面向5G中传和回传网络承载解决方案

溯溪而上

【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

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.01.000      中图分类号：TN929.533      文献标志码：A      文章编号：1006-1010(2018)01-0000-00

引用格式：潘永球. 面向5G中传和回传网络承载解决方案[J]. 移动通信, 2017,42(1): 00-00.

Midhaul and Backhaul Network Transport Solution of 5G Network

PAN Yongqiu

(Zhongrui Communications Planning&Designing Co., Ltd., Guangzhou, 510630)

[Abstract] This article first analyzes the requirement of 5G mobile network carrying the new spectrum, new structure and new business models, and then to put forward DC+IPRAN network proposed comprehensive carrying integrated solutions of midhaul and backhaul network of 5G network. The scheme is studied from the evolution of multilevel DC network architecture, the DC+IPRAN network bearing architecture and the phased upgrading and upgrading 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移动网络换代式演进，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。为了更好地支撑不同应用需求，5G网络将支撑网络切片能力，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。

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：

表1    5G网元物理机房部署表

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：

图1    IPRAN网络承载演进架构图

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缘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之间的回传网络承载。

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撑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设备升级支撑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设备规模升级支撑高速链路。

（3）5G建设后期，mMTC和uRLLC商用。全网流量快速增长，接入环全面支撑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设备全面支撑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：

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[10] 李宇涵. 基于App定义网络的5G网络架构[J]. 科学技术导报, 2016(4): 67-70. ★

编辑概况

潘永球：高级工程师，毕业于华南理工大学，现任中睿通信规划设计有限企业高级设计项目主管，主要负责数据网络的咨询规划以及网络演进的研究工作。

编辑：潘永球   来源：《移动通信》2018年1月