崔高朋，曹曙光，吳 劍

（河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，鄭州 450008）

1 引言

5G 的是在當(dāng)前高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)需求的促進(jìn)下應(yīng)運(yùn)而生的，多連接、高可靠、低時(shí)延、大帶寬成為了5G 的顯著特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的5G 網(wǎng)絡(luò)，極大的縮短了人與人、人與物、物與物之間的距離，打破信息通信中時(shí)空和地域的限制，讓用戶體驗(yàn)順暢、快捷、方便。

5G 網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)正逐步完善，5G 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)也在建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)的部署也逐步被提上日程，5G 承載網(wǎng)的建設(shè)各運(yùn)營(yíng)商也在逐步推進(jìn)：中國(guó)聯(lián)通發(fā)布《中國(guó)聯(lián)通5G 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)白皮書》并把物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)納入到滾動(dòng)規(guī)劃中；中國(guó)電信發(fā)布《5G 時(shí)代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書》，中國(guó)移動(dòng)推進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò)的部署工作。本文通過(guò)對(duì)5G 網(wǎng)絡(luò)中傳、回傳流量分析，研究5G 傳輸承載網(wǎng)的建設(shè)模型。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)RAN 架構(gòu)

支持5G 新空口的gNB 可采用集中單元（CU）、分布單元（DU）和有源天線單元（AAU）三級(jí)結(jié)構(gòu)。

CU（Central Unit，集中單元）實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧高層控制和數(shù)據(jù)功能，涉及的主要協(xié)議層包括控制面的RRC 功能和用戶面的IP、SDAP（業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用單元）、PDCP（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）子層功能；

DU（Distributed Unit，分布式單元）實(shí)現(xiàn)射頻處理功能和RLC（無(wú)線鏈路控制）、MAC（媒質(zhì)接入控制）以及PHY（物理層）等基帶處理功能。

AAU 主要包含底層物理層（PHY-L）和射頻（RF）。

5G RAN 的CU 和DU 存在多種部署方式。當(dāng)CU、DU 合設(shè)時(shí)，5G 與4G 結(jié)構(gòu)類似，相應(yīng)承載也只有前傳和回傳兩級(jí)，當(dāng)5G 基站的CU、DU 分設(shè)時(shí)，傳輸承載網(wǎng)將比CU、DU 合設(shè)時(shí)多了中傳一級(jí)，會(huì)演變成前傳、中傳和回傳三級(jí)，如下圖所示。

圖1 4G/5G RAN架構(gòu)示意圖

3 NGMN 帶寬規(guī)劃原則

根據(jù)NGMN 的建議，基站帶寬存在均值帶寬和峰值帶寬。

均值帶寬：是指某一基站下有很多用戶同時(shí)存在，此多用戶的位置、信號(hào)會(huì)不相同，多個(gè)用戶同時(shí)會(huì)進(jìn)行基站資源的爭(zhēng)奪，當(dāng)基站帶寬趨向一個(gè)穩(wěn)定的平均值時(shí)，此平均值稱為均值帶寬。

峰值帶寬：是指某一基站下僅有少數(shù)用戶，用戶可以占用該基站小區(qū)的所有帶寬資源，基站帶寬將會(huì)處于一個(gè)峰值，稱為峰值帶寬。

單站峰值帶寬=單小區(qū)峰值+均值×（N-1），單站均值帶寬=單小區(qū)均值×N。

按NGMN 的規(guī)劃，均值與峰值的比將在1：3-1：6之間。因下行帶寬比上行帶寬大3-5倍，工程實(shí)踐中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬規(guī)劃時(shí)，僅注意下行帶寬即可。

帶寬規(guī)劃方法有以下兩種：

（1）按基站顆粒度進(jìn)行測(cè)算

承載網(wǎng)帶寬需求=單基站帶寬×覆蓋基站數(shù)×經(jīng)驗(yàn)收斂比。

部分運(yùn)營(yíng)商規(guī)劃端到端收斂比為4：3：2，而部分廠家規(guī)劃端到端收斂比為3：1。實(shí)際測(cè)算中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況選取不同的經(jīng)驗(yàn)收斂比。

（2）按用戶顆粒度進(jìn)行測(cè)算

是基于用戶平均帶寬和用戶規(guī)模為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)算的，承載網(wǎng)根據(jù)數(shù)據(jù)流量情況，按需擴(kuò)容。

4 5G 流量帶寬分析及中傳回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模型

4.1 單基站承載流量帶寬需求

目前5G 基站帶寬需求暫不區(qū)分業(yè)務(wù)類型，考慮到不同廠商和不同設(shè)備的5G 基站能力存在一定差異，本文選擇假設(shè)的5G 單基站模型配置參數(shù)作為評(píng)估基準(zhǔn)，參考NGMN 帶寬評(píng)估原則得出的單基站帶寬需求見(jiàn)下表。

表1 5G低頻和高頻單基站參數(shù)及承載帶寬需求

4.2 中傳回傳流量帶寬需求及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模型

本文按照網(wǎng)絡(luò)不同層級(jí)的數(shù)據(jù)流量來(lái)選取帶寬收斂比、不同網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、口字型結(jié)構(gòu)上連個(gè)數(shù)、單基站配置等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行估算，并按照CRAN 部署方式、一般流量和熱點(diǎn)流量等對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了區(qū)分。假設(shè)的參數(shù)為：

（1）假設(shè)業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)，核心層、匯聚層、接入層不同承載網(wǎng)層面的帶寬收斂比取為1：4：8。

（2）模型I，匯聚層節(jié)點(diǎn)環(huán)形組網(wǎng)：見(jiàn)下圖。

圖2 帶寬需求估算參考模型I

（3）模型II，匯聚層節(jié)點(diǎn)口字型上連組網(wǎng)，見(jiàn)下圖。

圖3 帶寬需求估算參考模型Ⅱ

在CRAN 部署方式下，一般流量場(chǎng)景按照單節(jié)點(diǎn)單基站接入5個(gè)5G 低頻站點(diǎn)測(cè)算；熱點(diǎn)流量場(chǎng)景按照單節(jié)點(diǎn)接入20個(gè)5G低頻站點(diǎn)測(cè)算，見(jiàn)下圖。

圖4 CRAN網(wǎng)絡(luò)參考模型I

圖5 CRAN網(wǎng)絡(luò)參考模型II

本文假設(shè)在CRAN 一般流量場(chǎng)景和熱點(diǎn)流量場(chǎng)景，基站分別在綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)接入。模型I 和模型II 相應(yīng)CRAN帶寬需求評(píng)估結(jié)果分別見(jiàn)下表。

表2 CRAN承載網(wǎng)回傳帶寬需求評(píng)估（模型I）

表3 CRAN承載網(wǎng)回傳帶寬需求評(píng)估（模型Ⅱ）

從測(cè)算結(jié)果可以看出，CRAN 小集中時(shí)要求接入環(huán)容量在50G 量級(jí)、匯聚和核心層在N×100/400G 量級(jí)；CRAN 大集中時(shí)要求接入、匯聚和核心層N×100/400G 量級(jí)。

中傳主要實(shí)現(xiàn)DU 和CU 之間的流量承載，相當(dāng)于回傳網(wǎng)絡(luò)中接入層流量帶寬需求。5G 承載前傳、中傳、回傳（接入、匯聚、核心）的典型帶寬需求相對(duì)4G 增加非常明顯，具體見(jiàn)下表。

表4 5G承載帶寬需求評(píng)估

為了在5G 建網(wǎng)初期有效的保護(hù)原有投資，平穩(wěn)過(guò)度，建議采用分組設(shè)備升級(jí)方案或PeOTN+分組方案作為中傳回傳傳輸網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)方案，中傳傳輸網(wǎng)絡(luò)多采用環(huán)形、“口”字型、雙上聯(lián)結(jié)構(gòu)，回傳傳輸網(wǎng)絡(luò)多采用“口”字型和、雙上聯(lián)結(jié)構(gòu)。

4.3 分組升級(jí)方案

因單站網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口速率升級(jí)到10GE，接入層以新分組設(shè)備組建新網(wǎng)絡(luò)，由下至上逐步過(guò)渡到新分組綜合承載網(wǎng)絡(luò)。

圖6 分組網(wǎng)絡(luò)升級(jí)演進(jìn)方案示意圖

5G 站點(diǎn)建設(shè)初期，接入層以替換新分組設(shè)備為主，接入點(diǎn)需以新分組設(shè)備組建10GE 環(huán)路，以“口”字型或雙上聯(lián)方式上聯(lián)至現(xiàn)有分組匯聚設(shè)備。若出現(xiàn)核心匯聚層業(yè)務(wù)流量超過(guò)系統(tǒng)容量的45%時(shí)，可以通過(guò)捆綁10GE 鏈路，增大系統(tǒng)帶寬的方式解決；對(duì)于核心匯聚層設(shè)備10GE 端口、設(shè)備槽位或交叉能力不足時(shí)，可根據(jù)機(jī)房和電源條件替換或升級(jí)新核心匯聚分組設(shè)備。

5G 建設(shè)中期，根據(jù)5G 業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，接入點(diǎn)可以按需組建25/50GE 環(huán)路，采用25/50GE 接口以“口”字型或雙上聯(lián)方式上聯(lián)至核心匯聚層分組設(shè)備。核心匯聚層采用100GE 端口組網(wǎng)。

5G 建設(shè)后期，根據(jù)5G 業(yè)務(wù)發(fā)展情況，對(duì)承載網(wǎng)按需擴(kuò)容，接入點(diǎn)可以組建100GE 環(huán)路；核心匯聚層全部替換為新分組設(shè)備。并在核心匯聚層部署SR 和EVPN 等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)SDN 控制，簡(jiǎn)化和優(yōu)化路由性能。

4.4 PeOTN+分組方案

本方案中PeOTN 系統(tǒng)作為5G 業(yè)務(wù)中傳回傳的接入層，分組網(wǎng)絡(luò)為核心匯聚層，業(yè)務(wù)L3轉(zhuǎn)發(fā)由核心匯聚層分組設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

本方案示意圖如下所示。

圖7 業(yè)務(wù)組織方案示意圖

5G 業(yè)務(wù)在接入層組織方案：接入層采用以太網(wǎng)虛擬專線（EVPL）的方式承載5G 基站業(yè)務(wù)，接入節(jié)點(diǎn)采用靜態(tài)PW+隧道方式建立EVPL 至匯聚節(jié)點(diǎn)。PeOTN 設(shè)備與分組設(shè)備對(duì)接方案：核心匯聚層分組網(wǎng)絡(luò)內(nèi)配置L3VPN，在匯聚層分組設(shè)備中通過(guò)L2與L3橋接方式，將5G 基站業(yè)務(wù)橋接進(jìn)L3VPN 中進(jìn)行承載。PeOTN 設(shè)備與分組設(shè)備對(duì)接時(shí)，可以采用“口”字型連接，也可以采用雙上聯(lián)方式。5G 業(yè)務(wù)在核心匯聚層的組織方案：

5G 業(yè)務(wù)在核心匯聚層采用L3VPN 方式承載，后期可按需引入EVPN 和FlexE 技術(shù)。基站的IP 地址、PeOTN 設(shè)備和分組設(shè)備的IP 地址可以統(tǒng)一由傳輸專業(yè)進(jìn)行分配和維護(hù)。5G 傳送承載網(wǎng)后期，將會(huì)全面引入SDN 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)從核心到接入、從分組到PeOTN 的端到端智能管控和靈活調(diào)度。PeOTN+分組方案是基于現(xiàn)有成熟技術(shù)的一種方案，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，5G承載網(wǎng)絡(luò)將逐步演變成一種智能、靈活、高效的承載網(wǎng)絡(luò)。