5G传输网络建设的技术策略

文/韩秉军

5G 建设是当前的一个热点问题，也是前沿问题。5G 要求更快的速度，更大的容量，这对于整个网络提出了更高的要求，OTN、PTN 等必须要跟随5G 的脚步不断演进，进而实现5G 的超密集组网。5G 即将商用是现实问题，但是5G 的一些关键技术方案实际上还没有确切地落实下来，目前所试验的5G 建设方案都是可行的，比如SDN+OTN、SDN+PTN 等，本文也着重就这两种方案进行研究分析。

1 OTN和PTN

1.1 OTN

OTN 即光传送网，是一种在波分复用技术基础上发展起来的一种网络传输技术，目前OTN 被定义为骨干传送网。现在一些OTN 设备已经开启来400GE 的速率，但因为成本上的问题，运营商还很少部署400GE 的OTN 设备，主流还是100GE。以100GE 速率的OTN来论，主要的技术包括线路调制技术（QPSK），可保证100GE 设备组网的传输速率峰值达112Gbit/s；经过QPSK 调制后信号在接收端会出现偏振态变化的情况会导致本地光振荡器以及接收的信号出现频率差和相位差，导致传输延迟，为了控制延迟，通常会采取高速电信号处理技术（该技术又称补偿技术）；在传送网当中还有一个关键技术即FEC，该技术利用了信息当中的少量冗余来检测以及纠正传输当中发生的误码。在传统的单向通信当中FEC一旦发现传输当中有错误，可重建数据，而没有这项技术的话，接收端将没办法接收数据。OTN 的纠错是在FEC 基础上发展而来的SD-FEC 技术，即软裁决前向纠错。OTN 网络的定位是骨干传送网，其网元包含OTM，OLA，OADM（FOADM 或ROADM） 以 及REG。而组网的拓扑结构也很灵活包括点到点、环形、链形、网状等。

1.2 PTN

PTN 是分组传送网，在现有的传输网络结构当中往往配合OTN 来组成传输网络，主要定位为城域传输网。一般而言PTN 是在网络上的IP 业务层以及光传输媒介当中设置一个中间层来实现多业务支撑。PTN 主要支撑端到端、点对点的连接，并且新扩展的MPLS等多种连接方式可以无缝承载各种业务，同OTN 连接可以实现更为广泛的组网。PTN 的核心在于PWE3 技术，该技术主要是将传输信道当中的数据进行伪装后传输，在接收端的用户在PWE3 下，通常只会感觉到访问特点业务时，使用的是一条信道。不同的业务有不同的信道，当然实际上还是在一条光纤上。MPLS为PTN 的分组传送提供了保障，MPLS 本身是一种路由转发协议，目的是为了提高转发的速度。在该协议下，发送端会发出一份携带数据的报文，该报文要达到特定的接收端，需要经过路由器的处理，即路由器根据报文提供的目标地址来检测自己的路由表，然后查询接口后转发出去，并达到接收端。当接收端接收数据后会向发送端反馈一份报文。

2 5G传输网络建设方案研究

2.1 5G传输网络中的网络演进思考

5G 网络呈现出的特点是大、快、杂，流量大、网络大，相应速度快，业务多而杂。与4G 相比较，5G 是三层架构，4G 是两层架构。在5G 的架构当中包括CU、DU 和AAU。一般情况来说，5G 传输速率的均值至少要保证1Gbit/s，峰值在20Gbit/s，在建设当中若以环状结构来组成承载网络，每个环有6 个S111站，且每个站都达到峰值要求，那么至少需要40G 的带宽才能满足5G 的网络接入需要，同时因为在5G 无线接入的部署是从4G 演变而来，本质还是UE 到接入网到承载网再到核心网然后接入另一端的承载网、接入网最后达到UE，整个过程的本质就是编码解码、调制解调和加密解密的一个过程。而5G 的无线接入网现在公认的部署方式是超密集组网，到了承载和核心网就需要至少T 级别的组网才能满足5G 网络传输的要求。而5G 的无线接入网部署相比4G 而言更加庞大，需要的基站数量是4G 的1.5 倍，这对网络的光纤资源消耗非常巨大，这就需要网络进行演进，否则无法满足5G 的需求。

在5G 网络架构当中因为多出了一个DC流量，S1 流量就因为核心网的部署位置而发生变化，呈现出多流量的特点，对于传输网络而言就要求必须实现统一传输，因此SDN（软件定义光网络）成为5G 当中的一个关键技术。SDN 在5G 的技术领域通常被成为增强神经系统，利用SDN 意味着可以实现更快的响应速度，但不意味着网络会更聪明，因为这需要人工智能的支持。现有的5G 建设方案当中均需要SDN 作为网络的大脑来调控网络。网络架构会以SDN 为首组成统一的网络通道，为了满足不同业务的需求，就需要另外一个关键的技术，即网络切片，网络切片顾名思义就是将典型的物理网络切割为多个虚拟的端到端网络。

2.2 SDN+OTN

OTN 承 载5G 主 要 是 笼MUXPONDER将 多 个AAU 的10G 或25G 的CPRI 或 者 是ECPRI 信号复用到高速信号后传送到DU，可满足大带宽传输要求，根据光线路由可以进行灵活的组网，包括点到点、环状以及链形等。点到点的组网可以采取单纤双向技术来降低光纤资源的消耗。而DU 集中化可以节约无线设备的投资。而OTN 通常作为5G 无线接入的一级前传，不过目前成本还比较高，需要进一步考虑成本方案。而CU 和DU 之间的前传一般为二级前传，组网方式以环网为主，使用OTN 后可以实现波长在光层当中穿通中间节点直达AAU，满足低延时要求。

5G 核心网的用户面会下沉，与固网的VBNG、VCPE 等分散部署在边缘DC，通过共同部署以及资源共享来实现CO 机房数量的降低，节约机房成本。OTN 集成分组功能可以在L2/L3 实现业务的汇聚和灵活转发，还可以在L0/L1 实现大容量低延时的业务传送，即在分组增强型OTN 设备的基础上增强L3 路由转发和网络切片能力，并简化OTN 转发路径和管理复杂度。

2.3 SDN+PTN

基于PTN 的5G 网络部署方案实际上是一个端到端的分层交换网络，核心技术包括IP、MPLS、波分复用、网络切片等，利用IP、MPLS 等技术来将网络分层，即L0～L3，L0 属于底层的物理层面，基于的核心技术是波分复用。L1 这一层面则是链路层，核心的技术手段是网络切片，用该技术来实现业务的调控。而L2/L3 则是PTN 的主要接口，用MPLS-TP+SR 来进行组网，而MPLS-TP+SR属于SDN 的控制对象。并且MPLS-TP+SR 由PTN 技术中的MPLS-TP 演变而来。这一种5G 部署方案已经由华为在2017年进行了验证并且证明是可行的。

边缘计算（MEC）在5G 网络中是一个重要技术，目前主要有两种部署方式，一种是将MEC 集成在基站当中，将其作为基站的增强功能。另一种是将MEC 独立出来，并将其与核心网实现协同。这种方案都预示了MEC 必定会下成到汇聚节点或者是综合业务节点，网络当中的L3 也会下沉到边缘。对于一个省而言，5G 网络将面临各个汇聚点的挑战，MPLS协议下L3 存在一个典型的扩展问题，而解决的技术手段在于MPLS+SR，其中SR 是源路由的段路由技术。在网络中加入SDN 来进行集中管控，一个核心汇聚层为一个IGP，每个接入环为一个IGP，端到端部署IGP 秀恶意，而IGP 分点设置在重要的汇聚点和普通节点，全网用SDN 来实现协同。在汇聚层以上使用专线或者是口字型来进行组网，减少跳点，利用单口400GE 以上的大容量设备来满足5G 的带宽需求。对于大容量的PTN设备，在2017年，华为就创新了400GE 的PTN 产品，在汇聚核心层可以用2×400GE 板卡来实现400GE 和多接入环汇聚。汇聚层的环网可以考虑改进为口字型上联，减少转发的过程并且利用口字型的带宽，骨干汇聚和L2/L3 合一，减少网络层级，引入网络切片来实现流量切片。SDN 进行流量管控和分发。

实际不管是SDN+OTN 还是SDN+PTN都是一种光承载智能化云协同网络。5G 的无线接入网是一个超密集虚拟化网络，本质就是将5G 部署在云端。它一般包括两个部分一个是基于云的网络架构，另一个则是无线端实现协同化和智能化。这种网络的本质就是要构建以SDN 为核心的承载网络。上文的两种的建设方案中SDN+PTN 方案要更为受关注，而且有成功的案例来证明该方案的可行性。2017年华为使用两台PTN990 来打造了100GE 的链路，并在链路上建立了1Gbit/s 和5Gbit/s 的带宽分片，并实现了数据的传输。

3 结束语

综上所述，目前5G 传输网络建设有多种方案，暂时没有一个统一的标准来定义应该采用何种方案，各大运营商都在各自的建设方案上进行研究，但业界普遍比较认可SDN+PTN的建设方案，因为这种方案对于运营商而言可以保证成本和性能的平衡，本文着重对这种方案进行了讨论，希望可以为5G 传输网络的建设提供一些参考意见。