面向5G中传和回传网络承载解决方案

2018-02-03潘永球

移动通信 2018年1期

【摘要】为了探讨5G中传和回传网络承载解决方案，在分析5G移动网络新频谱、新架构和新业务模式承载需求的基础上，针对5G中传和回传网络，提出DC+IPRAN云网一体的综合承载解决方案，从多级DC网络架构的演进、DC+IPRAN网络承载架构以及IPRAN网络分阶段升级改造方案等方面分别展开研究。

【关键词】5G承载；中传；回传；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

第五代移动通信技术（5G）致力信息与通信技术的新生态，相对于4G，将带来全新的网络体验和商业模式，创建一个“万物互联”的世界。5G网络采用新的空中接口技术，拟提供大带宽、低时延和高可靠的业务，主要的应用场景包括：面向增强的移动互联网应用场景（eMBB， Enhance Mobile Broadband）、面向高可靠低时延通信的应用场景（uRLLC， ultra Reliable Low Latency Communication）以及面向海量机器类通信应用场景（mMTC， massive Machine Type of Communication）。本文接下来将在分析5G移动网络新频谱、新架构和新业务模式承载需求的基础上，提出面向5G中传和回传的网络承载解决方案。

2 5G网络承载需求及中传、回传网络

2.1 网络承载需求

5G移動网络换代式演进，使用新频谱、新架构和新业务模式对承载网提出大带宽、低时延、灵活组网的需求。

（1）新频谱

5G频谱将新增Sub 6G及超高频两个频段。Sub 6G频段即3.4 GHz—3.6 GHz，提供100 MHz～200 MHz连续频谱。6 GHz以上超高频段的频谱资源更加丰富，可用资源一般可达连续800 MHz。所以，更高频段、更宽频谱和新空口技术使得5G基站带宽需求大幅度提升，预计将达到LTE 4G的10倍以上。

（2）新架构

为了满足网络大带宽和低时延的需求，5G网络的RAN架构和核心网架构都发生了演进，RAN网络从4G网络的BBU+RRU两级结构演进到CU（集中单元）、DU（分布单元）和AAU（有源天线处理单元）三级结构。CU和DU可分散部署，亦可合并部署，根据他们不同的部署方式，RAN网络划分为不同的网络：AAU和DU之间是前传网络、DU和CU之间是中传网络、CU以上是回传网络。而核心网演进，则由原来的EPC拆分成New Core和MEC（移动边缘计算单元）两部分，分别部署在地市的核心层和城域边缘。

（3）新业务

5G核心网通过云化和下移以满足不同业务差异化时延需求。5G网络的三大类应用业务eMBB、uRLLC和mMTC，分别代表了对网络带宽、时延和连接的需求。为了更好地支持不同应用需求，5G网络将支持网络切片能力，每个网络切片将会拥有自己独立的网络资源和管控能力。

2.2 5G中传、回传网络

核心网云化、C/U分离、数据面分布式部署，使网络更趋扁平化。而承载网随着RAN架构的重构，划分为前传网络、中传网络和回传网络三部分。对于前传网络的承载，可根据不同接入条件和场景，灵活选用光纤直驱、无源WDM、有源WDM/OTN等方案，前传网络并没统一承载方案的需求。而中传、回传网络，对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致，因此可以采用统一的承载方案。目前业界针对中传和回传网络的研究较多，主要集中在IPRAN、PTN以及OTN等技术应用上。

由于在5G网络发展过程，需要在满足未来新业务和新场景需求的同时，充分考虑与现有4G网络演进路径的兼容。IPRAN在4G网络承载上获得了巨大成功，所以，在4G承载的基础上对IPRAN网络进行技术迭代升级，更具有经济性与实操性。而随着各个运营商网络的DC化网络重构，DC将成为主要载体，用于对云化网络资源的承载，提供计算存储和转发能力。所以，下文将针对中传和回传网络，研究提出DC+IPRAN云网一体的综合承载解决方案，由多级的DC分层网络来承载云化的核心网与CU资源池，以及通过技术升级与改造后的IPRAN网络来承载DU到CU、CU到DC以及DC之间的互联互通与承载需求。endprint

3 DC+IPRAN云网一体承载解决方案

3.1 五级DC网络分层架构

随着SDN/NFV/云计算等技术的引入，未来网络将向DC化演进，DC将作为未来网络主要载体，未来网络的业务流量将集中在云化DC。通过引入边缘DC（区县级）、核心DC（地市级）和省级DC（省级）的多级DC部署方案，传统设备网元NFV化后部署在DC上，提供计算、存储和转发能力。经过DC化重构，电信机房重构为接入局所-边缘DC-核心DC-省级DC四级结构，而对于无线网络，由于射频单元、有源天线处理单元等均需要密集分布部署在基站上。所以，对于无线网络，四级DC网络结构演进为五级DC网络结构：基站-接入局所-边缘DC-核心DC-省级DC。

核心网New Core和MEC云化后部署在DC上；CU若分散部署则选择云化形成资源池，部分部署在DC上，部分部署到CO机房，若与DU合并部署，则无需云化；AAU和DU无法云化部署，需采用分布式方式部署到基站或接入局所。其中，接入局所充当集中部署场景下的汇聚机房。

5G网络各网元与DC机房各层级物理部署对应关系如表1所示：

3.2 DC+IPRAN网络承载架构

目前IPRAN网络主要用于3G、4G以及政企组网型业务的承载，在未来网络演进中，需充分考虑SDN引入，结合DC化网络重构，IPRAN设备作为专用设备进入各层级DC中部署。

移动网云化是未来演进的主要趋势，移动网将最终形成控制云、转发云和接入云的“三朵云”结构，IPRAN+DC将逐步构建移动网“转发云”。5G承载网络将采用基础设施、网络功能和协同编排的3层组网架构，具体如图1所示。

A设备原则上部署在接入局所或基站机房，具体方案需要根据DU和CU的不同部署方式确定，具体如下：

（1）DU和CU合并，部署在接入局所或者基站机房，A设备与CU、DU合并部署，A设备与CU连接，该场景没有中传网络；

（2）DU和CU分散，DU分布式部署在基站机房，A设备与DU合并部署，A设备与DU连接，解决DU到CU的中传网络传送；

（3）DU和CU分散，DU集中式部署在接入局所，A设备与DU合并部署，A设备与DU连接，解决DU到CU的中传网络传送。

B设备部署需充分考虑CU云化形成资源池以及边緣DC的承载，按如下方案确定：

（1）CU云化形成资源池，部署在边缘DC，则B设备作为专用设备进入边缘DC，用于回传网络承载；

（2）CU云化形成资源池，部署在CO机房，则B设备连接CU资源池，回传到就近的边缘DC；

（3）边缘DC需同时承载MEC、CDN（内容分发网络）以及部分云化的CU资源池，由B设备实现回传承载，解决CU到MEC、MEC到MEC以及MEC到New Core的回传网络承载。

城域ER、省级ER主要用于核心DC和省级DC的承载，解决MEC到New Core以及New Core到New Core的回传网络承载。

3.3 IPRAN网络分阶段升级改造方案

IPRAN网络需要分阶段进行升级改造，以应对5G网络大带宽、低时延和高可靠的业务需求，以及DC化的承载需求。

逻辑配置上，需结合云的承载需求，引入EPVN、VXLAN等协议，并通过SDN协同编排，实现全局路径统筹、智能配置和调度。

物理网络上，IPRAN网络需考虑分阶段升级改造：

（1）5G建设初期，eMBB初步商用

据初步推测，典型5G单站承载带宽峰值高达

5.8 Gbit·s-1，均值也高达3.4 Gbit·s-1。如果按照10个基站组一个环来计算，带宽均值达到34 Gbit·s-1。因此，在5G传送承载网的接入、汇聚层需要引入更高速率的接口，而在核心层，则需要广泛应用100 Gbit·s-1及以上速率的接口。所以，原有的10 GE接入环仅可以满足少量5G基站接入，热点地区接入环需升级支持50 GE；汇聚层和核心层需逐步引入50 GE、100 GE等高速链路。A设备、B设备、ER设备升级支持50 GE、100 GE链路。

（2）5G建设中期，eMBB规模商用。根据流量变化逐步扩大接入层升级50 GE比例，汇聚层、核心层规模部署100 GE、200 GE等高速链路。A设备、B设备、ER设备规模升级支持高速链路。

（3）5G建设后期，mMTC和uRLLC商用。全网流量快速增长，接入环全面支持50 GE，汇聚层、核心层规模使用100 GE、200 GE链路以及其他更高速率链路。A设备、B设备、ER设备全面支持高速链路以及网络分片功能。

4 结论

5G网络的承载，除了带宽的升级外，还需要引入新的网络技术和架构。本文针对5G中传和回传网络，提出了DC+IPRAN的云网一体承载解决方案，具体结论如下：

（1）结合DC化网络重构，5G网络各网元均部署在五级DC网络架构中，由DC作为云化网元的主要载体。

（2）5G承载网络架构采用基础设施、网络功能和协同编排的3层组网架构。IPRAN网络构建新型的转发平面，负责流量转发调度；DC承载网元提供各种网络功能服务。

（3）为了满足5G承载需求，IPRAN网络需要进行分阶段的升级改造。

DC+IPRAN的云网一体承载方案，立足于4G原址布局，在4G承载的基础上进行技术迭代升级，有效解决5G中传和回传网络承载需求，实现容量平滑扩展、端到端协同、全景智能、敏捷运营，构筑可持续演进的5G承载网络。

参考文献：

[1] 中国电信集团公司. 中国电信CTNet2025网络架构白皮书[R]. 2016.

[2] 中国电信集团公司. 5G时代光传送网技术白皮书[R]. 2017.

[3] 潘永球. IP网络DC化重构解决方案[J]. 通信世界， 2017（2）： 5-7.