0 前言
本地網內，安裝通信設備的生產性建筑一般分為2類，一是安裝核心/骨干網絡設備的核心機房（通信樞紐樓、通信生產樓、IDC等），二是面向無線、固定用戶接入的接入機房（移動通信基站、設備接入間），在數個核心機房和數以萬計的接入機房之間，除固網運營商的端局以外基本上是一個“自由”的空間，局房、管道、光纜線路等基礎元素的設置、布局缺少明確的規范，特別是局房（如后文所說的匯聚節點、綜合業務接入點）完全是一片空白。而本地網內面向業務發展需要建設的無線網、城域網、寬帶接入網等，主要考慮業務網絡本身能夠形成的能力，對于發揮基礎支撐作用的局房、管線、傳輸系統等缺乏足夠的重視和長遠的規劃。隨著業務的逐步發展或業務網絡覆蓋能力的增強，業務站點逐漸加密，往往會導致早期發揮業務匯聚作用、接入業務收斂作用的一些機房（基本全部為租用）無法滿足業務繼續發展需要主動搬遷，受城市改造、租金等因素逼遷的比例也很高，機房穩定性非常差，網絡調整、搬遷費用巨大，網絡的安全性也無從談起；同時，由于機房不穩定、管線建設缺少統領、業務接入無法規范，從而導致管道、光纜線路的投資效率和資源的利用效益低下。基于上述因素，中國聯通在2013年提出了本地基礎網絡架構的規劃思路，在充分考慮了各種網絡技術的發展趨勢和特點的基礎上，以“目標網”的方法進行規劃，提出了“三點兩面”的分層分區目標架構以及相應的機房定位、管線和系統銜接策略，為中國聯通本地網結構的穩定明確了方向，在行業內有很大的影響力。
1 本地基礎網絡架構規劃思路
本地基礎網絡架構是本地網內各類業務網絡、承載、傳送網絡的基礎資源，宜采用目標網的規劃方法，構建穩定、易于擴展、滿足業務快速接入的基礎架構。
本地基礎網絡架構目標規劃首先要合理劃分區域，提升承載效率，各本地網應結合行政區劃、現網節點布局、現網業務收斂狀況等進行匯聚區和綜合業務區規劃。
匯聚區：依據地理狀況、行政區劃、業務分布等，從網絡組網的合理性和管理維護的方便性出發，將本地網劃分為多個匯聚區，匯聚區內保持一定的網絡獨立性。北方省份以現有端局覆蓋范圍劃分匯聚區，南方省分的市區建議一個匯聚區覆蓋200個移動節點（含宏站室分），每個郊區縣原則上劃分為1個匯聚區。
綜合業務接入區：主要以服務公眾用戶寬帶、商企客戶、移動基站等綜合業務接入的區域，根據用戶分布、業務類型、接入方式將一個匯聚區劃分為多個綜合業務接入區。
網絡節點是本地網內業務的匯聚、收斂和處理的核心，節點的布局要兼顧現網網元節點的覆蓋范圍，并和機房布局相協調，本地基礎網絡架構明確了3類節點的定位和機房要求。
a） 核心節點：本地網內各類業務核心設備所在機房，包括固網IMS、固網軟交換SS/TG、移動網電路域/分組域網元、城域網IP核心節點、傳輸核心節點、骨干網等設備所在機房。核心節點機房面積、電源應綜合考慮各類網元中長期需求和IDC等需求綜合考慮。
b） 匯聚節點：本地網內各類業務匯聚設備所在機房，包括傳輸匯聚節點、IP網匯聚節點或業務控制層（BRAS/SR）等設備。在單個匯聚區內，根據系統組網、機房條件需要設置1~2個匯聚節點。新建匯聚機房使用面積建議不小于60 m2。蓄電池組不小于2組800 Ah，開關電源滿配容量不小于600 A，外市電引入功率不小于70 kVA。
c） 綜合業務接入點：綜合業務區內小范圍業務收斂設備所在機房，包括集中設置BBU、OLT、傳輸邊緣匯聚等設備，是區域內傳輸匯聚節點的延伸，也是匯聚節點和末端接入點之間的銜接節點。每個綜合業務區建議設置4個左右綜合業務接入點，每個綜合業務接入點收斂10個左右移動站點或20個左右末端接入點，北方可根據機房條件和管道條件酌情考慮。新增綜合業務接入點機房使用面積建議30~40 m2。蓄電池組不小于2組400 Ah，開關電源滿配容量不小于300 A，外市電引入功率不小于35 kVA。
上述3類架構節點之外的機房或設施定位為末端接入點，指各種業務的末端接入節點，用于移動基站（包含獨立宏站、室分、RRU拉遠等）、商務樓宇、寬帶小區等業務設備的接入，靈活地通過各種技術接入到綜合業務接入點。
節點布局和區域劃分明確后，各類網元設置應保持協調一致，本地光纜網、傳輸系統結合架構布局也要明確相應的目標網建設模式，并適度提前建設。
本地光纜網目標分為3層結構，分別是核心層、匯聚層、接入層，其中接入層又分為主干層、配線層/用戶引入層。各本地網應向分層分區的目標網結構演進，如圖1所示。
圖1 本地光纜網目標結構
核心匯聚層光纜主要用于核心節點、匯聚節點間銜接，應按高效、直達的模式建設，一般和主干光纜分開建設，并考慮未來業務發展進行容量預留。
城區主干光纜應按綜合業務區進行規劃，實現區域內的業務收斂，一般采用環形不遞減方式建設。主干光纜又可以細分為一級主干和二級主干，一級主干是以匯聚節點為中心，與綜合業務點、主干光交間共同組織的主干光纜環/鏈路，實現區域內業務的收斂，考慮到纖芯利用效率，綜合業務接入點和主干光交按1∶2的配比設置為宜；二級主干用于業務密集區域，可以圍繞綜合業務點建設純光交環，便于大量業務接入。
本地傳輸系統主要包括WDM/OTN、UTN、MSTP 3張網，WDM/OTN網主要定位于大顆粒、長距離業務承載，網絡結構以環形為主，目前主要覆蓋市縣系統；MSTP網主要用于2G/3G早期的移動回傳承載和大客戶承載，因管道剛性、無法統計復用、配置復雜等因素逐步不再發展；UTN網絡定位于移動網絡回傳和大客戶等精品業務的承載，是當前主要建設的系統，其網絡結構應和架構節點保持協調，圖2給出了和架構匹配的UTN網絡目標結構。
圖2 本地UTN網絡目標結構
2 基礎網絡架構建設進展
2.1 架構節點機房建設進展
中國聯通在2014—2016年滾動規劃中全面貫徹了基礎架構目標網的規劃思路，全國共規劃匯聚區 4 038個，其中城區匯聚區1 823個，郊縣匯聚區2 215個，規劃目標匯聚機房6 600余個。全國城區共規劃 9 458個綜合業務區，農村以現有鄉鎮環路實現業務收斂，共規劃綜合業務接入點目標機房7.47萬個，其中城區3.7萬個，鄉鎮3.77個。
自2013年以來，中國聯通在架構節點建設、節點穩定性方面取得了長足的進步，總體建成率已超過90%，整體上來看，架構節點已基本成形。
表1 匯聚機房和綜合業務接入點機房建設進展
雖然整體建成率較高，但是南北方、不同省份間差異較大。北方匯聚節點、綜合業務接入點已基本完成目標架構，南方部分省分、城市和目標缺口差異較大。以南方一個發達省會城市為例，截至2016年底的匯聚機房和綜合業務接入點狀況分別見表2和表3。從表2和表3中可以看出，該城市匯聚機房仍有30%的目標缺口，機房自有率不到62%，且作為業務量發達的省會城市面積小于60 m2的機房占比竟達23%，匯聚機房的整體穩定性堪憂。綜合業務接入點機房目標缺口39%，且小于20 m2的機房占比達36%，已建成單綜合業務接入點平均收斂移動站點（物理站址，含室分）13個，機房的可擴展性差，無法適應5G時代的C-RAN架構。
架構機房建設存在的另一個突出問題是，節點機房和主干光纜沒有銜接起來，架構節點機房的業務收斂仍通過既有的配線光纜模式收斂，主干光纜的資源利用率也無法得到提升。
截至目前，全國已建成城區綜合業務接入點2.94萬個（不含匯聚機房兼做），其中21%的綜合業務接入點未實現和接入主干光纜的銜接，南方個別省分情況比較嚴重。這種情況的形成有歷史的原因，如主干光纜建設在前而綜合業務接入點定位在后沒有進行優化，也體現了對架構的僵化理解，只重視“點”的建設而忽視“線”的銜接，導致架構的整體作用無法發揮，網絡的建設模式未發生根本轉變。
2.2 和架構銜接的主干光纜目標網建設
為了實現節點層級收斂功能，和架構節點相匹配的主干光纜建設至關重要。主干光纜的建設應圍繞綜合業務區建設，最終目標是實現所有綜合業務區的100%覆蓋。近幾年，隨著架構的提出和業務的逐步發展，主干光纜覆蓋率逐步提升。目前，城區綜合業務區的主干光纜覆蓋率已超過95%，城區站點接入距離由2013年的2.68 km縮減到2017年的0.96 km，平均接入長度大幅縮減，提升了業務快速接入的響應能力。
全國城區新建站接入主干光交占比42%，接入綜合業務接入點占比33%，另有25%接入普通基站，可以看出，全國75%以上的站址接入采用了目標架構接入模式，網絡結構的穩定性大大提升。宏站和室分的拉遠比例逐步提升，近3年新建站址的拉遠比例均超過了80%，截至目前，3G/4G站的拉遠總比例已經達到50%，采用BBU集中RRU拉遠的C-RAN建設模式可以大大降低末端機房的建設投資和運維成本，提高總體投資效率。目前，有部分省分對于已經采用分組接入的短支鏈節點、不穩定機房進行BBU集中回撤，加快向目標架構的接入模式靠攏，取得了較好的收益。
根據架構目標的節點定位，綜合業務接入點應作為OLT節點、BBU集中節點。根據統計，截至目前全國綜合業務接入點已覆蓋OLT占比59%，接入寬帶大客戶比例56%，可以說大部分OLT布局實現和目標架構的匹配，少數城市仍存在OLT過度集中在匯聚機房、或大量下沉到小區的現象，OLT過度集中到匯聚機房會帶來主干光纜的承載效率較低，如果綜合業務接入點機房條件具備，建議逐步推進OLT下沉到綜合業務接入點機房，對于下沉到小區的OLT因存在較大的安全隱患，建議根據機房條件逐步回撤到綜合業務接入點。
截至目前，全國已建成的綜合業務接入點91%已放置BBU，但約37%的綜合業務接入點放置BBU數量小于等2個，考慮到3G/4G制式這些節點只實現了本站BBU的接入，并沒有起到C-RAN BBU集中的效果。全國有10余個城市，100%的綜合業務點僅接入了本站，基站的建設模式仍完全采用D-RAN模式，運維成本居高不下。產生這種現象的原因也有多種，如綜合業務接入點機房條件不具備、主干光纜資源不足、該站點已有分組接入不愿意調整，雖然理由看似比較充分，但從整體的TCO成本出發，D-RAN接入模式應盡快向C-RAN架構靠攏。
3 未來網絡演進對基礎架構的要求
5G移動通信技術正在從理念走向現實，我國政府明確提出了2020年商用的目標。和4G網絡相比，5G時代發生了革命性的變化。單用戶下載速率提升100倍，達到10 Gbit/s，物聯網連接數將達到100萬連接/km2，時延從幾十ms下降到ms量級，移動性將支持500 km/h的速率，且根據不同的業務應用采用虛擬化的切片靈活架構。
參考某廠家測算，如果5G采用3.5 GHz頻段，5G站覆蓋半徑和4G站相當，站址數量比4G站多20%，大多可以部署在現在站址，適當補點即可滿足5G連續覆蓋需求，因此機房光纜仍是5G基站建設的重要基礎。另外，C-RAN的CLOUDBBU應按需小集中部署，BBU協同增益曲線拐點在7個物理站址左右，如集中過多，將對集中點的電源帶來壓力，且纖芯資源需求較大（單站6芯）。
業界普遍認為，5G時代核心網和RAN側將進一步云化。5G核心網的云化將實現控制面CP和轉發面UP的分離，CP面將盡量集中，UP面根據不同的應用場景進行下沉。5G RAN側L1和L2實時處理功能不具備云化條件，L2非實時和L3功能可虛擬化。按照虛擬化的設想，5G RAN側網元邏輯功能將劃分為CU、DU、AAU幾部分。根據不同的站型和應用場景，各部分和架構節點的對應關系建議如圖3所示。
從圖3中可以看出，核心網CP一般采用區域（省）集中或本地集中方式設置，核心網UP面一般設置在地（市）核心節點，對于低時延、大容量的業務應用視情況向匯聚節點、甚至綜合業務接入點下沉。移動網RAN側CU一般位于匯聚節點，時延滿足時可以設置在核心節點，也可以下沉到綜合業務接入點、基站，視不同的業務應用場景而定。
圖3 5G網絡核心網/RAN側網元和架構節點對應關系圖
5G承載網中，前傳接口進一步劃分為前傳（AAU-DU）和中傳（DU-CU）。前傳接口采用eCPRI標準，壓縮后的單小區帶寬為10~25 G。前傳的首選方案是光纖直驅，投資最少且時延最低，每個3小區的基站需要3對光纖，單站接入的24芯配線光纜應該不成問題，纖芯壓力大的是主干光纜（站點接入的光交——DU集中的綜合業務點）。如果纖芯資源不足，可以采用波分方式或新建光纜解決，應綜合比較成本后采用性價比最優的方案。
DU池組化將成為5G的發展趨勢，因此DU應該支持多AAU的接入能力，如按1個DU節點能夠匯聚9個AAU的業務，按小區均值2G和1∶2的收斂比，中傳帶寬約為10G速率，每個綜合業務點帶寬30~40 G，二級匯聚環的容量約100 G容量。
CU以上屬于回傳接口，CU到核心網的帶寬預計在100 G左右，需要100 G大容量UTN設備承載。5G時代，移動回傳和固網回傳的帶寬預計都會達到100 G顆粒，而且隨著核心網、城域網（vBNG）、RAN CU的虛擬化，承載網解決的基本都是云之間的業務調度，從流量流向上來看，城域內的兩張IP網可以合二為一。但是，目前來看，城域網和UTN網的價格存在較大差異，建議初期仍維持2張網的目標架構。
2015年中國聯通提出了CUBENET2.0架構，明確了網絡虛擬化的目標。網絡虛擬化將從核心網開始，逐步實現IT支撐系統、業務控制系統、RAN側控制的虛擬化，另外，傳統的轉發設備將長期存在，并逐步引入SDN功能，實現端到端的業務開通、帶寬靈活提速、流量調優等功能。通信的云化也會對基礎架構帶來一定的影響。中國聯通的通信云預計會采用三級架構，即區域DC、本地DC和邊緣DC，其中邊緣DC從匯聚機房中選取，因此會對通信機房的面積和電源帶來新的需求（見圖4）。
圖4 中國聯通通信DC目標架構
4 穩定的架構是未來業務發展的前提條件
5G網絡和通信DC化對本地基礎網絡架構帶來了較大的影響，邊緣DC的網絡定位和匯聚機房基本匹配，綜合業務點更是和5G DU池組化布局不謀而合，可以說中國聯通本地基礎網絡架構的建設未雨綢繆，提前為5G引入和通信的DC化進行了鋪墊。在5G “山雨欲來風滿樓”的前夜，加快本地基礎網絡架構的完善顯得必要而急迫。
從第3章5G和通信DC的需求分析來看，架構的完善應聚焦在匯聚機房、綜合業務接入點機房面積/電源條件的改善、數量布局是否滿足要求、主干光纜容量是否能滿足需求等方面。
根據業務網專業的初步測算，對于覆蓋200個站的匯聚機房，保守的測算5G CU和MEC大約需要4個機柜，每個機柜的功耗大約4 kW。按照本地基礎目標網規劃，近幾年新建的匯聚機房使用面積不小于60 m2基本可以滿足5G邊緣DC需要，但是考慮到機房DC化改造的需要新建機房的使用面積建議放大到100 m2（尤其是密集城區）。現有的60 m2以下機房也不必盲目地進行替換，可以先進行機房內設備整合，為5G設備安裝預留4~6個架位，考慮到剩余面積小，機房進行DC化改造得不償失，建議僅通過冷風通道整改提高制冷效率，不再進行高壓直流改造。
5G DU一般情況下要集中到綜合業務點，為DU池組化做好準備。由于5G DU的尺寸尚不明確，暫參考4G BBU尺寸大小，按1個機柜可以安裝10個DU估算，1個DU至少應可以支持3個AAU（建議更大），這樣，綜合業務接入點僅需要為5G無線設備預留一個機位。另外，考慮到5G前傳主要接入模式為光纖，可能需要新建一級或二級主干光纜、或低成本的WDM設備，中傳也需要引入OTN或大容量UTN設備，也至少需要1架綜合柜滿足傳送設備安裝。綜合來看，綜合業務點為滿足5G引入，至少需要2個空余架位。隨著5G容量的增大，DU和相應的承載設備功耗都會增加，現有開關電源、電池容量都面臨擴容壓力，建議暫不進行電源擴容改造，待將來5G設備定型后、5G部署時機明確后再改造。
5G時代前傳如全部采用拉遠模式，按目前單綜合業務點覆蓋10個移動站點來測算，考慮30%的局站直接通過配線光纜入局，70%左右站址通過2個主干光交接入，則平均單光交需要占用主干光纜纖芯21芯（7×6/2=21芯）。另外，考慮到部分匯聚機房的OLT會逐步下沉到綜合業務點，對一級主干的纖芯使用也會帶來較大影響。因此，建議一級主干光纜的纖芯分配應適應新形勢需要，適度加大共享纖芯分配，可采用預留纖芯方式暫不成端，將來根據需要靈活成端的方式。另外，對于密集城區5G站址規模可能會有較大增加，應考慮采用二級主干光纜的建設模式，以解決管孔資源的壓力。
對于站址增加較多的密集城區，目前規劃的綜合業務接入點收斂移動站點已經較多，受機房面積、電源等影響，可能現有節點無法實現5G站點的DU全集中。這種情況下，建議適當增加綜合業務接入點目標數量，尤其是可以考慮將現有的小BBU集中點納入5G DU的設備集中點，從組網上考慮其安全性。對于大型體育場館、高新科技公司集中的寫字樓，還要考慮CU、MEC下沉的可能性，選擇合適的機房作為綜合業務接入點，機房面積可參考匯聚機房建設。
5 如何快速形成穩定的基礎架構
結合當前架構建設存在的問題，為適應5G和DC化發展演進的需要，應加快架構目標網建設，重點做好以下幾方面工作。
一是強化認識。部分省市認為機房建設投資大，沒有效益，即使沒有機房也可以通過網絡設備湊合解決問題，這種思想是造成部分地（市）架構機房建設推進慢的最主要原因，因此應充分認識到架構機房在未來的5G建設、通信DC化建設中的重要作用，提高對架構節點的認識。
二是投資向基礎架構傾斜。近兩年中國聯通營收不足，投資效率低，隨著集團對精準建設的重視，投資額度逐年下滑，而房價卻明顯上升，導致投資額度不足。這種情況的省市，應加強現有機房的挖潛工作，逐個審視一下現有的機房能否挖潛、能否改造解決，實在無法解決的，應根據重要性程度逐步建設，投資在滿足業務接入外適度向基礎架構傾斜。
三是加強管理，簡化機房建設流程。目前，機房建設從立項、選址、合同談判、入賬等由多部門聯合負責，選擇一個機房需要計劃、建設、財務、法律等多專業參與，因流程復雜導致業主反悔時有發生，這么多部門也沒有明確哪個部門具體負責架構機房的牽頭建設，導致建設緩慢；另外，部分小產權房或農村用房因為土地產權問題無法簽訂合同。建議缺口大的省市，應認真分析管理原因，理順并簡化相關流程，提高建設效率。
四是多部門聯合解決選址難問題。架構機房選址的重要一條是機房穩定性，匯聚機房最好有自有產權，而近年來城市建設日新月異，大拆大建時有發生，建筑物的穩定性有所降低，給選址造成困難。部分城市選取的居民樓又因擾民、施工、發電等問題影響使用，部分城市選取地下室又存在重大安全隱患。根據部分城市經驗，匯聚機房選取應加大辦公樓、背街商鋪、公共設施等來源的選取，建議加強多部門聯動，如將集客市場營銷和機房選取結合，總體為企業爭取利益，解決選址難題。
五是加強現有機房挖潛，DC化改造量力而行。從網絡演進需求來看，當前已建成的匯聚機房、綜合業務點機房存在著機房面積不足、電源缺口大等問題，而架構的建設非一日之功，網絡的演進要充分利用目前已經形成的架構機房，對于面積不足的優先通過機架整合/騰退、擴容方式解決，對于虛擬化需求不大的機房不建議進行機房DC化改造。
六是加快主干光纜建設和接入模式優化。預計5G建設會采用快速建網模式，2~3年內形成覆蓋基本完善的網絡，對主干光纜的纖芯需求會很緊迫，因此，在5G需求基本明確的前提下，適度加快城區主干光纜建設十分必要，尤其是局部熱點區域的二級主干光纜建設，同時一級主干光纜應避免盲目的擴容，應結合業務發展和低成本WDM的成熟度綜合選擇。對于傳統模式的接入站點，應盡快完成和主干光纜的銜接，將接入超大環通過二級匯聚的建設優化為小環，同時也為5G業務快速接入做好準備。
6 總結
中國聯通在行業內創新性地提出本地基礎網絡目標網架構理念，可以很好地適應5G和通信DC化的發展演進。通過3年左右的建設，中國聯通架構穩步推進，取得了很好的成效，但也存在不少問題。面臨5G的加速到來，應充分認識到架構布局的重要性，加快推進匯聚機房、綜合業務接入點機房建設，新建匯聚機房面積應適度加大，匯聚機房的DC化改造應慎重進行，同時，應結合5G業務預測適度提前建設主干光纜。
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