【摘 要】為了探討5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)承載解決方案，在分析5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新頻譜、新架構(gòu)和新業(yè)務(wù)模式承載需求的基礎(chǔ)上，針對(duì)5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，提出DC+IPRAN云網(wǎng)一體的綜合承載解決方案，從多級(jí)DC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)、DC+IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載架構(gòu)以及IPRAN網(wǎng)絡(luò)分階段升級(jí)改造方案等方面分別展開研究。

【關(guān)鍵詞】5G承載；中傳；回傳；IPRAN；DC

Solution to Midhaul and Backhaul Network Transport of 5G Network

PAN Yongqiu

（Zhongrui Communications Planning & Designing Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China）

[Abstract] In order to discuss the solution to 5G midhaul and backhaul network transport， the new spectrum， architecture and business mode of 5G networks were analyzed. According to 5G midhaul and backhaul networks， a comprehensive solution of DC+IPRAN which integrates cloud and network was proposed. The research was conducted in several aspects including the evolution of multilevel DC network architecture， the DC+IPRAN network carrying architecture and the phased upgrade and reform scheme of IPRAN network.

[Key words]5G transport； midhaul； backhaul； IPRAN； DC

1 引言

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）致力信息與通信技術(shù)的新生態(tài)，相對(duì)于4G，將帶來(lái)全新的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)和商業(yè)模式，創(chuàng)建一個(gè)“萬(wàn)物互聯(lián)”的世界。5G網(wǎng)絡(luò)采用新的空中接口技術(shù)，擬提供大帶寬、低時(shí)延和高可靠的業(yè)務(wù)，主要的應(yīng)用場(chǎng)景包括：面向增強(qiáng)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景（eMBB， Enhance Mobile Broadband）、面向高可靠低時(shí)延通信的應(yīng)用場(chǎng)景（uRLLC， ultra Reliable Low Latency Communication）以及面向海量機(jī)器類通信應(yīng)用場(chǎng)景（mMTC， massive Machine Type of Communication）。本文接下來(lái)將在分析5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新頻譜、新架構(gòu)和新業(yè)務(wù)模式承載需求的基礎(chǔ)上，提出面向5G中傳和回傳的網(wǎng)絡(luò)承載解決方案。

2 5G網(wǎng)絡(luò)承載需求及中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)

2.1 網(wǎng)絡(luò)承載需求

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)換代式演進(jìn)，使用新頻譜、新架構(gòu)和新業(yè)務(wù)模式對(duì)承載網(wǎng)提出大帶寬、低時(shí)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(gè)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(dá)連續(xù)800 MHz。所以，更高頻段、更寬頻譜和新空口技術(shù)使得5G基站帶寬需求大幅度提升，預(yù)計(jì)將達(dá)到LTE 4G的10倍以上。

（2）新架構(gòu)

為了滿足網(wǎng)絡(luò)大帶寬和低時(shí)延的需求，5G網(wǎng)絡(luò)的RAN架構(gòu)和核心網(wǎng)架構(gòu)都發(fā)生了演進(jìn)，RAN網(wǎng)絡(luò)從4G網(wǎng)絡(luò)的BBU+RRU兩級(jí)結(jié)構(gòu)演進(jìn)到CU（集中單元）、DU（分布單元）和AAU（有源天線處理單元）三級(jí)結(jié)構(gòu)。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(luò)劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)：AAU和DU之間是前傳網(wǎng)絡(luò)、DU和CU之間是中傳網(wǎng)絡(luò)、CU以上是回傳網(wǎng)絡(luò)。而核心網(wǎng)演進(jìn)，則由原來(lái)的EPC拆分成New Core和MEC（移動(dòng)邊緣計(jì)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(wù)

5G核心網(wǎng)通過(guò)云化和下移以滿足不同業(yè)務(wù)差異化時(shí)延需求。5G網(wǎng)絡(luò)的三大類應(yīng)用業(yè)務(wù)eMBB、uRLLC和mMTC，分別代表了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、時(shí)延和連接的需求。為了更好地支持不同應(yīng)用需求，5G網(wǎng)絡(luò)將支持網(wǎng)絡(luò)切片能力，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片將會(huì)擁有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)資源和管控能力。

2.2 5G中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)

核心網(wǎng)云化、C/U分離、數(shù)據(jù)面分布式部署，使網(wǎng)絡(luò)更趨扁平化。而承載網(wǎng)隨著RAN架構(gòu)的重構(gòu)，劃分為前傳網(wǎng)絡(luò)、中傳網(wǎng)絡(luò)和回傳網(wǎng)絡(luò)三部分。對(duì)于前傳網(wǎng)絡(luò)的承載，可根據(jù)不同接入條件和場(chǎng)景，靈活選用光纖直驅(qū)、無(wú)源WDM、有源WDM/OTN等方案，前傳網(wǎng)絡(luò)并沒統(tǒng)一承載方案的需求。而中傳、回傳網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于承載網(wǎng)在帶寬、組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡(luò)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(duì)中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)的研究較多，主要集中在IPRAN、PTN以及OTN等技術(shù)應(yīng)用上。

由于在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程，需要在滿足未來(lái)新業(yè)務(wù)和新場(chǎng)景需求的同時(shí)，充分考慮與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路徑的兼容。IPRAN在4G網(wǎng)絡(luò)承載上獲得了巨大成功，所以，在4G承載的基礎(chǔ)上對(duì)IPRAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)迭代升級(jí)，更具有經(jīng)濟(jì)性與實(shí)操性。而隨著各個(gè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的DC化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，DC將成為主要載體，用于對(duì)云化網(wǎng)絡(luò)資源的承載，提供計(jì)算存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)能力。所以，下文將針對(duì)中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，研究提出DC+IPRAN云網(wǎng)一體的綜合承載解決方案，由多級(jí)的DC分層網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載云化的核心網(wǎng)與CU資源池，以及通過(guò)技術(shù)升級(jí)與改造后的IPRAN網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載DU到CU、CU到DC以及DC之間的互聯(lián)互通與承載需求。endprint

3 DC+IPRAN云網(wǎng)一體承載解決方案

3.1 五級(jí)DC網(wǎng)絡(luò)分層架構(gòu)

隨著SDN/NFV/云計(jì)算等技術(shù)的引入，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將向DC化演進(jìn)，DC將作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)主要載體，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量將集中在云化DC。通過(guò)引入邊緣DC（區(qū)縣級(jí)）、核心DC（地市級(jí)）和省級(jí)DC（省級(jí)）的多級(jí)DC部署方案，傳統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)元NFV化后部署在DC上，提供計(jì)算、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)能力。經(jīng)過(guò)DC化重構(gòu)，電信機(jī)房重構(gòu)為接入局所-邊緣DC-核心DC-省級(jí)DC四級(jí)結(jié)構(gòu)，而對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，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(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，四級(jí)DC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演進(jìn)為五級(jí)DC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：基站-接入局所-邊緣DC-核心DC-省級(jí)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(jī)房，若與DU合并部署，則無(wú)需云化；AAU和DU無(wú)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(dāng)集中部署場(chǎng)景下的匯聚機(jī)房。

5G網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)元與DC機(jī)房各層級(jí)物理部署對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示：

3.2 DC+IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載架構(gòu)

目前IPRAN網(wǎng)絡(luò)主要用于3G、4G以及政企組網(wǎng)型業(yè)務(wù)的承載，在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，需充分考慮SDN引入，結(jié)合DC化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，IPRAN設(shè)備作為專用設(shè)備進(jìn)入各層級(jí)DC中部署。

移動(dòng)網(wǎng)云化是未來(lái)演進(jìn)的主要趨勢(shì)，移動(dòng)網(wǎng)將最終形成控制云、轉(zhuǎn)發(fā)云和接入云的“三朵云”結(jié)構(gòu)，IPRAN+DC將逐步構(gòu)建移動(dòng)網(wǎng)“轉(zhuǎn)發(fā)云”。5G承載網(wǎng)絡(luò)將采用基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)同編排的3層組網(wǎng)架構(gòu)，具體如圖1所示。

A設(shè)備原則上部署在接入局所或基站機(jī)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(jī)房，A設(shè)備與CU、DU合并部署，A設(shè)備與CU連接，該場(chǎng)景沒有中傳網(wǎng)絡(luò)；

（2）DU和CU分散，DU分布式部署在基站機(jī)房，A設(shè)備與DU合并部署，A設(shè)備與DU連接，解決DU到CU的中傳網(wǎng)絡(luò)傳送；

（3）DU和CU分散，DU集中式部署在接入局所，A設(shè)備與DU合并部署，A設(shè)備與DU連接，解決DU到CU的中傳網(wǎng)絡(luò)傳送。

B設(shè)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(shè)備作為專用設(shè)備進(jìn)入邊緣DC，用于回傳網(wǎng)絡(luò)承載；

（2）CU云化形成資源池，部署在CO機(jī)房，則B設(shè)備連接CU資源池，回傳到就近的邊緣DC；

（3）邊緣DC需同時(shí)承載MEC、CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）以及部分云化的CU資源池，由B設(shè)備實(shí)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(luò)承載。

城域ER、省級(jí)ER主要用于核心DC和省級(jí)DC的承載，解決MEC到New Core以及New Core到New Core的回傳網(wǎng)絡(luò)承載。

3.3 IPRAN網(wǎng)絡(luò)分階段升級(jí)改造方案

IPRAN網(wǎng)絡(luò)需要分階段進(jìn)行升級(jí)改造，以應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、低時(shí)延和高可靠的業(yè)務(wù)需求，以及DC化的承載需求。

邏輯配置上，需結(jié)合云的承載需求，引入EPVN、VXLAN等協(xié)議，并通過(guò)SDN協(xié)同編排，實(shí)現(xiàn)全局路徑統(tǒng)籌、智能配置和調(diào)度。

物理網(wǎng)絡(luò)上，IPRAN網(wǎng)絡(luò)需考慮分階段升級(jí)改造：

（1）5G建設(shè)初期，eMBB初步商用

據(jù)初步推測(cè)，典型5G單站承載帶寬峰值高達(dá)

5.8 Gbit·s-1，均值也高達(dá)3.4 Gbit·s-1。如果按照10個(gè)基站組一個(gè)環(huán)來(lái)計(jì)算，帶寬均值達(dá)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(yīng)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(diǎn)地區(qū)接入環(huán)需升級(jí)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(shè)備、B設(shè)備、ER設(shè)備升級(jí)支持50 GE、100 GE鏈路。

（2）5G建設(shè)中期，eMBB規(guī)模商用。根據(jù)流量變化逐步擴(kuò)大接入層升級(jí)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(shè)備、B設(shè)備、ER設(shè)備規(guī)模升級(jí)支持高速鏈路。

（3）5G建設(shè)后期，mMTC和uRLLC商用。全網(wǎng)流量快速增長(zhǎng)，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(shè)備、B設(shè)備、ER設(shè)備全面支持高速鏈路以及網(wǎng)絡(luò)分片功能。

4 結(jié)論

5G網(wǎng)絡(luò)的承載，除了帶寬的升級(jí)外，還需要引入新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和架構(gòu)。本文針對(duì)5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)，提出了DC+IPRAN的云網(wǎng)一體承載解決方案，具體結(jié)論如下：

（1）結(jié)合DC化網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，5G網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)元均部署在五級(jí)DC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，由DC作為云化網(wǎng)元的主要載體。

（2）5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)同編排的3層組網(wǎng)架構(gòu)。IPRAN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建新型的轉(zhuǎn)發(fā)平面，負(fù)責(zé)流量轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度；DC承載網(wǎng)元提供各種網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。

（3）為了滿足5G承載需求，IPRAN網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行分階段的升級(jí)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(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)迭代升級(jí)，有效解決5G中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)承載需求，實(shí)現(xiàn)容量平滑擴(kuò)展、端到端協(xié)同、全景智能、敏捷運(yùn)營(yíng)，構(gòu)筑可持續(xù)演進(jìn)的5G承載網(wǎng)絡(luò)。

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