面向5G的传送网承载方案研究

王迎春，高军诗，李勇，陈晓明

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

面向5G的传送网承载方案研究

王迎春，高军诗，李勇，陈晓明

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

首先介绍了中国移动TD-LTE回传网现状，随后分析了5G对传送网的需求，探讨了传输承载技术未来的发展趋势，最后提出了5G承载传送网技术及其组网方案。【关键词】5G 传送网 组网方案

1 引言

随着5G技术的飞速发展，和TD-LTE相比，5G对承载网络的要求已经发生了质的变化，原有的承载技术和网络架构已经不能适应5G的承载需求，因此针对即将商用的5G技术，有必要提前研究应对5G的承载网络技术和组网应用。

2 中国移动TD-LTE回传网现状

中国移动TD-LTE的核心网设备EPC一般集中放置在省会城市，TD-LTE业务通过城域传送网和省干连接至EPC，全网通过PTN进行承载。

城域传送网仍按照核心、汇聚和接入三层架构进行设计，其中接入层和汇聚层一般采用环网架构，核心层一般采用口字型组网。城域网内部同一厂家设备采用NNI方式组网，不同厂家间采用UNI方式对接。

在省干层面，每个地市出口业务量较大，因此省干一般也采用口字型组网方式。同时为了确保TD-LTE回传业务的安全，省干均设置了2个节点，分别部署在两个不同物理位置机房，采用PTN over OTN方式承载。地市城域PTN与省干PTN节点间采用UNI对接。

TD-LTE业务采用L2+L3组网结构，接入层和汇聚层采用L2组网，在地市核心层汇聚枢纽节点配置L2/L3桥接功能，完成业务的三层转发。一些发达省份随着业务量的增大，已将L2/L3节点下沉至汇聚节点。

TD-LTE回传网络架构示意图如图1所示。

图1 TD-LTE回传网络架构示意图

3 5G对传送网的需求

5G无线网络的覆盖将比TD-LTE更密、更广、更深，其对承载网的需求也发生了很大变化，具体体现在：

（1）高容量

5G时代将以用户体验为中心，需要随时随地为用户提供100 Mb/s以上的用户体验速率，热点高容量地区甚至需要提供1 Gb/s用户体验速率和单基站几十Gb/s的峰值速率，相比TD-LTE网络容量有1 000倍的提升，这对移动回传网的容量带来了很大的挑战。

（2）低时延

根据3GPP的定义，高可靠低时延业务（URLLC）场景下空口时延低至1 m s，而单向端到端时延为2 ms～5 ms，时延相对TD-LTE降低了一个数量级。

（3）高可靠性

核心网的云化和池化对承载网络的可靠性要求有所提高，部分业务要求几乎100%的可靠性，这方面相较于TD-LTE有很大的提升。

（4）灵活性高

为满足业务的快速变化需求和适应业务量的潮汐效应，5G承载网需支持灵活转发，支撑全网资源灵活调度，其对承载网的灵活性要求显著增加。

（5）差异化

5G多样化场景提出了“网络切片”的需求，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，从而满足5G多样化场景的差异化需求。

（6）结构变化

基站间协同引入东西向流量，回传网结构面临变化。5G无线网络结构将发生改变，前传网络重构为两级；基站间的深度协同将引入东西向流量，其流量带宽显著提升，同时对时延提出了1 ms的要求。诸多因素将引起承载网网络架构的改变。

4 新技术及展望

对于5G承载来说，现有技术很难同时满足以上诸多需求，为此需探讨新的传输承载技术。

4.1 WDM/OTN

（1）超高速传输

持续提升单通道速率和单纤传输总容量是光传输技术永恒的目标。目前，100G OTN已开始大范围部署，400G OTN已开启商用步伐。在未来，一方面深入研究高阶调制等新型编码方式以实现1T速率的传输；另一方面提升光器件性能，改进前向纠错的算法，以实现更长的传输距离和传输质量。

（2）超大容量分组OTN交叉

网络流量的激增需要核心站点具备更强大的业务调度能力，目前业界已经实现10T+级别大容量产品的规模商用，后续将向更大的容量迈进。为实现对业务“刚柔并济”的承载，可充分利用OTN的刚性管道和大容量调度功能。

（3）光电芯片/器件/模块

提升设备能耗与集成度是设备发展的一个重要方向。近期主要通过自研光模块和系统级的设计与优化提升集成度降低单位比特的能耗，远期将研发高集成度光/电芯片，大幅提升系统的集成度并降低能耗。

4.2 PTN

PTN是目前承载分组业务的一种主要技术，其发展方向主要有：

（1）POTN：集成了分组传送和光传送的特征，即可实现分组的统计复用特性又可实现光层大带宽硬管道特性；可实现对分组和光分别处理，也可相互转换，以完成整网端到端的统一配置、统一调度、统一管理、统一运维。

（2）FlexE技术：通过将变长包转化为定长块，完成100GE物理通道的绑定组合和拆分，实现软管道的“硬分离”，满足网络切片需求。但目前的FlexE技术仍是一种接口技术，未来若广泛应用于分组传送网中，需要支持网络层的相应功能：如通道的OAM、时隙交叉等，但目前关于网络层的标准仍未制定，商用情况不明朗。

（3）超100G接口技术：目前的技术可支持到200 G/400 G，但传输距离有限，不能满足80 km的组网需求。200 GE可以和100 GE共产业链，400 GE依赖50 G光器件产业链突破。

（4）50G接口技术：目前25 G是光器件最高速率，50 GE是10 GE/25 GE速率向上的一个自然延伸，目前标准尚未完善，是未来接口技术的趋势之一。

4.3 PON

5G前传网络架构和PON类似，目前移动主要采用GPON，同时部署了少量的10G PON，但其两种技术均不能满足5G前传带宽需求。相对应的WDM-PON可能存在一定机会，但其技术成熟和标准化仍有一定距离，无法预期其商用化时间。

4.4 SDN

SDN（Software Defined Network）通过将网络的控制平面与转发平面分离，实现网络路由的集中计算和开放网络资源，从而实现网络的智能调度以及网络能力的开放和可编程，满足业务快速部署需求和网络创新，满足5G体验型网络需求。目前在PTN上已有少量现网在进行试点，OTN刚开始启动研究。

5 5G承载网络技术及组网方案

5G前传部分重构为RRU、DU和CU三部分，将TD-LTE时代前传+回传的架构调整为：

（1）RRU-DU：定义为前传，网络架构为星状连接，目前暂时确定为N×25G带宽需求，单点失效对业务影响较小。

（2）DU-CU：为新增段落，定义为中传，其单节点速率在几百兆至G级别，单点失效影响一定的业务量，可靠性要求较高。

（3）CU-核心网CN：即原来的回传网络，带宽要求相比TD-LTE有极大提升，可靠性要求最高。

其中，中传和回传对承载网的需求类似，本文将解决方案统一为前传（RRU-DU）和回传（包括DU-CU和CU-核心网段）两部分。

5.1 前传

5G前传速率的提升为传输承载网络带来了挑战，其组网模式适宜采用点到多点的星状组网，具体来说有下面几种解决方案。

（1）光纤直驱。在DU与每个RRU的端口间全部采用光纤直连，点到点组网，可实现快速低成本的部署，但光纤资源消耗大，DU侧光纤管理要求高，适用于光纤资源丰富和DU小规模集中场景。也可以通过RRU级联来减少光纤资源的消耗，即在无线侧设备通过前传信号自身可完成光纤直驱线路的保护、OAM和网络管理。这种方案最大的特点是部署成本比较低，但受限于末端光纤资源。未来，5G网络采用超密集组网，接入的基站数倍增加，光纤直驱方案会遇到光纤资源不足的挑战。

（2）WDM方案。采用无源合分波+彩光直驱方案，DU和RRU上的光模块分别采用带波长的彩光模块，在DU池配置光合分波器OMD，RRU节点配置光分插复用器OAD，该方式可大幅节约光纤资源的消耗，但需考虑传输距离和波长分配的问题。

（3）OTN方案。RRU和DU提供白光接口，通过OTN承载前传业务。可采用环形、树形和MESH型等多种方式组织网络。其方案具有组网灵活、可管可维性强、安全可靠性高等特点，但也带来了成本的增加，部署地点条件要求高等问题，需要研发新型设备形态来满足5G前传需求。

（4）WDM PON技术。WDM PON提供了丰富的带宽、时延小并且安全性好，网络结构适配性强，但目前业界WDM-PON尚缺成熟的商用技术，器件成本高，大规模应用需要降低系统成本和无色ONU技术。

以上方案各有其优缺点：

（1）从满足前传的需求方面看：光纤直驱、WDM、OTN、WDM-PON方案适合于前传Option6～7的划分场景；另外，以上方案均能满足前传的时延要求，由于方案不同，时延会稍有差异，但总体上来说都在一个数量级。

（2）从组网灵活性上来看，光纤直驱、WDMPON方案适合点到多点组网、链型组网，而WDM、OTN方案适合点到点组网、链型组网和环型组网等多种组网方式，同时还支持单纤双向和双纤双向等多种传输方式，也可实现线路侧1+1保护，提高了业务的安全性。

（3）从光纤资源消耗上来看，直驱光纤消耗资源最多，WDM-PON其次、WDM和OTN最少。但对于规模部署了FTTH的区域，合理利用现网的资源加以改造，WDM-PON也是一个很好的选择。而对规模部署了CRAN的区域来说，结合当前的CRAN方案开展5G前传的规划则是更加明智的选择。

（4）从前传网络管理上看，直驱光纤和WDM方案的前传管理只能依赖RRU和DU单元本身，相关的故障检测也只能依赖于RRU和DU有限的监控管理字段，其它几种方案在网络管理方面的能力则较强。

总之，以上方案需结合实际网络情况、技术发展和设备商用化情况等来选择合适的方案。

5.2 回传

为应对5G回传传输压力，可从网络结构、技术融合、设备形态等方面进行改进和优化。

（1）分组+光融合的设备形态。一方面，5G对超大带宽、超低时延提出了要求，另一方面，更为突出的潮汐效应与东西向流量承载，亟需统计复用、灵活路由等分组技术。尤其在接入层，由于网络节点数量多，因此成为运营商的投资重点，分组与光的深度融合成为降低建网成本的关键，既满足大带宽、低时延（转发层面仅做光层处理减少传输时延），也降低了机房空间占用和功耗。

（2）降低时延。影响时延的因素主要有网络架构、业务路径和设备处理。第一，可通过减少转发节点数量，可以有效降低整体网络时延，因此可通过优化网络架构，减少网络层次和节点数量，达到降低时延的目的。第二，选择短距离的传输路径，并将时延敏感业务的核心网元下沉，以减少业务传输距离，降低业务时延。第三，在设备层面，可引入设备级超低时延转发技术来降低时延。

（3）L3下沉。站间协同和核心节点下沉均导致传输节点横向流量增加，基站通信模式从点到点变成点到多点，相应地要求承载网L3下沉，则PTN的L3域增大，采用传统的PTN静态三层方式将导致网络配置和管理的复杂化，该问题可通过SDN来解决，通过SDN控制器高效快捷地实现三层的配置和维护管理。

（4）满足网络切片的需求。网络切片可通过信道化接口或FlexE接口技术实现，但FlexE技术尚未商用化，短期内无法部署。信道化接口的POTN技术相对成熟，但其技术复杂，配置和维护管理困难，仍需谨慎使用。

综上，可通过以下方案来满足未来5G的承载需求：

（1）设备形态：接入层采用分组+光融合一体设备，汇聚层和核心层沿用现有分组网络与光网络双平面组网架构。业务流量经过接入传输设备时，仅对需要接入或落地的业务波长进行电层处理，其它业务波长直接在光层穿通，实现业务一跳直达，可在满足大容量需求的同时，有效降低传输时延。

（2）业务配置优先级。对于低时延业务，在配置承载转发路径时可以采用低时延选路策略，优选最小转发时延路径来承载低时延业务，每一段光纤的时延可以通过发送检测报文预先测量得知以供最小时延路径的选路策略使用。

（3）充分利用光网络硬管道特性，满足隔离不同业务QoS等级要求。通过不同波长实现针对多种业务的网络切片，如移动增强宽带eMBB、超低时延可靠业务uRLLC和海量物联网mMTC等。

（4）部署SDN控制器和编排器。实现对网络端到端的协同和配置，协同多个系统和平面，包括拓扑自动发现、业务自动建立、带宽动态调整、跨域协同，实现对网络的统一维护和管理等。

但目前融合光的分组设备和SDN技术尚未成熟，离现网部署仍有一定距离，近期可通过提升系统带宽和采用OTN+PTN方式满足带宽和切片需求，未来再根据业务发展，适时引入以上技术。

6 结束语

5G时代是一个万物互联的时代，也是一个变革的时代，将给承载传送网带来巨大的挑战，也是更新换代的机遇，面向5G传送网的技术、产品形态、网络结构将会发生大的变革，其网络建设思路和规划运维方式也面临着突破与创新，但相信通过业界多方面的努力，5G的美好愿景一定能早日实现。

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Research on 5G Transport Network Bearing Solution

WANG Yingchun, GAO Junshi, LI Yong, CHEN Xiaoming
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China)

The status of TD-LTE backhaul networks of China Mobile was introduced firstly. Then, the requirements of 5G for backhaul networks were addressed and the future development trend of transport and bearing technology was discussed. Finally, 5G bearing transport network technology and the networking solution were discussed.

5G transport network networking solution

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.20.014

TN913.7

A

1006-1010(2017)20-0080-05

王迎春,高军诗,李勇,等. 面向5G的传送网承载方案研究[J]. 移动通信, 2017,41(20)： 80-84.

2017-06-28

责任编辑：刘妙 liumiao@mbcom.cn

王迎春：教授级高级工程师，毕业于南京邮电学院，中国移动通信集团设计院有限公司有线所资深专家，主要从事有线传输专业方面的技术研究、规划设计等方面的工作，目前主要负责城域传送网方面的技术方案研究、建设指导意见编制和相关规范标准制定等工作。

高军诗：教授级高级工程师，硕士毕业于邮电大学，现任中国移动通信集团设计院有限公司有线所副所长，主导过多个城域光传送网、国内干线光传送网以及国际海底光缆网络的规划设计，发表传输技术文章多篇。

李勇：教授级高级工程师，毕业于西安电子科技大学，中国移动通信集团设计院有限公司有线所咨询设计总监。主要从事有线传输专业方面的规划设计工作，目前主要负责省内干线、城域传送网方面的规划设计工作。

陈晓明：教授级高级工程师，毕业于南京邮电大学，中国移动通信集团设计院有限公司有线所高级专家，多年来主要从事国际、省际干线传送网、LTE传输网的规划和设计工作，承担过中国移动国际和省际传送网、LTE网络等重大项目的工程建设咨询工作，负责中国移动LTE传输网的建设指导意见等的编写工作。