董勁松(中國(guó)聯(lián)通吉林分公司,吉林長(zhǎng)春 130000)
2019 年是中國(guó)5G 商用元年,中國(guó)正式邁進(jìn)第五代移動(dòng)通信時(shí)代。5G 三大典型應(yīng)用場(chǎng)景業(yè)務(wù)(eMBB、uRLLC、mMTC)的主要特性是大帶寬、低時(shí)延、高可靠和海量連接。這對(duì)新一代承載網(wǎng)在帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性方面提出了新的挑戰(zhàn)。為了提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率,深入研究承載網(wǎng)的架構(gòu)以滿足5G等不同業(yè)務(wù)的承載需求,推進(jìn)以客戶為中心、功能融合、架構(gòu)扁平化的下一代承載網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)成了共同關(guān)注的話題。
無(wú)線承載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)歷了淘汰、選擇、歸一,逐步發(fā)展成為現(xiàn)有的形式。1990 年左右出現(xiàn)的第一代移動(dòng)通信系統(tǒng),主要提供語(yǔ)音通信,無(wú)線基站接口以E1為主,通過PDH 傳輸網(wǎng)絡(luò)承載;第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)提供語(yǔ)音的同時(shí)開始提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),無(wú)線基站接口仍是E1,主要通過SDH 傳輸網(wǎng)絡(luò)承載;2008 年左右出現(xiàn)的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng),主要提供語(yǔ)音、高速數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。無(wú)線基站接口主要是E1 和FE,通過MSTP 傳輸網(wǎng)絡(luò)承載,并且逐漸切換為PTN 網(wǎng)絡(luò)承載。2013 年左右出現(xiàn)的第四代移動(dòng)通信系統(tǒng),主要提供語(yǔ)音、高速數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以及視頻業(yè)務(wù)。無(wú)線基站接口主要是GE,通過IPRAN/PTN 網(wǎng)絡(luò)承載,傳送承載網(wǎng)的位置如圖1 所示。隨無(wú)線技術(shù)更新,無(wú)線承載網(wǎng)迎來(lái)5G時(shí)代的IP RAN2.0/SPN/M-OTN技術(shù)。
圖1 傳送承載網(wǎng)的位置
IP RAN 承載網(wǎng)絡(luò)采用核心層、匯聚層、接入層3層組網(wǎng)結(jié)構(gòu),典型拓?fù)鋱D如圖2 所示。核心層結(jié)構(gòu)和局點(diǎn)保持相對(duì)穩(wěn)定,P 設(shè)備設(shè)置一步到位。匯聚層主要包括匯聚P 設(shè)備和匯聚層B1 設(shè)備。匯聚P 層的建設(shè)主要是為了收斂B1設(shè)備上行的流量和端口,以此減少B1 設(shè)備對(duì)市(縣)/城域波分資源的大量消耗,節(jié)約建設(shè)投資。接入層原則上采用裸光纖直連,對(duì)于距離過長(zhǎng)或者已無(wú)纖芯的段落采用波分承載。用A1 設(shè)備組網(wǎng)時(shí),只能組成單GE 環(huán)。A2 設(shè)備速率采用10GE,需要串聯(lián)成環(huán)或雙歸。當(dāng)LTE BBU≤10,采用A1 設(shè)備,當(dāng)LTE BBU>10,優(yōu)先考慮A2設(shè)備,不能采用交換匯聚BBU 后再接入B 設(shè)備的組網(wǎng)方式。當(dāng)前IP RAN網(wǎng)絡(luò)提供基站BBU 池和政企專線等多業(yè)務(wù)綜合接入承載,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理與資源集中管控。在城區(qū)政企A2 專用,體現(xiàn)了寬帶充裕、節(jié)點(diǎn)安全的優(yōu)點(diǎn)。郊縣及農(nóng)村采用無(wú)線和政企的綜合承載,以此節(jié)約纖芯資源和投資。
IP RAN 網(wǎng)絡(luò)承載需要滿足3G/4G/5G 移動(dòng)業(yè)務(wù)承載、政企以太專線、本地云專線及長(zhǎng)途云專線、CN2 VPN 業(yè)務(wù)的延伸接入以及承接本地網(wǎng)DCI/本地云間高速流量。
1.3.1 接入層A設(shè)備
通過對(duì)省會(huì)城市聯(lián)通城區(qū)約350 個(gè)接入環(huán)(約1.1萬(wàn)BBU)取樣分析,平均單環(huán)峰值流量640 Mbit/s,均值流量約390 Mbit/s。按照5G 流量約為4G 流量5~10 倍估算,5G接入環(huán)需采用10GE以上端口,才能滿足大多數(shù)地(市)需求?,F(xiàn)4G承載網(wǎng)所承載的無(wú)線基站、室分接入層都是采用盒式的A1 設(shè)備,68%光端口為GE 端口,32%的光端口為10GE端口,不能滿足5G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。
1.3.2 匯聚層B設(shè)備
匯聚設(shè)備情況:現(xiàn)網(wǎng)核心設(shè)備以8槽位為主,總槽位利用率為45%,網(wǎng)絡(luò)冗余端口為35%左右。核心設(shè)備均是200G平臺(tái),具備可演進(jìn)能力。匯聚設(shè)備端口基本為10GE 端口,并且冗余的10GE 端口較多。結(jié)合接入環(huán)10GE 組網(wǎng),可利舊部分10GE 端口接入。具備單端口100G的擴(kuò)容能力。
1.3.3 P設(shè)備
匯聚P設(shè)備情況:現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過整改,基本已經(jīng)消除匯聚P設(shè)備,現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的只有1到2臺(tái)。
城域P 設(shè)備情況:已建設(shè)的城域P 設(shè)備上聯(lián)省匯聚路由器的帶寬主要是通過波分/裸線進(jìn)行連接,采用n×10GE 的鏈路,在5G 建設(shè)初期能通過擴(kuò)容100GE 端口滿足5G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求,而同時(shí)也需要配套建設(shè)能承載100G 帶寬的OTN 設(shè)備。在5G 規(guī)模建設(shè)階段,5G的業(yè)務(wù)量會(huì)迅速增長(zhǎng),并將在本地核心層部署MEC,因此還需要增加城域P設(shè)備。
圖2 典型地(市)IP RAN承載網(wǎng)拓?fù)涫疽鈭D
總之,IP RAN 承載網(wǎng)存在如下問題。
a)核心匯聚層多為新建,設(shè)備投資大,且目前核心匯聚機(jī)房電源、機(jī)房空間及光纜資源緊張,部分核心匯聚分局無(wú)法滿足新建設(shè)備需求。
b)接入層設(shè)備均為新建,市區(qū)內(nèi)基站光纜及電源無(wú)法滿足新建設(shè)備需求,縣、鄉(xiāng)、農(nóng)村波分投資過大。
c)建設(shè)周期長(zhǎng),無(wú)法滿足2020 年5G 基站的大規(guī)模建設(shè)需求。
d)中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信5G 共建共享,建設(shè)方與共享方IP RAN網(wǎng)絡(luò)對(duì)接問題亟待解決。
4G IP RAN 承載業(yè)務(wù)有2G/3G/4G 業(yè)務(wù)、專線業(yè)務(wù)以及云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)和動(dòng)環(huán)監(jiān)控。5G 對(duì)承載網(wǎng)提出了更高、更多的需求,5G IP RAN 通過需增加新功能,提高了性能,滿足5G 等多業(yè)務(wù)綜合承載需求,5G 承載網(wǎng)需求如圖3所示。
承載網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)包括帶寬、時(shí)延、時(shí)鐘同步等,從理論指標(biāo)分析來(lái)看,5G 網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于4G 網(wǎng)絡(luò)主要變化如下:
a)5G 基站帶寬需求大幅提升,預(yù)計(jì)為4G 帶寬的10~100倍。
b)端到端時(shí)延需求縮短,主要體現(xiàn)在uRLLC超低時(shí)延業(yè)務(wù),eMBB及mMTC業(yè)務(wù)相對(duì)于4G變化不大。
5G 承載網(wǎng)的帶寬需求除了考慮理論需求值外,還需綜合分析用戶行為、用戶滲透率及新業(yè)務(wù)引入速度等相關(guān)因素。IP RAN 承載網(wǎng)接入層鏈路測(cè)算如表1所示,5G 基站峰值按3.36G 計(jì),均值初期按300M 計(jì)、中期按700M計(jì)。
IP RAN 承載網(wǎng)匯聚核心層鏈路測(cè)算如表2 所示,B 和P 設(shè)備帶基站數(shù)量多,要求高度收斂,匯聚和核心上行鏈路易于擴(kuò)容,鏈路按照實(shí)際流量需求逐步建設(shè)。
圖3 5G承載網(wǎng)需求
表1 IP RAN承載網(wǎng)接入層鏈路測(cè)算
表2 IP RAN承載網(wǎng)匯聚核心層鏈路測(cè)算
5G 承載網(wǎng)另一關(guān)鍵需求為可靠的超低時(shí)延業(yè)務(wù)。目前4G IP RAN 現(xiàn)網(wǎng)可滿足5G 大部分業(yè)務(wù)的時(shí)延需求,對(duì)于時(shí)延要求嚴(yán)格的業(yè)務(wù)(如uRLLC),可通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的調(diào)整(按需核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)下沉)滿足業(yè)務(wù)低時(shí)延需求。
考慮到4G和5G 網(wǎng)絡(luò)之間將在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍需要互相協(xié)作,3GPP 定義了獨(dú)立組網(wǎng)(SA)和非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA)2 種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),并且提出了4G 和5G 混合承載需求。
在SA 組網(wǎng)方式下,4G 和5G 是2 種獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò),為了保持業(yè)務(wù)連續(xù)性,現(xiàn)網(wǎng)的4G 基站和EPC 需要升級(jí)來(lái)支持跨核心網(wǎng)的移動(dòng)性。考慮到新型業(yè)務(wù)支持和擴(kuò)展能力,5G SA 方案的承載網(wǎng)絡(luò)可獨(dú)立新建,在核心層實(shí)現(xiàn)4G 和5G 核心網(wǎng)元之間的互通,也可結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求采用4G 和5G 承載網(wǎng)絡(luò)混合組建。
在NSA 組網(wǎng)方式下,原4G 和5G 形成了混合網(wǎng)絡(luò),單純的NG-eNB 網(wǎng)絡(luò)不能全面支持5G 全業(yè)務(wù),尤其是低時(shí)延要求的業(yè)務(wù)??梢韵鲁敛糠趾诵木W(wǎng)功能,改善部分低時(shí)延要求業(yè)務(wù)的體驗(yàn),減少基站與核心網(wǎng)之間的傳輸時(shí)延,對(duì)于承載網(wǎng)絡(luò),4G 和5G 混合承載的組網(wǎng)方案勢(shì)在必行,成為必不可少的選擇。
5G 承載網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)4G/5G 業(yè)務(wù)及政企專線業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載,5G 業(yè)務(wù)承載場(chǎng)景如圖4 所示。在流量模型方面,DC 間流量一般是東、西向,用戶到網(wǎng)關(guān)流量是南、北向;在大帶寬方面,網(wǎng)絡(luò)按需引入25GE/50GE/100GE/200GE端口;在低時(shí)延方面,uRLLC網(wǎng)關(guān)下沉到邊緣DC,提供低時(shí)延業(yè)務(wù)保障;在差異化多業(yè)務(wù)承載能力(網(wǎng)絡(luò)分片)方面,網(wǎng)絡(luò)具備資源共享軟分片(VPN+QoS)和硬分片(FlexE+SR-TE)能力,提供eMBB、mMTC、uRLLC、政企專線等業(yè)務(wù)差異化承載能力;在SDN 智能管控方面,網(wǎng)絡(luò)引入EVPN/SR 技術(shù),實(shí)現(xiàn)基于SDN智能管控的回傳。
圖4 5G業(yè)務(wù)承載場(chǎng)景
IP RAN網(wǎng)絡(luò)各層設(shè)備部署位置建議如表3所示。
表3 各層設(shè)備部署位置建議表
2.2.1 針對(duì)市區(qū)范圍
a)城域P設(shè)備設(shè)置在市區(qū)核心機(jī)樓(樞紐樓)。
b)針對(duì)本省情況,可不設(shè)置匯聚P 設(shè)備,簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層級(jí),使網(wǎng)絡(luò)扁平化。
c)B 設(shè)備部署在一般機(jī)樓及以上層面,一般不建議部署到綜合業(yè)務(wù)局站或以下層面;在A設(shè)備數(shù)量大,光纜路由限制物理成環(huán)情況下,少量B 類設(shè)備也可以下移到市區(qū)的綜合業(yè)務(wù)局所。
d)綜合業(yè)務(wù)局站部署A2 設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)4G/5G/政企專線的綜合接入。
e)接入局所按需部署A1 或A2 設(shè)備,如無(wú)業(yè)務(wù)需求,也可不部署IP RAN設(shè)備。
2.2.2 縣/鎮(zhèn)范圍內(nèi)
a)縣城中心機(jī)樓(屬于一般機(jī)樓)部署一對(duì)匯聚P設(shè)備,匯聚各鎮(zhèn)B 設(shè)備對(duì)后,上聯(lián)城域P 設(shè)備。該匯聚P 設(shè)備可以兼做縣城B 設(shè)備,直接接入縣城的A 設(shè)備,鄉(xiāng)鎮(zhèn)B設(shè)備可部署在綜合業(yè)務(wù)局。
b)一般鄉(xiāng)鎮(zhèn)各設(shè)置一對(duì)B 設(shè)備(設(shè)置于綜合業(yè)務(wù)局站),接入鄉(xiāng)鎮(zhèn)及下屬村的A設(shè)備。鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合業(yè)務(wù)局站同時(shí)需設(shè)置A2設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)4G/5G/政企專線的綜合接入。
c)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村的接入局所按需部署A1 或A2 設(shè)備,如無(wú)業(yè)務(wù)需求,也可不部署IP RAN設(shè)備。
基于5G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載網(wǎng)的需求,對(duì)采用IP RAN 技術(shù)的5G/4G承載網(wǎng)共存互通、演進(jìn)發(fā)展方向進(jìn)行分析,提出一些方案建議。
5G RAN 組網(wǎng)方式分為D-RAN(CU/DU分散)、CRAN(CU/DU 集中)2種場(chǎng)景模式。
3.1.1 C-RAN接入層
C-RAN 接入層設(shè)備演進(jìn)方案有利舊原A2 設(shè)備、節(jié)點(diǎn)替換、替換+旁掛以及新建接入環(huán)4種模式,如圖5所示。
圖5 C-RAN接入層A1/A2設(shè)備演進(jìn)方案
利舊原A2 設(shè)備適用于適合4G 和5G 的BBU 均較少(如<10)的場(chǎng)景;節(jié)點(diǎn)替換適合4G BBU 較少(如<10)的場(chǎng)景;替換+旁掛方式適合4G BBU 數(shù)量較多(如10~20)的場(chǎng)景;新建接入環(huán)適合4G BBU 多(如>20)的場(chǎng)景。在BBU 集中(C-RAN)模式下,BBU/DU 一般位于機(jī)樓或綜合業(yè)務(wù)局站,纖芯資源可滿足新建接入環(huán)需求(部分節(jié)點(diǎn)甚至和B 設(shè)備對(duì)同機(jī)房),演進(jìn)建議如下:
a)一般情況下,在BBU 同機(jī)房部署新A2 設(shè)備接入5G BBU。4G BBU 較多的場(chǎng)景,保持原有A2設(shè)備接入不變(模式4);4G BBU 較少的場(chǎng)景,可割接到新A2設(shè)備統(tǒng)一接入(模式2/3)。
b)4G 和5G 的BBU 均較少(如<10)的情況下,可利舊現(xiàn)有A2 設(shè)備組建10GE 環(huán);同時(shí)接入4G 和5G 的BBU(模式1)。
3.1.2 D-RAN接入層
a)A1 設(shè)備演進(jìn)方案。D-RAN 接入層A1 設(shè)備演進(jìn)方案有節(jié)點(diǎn)替換和新建接入環(huán)2種。節(jié)點(diǎn)替換方案適應(yīng)于基站光纜纖芯資源不足,B 設(shè)備業(yè)務(wù)端口資源緊張的場(chǎng)景。新建接入環(huán)方案適合基站光纜纖芯資源和B 設(shè)備業(yè)務(wù)端口資源都充足的場(chǎng)景。近期,基站光纜纖芯資源和B 設(shè)備端口資源充足的場(chǎng)景,可采用新建環(huán)模式。中遠(yuǎn)期,逐步采用10GE 環(huán)統(tǒng)一接入4G/5G基站。
b)A2 設(shè)備演進(jìn)方案。D-RAN 接入層A2 設(shè)備演進(jìn)方案分為:增配10GE子卡、升級(jí)160G主控板以支持50GE 2 種方式。增配10GE 子卡適用于絕大部分采用A2 接入的D-RAN 場(chǎng)景;升級(jí)160G 主控板以支持50GE 方式適用于可明確預(yù)見5G 流量超大的D-RAN場(chǎng)景。
現(xiàn)網(wǎng)采用A2 接入分散式4G BBU 場(chǎng)景的站點(diǎn),建議使用模式1 承載D-RAN 模式的5G 基站,通過A2 設(shè)備增配10GE 子卡升級(jí)為10GE 環(huán),并同時(shí)接入4G 和5G 基站。未來(lái),如個(gè)別區(qū)域帶寬能力不足的,再按需升級(jí)為25GE/50GE環(huán)。A設(shè)備規(guī)格能力如表4所示。
表4 A設(shè)備規(guī)格型號(hào)對(duì)比表
B 設(shè)備演進(jìn)方案如圖6 所示。如現(xiàn)網(wǎng)為B1 設(shè)備,可采用B1(3槽)增配板卡(模式1),B2/新B(8槽)替換原B1(3 槽)(模式2),新建B2/新B(8 槽)設(shè)備對(duì)(模式3)3種模式。模式1適合業(yè)務(wù)量小的郊區(qū)或偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、目前設(shè)備尚有空余槽位場(chǎng)景;模式2 適合現(xiàn)網(wǎng)為B1 設(shè)備的大部分場(chǎng)景;模式3 適合現(xiàn)網(wǎng)為B1 設(shè)備且全省B設(shè)備數(shù)量不大的場(chǎng)景。其中,模式2 優(yōu)點(diǎn)明顯,8 槽能力擴(kuò)展強(qiáng),能滿足中長(zhǎng)期帶寬增長(zhǎng)要求,且不新增B設(shè)備數(shù)量。
如現(xiàn)網(wǎng)為B2 設(shè)備,則采用原B2 設(shè)備新增板卡模式,適合現(xiàn)網(wǎng)為B2設(shè)備的大部分場(chǎng)景。
圖6 B設(shè)備演進(jìn)方案
演進(jìn)建議,現(xiàn)網(wǎng)為B2 設(shè)備的場(chǎng)景,通過新增相應(yīng)業(yè)務(wù)板卡滿足4G/5G 承載?,F(xiàn)網(wǎng)為B1的場(chǎng)景,原則上采用B2或新B設(shè)備(8槽)原址替換原B1設(shè)備(3槽)。
B設(shè)備的規(guī)格型號(hào)如表5所示。
表5 B設(shè)備型號(hào)規(guī)格對(duì)比
城域/匯聚P設(shè)備演進(jìn)分為擴(kuò)容P鏈路和替換城域P 節(jié)點(diǎn),擴(kuò)容匯聚P 上行鏈路2 種方式,如圖7 所示。擴(kuò)容P 鏈路適合原有城域P 容量滿足帶寬增長(zhǎng)需求,具備利舊原設(shè)備空閑槽位,滿足5G 初期承載要求優(yōu)勢(shì),但隨帶寬增長(zhǎng),原城域P 可能出現(xiàn)端口和容量不足。替換城域P 節(jié)點(diǎn)和擴(kuò)容匯聚P 上行鏈路,適合業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)大的本地網(wǎng)。這種本地網(wǎng)有B 或匯聚P 上行端口速率快速擴(kuò)容到50GE/100GE 的需求。引入新城域P 設(shè)備,可以滿足未來(lái)長(zhǎng)期需求。城域P 替換過程需要割接LTE業(yè)務(wù)。
演進(jìn)建議,匯聚P原則上采用8槽設(shè)備(原B2設(shè)備或新B/匯聚P 設(shè)備),按需擴(kuò)容,目前可暫保持現(xiàn)有城域P/省級(jí)P設(shè)備不變,按需擴(kuò)容端口;未來(lái)不能滿足流量增長(zhǎng)需求時(shí),按需逐步替換成新城域P/省級(jí)P設(shè)備。
IP RAN現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備演進(jìn)方案小結(jié)如表6所示。
為實(shí)現(xiàn)1+1>2,多快好省建5G,中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通在全國(guó)區(qū)域的5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)及承載網(wǎng)上開展共建共享。作為北方承建省份,吉林省聯(lián)通承擔(dān)無(wú)線網(wǎng)與承載網(wǎng)的主要建設(shè)任務(wù)。共建共享網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8所示。
圖7 城域/匯聚P設(shè)備演進(jìn)方案
表6 IP RAN現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備演進(jìn)方案
升級(jí)后,IP RAN 網(wǎng)絡(luò)具備5G 初期及中期的承載能力,接入層提供10G 端口,匯聚、核心按需開通10G/50G/100G 鏈路,同時(shí)打通中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通承載網(wǎng)絡(luò),形成雙網(wǎng)互通,中國(guó)聯(lián)通為主的局面。面對(duì)5G 可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速轉(zhuǎn)身,引領(lǐng)、推動(dòng)5G 的建設(shè)給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更低的建設(shè)成本、更高效的網(wǎng)絡(luò)利用率,同時(shí)做好2 家的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支撐,在5G 時(shí)代可以更好地與同城友商開展競(jìng)爭(zhēng),實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)效益最大化,符合雙方的利益。
圖8 共建共享網(wǎng)絡(luò)示意圖
5G 對(duì)承載網(wǎng)提出多樣化的業(yè)務(wù)需求,基于IP RAN 技術(shù)的承載網(wǎng)是滿足5G 網(wǎng)絡(luò)快速部署,4G 網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)過渡需求的最佳選擇之一,通過對(duì)現(xiàn)有4G承載網(wǎng)的適當(dāng)升級(jí)、改造,可得到有效解決5G 初期的大帶寬業(yè)務(wù)承載需求問題,而隨著低時(shí)延業(yè)務(wù)的出現(xiàn),未來(lái)IPRAN 網(wǎng)絡(luò)需要結(jié)合SR、SDN 等技術(shù)提升性能。