宋红星
（江西省邮电规划设计院有限公司，江西 南昌 330002）
网络技术不断革新，已经从2G时代的准同步数字 系 列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）/同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）网络演变至当前5G时代的分组传送网络（Packet Transport Network，PTN）/切 片 分 组 网 络（Slicing Packet Network，SPN）。5G网络所提出的万物互联理念进一步提高了网络应用对带宽、速率、时延等方面的要求，传统组网架构已经无法满足5G网络业务的实际需求。与传统网络相比，5G网络既可以独立组网，也能够通过整合其他部分进行组网，还需在设备组合的同时，保证设备之间的合理分离[1,2]。不同组网结构必然会对传输组网架构带来一定的影响，只有针对承载传送网的组网架构及关键技术进行革新，才能满足5G网络多样化的业务需求，更好地促进5G网络在各领域内的建设与应用。基于此，分析5G网络业务需求，针对5G网络对传输组网的影响及关键技术进行研究，并从多个维度提出应对策略，对于促进5G网络的健康、可持续发展有着重要意义。
5G网络与4G网络相比在性能方面提出了更高的要求，在带宽、时延、连接灵活性及密度等关键指标上有着更高的追求，且要求在多场景下适用，最终目标是实现万物互联。
（1）大带宽。5G网络面向大带宽应用，具有即时即连的超大带宽接入回传需求。采用稀疏码分多址接入（Sparse Code Multiple Access，SCMA）技术，能够实现对网络带宽的3倍提升。同时，5G具有多天线空分复用优势，可以实现网络容量的成倍提升，借助对多指令流多数据流（Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream，MIMD）的复用提升4G网络的容量[3]。
（2）低时延。5G业务应用需要具有超可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）场景，主要是针对车联网、智能制造以及虚拟现实（Virtual Reality，VR）/增强现实（Augmented Reality，AR）等方面的应用。例如，uRLLC业务在特定场景（如自动驾驶、远程医疗）具有较高的时延要求，要求端到端的时延保持在500 μs～1 ms。
（3）连接灵活性。在5G网络的万物互联下，越来越多的通信业务对网络连接提出了更高的要求。5G通信具有多连接通道和高精度时钟同步功能，其连接与全网状组网（Full Mesh）相似，需要支持的连接数量增长较大。
（4）网络切片。5G网络在低时延、高容量、大覆盖、全连接等场景中的应用具有明显差异，有必要基于业务场景的实际情况对网络进行分片。
2.1 对承载网关键能力的影响
5G网络的集中单元（Centralized Unit，CU）、分布式单元（Distributed unit，DU）、有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）是由4G网络的室内基带处理单元（Building Baseband unit，BRU）、远端射频单元（Remote Radio Unit，RRU）转变得来的，构建前传+中传+回传的架构。考虑到CU/DU分离场景的复杂性，5G承载网在网络部署、中传时延和运维管理方面的复杂程度有着显著提升。4G和5G网络架构的对比如图1所示。
图1 4G和5G网络架构的对比
5G网络对带宽的需求较大，特别是面向非独立组网（Non-Standalone，NSA），可能存在部分下行流量的承载由现网的分组传送网（Packet Transport Network，PTN）负责的情况，若出现接口或环网带宽能力不足，后续会面临大流量冲击的压力问题。因此，在实际建设过程中应及时扩容PTN网络的带宽，从而规避不同网络业务竞争所引发的影响。与此同时，5G环境下的承载网在传输设备、网络架构、光缆资源、机房容量等多个方面均提出较高的要求。针对传输设备应保证具备强大的带宽和网络切片能力；
针对网络架构应保证做到低时延和快回传；
针对光缆资源应保证在具有强纤芯能力的同时具有良好的覆盖密度，并且要确保光缆资源可实现同级间机房的连接；
针对机房容量应保证做到统一的规划管理，在机房面积和外电容量上均准备充裕。
2.2 对现网LTE传输设备组网的影响
4G现网中长期演进（Long Term Evolution，LTE）传输PTN组网架构在满足当前业务需求的同时，仍有一定冗余，但现网的组网框架则无法适应5G大带宽的业务需求。从调度结构来看，目前PTN组网结构并不具有充足的环路，需利用单点组网的方式才能满足5G环境下单点带宽峰值为10 Gb/s、均值为4.8 Gb/s的需求，这无疑会对光缆及汇聚设备的端口带来较大的影响。而从设备能力来看，多数设备只能满足N×10GE的上联，并不具备网络切片能力，承载能力达不到5G网络的要求[4]。为此，在5G网络建设初期保留原有LTE传输设备的情况下，可在稳定原有架构的基础上强化预测无线流量套餐业务的需求增长情况，积极利用多层级监控手段，根据业务实际需求对网络资源进行及时扩容。
3.1 融合超宽带低成本接入技术
融合超宽带（G.metro）是适应5G网络应用的一项逐渐成熟的承载传送技术，借助G.metro技术可以在复杂环境下提供有效支持，其中的调光模块可以实现对信号波长的调节，适应商业与工业级的工作环境条件。G.metro技术在多年发展更新中已经逐渐成熟，并且在信息传送中发挥了巨大的作用，然而此项技术应用带来的巨大成本压力是不可忽视的一项限制条件，随着5G网络的大规模部署，G.metro的应用成本将会直接影响到后续网络信号的承载与传播，为此需要在满足基本信息传送条件的同时，适当简化G.metro技术的内部架构及应用结构，从而在满足基础功能条件需求的同时，实现材料上的改进与升级，逐渐降低此项技术的应用成本。
3.2 超低时延全光组网技术
5G技术对时延提出了更高的要求，在更低的时延要求下，全光组网技术的应用尤为重要。应用5G技术需要构建专门的全光组网，建设中承载传送网前段可以构建全光接入网，中段构建全光传送网。为达到最佳的传送与低时延效果需要使用可重构光分插复用器（Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM）进行调度，实现信号传输效率和质量的提升。
3.3 高精度同步传输技术
5G运行组网中另一个关键技术为高精度同步传输技术，在5G网络下对信息传输的速度与同步性有着极高的要求，业界与管理部门也对5G系统的传输速度和同步传输提出了更加精确的要求。通常情况下，5G运行组网在传输中需要达到百纳秒量级。首先，为了达到高标准、高精度的同步传输要求，需要尽可能强化单个设备自身的静态误差功能，保证同步时钟的误差在10～15 ns。其次，5G传输网络中需要借助融合超宽带技术减少信号传输中的链路条数，以提升精度。最后，需要进一步提高时间同步设备的精度，简化设备的结构，更加便捷地监测节点条数，获取更高的同步传输精度。
3.4 Flex E与网络切片
在5G网络承载下，传输网需要考虑网络的管控需求，确保网络间构架的隔离符合机制要求。因此，网络的承载传输需要应用Flex E技术实现网络切片处理，满足信号传输的低时延和信号同步要求。
4.1 承载设备组网策略
构建CU、DU、AAU新架构，考虑到原有机楼资源、空间和容量基本饱和，基于原有层级新建汇聚机房，实现对核心机楼的延伸，适用于关键区域业务汇聚、宽带网络网关（Broadband Network Gateway，BNG）、内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）等设备下沉。同时实现汇聚机房和核心机楼间的互联互通，根据行政区划分管理范围。此外，对OTN、BNG、SPN/PTN等大容量设备进行部署，用作移动电子商务（Mobile Electronic Commerce，MEC）下沉部署节点。一方面，建立新机楼，科学统筹和规划机楼整体格局，组团划分中要防范单点失效问题，在实现减负的同时确保5G网络安全。另一方面，通过对现网业务需求的预测分析重构波分复用网络。为满足调度方面的需求，采用全光交换网络演进策略，进一步降低时延。还可以通过新建波分系统的方式对新调度传输平台进行构建，要求平台的网络容量达到200G以上。构建的承载设备组网新架构采用“PTN+SPN”的形式，重点考虑SPN与SPN+OTN的结构占比以及各层级的带宽测算，从而满足汇聚层以上层级间的互联需求。
分别在技术和经济层面对分布式无线接入网（Distributed RAN，D-RAN）和集中化无线接入网（Centralized RAN，C-RAN）进行规模、容量、光缆覆盖及纤芯纵横维度等多方面的对比，明确接入层的组网方式，主线采用C-RAN组网，利用CU/DU分离，通过光纤直连的方式进行建设，从而达到节能减耗的目的，而对于特殊区域则采用D-RAN组网[5]。同时，还需对C-RAN无线覆盖网格进行划分，以此为后续传输方案提供指导。
4.2 新建SPN网络部署方案
重新对SPN网络展开全方位部署，将内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）分域节点部署在汇聚机房中，从根本上提升网络的弹性和长期稳定性。同时，在对SPN汇聚环进行规划的过程中，应尽量保证环与环之间是相交或相切的关系，避免出现真空地带影响业务的正常接入。
4.3 推动OTN系统落地
首先，针对波分系统构建完备、可靠的OTN传送网可满足承载和接入方面的需求，进一步推动OTN系统落地，在光交叉连接（Optical Cross-Connect，OXC）技术基础上提升系统带宽承载能力，先重点考虑设备全覆盖，之后逐渐向N×100G平台演进。基于现有波道情况，结合实际需求统筹优化波道部署。其次，对波分未覆盖区域进行补点覆盖，有效解决BNG、SPN和3级CDN之间存在的传输上联问题，并采用扩容波道的方式解决光缆建设黑点问题。再次，清除老旧的OTN资源，对于旧机楼中的波分平台设备采取分段强制退网，而对于SDH高价值集客业务则将其逐渐划分给智能OTN进行处理。最后，进一步提升传输容量，保证系统容量具有不错的扩容性，能够满足新建及上联链路的扩容需求，同时满足核心网业务与SPN网络的带宽需求。
5G网络引导人们走向全新的网络通信时代，在科技性和高效能方面具有显著的优势，但具有的多样性架构却对传输承载造成一定的负面影响。由此，为确保5G网络环境下传输承载网的正常运行，有必要搭建更为完善的传输组网结构，综合考虑5G网络实际业务需求，科学利用5G传输承载关键技术，采用“PTN+SPN”的承载组网形式，新建SPN网络部署方案，推行基于OXC技术的OTN系统。构建出更为智能、高效、安全稳定的传输网络，从而充分发挥出5G网络技术的价值，以此提供质量更高的5G通信服务。
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