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摘 要：基于5G背景，对城域承载网演进进行了分析，总结了演进思路。首先，分析了5G对承载网的新需求。其次，对现有网络面临的挑战做了论述。最后，整理了5G背景下城域承载网演进思路。5G已成定局，在具体推进的过程中，还面临着诸多挑战，需要加大技术研究力度，推动网络演进，提升网络运营能力。
关键词：5G；城域；承载网；演进思路
中图分类号：TN929.5 文獻标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0314-02
前 言
通信世界网消息（CWW）2018年被认为是5G商用元年。预计2018年6月3GPPSA标准将会完成，完整版5G标准将于2019年12月完成。行业人员表示，运营商5G若要实现商用，必须提前布局承载网络。不同于4G，5G的业务场景更加多样化，对5G承载网，有着更高的挑战。目前，中国运营商5G承载网总体架构以及共性需求不断明确，业界典型承载方案正在并行发展有序推进，即SPN、M-OTN和IPRAN等。
1 5G对承载网的新需求
不同于4G网络，5G网络架构出现了新变化。具体如下：①5G时代核心网业务锚点下移，回传网扁平化明显。②C-RAN架构对前传网络，提出了新的需求，包括低时延、低成本、高灵活性。③基站密度有所增加，光纤将会下移，承载节点的布置数量较多。从行业前沿来看，对于上述变化，中兴通讯方面提出面向5G的端到端E-OTN解决方案，在前传网采取的是分组增强OTN技术方案，不仅能够在RAN组件之间，利用波长一跳直达降低时延，也能够实现业务的汇聚以及灵活转发，有效满足无线接入网虚拟化云化的需求。而回传组网Mesh化和扁平化，组建固移业务统一承载的数据中心互联网络。此方案的关键技术如下：①大容量光电混合调度技术。②分组技术以及光传送技术。③低时延传送以及转发技术等。
2 现有网络面临的挑战
5G网络的发展，主要面临着关键能力指标、网络运营能力以及网络演进要求的挑战，具体分析如下：
2.1 关键能力指标
根据未来移动互联网以及物联网应用场景以及业务需求，可将5G主要技术场景，划分为连续广域覆盖场景、热点高容量场景、低功耗大连接场景、低时延高场景。既有的网络架构以及功能难以有效支持各个场景中的能力指标要求，体现在如下方面：①100Mbps～1Gbps的体验速率。既有的网络架构中，各个基站之间，不具有较强的交互功能，难以实现高效的无线资源调度以及移动性管理等功能。目前，网络小区中心以及边缘接入速率性能存在着较大的差异，难以达到热点区域1Gbps的网络体验速率要求，无法满足广域覆盖情景下100Mbps网络体验速率。②热点区域数十Tbps/km2流量密度。从当前的网络部署情况来说，核心网网关布置的位置很高，而且数据转发模式单一，使得业务数据流量朝向网络中心汇聚，尤其是在热点高容量应用场景下，极有可能给移动回传网络，造成极大的容量压力。③百万连接/km2连接数密度。现有的网络架构以及同化的控制功能，已经难以满足5G差异化的物联网终端高效接入的基本要求。④能够达到低时延高可靠要求。
2.2 网络运营能力
从5G网络发展实际来说，除业务能力指标的要求以外，还面临着网络运营挑战。具体体现如下：①感知和开发能力不强。目前的网络，其开放能力有限，无法满足细粒度以及全方位网络能力开放的基本要求。而且网络没有向外开放的接口，使得第三方无法有效获取大量的网络信息，进而实现实现网络资源同第三方业务的高效对接。②网络运营水平还需要提升。5G网络运行时，业务流量以及终端密度不断提升，使得运营商不断提升运营水平，并且降低网络建设的成本[1]。
2.3 网络演进要求
从当前5G网络发展实际来说，在网络演进方面，面临着以下挑战：①网络协同能力有限。现有的网络，比如4G网络，是利用核心网，实现的多接入统一控制，采取的接入技术不同，其移动性管理和Qos控制与认证过程就不同。因为移动性管理机制具有多样性，引入了各类信令流程，使得网络互连以及漫游架构更加复杂，终端切换以及互操作流程繁琐，限制了网络协同控制力。②隧道机制功能单一。现有的隧道机制相对单一，而5G网络业务类型较为丰富，难以满足其流量调度以及数据高效转发基本要求。除此之外，用户IP地址和网关绑定，影响着业务面功能下沉，进而难以提高数据速率，降低传输时延[2]。
3 5G背景下城域承载网演进思路整合
3.1 基础网络整合
从中国移动和联通方面来说，原为移动运营商，建设的基础网络，主要用于辅助基站回传业务，业务转型后，成为全业务运营商，后开始进行综合业务区的规划以及建设，不过机房和管道等设有基站，其和综合业务区两张基础网络难以融合，对承载网运行有着不利影响。除此之外，中国移动以及中国联通的本地网，其机房面积相对较小，而且光缆资源不足，使得承载网存在着超大环和超长链弊端，不仅影响着网络运行的安全，而且很容易造成网络拥塞或者其他问题。
从中国电信方面来说，其原本为固网运营商，拥有丰富的资源，比如机房和管道等，机房的物理位置条件较好，网络结构优，但是本地网发展时间较长。由于维护界面划分的较为细致，使得功能重复问题或者承载网络过多问题逐渐暴露，造成业务端到端路径上转接比较多，进而影响着时延性能[3]。
基于此，5G背景下城域承载网演进，要整合基础网络，从上到下，实现光缆网网格化，对于同层次上的承载网网元以及业务网网元，要坚持同节点或者就近原则部署，为提高带宽效率并且减少转接，奠定有力的基础。
3.2 大维度ROADM组网
当储备一定能力的基础网络资源后，结合本地实际业务流量以及流向需求，部署ROADM节点构建Mesh化的OTN光网络。从实际来说，主流设备厂商的1×20WSS已经投入商用，依据本地网覆盖面积以及网络节点部署情况，可选择和其相互匹配的WSS器件，比如1×4和1×9等，构建ROADM网络。基于此网络特性，节点在现有网络使用，可以实现以下组合：①波长有关、方向有关；②波长无关、方向有关；③方向无关、波长有关、竞争有关；④波长无关、方向无关、竞争有关；⑤波长无关、方向无关、竞争无关。其中，第五种组合是最为理想的形态，波长级别光层调度具有快速灵活性，可启用WSON保护恢复机制，有效缓解波长冲突，不过成本较大[4]。中小型本地网现有的ROADM技术，能够支撑构建扁平的、Mesh化的传送网，结合波道规划，能够实现性能平衡，包括传送效率和组网成本等。大型网络的ROADM技术，难以支撑全网Mesh化，基于统一组网，分场景部署业务，对部分时延要求高的业务，做扁平化处理。
3.3 逻辑分层
城域承载网的部署，是以网络实体的形式，通过逻辑分层，实现光+IP。在光层OTN，拥有较大的传输带宽，而且大容量通用交叉矩阵，能够实现ODUk与Packet统一交换，从未来发展来看，将会不断完善对VCn颗粒的交叉功能。基于此，对一张OTN光网络，采取逻辑分层方式，可以划分为光层、ODUk层以及分组层，满足各类型业务需求[5]。
4 结束语
综上所述，5G背景下，城域承载网演进思路具体为基础网络整合、大维度ROADM组网、逻辑分层。按照此思路，解决当前网络存在的不足问题，推动5G网络的有效推进。
参考文献
[1]王 林，王保龙，李 娜.5G提出新要求传送网演进方案探讨[J].通信世界，2017（32）：46～47.
[2]孙黎莉.5G网络发展趋势及架构部署方案研究[C].辽宁省通信学会2016年通信网络与信息技术年会，2016.
[3]黄 文，费嘉祺.基于5G网络技术分析运营商发展的转型思路[J].自然科学：全文版：178.
[4]于富东，杨 林，匙 凯.面向5G的核心网网络演进方案研究[J].电信网技术，2017（12）：62～66.
[5]智慧川，盖军丽，梅高永.基于5G移动通信技术发展与运营研究[J].中国科技投资，2017（24）.
收稿日期：2018-6-3
作者简介：曹丽玉（1983-），女，工程师，硕士研究生，主要从事通信规划设计工作。
关键词：5G；城域；承载网；演进思路
中图分类号：TN929.5 文獻标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0314-02
前 言
通信世界网消息（CWW）2018年被认为是5G商用元年。预计2018年6月3GPPSA标准将会完成，完整版5G标准将于2019年12月完成。行业人员表示，运营商5G若要实现商用，必须提前布局承载网络。不同于4G，5G的业务场景更加多样化，对5G承载网，有着更高的挑战。目前，中国运营商5G承载网总体架构以及共性需求不断明确，业界典型承载方案正在并行发展有序推进，即SPN、M-OTN和IPRAN等。
1 5G对承载网的新需求
不同于4G网络，5G网络架构出现了新变化。具体如下：①5G时代核心网业务锚点下移，回传网扁平化明显。②C-RAN架构对前传网络，提出了新的需求，包括低时延、低成本、高灵活性。③基站密度有所增加，光纤将会下移，承载节点的布置数量较多。从行业前沿来看，对于上述变化，中兴通讯方面提出面向5G的端到端E-OTN解决方案，在前传网采取的是分组增强OTN技术方案，不仅能够在RAN组件之间，利用波长一跳直达降低时延，也能够实现业务的汇聚以及灵活转发，有效满足无线接入网虚拟化云化的需求。而回传组网Mesh化和扁平化，组建固移业务统一承载的数据中心互联网络。此方案的关键技术如下：①大容量光电混合调度技术。②分组技术以及光传送技术。③低时延传送以及转发技术等。
2 现有网络面临的挑战
5G网络的发展，主要面临着关键能力指标、网络运营能力以及网络演进要求的挑战，具体分析如下：
2.1 关键能力指标
根据未来移动互联网以及物联网应用场景以及业务需求，可将5G主要技术场景，划分为连续广域覆盖场景、热点高容量场景、低功耗大连接场景、低时延高场景。既有的网络架构以及功能难以有效支持各个场景中的能力指标要求，体现在如下方面：①100Mbps～1Gbps的体验速率。既有的网络架构中，各个基站之间，不具有较强的交互功能，难以实现高效的无线资源调度以及移动性管理等功能。目前，网络小区中心以及边缘接入速率性能存在着较大的差异，难以达到热点区域1Gbps的网络体验速率要求，无法满足广域覆盖情景下100Mbps网络体验速率。②热点区域数十Tbps/km2流量密度。从当前的网络部署情况来说，核心网网关布置的位置很高，而且数据转发模式单一，使得业务数据流量朝向网络中心汇聚，尤其是在热点高容量应用场景下，极有可能给移动回传网络，造成极大的容量压力。③百万连接/km2连接数密度。现有的网络架构以及同化的控制功能，已经难以满足5G差异化的物联网终端高效接入的基本要求。④能够达到低时延高可靠要求。
2.2 网络运营能力
从5G网络发展实际来说，除业务能力指标的要求以外，还面临着网络运营挑战。具体体现如下：①感知和开发能力不强。目前的网络，其开放能力有限，无法满足细粒度以及全方位网络能力开放的基本要求。而且网络没有向外开放的接口，使得第三方无法有效获取大量的网络信息，进而实现实现网络资源同第三方业务的高效对接。②网络运营水平还需要提升。5G网络运行时，业务流量以及终端密度不断提升，使得运营商不断提升运营水平，并且降低网络建设的成本[1]。
2.3 网络演进要求
从当前5G网络发展实际来说，在网络演进方面，面临着以下挑战：①网络协同能力有限。现有的网络，比如4G网络，是利用核心网，实现的多接入统一控制，采取的接入技术不同，其移动性管理和Qos控制与认证过程就不同。因为移动性管理机制具有多样性，引入了各类信令流程，使得网络互连以及漫游架构更加复杂，终端切换以及互操作流程繁琐，限制了网络协同控制力。②隧道机制功能单一。现有的隧道机制相对单一，而5G网络业务类型较为丰富，难以满足其流量调度以及数据高效转发基本要求。除此之外，用户IP地址和网关绑定，影响着业务面功能下沉，进而难以提高数据速率，降低传输时延[2]。
3 5G背景下城域承载网演进思路整合
3.1 基础网络整合
从中国移动和联通方面来说，原为移动运营商，建设的基础网络，主要用于辅助基站回传业务，业务转型后，成为全业务运营商，后开始进行综合业务区的规划以及建设，不过机房和管道等设有基站，其和综合业务区两张基础网络难以融合，对承载网运行有着不利影响。除此之外，中国移动以及中国联通的本地网，其机房面积相对较小，而且光缆资源不足，使得承载网存在着超大环和超长链弊端，不仅影响着网络运行的安全，而且很容易造成网络拥塞或者其他问题。
从中国电信方面来说，其原本为固网运营商，拥有丰富的资源，比如机房和管道等，机房的物理位置条件较好，网络结构优，但是本地网发展时间较长。由于维护界面划分的较为细致，使得功能重复问题或者承载网络过多问题逐渐暴露，造成业务端到端路径上转接比较多，进而影响着时延性能[3]。
基于此，5G背景下城域承载网演进，要整合基础网络，从上到下，实现光缆网网格化，对于同层次上的承载网网元以及业务网网元，要坚持同节点或者就近原则部署，为提高带宽效率并且减少转接，奠定有力的基础。
3.2 大维度ROADM组网
当储备一定能力的基础网络资源后，结合本地实际业务流量以及流向需求，部署ROADM节点构建Mesh化的OTN光网络。从实际来说，主流设备厂商的1×20WSS已经投入商用，依据本地网覆盖面积以及网络节点部署情况，可选择和其相互匹配的WSS器件，比如1×4和1×9等，构建ROADM网络。基于此网络特性，节点在现有网络使用，可以实现以下组合：①波长有关、方向有关；②波长无关、方向有关；③方向无关、波长有关、竞争有关；④波长无关、方向无关、竞争有关；⑤波长无关、方向无关、竞争无关。其中，第五种组合是最为理想的形态，波长级别光层调度具有快速灵活性，可启用WSON保护恢复机制，有效缓解波长冲突，不过成本较大[4]。中小型本地网现有的ROADM技术，能够支撑构建扁平的、Mesh化的传送网，结合波道规划，能够实现性能平衡，包括传送效率和组网成本等。大型网络的ROADM技术，难以支撑全网Mesh化，基于统一组网，分场景部署业务，对部分时延要求高的业务，做扁平化处理。
3.3 逻辑分层
城域承载网的部署，是以网络实体的形式，通过逻辑分层，实现光+IP。在光层OTN，拥有较大的传输带宽，而且大容量通用交叉矩阵，能够实现ODUk与Packet统一交换，从未来发展来看，将会不断完善对VCn颗粒的交叉功能。基于此，对一张OTN光网络，采取逻辑分层方式，可以划分为光层、ODUk层以及分组层，满足各类型业务需求[5]。
4 结束语
综上所述，5G背景下，城域承载网演进思路具体为基础网络整合、大维度ROADM组网、逻辑分层。按照此思路，解决当前网络存在的不足问题，推动5G网络的有效推进。
参考文献
[1]王 林，王保龙，李 娜.5G提出新要求传送网演进方案探讨[J].通信世界，2017（32）：46～47.
[2]孙黎莉.5G网络发展趋势及架构部署方案研究[C].辽宁省通信学会2016年通信网络与信息技术年会，2016.
[3]黄 文，费嘉祺.基于5G网络技术分析运营商发展的转型思路[J].自然科学：全文版：178.
[4]于富东，杨 林，匙 凯.面向5G的核心网网络演进方案研究[J].电信网技术，2017（12）：62～66.
[5]智慧川，盖军丽，梅高永.基于5G移动通信技术发展与运营研究[J].中国科技投资，2017（24）.
收稿日期：2018-6-3
作者简介：曹丽玉（1983-），女，工程师，硕士研究生，主要从事通信规划设计工作。