林炎 石啟良

(中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，南京 210019)

0 引言

中國(guó)移動(dòng)無(wú)線數(shù)字通信經(jīng)歷了2G、3G、4G、5G四代變遷，與之相對(duì)應(yīng)的有線回傳技術(shù)也經(jīng)過(guò)了同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)、多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)(Multi-Service Transport Platform，MSTP)、分組傳送網(wǎng)(Packet Transport Network，PTN)、切片分組網(wǎng)(Slicing Packet Network，SPN)4個(gè)發(fā)展階段。

從本質(zhì)上看，MSTP設(shè)備是增加了以太網(wǎng)、ATM等UNI接口的SDH；而SPN是對(duì)PTN設(shè)備接口速率、時(shí)延、靈活連接、切片、管理控制等方面功能的升級(jí)[1]，如表1所示。

表1 PTN與SPN主要功能指標(biāo)對(duì)比

當(dāng)前，MSTP/SDH網(wǎng)絡(luò)基本完成了其歷史使命，正逐步退網(wǎng)。如何有步驟地建設(shè)SPN網(wǎng)絡(luò)，做好SPN與PTN融合組網(wǎng)已經(jīng)成為5G時(shí)代城域傳送網(wǎng)核心課題。

1 5G基站承載方式分析

5G試點(diǎn)階段，移動(dòng)集團(tuán)公司提出的5G基站承載方式主要有PTN擴(kuò)容、PTN升級(jí)和新建SPN[2]。其中，PTN擴(kuò)容和PTN升級(jí)又可總結(jié)為利舊PTN的方式，即將5G業(yè)務(wù)直接部署在現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)局部的板卡擴(kuò)容或設(shè)備替換滿足與5G核心網(wǎng)對(duì)接以及5G基站接入需求，新增5G業(yè)務(wù)與原有4G/2G等業(yè)務(wù)共平面。

5G的業(yè)務(wù)場(chǎng)景主要包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)、超高可靠超低時(shí)延通信(uRLLC)、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)3類。現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)可以勉強(qiáng)應(yīng)對(duì)分別由3D-MIMO和NB-IoT演進(jìn)而來(lái)的eMBB和mMTC業(yè)務(wù)場(chǎng)景，而URLLC業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)回傳網(wǎng)時(shí)延、抖動(dòng)、丟包等有更高要求，還存在核心網(wǎng)用戶面下沉的需求，PTN網(wǎng)絡(luò)難以滿足。因此，近中期具有完整5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)5G基站規(guī)劃以及用戶面下沉計(jì)劃，選擇新建SPN承載5G基站及用戶面流量，同時(shí)兼顧4G/2G等重要的中小顆粒以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。

2 城區(qū)SPN/PTN融合組網(wǎng)策略

城市和縣城的城區(qū)具有完整的5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景，是5G建設(shè)的主攻方向。受SPN設(shè)備集采較PTN設(shè)備集采區(qū)域變化的影響，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層次的順序，先接入后骨干匯聚地進(jìn)行SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[3]通常并不可行。應(yīng)基于“新型綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)”[4]，從下至上進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，從上到下新建SPN網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，逐步騰退PTN設(shè)備，精簡(jiǎn)PTN網(wǎng)絡(luò)。

2.1 建設(shè)新型綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)

傳統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)主要用于寬帶業(yè)務(wù)的承載[4]，新型綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)以真正的全業(yè)務(wù)接入為宗旨，從跟隨寬帶業(yè)務(wù)被動(dòng)蔓延，變?yōu)榱酥鲃?dòng)覆蓋區(qū)域，滿足各類業(yè)務(wù)接入及傳送需求。

2.1.1 面

現(xiàn)有綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)和微網(wǎng)格的面積往往都較大，應(yīng)做必要的裁剪和整合，優(yōu)化調(diào)整為綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)、業(yè)務(wù)匯聚區(qū)以及網(wǎng)格、微格逐級(jí)嵌套的4層結(jié)構(gòu)，面積分別控制到2～4 km2、0.5～1.5 km2、小于0.5 km2和0.1～0.15 km2左右，更有效地完成對(duì)業(yè)務(wù)的傳送及接入。

其中，業(yè)務(wù)匯聚區(qū)的設(shè)置尤為關(guān)鍵。不同于采用無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)技術(shù)的寬帶業(yè)務(wù)在整個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)僅需要部署1臺(tái)機(jī)架式光線路終端(Optical Line Terminal，OLT)便可依托于光分配網(wǎng)(Optical Distribution Network，ODN)完成對(duì)末端光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit，ONU)業(yè)務(wù)的聚合?，F(xiàn)階段的基站C-RAN后，需要在局端堆疊集中相應(yīng)物理基站數(shù)量的盒式室內(nèi)基帶處理單元(Building Base band Unite，BBU)才能完成對(duì)末端有源天線處理單元(Active Antenna Unit，AAU)/射頻拉遠(yuǎn)單元(Remote Radio Unit，RRU)業(yè)務(wù)的聚合。

綜合考慮動(dòng)力保障、網(wǎng)絡(luò)安全等因素，單個(gè)業(yè)務(wù)匯聚區(qū)管轄物理基站數(shù)應(yīng)控制在15個(gè)以內(nèi)。部分熱點(diǎn)區(qū)域，單個(gè)網(wǎng)格便需要對(duì)應(yīng)一個(gè)業(yè)務(wù)匯聚區(qū)。

2.1.2 節(jié)點(diǎn)機(jī)房

在傳統(tǒng)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)，僅有匯聚和接入兩類機(jī)房。若將BBU大規(guī)模堆疊于匯聚機(jī)房，會(huì)造成局部區(qū)域基站業(yè)務(wù)過(guò)于集中，造成較大的通信安全風(fēng)險(xiǎn)；若小規(guī)模堆疊于接入機(jī)房，并不能達(dá)到C-RAN建站方式應(yīng)對(duì)基站能耗、頻譜資源、建維成本等挑戰(zhàn)的初衷。

在新型綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)中，為了分別對(duì)應(yīng)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)和業(yè)務(wù)匯聚區(qū)，匯聚機(jī)房被細(xì)分為了普通匯聚機(jī)房與業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房?jī)深?。其中，業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房是在接入機(jī)房之上，普通匯聚機(jī)房之下，為順應(yīng)BBU集中放置的需求，兼顧寬帶等業(yè)務(wù)發(fā)展需要而設(shè)置的一類機(jī)房。

通過(guò)降級(jí)不達(dá)標(biāo)的普通匯聚機(jī)房，升級(jí)部分條件較好的自有接入機(jī)房或購(gòu)建租新機(jī)房等方式增補(bǔ)業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房對(duì)于基站的C-RAN集中、接入層SPN部署極為重要。

2.1.3 分纖點(diǎn)

一級(jí)分纖點(diǎn)(First-class Point，F(xiàn)P)和二級(jí)分纖點(diǎn)(Distributed Point，DP)分別對(duì)應(yīng)于網(wǎng)格和微格進(jìn)行設(shè)置，允許有室外光交箱和或室內(nèi)ODF架兩種形態(tài)。

普通匯聚機(jī)房、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房、FP及DP均可向下兼作一級(jí)機(jī)房或分纖點(diǎn)——普通匯聚機(jī)房可兼作其所屬業(yè)務(wù)匯聚區(qū)的業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房可兼作其所屬網(wǎng)格的FP，F(xiàn)P可兼作所屬微格的DP，而DP可以以業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，按需增補(bǔ)。

2.1.4 光纜

新型綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)光纜包括主干、配線及聯(lián)絡(luò)3類。

其中，主干光纜的定義為同一綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)，普通匯聚/業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房以及FP之間的光纜。這樣一來(lái)，末端業(yè)務(wù)經(jīng)過(guò)DP、FP后可直接在業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房落地。

而聯(lián)絡(luò)光纜是指不同綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)之間，普通匯聚/業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房以及FP之間的光纜。在SPN網(wǎng)絡(luò)搭建過(guò)程中，業(yè)務(wù)匯聚/接入機(jī)房可以通過(guò)聯(lián)絡(luò)光纜，上聯(lián)至不同綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)普通匯聚機(jī)房。

2.2 全面新建SPN

PTN乃至更早的MSTP/SDH組網(wǎng)均采用的是核心—骨干—匯聚—接入4層架構(gòu)。對(duì)于SPN組網(wǎng)而言，在業(yè)務(wù)量較少城區(qū)可以取消接入層，直接采用核心—骨干—匯聚3層架構(gòu)，以獲得更小的時(shí)延[5]；而在一般城區(qū)，推薦采用核心—骨干—匯聚—接入—輔助接入的4.5層架構(gòu)。

在核心、重要匯聚、普通匯聚、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房分別部署NPE、SPE、P、UPE設(shè)備。其中，SPE和UPE設(shè)備一般為超大規(guī)模SPN設(shè)備，P和UPE設(shè)備分為大、中型SPN設(shè)備。

依托于核心光纜、骨干匯聚光纜、匯聚光纜、主干及聯(lián)絡(luò)光纜分別搭建SPN網(wǎng)絡(luò)核心層、骨干匯聚層、匯聚層、接入層。其中，骨干匯聚層繼續(xù)采用口字型組網(wǎng)，具備物理?xiàng)l件的匯聚層、接入層可以逐步由環(huán)型向半MESH，甚至全MESH型進(jìn)行演進(jìn)。

工業(yè)和信息化部在《“雙千兆”網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021—2023年)》中明確提出“推動(dòng)5G承載網(wǎng)城域接入層按需部署50 Gbit/s系統(tǒng)，城域匯聚層和核心層按需部署100 Gbit/s或200 Gbit/s系統(tǒng)。”建議核心層、骨干匯聚層、匯聚層和接入層應(yīng)一步到位為200 Gbit/s和50 Gbit/s速率。不過(guò)，由于OTN系統(tǒng)支路側(cè)板件目前并不支持200 Gbit/s速率端口，在需要借助于OTN系統(tǒng)承載的SPN鏈路，如區(qū)縣(市)SPE與NPE對(duì)接，不得不采用100 Gbit/s速率端口。

起到DP作用的接入機(jī)房根據(jù)業(yè)務(wù)的保障要求，選擇“V”字型雙上行或單掛P、UPE設(shè)備，形成一個(gè)輔助的接入層，速率不應(yīng)低于10 Gbit/s。

SPN網(wǎng)絡(luò)IGP分域點(diǎn)建議設(shè)置在SPE節(jié)點(diǎn)，即NPE與所有SPE組成一個(gè)IGP域，同一個(gè)骨干匯聚對(duì)下一個(gè)或多個(gè)匯聚環(huán)中的P、UPE設(shè)備被劃分為一個(gè)IGP域。

2.3 騰退PTN

由于4G/2G基站普遍采用的是D-RAN建設(shè)方式，PTN網(wǎng)絡(luò)采取的是一站一設(shè)備的跟隨建設(shè)策略，這直接導(dǎo)致了PTN網(wǎng)絡(luò)日益臃腫、結(jié)構(gòu)愈發(fā)紊亂。隨著SPN網(wǎng)絡(luò)新建，應(yīng)以業(yè)務(wù)匯聚區(qū)為單位，有序地將非室分、非自有接入機(jī)房的4G/2G BBU集中堆疊于屬業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，由SPE設(shè)備統(tǒng)一承載。逐步騰退接入機(jī)房?jī)?nèi)的PTN設(shè)備，尤其是端口占用1～3口接入層PTN設(shè)備，由少至多、由下至上地精簡(jiǎn)PTN網(wǎng)絡(luò)。

3 非城區(qū)SPN/PTN融合組網(wǎng)策略

非城區(qū)非5G建設(shè)的主攻方向，且幅員遼闊，從上至下全面新建SPN網(wǎng)絡(luò)的必要性不足，投資和時(shí)間也并不允許?？梢钥紤]先搭建SPN匯聚層，并充分挖潛P(yáng)TN網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)5G基站進(jìn)行承載，再按需建設(shè)SPN接入層。

3.1 優(yōu)先搭建SPN匯聚層

非城區(qū)SPN網(wǎng)絡(luò)的P設(shè)備選取十分重要，一方面，圍繞P設(shè)備，可以盡可能多收斂其周邊3～5公里的BBU，提升非城區(qū)5G、4G/2G基站C-RAN比例；另一方面，穩(wěn)定的P設(shè)備節(jié)點(diǎn)將為后續(xù)接入層的搭建奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

建議優(yōu)選鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政中心、廠礦、工業(yè)園區(qū)、高校、移民搬遷點(diǎn)、旅游度假區(qū)等具有發(fā)展5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景的“中心地帶”機(jī)房設(shè)置為P設(shè)備節(jié)點(diǎn)，并提前做好機(jī)房的改擴(kuò)建，機(jī)房配套設(shè)施優(yōu)化整治等工作。

相鄰兩臺(tái)P設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間路由較為豐富的，盡量考慮將P設(shè)備納為同一個(gè)匯聚環(huán)網(wǎng)。對(duì)于相距較遠(yuǎn)的P設(shè)備節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)較多的匯聚環(huán)網(wǎng)可以通過(guò)OTN系統(tǒng)進(jìn)行中繼或拆環(huán)?？偟脑瓌t是要嚴(yán)格環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量(≤ 6個(gè))，并確保匯聚環(huán)網(wǎng)光功率達(dá)標(biāo)，無(wú)弱光情況。

特別需要注意的是，非城區(qū)與城區(qū)的過(guò)度區(qū)域內(nèi)若無(wú)中心地帶，應(yīng)選擇途中自有機(jī)房增設(shè)P設(shè)備，以對(duì)城區(qū)和非城區(qū)業(yè)務(wù)進(jìn)行嚴(yán)格切分，避免發(fā)生跨IGP域問(wèn)題。

3.2 充分挖潛P(yáng)TN網(wǎng)絡(luò)能力

在中心地帶之間的外圍地帶當(dāng)前主要以低頻5G建設(shè)為主，以實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)的廣覆蓋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)網(wǎng)中興、烽火、華為三家主流廠家PTN設(shè)備GE/10GE端口剩余率分別達(dá)到96%、92%和80%。由于BBU與傳輸設(shè)備對(duì)接端口已支持GE/10GE光模塊的自適應(yīng)，在預(yù)期發(fā)展用戶數(shù)較少、流量有限的情況下，可先利舊PTN網(wǎng)絡(luò)以D-RAN方式進(jìn)行5G基站的開(kāi)通。

對(duì)于端口確實(shí)剩余不足的老舊PTN設(shè)備，可用城區(qū)以及非城區(qū)中心地帶及其周邊拆舊下來(lái)PTN設(shè)備進(jìn)行替換，以延長(zhǎng)PTN設(shè)備整體生命周期，充分盤(pán)活固定資產(chǎn)。

3.3 按需搭建SPN接入層

非城接入層SPN建設(shè)需求主要來(lái)自兩塊。一是5G業(yè)務(wù)直接驅(qū)動(dòng)，如道路沿線(如高速、高鐵、航道)的信號(hào)覆蓋；二是低頻5G利舊PTN網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通后，原PTN環(huán)網(wǎng)流量超限。

SPN接入節(jié)點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先考慮位置屬性，盡可能選擇靠近行政村村委會(huì)附近的自有接入機(jī)房，在3～5公里范圍內(nèi)BBU做量力而行的C-RAN集中。

SPN接入層應(yīng)盡可能避免跨匯聚環(huán)組環(huán)。出現(xiàn)跨環(huán)組網(wǎng)時(shí)，可考慮將兩個(gè)匯聚環(huán)劃為同一個(gè)IGP域處理。

4 其他應(yīng)該注意的問(wèn)題

4.1 SPN與PTN的互聯(lián)

NPE與4G、5G等核心網(wǎng)應(yīng)直接對(duì)接。

同廠家SPN與PTN互聯(lián)采用NNI接口，異廠家SPN與PTN互聯(lián)采用UNI接口。主要發(fā)生地市核心機(jī)房，至少應(yīng)設(shè)置4對(duì)互聯(lián)，如圖1所示。

圖1 SPN與PTN互聯(lián)示意圖

前兩對(duì)互聯(lián)為NPE與PTN L3設(shè)備之間?；ヂ?lián)后，通過(guò)PTN網(wǎng)絡(luò)承載的5G基站業(yè)務(wù)可以通過(guò)NPE連接至5G核心網(wǎng)。當(dāng)然，若PTN L3設(shè)備已經(jīng)下沉至部分重要匯聚機(jī)房，也可在重要匯聚機(jī)房?jī)?nèi)通過(guò)SPE與骨干匯聚PTN設(shè)備互聯(lián)。

后兩對(duì)互聯(lián)為NPE與PTN 2G落地設(shè)備之間。互聯(lián)后，通過(guò)SPN承載的2G基站業(yè)務(wù)(如FDD反開(kāi)2G)可以通過(guò)PTN 2G落地設(shè)備再與BSC對(duì)接，以減少對(duì)BSC以太網(wǎng)口的占用。

4.2 SPN網(wǎng)絡(luò)切片

SPN/PTN融合組網(wǎng)的最終結(jié)果是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一承載的SPN網(wǎng)絡(luò)，要盡快盡多地將大、中顆粒以太網(wǎng)業(yè)務(wù)疏導(dǎo)至SPN網(wǎng)絡(luò)。在已建成的SPN網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，不同業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延、帶寬等需求不盡相同，應(yīng)在切片通道層，基于FlexE技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切片[7]。

建議先劃分5G eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景及4G/2G+專線業(yè)務(wù)兩個(gè)切片，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，針對(duì)mMTC、uRLLC、5G中傳以及核心網(wǎng)下沉所產(chǎn)生的的流量，再適時(shí)新增或調(diào)整切片。

4.3 SPN/PTN建設(shè)分工界面

城域傳送網(wǎng)設(shè)備項(xiàng)目集統(tǒng)籌SPN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目，負(fù)責(zé)NPE、SPE、P、UPE設(shè)備的新增、PTN設(shè)備的拆舊及SPN和PTN上層互聯(lián)。在基站傳輸配套項(xiàng)目集，進(jìn)行輔助接入層UPE設(shè)備的新增和接入層PTN設(shè)備的利舊替換。

5 結(jié)束語(yǔ)

5G時(shí)代是移動(dòng)無(wú)線回傳SPN/PTN融合組網(wǎng)的黃金時(shí)段，提前謀篇布局將直接影響5G建設(shè)的進(jìn)度、成本和質(zhì)量和未來(lái)城域傳送網(wǎng)建設(shè)的效益和效率。

對(duì)于SPN/PTN融合組網(wǎng)的要點(diǎn)和策略亦可被借鑒用于其他運(yùn)營(yíng)商，如電信智能傳送網(wǎng)(Smart Transport Network，STN)與無(wú)線接入IP網(wǎng)(IP Radio Access Network，IPRAN)以及聯(lián)通IPRAN 2.0與IPRAN的融合組網(wǎng)之中。