【摘要】為了探討5G中傳和回傳網(wǎng)絡承載解決方案，在分析5G移動網(wǎng)絡新頻譜、新架構和新業(yè)務模式承載需求的基礎上，針對5G中傳和回傳網(wǎng)絡，提出DC+IPRAN云網(wǎng)一體的綜合承載解決方案，從多級DC網(wǎng)絡架構的演進、DC+IPRAN網(wǎng)絡承載架構以及IPRAN網(wǎng)絡分階段升級改造方案等方面分別展開研究。
【關鍵詞】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 文獻標志碼：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（5G）致力信息與通信技術的新生態(tài)，相對于4G，將帶來全新的網(wǎng)絡體驗和商業(yè)模式，創(chuàng)建一個“萬物互聯(lián)”的世界。5G網(wǎng)絡采用新的空中接口技術，擬提供大帶寬、低時延和高可靠的業(yè)務，主要的應用場景包括：面向增強的移動互聯(lián)網(wǎng)應用場景（eMBB, Enhance Mobile Broadband）、面向高可靠低時延通信的應用場景（uRLLC, ultra Reliable Low Latency Communication）以及面向海量機器類通信應用場景（mMTC, massive Machine Type of Communication）。本文接下來將在分析5G移動網(wǎng)絡新頻譜、新架構和新業(yè)務模式承載需求的基礎上，提出面向5G中傳和回傳的網(wǎng)絡承載解決方案。
2 5G網(wǎng)絡承載需求及中傳、回傳網(wǎng)絡
2.1 網(wǎng)絡承載需求
5G移動網(wǎng)絡換代式演進，使用新頻譜、新架構和新業(yè)務模式對承載網(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，可用資源一般可達連續(xù)800 MHz。所以，更高頻段、更寬頻譜和新空口技術使得5G基站帶寬需求大幅度提升，預計將達到LTE 4G的10倍以上。
（2）新架構
為了滿足網(wǎng)絡大帶寬和低時延的需求，5G網(wǎng)絡的RAN架構和核心網(wǎng)架構都發(fā)生了演進，RAN網(wǎng)絡從4G網(wǎng)絡的BBU+RRU兩級結構演進到CU（集中單元）、DU（分布單元）和AAU（有源天線處理單元）三級結構。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)絡劃分為不同的網(wǎng)絡：AAU和DU之間是前傳網(wǎng)絡、DU和CU之間是中傳網(wǎng)絡、CU以上是回傳網(wǎng)絡。而核心網(wǎng)演進，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
5G核心網(wǎng)通過云化和下移以滿足不同業(yè)務差異化時延需求。5G網(wǎng)絡的三大類應用業(yè)務eMBB、uRLLC和mMTC，分別代表了對網(wǎng)絡帶寬、時延和連接的需求。為了更好地支持不同應用需求，5G網(wǎng)絡將支持網(wǎng)絡切片能力，每個網(wǎng)絡切片將會擁有自己獨立的網(wǎng)絡資源和管控能力。
2.2 5G中傳、回傳網(wǎng)絡
核心網(wǎng)云化、C/U分離、數(shù)據(jù)面分布式部署，使網(wǎng)絡更趨扁平化。而承載網(wǎng)隨著RAN架構的重構，劃分為前傳網(wǎng)絡、中傳網(wǎng)絡和回傳網(wǎng)絡三部分。對于前傳網(wǎng)絡的承載，可根據(jù)不同接入條件和場景，靈活選用光纖直驅、無源WDM、有源WDM/OTN等方案，前傳網(wǎng)絡并沒統(tǒng)一承載方案的需求。而中傳、回傳網(wǎng)絡，對于承載網(wǎng)在帶寬、組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡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)絡的研究較多，主要集中在IPRAN、PTN以及OTN等技術應用上。
由于在5G網(wǎng)絡發(fā)展過程，需要在滿足未來新業(yè)務和新場景需求的同時，充分考慮與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡演進路徑的兼容。IPRAN在4G網(wǎng)絡承載上獲得了巨大成功，所以，在4G承載的基礎上對IPRAN網(wǎng)絡進行技術迭代升級，更具有經(jīng)濟性與實操性。而隨著各個運營商網(wǎng)絡的DC化網(wǎng)絡重構，DC將成為主要載體，用于對云化網(wǎng)絡資源的承載，提供計算存儲和轉發(fā)能力。所以，下文將針對中傳和回傳網(wǎng)絡，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)絡來承載云化的核心網(wǎng)與CU資源池，以及通過技術升級與改造后的IPRAN網(wǎng)絡來承載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)絡分層架構
隨著SDN/NFV/云計算等技術的引入，未來網(wǎng)絡將向DC化演進，DC將作為未來網(wǎng)絡主要載體，未來網(wǎng)絡的業(yè)務流量將集中在云化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)設備網(wǎng)元NFV化后部署在DC上，提供計算、存儲和轉發(fā)能力。經(jīng)過DC化重構，電信機房重構為接入局所-邊緣DC-核心DC-省級DC四級結構，而對于無線網(wǎng)絡，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，四級DC網(wǎng)絡結構演進為五級DC網(wǎng)絡結構：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，接入局所充當集中部署場景下的匯聚機房。
5G網(wǎng)絡各網(wǎng)元與DC機房各層級物理部署對應關系如表1所示：
表1 5G網(wǎng)元物理機房部署表
3.2 DC+IPRAN網(wǎng)絡承載架構
目前IPRAN網(wǎng)絡主要用于3G、4G以及政企組網(wǎng)型業(yè)務的承載，在未來網(wǎng)絡演進中，需充分考慮SDN引入，結合DC化網(wǎng)絡重構，IPRAN設備作為專用設備進入各層級DC中部署。
移動網(wǎng)云化是未來演進的主要趨勢，移動網(wǎng)將最終形成控制云、轉發(fā)云和接入云的“三朵云”結構，IPRAN+DC將逐步構建移動網(wǎng)“轉發(fā)云”。5G承載網(wǎng)絡將采用基礎設施、網(wǎng)絡功能和協(xié)同編排的3層組網(wǎng)架構，具體如圖1所示：
圖1 IPRAN網(wǎng)絡承載演進架構圖
A設備原則上部署在接入局所或基站機房，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房，A設備與CU、DU合并部署，A設備與CU連接，該場景沒有中傳網(wǎng)絡；
（2）DU和CU分散，DU分布式部署在基站機房，A設備與DU合并部署，A設備與DU連接，解決DU到CU的中傳網(wǎng)絡傳送；
（3）DU和CU分散，DU集中式部署在接入局所，A設備與DU合并部署，A設備與DU連接，解決DU到CU的中傳網(wǎng)絡傳送。
B設備部署需充分考慮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設備作為專用設備進入邊緣DC，用于回傳網(wǎng)絡承載；
（2）CU云化形成資源池，部署在CO機房，則B設備連接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）以及部分云化的CU資源池，由B設備實現(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)絡承載。
3.3 IPRAN網(wǎng)絡分階段升級改造方案
IPRAN網(wǎng)絡需要分階段進行升級改造，以應對5G網(wǎng)絡大帶寬、低時延和高可靠的業(yè)務需求，以及DC化的承載需求。
邏輯配置上，需結合云的承載需求，引入EPVN、VXLAN等協(xié)議，并通過SDN協(xié)同編排，實現(xiàn)全局路徑統(tǒng)籌、智能配置和調(diào)度。
物理網(wǎng)絡上，IPRAN網(wǎng)絡需考慮分階段升級改造：
（1）5G建設初期，eMBB初步商用
據(jù)初步推測，典型5G單站承載帶寬峰值高達5.8 Gbit·s-1，均值也高達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設備、B設備、ER設備升級支持50 GE、100 GE鏈路。
（2）5G建設中期，eMBB規(guī)模商用。根據(jù)流量變化逐步擴大接入層升級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設備、B設備、ER設備規(guī)模升級支持高速鏈路。
（3）5G建設后期，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設備、B設備、ER設備全面支持高速鏈路以及網(wǎng)絡分片功能。
4 結論
5G網(wǎng)絡的承載，除了帶寬的升級外，還需要引入新的網(wǎng)絡技術和架構。本文針對5G中傳和回傳網(wǎng)絡，提出了DC+IPRAN的云網(wǎng)一體承載解決方案，具體結論如下：
（1）結合DC化網(wǎng)絡重構，5G網(wǎng)絡各網(wǎng)元均部署在五級DC網(wǎng)絡架構中，由DC作為云化網(wǎng)元的主要載體。
（2）5G承載網(wǎng)絡架構采用基礎設施、網(wǎng)絡功能和協(xié)同編排的3層組網(wǎng)架構。IPRAN網(wǎng)絡構建新型的轉發(fā)平面，負責流量轉發(fā)調(diào)度；DC承載網(wǎng)元提供各種網(wǎng)絡功能服務。
（3）為了滿足5G承載需求，IPRAN網(wǎng)絡需要進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承載的基礎上進行技術迭代升級，有效解決5G中傳和回傳網(wǎng)絡承載需求，實現(xiàn)容量平滑擴展、端到端協(xié)同、全景智能、敏捷運營，構筑可持續(xù)演進的5G承載網(wǎng)絡。
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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，現(xiàn)任中睿通信規(guī)劃設計有限公司高級設計項目主管，主要負責數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的咨詢規(guī)劃以及網(wǎng)絡演進的研究工作。
