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【摘要】伴随着高速移动互联网和物联网等业务的飞速发展，5G技术已成为业界的关注焦点，作为移动通信系统的回传网络，传送网所面对的挑战及部署方案的研究也被大家所关注。对于如何满足未来5G的需求，本文从5G系统的对传送网的关键指标要求，引申出对传输的需求及挑战，并对下一步传送网的部署策略及思路进行探讨。
【关键词】5G；传送网；SDN；时延
【Abstract】With the rapid development of high-speed mobile Internet and Internet of Things， 5G technology has become the focus of the industry， as a mobile communication system backhaul network， transmission network challenges and deployment of the program is also concerned about everyone's attention. For how to meet the needs of the future 5G， this paper from the 5G system on the key requirements of the transmission network， extended the demand for transmission and challenges， and the next step to deploy the network deployment strategy and ideas to explore.
【Key words】5th-Generation；Transport Network；Software Defined Network；delay
1. 前言
（1）从2G、3G 到4G 的应用，移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能移动通信技术的追求从未停止，为了应对未来爆炸性的数据流量增长、海量的设备连接和不断涌现的各类新业务，第五代移动通信（5G）系统将应运而生。5G 将从“以技术为中心”向“以用户体验為中心”转变，应用场景将横跨移动互联网和物联网，达成人与万物智能互联的目标，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。
（2）随着4G 进入规模商用阶段，面向2020 年及未来的第五代移动通信（5G）已成为业界关注热点， 5G 并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术（4G 后向演进技术）集成后的解决方案总称。从某种程度上讲，5G 是一个真正意义上的融合网络。相对于2G、3G 以及4G 技术来讲，5G 的概念是一个综合的整体性范围，它主要是“现有无线技术演进和开发补充性的新技术”，目标为构建长期网络社会。从目前看，3G、4G、WiFi 等无线接入技术都是5G 的重要技术组成部分。
2. 5G对传送网的需求
2.1 IMT-2020（5G）推进组发布的《5G概念白皮书》，可看出5G网络将同时面向移动互联网和物联网。5G 技术场景涉及人们居住、工作、休闲娱乐、交通等各个领域，特别是密集住宅区的Gbps 的用户体验速率、商务办公区数十Tbps/ Km2 的流量密度、体育馆场百万/ Km2 的设备连接数、快速路及500Km/h的高速铁路等恶劣传播条件下和广域覆盖场景下100Mbps的用户体验速率。
2.2 I承载网作为移动通信网络的基础和主干，需要与无线接入网相匹配或先于无线接入网的发展，才能有效支撑无线网络的建设和发展。从1G 到4G，移动通信系统的承载网伴随着移动制式的不断改造而升级，从最初的SDH刚性管道，逐步过渡到全IP 承载，并向SDN 方向的弹性网络不断演进，通过分析5G主要应用场景，可以提炼出5G 无线网络对承载网的新需求：
（1） 大带宽、大容量需求。要满足用户的移动性和业务的连续性要求，则必须要求网络能具有连续的广域覆盖的能力，这也是移动通信网最基本的覆盖场景，在这种基本的场景下，5G需要随时随地为任意用户提供100Mbps 以上的用户体验速率；热点高容量场景面向局部热点区域，需要满足用户极高的数据传输速率和区域范围内极高的数据流量需求，包括1Gbps 用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/Km2 流量密度。显而易见，与4G网络相比，5G系统的承载网必须具有大带宽、大容量的能力。
（2） 低时延、高可靠性需求。远程医疗、车联网、工业控制等垂直行业对时延、可靠性要求苛刻，需要实现毫秒级端到端时延和几乎100%的可靠性。这要求承载网既能提供极低的传送时延、极低的处理时延、严格的频率同步和时间同步能力，又能提供极强的故障恢复能力。
（3） SDN/NFV 需求。5G 系统以SDN（软件定义网络）和NFV（网络功能虚拟化）作为基础技术，控制面和转发面分离，使整个网络更加灵活、智能、高效和开放。作为5G 系统转发面的一部分，承载网也必须具备SDN 功能，从而构建面向业务的网络能力开放接口，针对具体场景需求进行功能剪裁及资源分片，并在其上进行各自的业务应用、业务控制，实现面向业务场景的按需适配的网络架构，实现网络能力的开放，满足业务的差异化需求，提升业务的部署效率，提供全新的运营模式和盈利空间。
（4） “大”承载网设备的需求。5G时代，为了承接高密度的数据流量，承载网设备数量大，MESH 拓扑结构场景多，带宽、接口消耗大，要求承载设备具备大容量、大带宽、接口数量多的特点。
（5） 低TCO（Total Cost of Ownership，从产品采购到后期使用、维护的总的总成本）需求。5G网络要实现广域覆盖、高密度、大容量、大带宽等目标，势必对承载网元有海量需求，承载网规模将非常庞大，这就要求承载网元低成本、低功耗、易维护，最大限度降低TCO。 3. 针对5G需求的传送网解决思路
3.1 I传送网的前移。
对于前传网（RRU-BBU）的需求，从当前的4G网络到5G网络，单扇区CPRI（通用公共无线电接口）接口带宽约提升160倍（频谱带宽提升10 倍，天线数提升16倍）至1.6T，而5G 的时延将下降到1ms以下，即使通过压缩即使也很难用一个CPRI 接口满足5G 网络的数据传输需求，以CPRI接口方式建设前传网几乎不可能。这种情况下，承载方案将面临很大的挑战，必须考虑将传送网前移，优化CPRI接口，以弥补前传网能力的不足。
3.2 I传送网网络结构扁平化。
为了满足5G 系统的时延指标要求，需进一步将现有的网络结构扁平化，业务层进一步下沉，业务层到无线基站接入端的纵向时延及基站到基站的横向时延大大降低，对承载网的时延要求比4G时代更严格，承载网必须向扁平化发展。
传统承载网分为接入层、汇聚层、骨干汇聚层、核心层、业务落地多层结构，在5G时代承载网会在保持接入、汇聚、核心三层主体结构不变的情况下进行一定程度的简化，汇聚层将不经过骨干汇聚节点进行二级汇聚，经过一级汇聚后直接口字型双上联到核心层，替代目前的环形组网，甚至在设备能力许可的情况下，业务落地层也会被简化。从而通过简化网络结构，缩短时延。
3.3 I优化设备的路由算法。
5G承载网接入容量大，网络拓扑呈现mesh状，时延的在线测量和基于时延的路由计算将是5G 承载的基本需求。在SDN上实现时延驱动路由算法的厂家，时延驱动路由通过在线测量每对光纤跨端的延时值，可以计算出最小时延的端到端路由，并可以通过隧道OAM在线测量出路由的时延，如果时延值不满足X2 的延时要求，会提示运营商告警，调整光缆的路由满足组网要求。
3.4 ISDN/NFV的全面引入。
5G时代，运营商需要一个统一运营、统一部署和统一操作的网络架构，RAN 控制域、承载网控制域、核心网控制域三域协同，实现从“云、管、端”的全业务控制与运营。通过SDN/NFV技术的部署，优化数据传输路径，控制业务数据靠近转发云和接入云边缘，有效降低网络传输时延；通过构建面向业务的网络能力开放接口，满足业务的差异化需求并提升业务的部署效率；通过网络编排与管理系统针对具体场景需求对网络分片，实现一种面向业务场景按需适配的网络架构；引入SDN技术，构建面向业务的网络能力开放平台。
3.5 I三层功能的下移。
5G网络，由于网络结构的扁平化和控制面与承载面的分离，导致基站之间的横向流量呈指数级的超过4G网络的流量，而各种实时业务的应用，对时延的要求很高，甚至在1ms内，远远低于3GPP 定义的LTE 基站间的10ms 时延。LTE时代，三层一般高置，主要部署在汇聚骨干节点或核心层之上。5G时代，一方面：三层下挂的基站将更多，路由條目数量将更大，三层设备流量调度任务重，如果还将三层高置，三层设备将不堪重负，一旦三层节点故障，影响范围很大；另一方面：三层高置导致横向的流量时延大，将不能满足5G 时代基站间横向流量的时延需求。为了网络的安全性、稳健性及减少横向跳数降低时延，必须将三层下移。
4. 结束语
5G 的发展将更多面向数据、视频、物联网等各类应用，成为未来数字世界的驱动平台，其无线技术的发展和组网将对传输产生超高带宽、低时延、网络切片、东西向流量的需求。所以，未来面向LTE-A Pro 及5G的城域传输PTN 会逐步将三层下移，以高速PTN 或OTN+PTN 的形态承载业务，网络组网上也会逐步采用直达或口字型来减少跳数，网络架构向大容量、扁平化和灵活组网的方向发展。
参考文献
[1] IMT- 2020（5G） 推进组. 5G 愿景与需求白皮书[R/OL].（2014- 05- 28） [2016- 06- 22].http：//www.imt- 2020.cn/zh/documents/download/1.
[2] IMT-2020（5G）推进组. 5G 网络技术架构白皮书[R/OL].（2015- 05- 28）[2016- 06- 22]. http：//www.imt- 2020.cn/zh/documents/download/62.
[3] 中国电信.低时延光网络技术白皮书[R].中国电信，2016.
[4] 张国颖， 徐云斌， 王郁. 软件定义光传送网的发展现状、挑战及演进趋势[J]. 电信网技术，2014，6.
[5] 朱浩.下一代移动网络发展趋势与关键技术[J].中国电信业，2016（2）：36-39.
[6] 单祥茹.Q or vo：两大核心技术让5G从梦想走入现实[J].中国电子商情：基础电子，2016（3）：15-16.
[文章编号]1619-2737（2017）07-20-666
[作者简介] 王挺（1983-），男，职称：工程师，学历：本科，工作单位：天元瑞信通信技术股份有限公司，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作。
辛向军（1980-），男，职称：工程师，学历：本科，工作单位：天元瑞信通信技术股份有限公司，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作。
【关键词】5G；传送网；SDN；时延
【Abstract】With the rapid development of high-speed mobile Internet and Internet of Things， 5G technology has become the focus of the industry， as a mobile communication system backhaul network， transmission network challenges and deployment of the program is also concerned about everyone's attention. For how to meet the needs of the future 5G， this paper from the 5G system on the key requirements of the transmission network， extended the demand for transmission and challenges， and the next step to deploy the network deployment strategy and ideas to explore.
【Key words】5th-Generation；Transport Network；Software Defined Network；delay
1. 前言
（1）从2G、3G 到4G 的应用，移动通信已经深刻地改变了人们的生活，但人们对更高性能移动通信技术的追求从未停止，为了应对未来爆炸性的数据流量增长、海量的设备连接和不断涌现的各类新业务，第五代移动通信（5G）系统将应运而生。5G 将从“以技术为中心”向“以用户体验為中心”转变，应用场景将横跨移动互联网和物联网，达成人与万物智能互联的目标，实现“信息随心至，万物触手及”的愿景。
（2）随着4G 进入规模商用阶段，面向2020 年及未来的第五代移动通信（5G）已成为业界关注热点， 5G 并不是一个单一的无线接入技术，也不是几个全新的无线接入技术，而是多种新型无线接入技术和现有无线接入技术（4G 后向演进技术）集成后的解决方案总称。从某种程度上讲，5G 是一个真正意义上的融合网络。相对于2G、3G 以及4G 技术来讲，5G 的概念是一个综合的整体性范围，它主要是“现有无线技术演进和开发补充性的新技术”，目标为构建长期网络社会。从目前看，3G、4G、WiFi 等无线接入技术都是5G 的重要技术组成部分。
2. 5G对传送网的需求
2.1 IMT-2020（5G）推进组发布的《5G概念白皮书》，可看出5G网络将同时面向移动互联网和物联网。5G 技术场景涉及人们居住、工作、休闲娱乐、交通等各个领域，特别是密集住宅区的Gbps 的用户体验速率、商务办公区数十Tbps/ Km2 的流量密度、体育馆场百万/ Km2 的设备连接数、快速路及500Km/h的高速铁路等恶劣传播条件下和广域覆盖场景下100Mbps的用户体验速率。
2.2 I承载网作为移动通信网络的基础和主干，需要与无线接入网相匹配或先于无线接入网的发展，才能有效支撑无线网络的建设和发展。从1G 到4G，移动通信系统的承载网伴随着移动制式的不断改造而升级，从最初的SDH刚性管道，逐步过渡到全IP 承载，并向SDN 方向的弹性网络不断演进，通过分析5G主要应用场景，可以提炼出5G 无线网络对承载网的新需求：
（1） 大带宽、大容量需求。要满足用户的移动性和业务的连续性要求，则必须要求网络能具有连续的广域覆盖的能力，这也是移动通信网最基本的覆盖场景，在这种基本的场景下，5G需要随时随地为任意用户提供100Mbps 以上的用户体验速率；热点高容量场景面向局部热点区域，需要满足用户极高的数据传输速率和区域范围内极高的数据流量需求，包括1Gbps 用户体验速率、数十Gbps峰值速率和数十Tbps/Km2 流量密度。显而易见，与4G网络相比，5G系统的承载网必须具有大带宽、大容量的能力。
（2） 低时延、高可靠性需求。远程医疗、车联网、工业控制等垂直行业对时延、可靠性要求苛刻，需要实现毫秒级端到端时延和几乎100%的可靠性。这要求承载网既能提供极低的传送时延、极低的处理时延、严格的频率同步和时间同步能力，又能提供极强的故障恢复能力。
（3） SDN/NFV 需求。5G 系统以SDN（软件定义网络）和NFV（网络功能虚拟化）作为基础技术，控制面和转发面分离，使整个网络更加灵活、智能、高效和开放。作为5G 系统转发面的一部分，承载网也必须具备SDN 功能，从而构建面向业务的网络能力开放接口，针对具体场景需求进行功能剪裁及资源分片，并在其上进行各自的业务应用、业务控制，实现面向业务场景的按需适配的网络架构，实现网络能力的开放，满足业务的差异化需求，提升业务的部署效率，提供全新的运营模式和盈利空间。
（4） “大”承载网设备的需求。5G时代，为了承接高密度的数据流量，承载网设备数量大，MESH 拓扑结构场景多，带宽、接口消耗大，要求承载设备具备大容量、大带宽、接口数量多的特点。
（5） 低TCO（Total Cost of Ownership，从产品采购到后期使用、维护的总的总成本）需求。5G网络要实现广域覆盖、高密度、大容量、大带宽等目标，势必对承载网元有海量需求，承载网规模将非常庞大，这就要求承载网元低成本、低功耗、易维护，最大限度降低TCO。 3. 针对5G需求的传送网解决思路
3.1 I传送网的前移。
对于前传网（RRU-BBU）的需求，从当前的4G网络到5G网络，单扇区CPRI（通用公共无线电接口）接口带宽约提升160倍（频谱带宽提升10 倍，天线数提升16倍）至1.6T，而5G 的时延将下降到1ms以下，即使通过压缩即使也很难用一个CPRI 接口满足5G 网络的数据传输需求，以CPRI接口方式建设前传网几乎不可能。这种情况下，承载方案将面临很大的挑战，必须考虑将传送网前移，优化CPRI接口，以弥补前传网能力的不足。
3.2 I传送网网络结构扁平化。
为了满足5G 系统的时延指标要求，需进一步将现有的网络结构扁平化，业务层进一步下沉，业务层到无线基站接入端的纵向时延及基站到基站的横向时延大大降低，对承载网的时延要求比4G时代更严格，承载网必须向扁平化发展。
传统承载网分为接入层、汇聚层、骨干汇聚层、核心层、业务落地多层结构，在5G时代承载网会在保持接入、汇聚、核心三层主体结构不变的情况下进行一定程度的简化，汇聚层将不经过骨干汇聚节点进行二级汇聚，经过一级汇聚后直接口字型双上联到核心层，替代目前的环形组网，甚至在设备能力许可的情况下，业务落地层也会被简化。从而通过简化网络结构，缩短时延。
3.3 I优化设备的路由算法。
5G承载网接入容量大，网络拓扑呈现mesh状，时延的在线测量和基于时延的路由计算将是5G 承载的基本需求。在SDN上实现时延驱动路由算法的厂家，时延驱动路由通过在线测量每对光纤跨端的延时值，可以计算出最小时延的端到端路由，并可以通过隧道OAM在线测量出路由的时延，如果时延值不满足X2 的延时要求，会提示运营商告警，调整光缆的路由满足组网要求。
3.4 ISDN/NFV的全面引入。
5G时代，运营商需要一个统一运营、统一部署和统一操作的网络架构，RAN 控制域、承载网控制域、核心网控制域三域协同，实现从“云、管、端”的全业务控制与运营。通过SDN/NFV技术的部署，优化数据传输路径，控制业务数据靠近转发云和接入云边缘，有效降低网络传输时延；通过构建面向业务的网络能力开放接口，满足业务的差异化需求并提升业务的部署效率；通过网络编排与管理系统针对具体场景需求对网络分片，实现一种面向业务场景按需适配的网络架构；引入SDN技术，构建面向业务的网络能力开放平台。
3.5 I三层功能的下移。
5G网络，由于网络结构的扁平化和控制面与承载面的分离，导致基站之间的横向流量呈指数级的超过4G网络的流量，而各种实时业务的应用，对时延的要求很高，甚至在1ms内，远远低于3GPP 定义的LTE 基站间的10ms 时延。LTE时代，三层一般高置，主要部署在汇聚骨干节点或核心层之上。5G时代，一方面：三层下挂的基站将更多，路由條目数量将更大，三层设备流量调度任务重，如果还将三层高置，三层设备将不堪重负，一旦三层节点故障，影响范围很大；另一方面：三层高置导致横向的流量时延大，将不能满足5G 时代基站间横向流量的时延需求。为了网络的安全性、稳健性及减少横向跳数降低时延，必须将三层下移。
4. 结束语
5G 的发展将更多面向数据、视频、物联网等各类应用，成为未来数字世界的驱动平台，其无线技术的发展和组网将对传输产生超高带宽、低时延、网络切片、东西向流量的需求。所以，未来面向LTE-A Pro 及5G的城域传输PTN 会逐步将三层下移，以高速PTN 或OTN+PTN 的形态承载业务，网络组网上也会逐步采用直达或口字型来减少跳数，网络架构向大容量、扁平化和灵活组网的方向发展。
参考文献
[1] IMT- 2020（5G） 推进组. 5G 愿景与需求白皮书[R/OL].（2014- 05- 28） [2016- 06- 22].http：//www.imt- 2020.cn/zh/documents/download/1.
[2] IMT-2020（5G）推进组. 5G 网络技术架构白皮书[R/OL].（2015- 05- 28）[2016- 06- 22]. http：//www.imt- 2020.cn/zh/documents/download/62.
[3] 中国电信.低时延光网络技术白皮书[R].中国电信，2016.
[4] 张国颖， 徐云斌， 王郁. 软件定义光传送网的发展现状、挑战及演进趋势[J]. 电信网技术，2014，6.
[5] 朱浩.下一代移动网络发展趋势与关键技术[J].中国电信业，2016（2）：36-39.
[6] 单祥茹.Q or vo：两大核心技术让5G从梦想走入现实[J].中国电子商情：基础电子，2016（3）：15-16.
[文章编号]1619-2737（2017）07-20-666
[作者简介] 王挺（1983-），男，职称：工程师，学历：本科，工作单位：天元瑞信通信技术股份有限公司，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作。
辛向军（1980-），男，职称：工程师，学历：本科，工作单位：天元瑞信通信技术股份有限公司，主要从事光通信网络规划咨询及设计工作。