新要求

5G面向高帶寬、低時(shí)延和大連接等應(yīng)用場(chǎng)景，具備4G所不具備的業(yè)務(wù)形態(tài)，也就同時(shí)提出了不同于4G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求[1]。一方面是5G無(wú)線接入網(wǎng)演進(jìn)提出的要求。高頻的5G無(wú)線接入網(wǎng)已經(jīng)有所演進(jìn)，形成了包含集中單元、分布單元和有源天線處理單元在內(nèi)的三級(jí)結(jié)構(gòu)，也就需要回傳、中傳和前傳的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供支撐。具體而言，前傳網(wǎng)絡(luò)對(duì)接口容量和類型均提出嶄新要求，中傳作為5G引入的新承載網(wǎng)絡(luò)層次也需支持面向運(yùn)化應(yīng)用的靈活化承載，回傳也需要互聯(lián)統(tǒng)一的承載網(wǎng)絡(luò)。另一方面是5G核心網(wǎng)演進(jìn)提出的要求。一是需要以層次化的網(wǎng)絡(luò)切片方案滿足5G網(wǎng)絡(luò)切片在各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的需求，二是需要確保更加靈活的網(wǎng)狀動(dòng)態(tài)連接調(diào)度，三是應(yīng)當(dāng)適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出的云化發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 廣電5G承載網(wǎng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

受廣電5G承載網(wǎng)提出的嶄新要求影響，承載網(wǎng)建設(shè)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以從下述兩個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行。一是承載網(wǎng)分段架構(gòu)。在5G承載網(wǎng)下的對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)部署可以劃分成前傳、中傳和回傳三個(gè)部分。二是承載網(wǎng)分層架構(gòu)。為求滿足廣電5G承載網(wǎng)的建設(shè)需求，分層架構(gòu)應(yīng)當(dāng)包含轉(zhuǎn)發(fā)平面、協(xié)同管控和5G同步網(wǎng)等組成部分，同時(shí)還應(yīng)具備差異化的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)能力[2]。在5G網(wǎng)絡(luò)切片下，包含終端、無(wú)線、承載與核心網(wǎng)等組成部分，也就需要相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的協(xié)同管理控制。

2. 廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)中的技術(shù)分析及選型

在研究廣電5G承載網(wǎng)技術(shù)的過程中，各種常見技術(shù)的分析及選型過程較為關(guān)鍵，需要對(duì)比分析不同技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)，以便確保選型過程的科學(xué)性。具體而言，常見的廣電5G承載網(wǎng)技術(shù)包含SPN承載網(wǎng)技術(shù)、IPRAN承載方案和M-OTN承載方案，需要在如實(shí)進(jìn)行技術(shù)對(duì)比分析后科學(xué)地選型。

2.1 SPN承載網(wǎng)技術(shù)

以PTN技術(shù)為依托，該技術(shù)是基于切片以太網(wǎng)技術(shù)和分段路由技術(shù)的新型傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效地滿足5G網(wǎng)絡(luò)提出的承載需求[3]。其中，關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。一是參考大帶寬和靈活轉(zhuǎn)發(fā)等需求，確保各層可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)的整合。二是從超低時(shí)延的應(yīng)用需求出發(fā)，借助切片通道層和鏈路接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)切片以太網(wǎng)交叉的拓展支持。三是引入集中管理控制分離轉(zhuǎn)發(fā)和控制，實(shí)現(xiàn)更加契合全局視角的業(yè)務(wù)調(diào)度。

2.2 IPRAN承載方案

該技術(shù)立足于IP/MPLS協(xié)議，主要用于承載移動(dòng)業(yè)務(wù)，在5G承載嶄新需求處于持續(xù)的完善過程中。其中，關(guān)鍵技術(shù)措施表現(xiàn)在下述幾方面。一是針對(duì)既有MPLS路由機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，確保網(wǎng)絡(luò)拓展性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)SDN管控。二是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，確保和改善其多鏈路負(fù)荷分擔(dān)性能表現(xiàn)，拓展鏈路帶寬。三是采用新型技術(shù)降低分組轉(zhuǎn)發(fā)可能出現(xiàn)的時(shí)延。四是基于SND技術(shù)實(shí)現(xiàn)可支持高精度時(shí)間同步的智能化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管控。

2.3 M-OTN承載方案

該技術(shù)是OTN技術(shù)結(jié)合5G移動(dòng)承載場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化后形成的技術(shù)變種，可以有效地滿足5G中后期綜合業(yè)務(wù)開展過程提出的承載需求[4]。該技術(shù)的特征體現(xiàn)在單級(jí)復(fù)用、簡(jiǎn)化開銷和靈活時(shí)隙結(jié)構(gòu)等方面，目標(biāo)在于降低移動(dòng)承載將會(huì)帶來(lái)的成本投入、時(shí)延和功耗。

2.4 技術(shù)對(duì)比分析與選型

三種技術(shù)各有優(yōu)劣，其中SPN承載方案是由中國(guó)移動(dòng)主推，同時(shí)也已初步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部署，可以實(shí)現(xiàn)較為可觀的規(guī)模效用，而技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)需要得到進(jìn)一步的完善。在技術(shù)選型時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合地考慮多方面影響要素，諸如網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、投資成本和產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)等。鑒于廣電已與中國(guó)移動(dòng)開展共建共享合作的狀況，加之中國(guó)移動(dòng)可能在產(chǎn)業(yè)鏈中具備的話語(yǔ)權(quán)，可以主要選取SPN承載網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。

3. 廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)中實(shí)際所需的帶寬

實(shí)際的帶寬需求對(duì)于廣電5G承載網(wǎng)的建設(shè)而言同樣較為關(guān)鍵，需要從多個(gè)角度出發(fā)予以把握。具體而言，需要分別從5G基站接入端口的帶寬需求、700MHz 5G的回傳帶寬需求以及4.9Hz 5G的承載網(wǎng)回傳帶寬需求等角度出發(fā)，以便更加深入地明確廣電5G承載網(wǎng)實(shí)際的帶寬需求。

3.1 5G基站接入端口的帶寬需求

在室外環(huán)境下，廣電5G包含700MHz和4.9GHz兩種頻譜，需要分別依據(jù)其特性計(jì)算單站的帶寬需求[5]。前者的頻寬為上下行各30MHz，均值帶寬為168Mbps；后者的頻寬為上下行總計(jì)60MHz，單站的均值帶寬為1.20Gbps。

3.2 700MHz 5G的回傳帶寬需求

作為廣電5G的信號(hào)托底網(wǎng)絡(luò)，700MHz的5G基站以C-RAN方式為基礎(chǔ)，以全程全網(wǎng)的規(guī)劃組織建設(shè)，基站分布均勻且規(guī)模較大。在實(shí)際的建設(shè)過程中，規(guī)劃重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)置于建設(shè)成本和建設(shè)穩(wěn)定性，優(yōu)先選取環(huán)網(wǎng)方式進(jìn)行實(shí)際的建設(shè)，需要分別從接入層、匯聚層和核心層出發(fā)測(cè)算其帶寬需求。經(jīng)計(jì)算可知，接入層應(yīng)當(dāng)選取10GE的組網(wǎng)方式，匯聚層應(yīng)當(dāng)選取50GE的組網(wǎng)方式，而核心層應(yīng)當(dāng)選取N×100GE的組網(wǎng)方式。

3.3 4.9Hz 5G的承載網(wǎng)回傳帶寬需求

在建設(shè)密度較大的4.9GHz-5G建設(shè)區(qū)域，可以依照上述對(duì)于700MHz-5G的評(píng)估方式進(jìn)行。在該頻段下的基站在高容量補(bǔ)充和垂直行業(yè)中的應(yīng)用較多，基站的實(shí)際分布狀況并不均衡，因而需要以實(shí)際的基站部署規(guī)模及部署密集度為參考，按需進(jìn)行5G承載網(wǎng)的建設(shè)。具體而言，在密集區(qū)域宜采用C-RAN方式，在稀疏區(qū)域宜采用D-RAN方式。

4. 廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀與優(yōu)化實(shí)踐策略

在建設(shè)廣電5G承載網(wǎng)的過程中，應(yīng)當(dāng)明確參考具體的建設(shè)實(shí)踐所需面臨的諸多狀況進(jìn)行分析，以便采取有效的實(shí)踐策略予以確保。具體而言，一方面需要認(rèn)識(shí)到廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)所面臨的狀況，應(yīng)對(duì)和解決現(xiàn)有的廣電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有待演進(jìn)、網(wǎng)絡(luò)帶寬及流向需要得到優(yōu)化、時(shí)間同步和業(yè)務(wù)控制需要改進(jìn)等問題；另一方面，也應(yīng)采取包含在普通區(qū)域進(jìn)行以租代建的建設(shè)發(fā)展，在重點(diǎn)區(qū)域采取切片租用的形式建設(shè)，從宏觀角度出發(fā)逐步推進(jìn)自建的進(jìn)程在內(nèi)的有效實(shí)踐策略，更加科學(xué)合理地建設(shè)廣電5G承載網(wǎng)。

4.1 廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)所面臨的狀況

受此前的發(fā)展模式影響，國(guó)內(nèi)的廣電承載網(wǎng)主要需要支持的是傳統(tǒng)的有線電視及寬帶等業(yè)務(wù)，距離移動(dòng)通信提出的需求仍留有較大差距，主要體現(xiàn)在對(duì)于5G業(yè)務(wù)的支撐方面。

4.1.1 現(xiàn)有的廣電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有待演進(jìn)

在5G的情況下，回傳網(wǎng)絡(luò)演變?yōu)槿龑?，業(yè)務(wù)控制網(wǎng)元?jiǎng)t下沉至城域骨干以及匯聚層。與此同時(shí)，核心網(wǎng)元彼此之間的云化及虛擬化趨勢(shì)明顯，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)同樣出現(xiàn)了一定的演進(jìn)[6]。當(dāng)前，廣電現(xiàn)有的控制機(jī)房與承載網(wǎng)架構(gòu)均圍繞早期電視信號(hào)的傳送進(jìn)行的建設(shè)，主要采用的是相對(duì)經(jīng)典的星型結(jié)構(gòu)，已經(jīng)難以較為有效地適應(yīng)5G下基站和綜合業(yè)務(wù)提出的承載需求。因此，需要調(diào)整承載網(wǎng)的實(shí)際部署，同時(shí)還要針對(duì)部分機(jī)房進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)容處理。

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)帶寬及流向需要得到優(yōu)化

一是網(wǎng)絡(luò)帶寬需要得到優(yōu)化?，F(xiàn)有的廣電網(wǎng)絡(luò)難以在整體層面滿足廣電5G提出的承載網(wǎng)帶寬需求，主要表現(xiàn)為前傳部分格外稀缺的既有纖芯資源，同時(shí)中傳回傳部分的鏈路帶寬容量也較為不足等。二是網(wǎng)絡(luò)流向需要得到優(yōu)化。不同于以往4G下的狀況，5G的核心網(wǎng)元彼此之間的東西向流量出現(xiàn)了較為顯著的增加。而廣電既有的網(wǎng)絡(luò)主要以樹形架構(gòu)模式組織數(shù)據(jù)的下行分發(fā)，在東西向承載能力方面表現(xiàn)較為不足。

4.1.3 時(shí)間同步和業(yè)務(wù)控制需要改進(jìn)

在5G下，空口對(duì)時(shí)間同步的要求更加嚴(yán)格，而在跨站聯(lián)合發(fā)送得到引入之后，這種要求將會(huì)進(jìn)一步變得嚴(yán)格，需要廣電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘與時(shí)間同步系統(tǒng)的有效自建。與此同時(shí)，傳送承載層還應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)切片與業(yè)務(wù)控制等嶄新功能，以便確保不同業(yè)務(wù)多項(xiàng)功能方面提出的差異化需求。而當(dāng)前，現(xiàn)有的廣電網(wǎng)絡(luò)對(duì)此并不支持。

4.2 廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)的有效實(shí)踐策略

從整體層面出發(fā)不難發(fā)現(xiàn)，廣電的承載網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)相對(duì)薄弱，在推進(jìn)全程全網(wǎng)整體化建設(shè)的過程中需要較多的投資成本和較長(zhǎng)的實(shí)施周期，很有可能與業(yè)務(wù)窗口期失之交臂。同時(shí)，還應(yīng)考慮到廣電承載網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)維能力差強(qiáng)人意，應(yīng)當(dāng)盡可能地不在5G的商用初期盲目地全面推進(jìn)新承載網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程，而是應(yīng)當(dāng)以租用中國(guó)移動(dòng)提供的承載網(wǎng)資源為依托，重點(diǎn)層次分明地步步推進(jìn)。

一是在普通區(qū)域進(jìn)行以租代建的建設(shè)發(fā)展。以租代建的建設(shè)發(fā)展需求分為前后兩個(gè)階段，首先需要部署至省中心，然后才可以在省域內(nèi)的各地市實(shí)現(xiàn)下沉，在實(shí)際的下沉過程中應(yīng)當(dāng)優(yōu)選可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域流量匯聚調(diào)度的重要中心節(jié)點(diǎn)[7]。在前一階段，廣電應(yīng)在各省核心網(wǎng)用戶面與中國(guó)移動(dòng)省干核心節(jié)點(diǎn)之間新建互聯(lián)互通系統(tǒng)，主要通過租賃使用中國(guó)移動(dòng)承載網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)基站一側(cè)的業(yè)務(wù)承載。而在后一階段，廣電應(yīng)當(dāng)在事先選定部分地市新建互聯(lián)互通系統(tǒng)。二是在重點(diǎn)區(qū)域采取切片租用的形式建設(shè)。在具備端對(duì)端需求的重點(diǎn)區(qū)域，廣電應(yīng)當(dāng)在中國(guó)移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)界限內(nèi)進(jìn)行端對(duì)端切片的租用，經(jīng)協(xié)商確定最終的配置規(guī)則，以便為廣電業(yè)務(wù)端對(duì)端切片提供支撐。三是從宏觀角度出發(fā)逐步推進(jìn)自建的進(jìn)程。為了確保廣電可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的長(zhǎng)效發(fā)展，廣電仍是需要探索自主可控廣電5G承載網(wǎng)的思路與方式，現(xiàn)階段可以優(yōu)先確認(rèn)可以采用的有效技術(shù)方案，針對(duì)可以采取的演進(jìn)路徑進(jìn)行深入的研討。以上述普通區(qū)域和重點(diǎn)區(qū)域的建設(shè)發(fā)展為基礎(chǔ)，以點(diǎn)帶線再帶面的形式，圍繞全程全網(wǎng)的端對(duì)端廣電承載網(wǎng)建設(shè)。具體而言，可以優(yōu)先由南至北建設(shè)匯聚層，然后依據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)發(fā)展變化逐步針對(duì)接入層進(jìn)行完善。

5. 結(jié)束語(yǔ)

在5G的嶄新業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)之后，廣電5G承載網(wǎng)提出了不同于以往的嶄新建設(shè)需求，需要由此出發(fā)逐步推進(jìn)既有的廣電有線基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重構(gòu)。在此過程中，應(yīng)當(dāng)分別把握廣電5G承載網(wǎng)的總體架構(gòu)、現(xiàn)有技術(shù)和貸款需求等，以便在廣電5G承載網(wǎng)建設(shè)所需面臨的狀況支撐下進(jìn)行分析，采取更加契合實(shí)際情況的實(shí)踐策略，以確保廣電5G承載網(wǎng)可以得到有效地建設(shè)，進(jìn)而充分利用廣電與中國(guó)移動(dòng)共建共享所帶來(lái)的發(fā)展紅利，為廣電整體的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更加有利的技術(shù)性條件。