5G时代传输网络建设策略探讨

5G时代传输网络建设策略探讨

摘要：为了解决在现有传输网络环境下如何通过逐步演进以满足5G业务承载需要，首先通过对运营商传输网现状的分析，提出了现有传输网，特别是PTN传输网在寻址能力、负荷动态分担、建设成本、目标网演进方面的局限，最后提出通过网络结构调整、局数据优化及设备功能升级等措施可以解决5G网络的承载问题。关键词：传输网络，PTN，IPRAN1引言相对4G网络，5G网络传输速率更高，最快达到每秒l0Gb，为实现“万物互联”，5G现有的站址资源远远不够，需要新增大量的站址，以实现超密集部署。作为数据的运载工具，5G对传输网络的要求将会更高。运营商现有传输网络主要从SDH(SynchronousDigitalHierarchy，同步数字体系)发展而来，过分强调网络QoS，网络结构采用烟囱纵向架构，扩展及开放性不够，导致网络优化及建设成本高，工程建设周期长，难以适应5G网络运营要求。本文通过对运营商现有传输网络技术特点并结合对主要传输技术的深入分析，初步探讨在5G时代运营商PTN(PacketTransportNetwork，分组传送网)网络的建设策略。2PTN运营商传输现状及发展历程2.1PTN运营商传输现状如图1所示，PTN运营商目前在建的传输设备主要是OTN(OpticalTransportNetwork，光传送网)及PTN；传输存量设备主要是SDH及DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexing，密集型光波复用)。其中LTE业务由OTN及PTN承载，CMNET(ChinaMobileNetwork，中国移动互联网)及IP承载网数据等主要由OTN承载3G及2G业务由SDH及DWDM承载。网络架构分为全国一干、省内二干、本地网传输设备等，本地网传输设备分为城域核心层、城域骨干层、城域汇聚层及接入层等。图1pTN运营商网络现状图2.2PTN运营商主要传输设备发展历程PTN运营商的传输技术从点对点PDH起步、经过端对端SDH发展演进到了今天的PTN。从PDH到SDH，引入了外时钟等技术，数据的承载带宽等有了跨越式发展和提高。SDH主要承载TDM业务，带宽的提高需要多级复用，电路需要人工配置，所以其成本效益、灵活性、适配能力等有较大的局限性，特别是在变比特业务出现后，SDH难以适应运营商发展需要。PTN的出现在一定程度弥补了SDH的不足。PTN从SDH发展而来，可以适配多种业务，业务适配能力强，由于采用了IETF(TheInternetEngineeringTaskForce，国际互联网工程任务组)的部分技术，能支持三层静态路由，有一定的寻址能力，在组网上采用层次网络结构。2.3两种传输网络主要技术特点及优劣分析作为信息的运载工具，一般来说传输重点需要解决业务适配、QoS保障及寻址等几个问题。下面通过两种传输主流设备PTN和IPRAN(IPRadioAccessNetwork，无线接入网IP化)原理的介绍来分析两种设备网络优劣势。(1)PTN网络主要技术特点目前，很多运营商LTE网络由PTN网络承载。为实现对网络QoS的保障，PTN网络全程采用了MPLS-TP(MultiprotocolLabelSwitchingTransportProfile，多协议标签交换传输模式)技术。在实际工程中，MPLS-TP的采用在保证QoS方面确实达到很好的效果，但随着网络规模的不断扩大，也会产生潜在的问题，对问题分析之前，有必要对MPLS-TP作些介绍。MPLS-TP是一种面向连接的分组交换网络技术：1)利用MPLS标签交换路径，省去MPLS信令和IP复杂功能；2)支持多业务承载，独立于客户层和控制面，并可运行于各种物理层技术；3)具有强大的传送能力(QoS、OAM(OperationAdministrationandMaintenance，操作、维护、管理)和可靠性等)。综合起来，MPLS-TP技术的特点为：1)引入传送概念的OAM机制；2)结合2层和3层协议的一种通用的分组交换传送技术；3)避免对三层IP不必要的处理；4)具有高的网络生存性和可扩展性；5)具有兼容分组交换、TDM(Time-DivisionMultiplexing，时分多路复用)/波长技术的通用的分布控制面——GMPLS。MPLS-TP可以用一个简单公式表述：MPLS-TP=MPLS+OAM-IP(1)(2)IPRAN网络主要技术特点IPRA技术标准由IETF提出，有成熟的标准文档。IPRAN技术从路由交换网络技术发展而来，大多是在传统路由器或交换机基础上改进而成，有良好的互通性。IP对QoS的保障只能尽力而为，IPRAN为了保证其QoS，在实际组网中启用了Diff-Serv技术，接下来将介绍何为Diff-Serv以及其与传统Int-Serv的不同。Int-Serv以资源预留协议作为协议机制，对每一个需要QoS处理的数据流，在其通过的每一个路由器上进行一定的资源(带宽等)预留，以实现端到端的QoS业务，Int-Serv在网络规模不大时，能很好地应用。Diff-Serv与Int-Serv本质的区别在于它不是针对每一业务流在每一节点上都进行网络资源预留，而是将具有相似要求的一组业务归为一类，以类为单位进行QoS保障。相对于Int-Serv来说，Diff-Serv最大的优势是弱化了对信令的依赖，这样避免了由于软状态周期变更而浪费网络系统开销的问题；另外，它并不要求绝对端对端的QoS保证，因而在一个庞大的网络结构中，可以划整为零地对其有效地管理，最终实现对用户端对端的QoS保证。(3)两种传输网络优劣分析PTN的优势是QoS能力强，适配能力也不错。PTN的劣势首先表现两个方面：1)PTN采用的MPLS-TP技术用于接入层无技术优势。MPLS-TP是一种二层隧道技术，一条隧道对应一条LSP(LabelSwitchingPath，标签交换路径)。如果1个LTE基站对应一条LSP，一个本地网内成千上万个LTE基站将对应成千上万条LSP，LSP需要手工配置，工作量大。此外，LSP承载的LTE业务有固定比特的话音业务，也有可变比特的视频业务等，特别是可变比特业务模型比较复杂，根据业务模型预测确定的LSP带宽很难保证其准确性，特别是在架构于IMS基础之上的融合通信大规模商用之后，负荷波动范围将会更大，加上LSP之间彼此独立，负荷又不能自动均衡，这样会使LSP调整的预期加大，从而导致运营商网络建设和维护的成本增大。2)不符合网络扁平化方向的发展。路由从基站PTN设备发起，经过本地网PTN传输接入设备、汇聚、骨干、PTN核心设备，最后经省干PTN落地LTE核心网元，全网从上往下采用多层烟囱式结构，会导致组网不灵活，也会产生对厂家依赖等一系列问题。IPRAN优势是适配能力强，网络结构符合扁平化的发展趋势。劣势是QoS没有PTN强，但通过采用Diff-Serv技术，可以改善其QoS能力并能使之达到运营要求，如果采用化整为零式的分片管理，将会大大减少运营商维护及建设成本。35G时代传输网络建设的思考通过对PTN与IPRAN技术对比的分析，为适应今后网络扁平化发展趋势，减少建设及维护成本，响应业务快速提供的竞争需要，PTN运营商在传输建设过程中应重点从以下两方面考虑：(1)优化网络结构早期的移动通信网一般采用层次化网络架构，为适应IP化趋势发展需要，当前网络架构均已朝扁平化方向发展，比如现在的LTE网。可以预见LTE之后移动通信网络技术演进将主要在无线空口等技术的改进以提高无线承载带宽上，扁平化化趋势不会改变。既然如此，那对应的传输网络能否适应上层网络的演进成为疑问。此外，通过对两种主流传输设备的比较，从网络扩展、维护成本等诸多因素考虑，PTN朝扁平化方向发展才可能有更强的生命力。现实中，PTN扁平化的网络对运营商有以下好处：首先，可以减少对设备厂家的依赖。现在PTN运营商从省核心层到本地网接入层，一条完整的路由至少有四个层以上，每层由两个以上不同的厂家提供系统，称之为不同的平面，平面之间的系统均彼此隔离。由于标准的非开放等原因，上下两层之间的设备也必须由同一厂家提供，这样一来，运营商传输网络完全被几个厂家垄断，运营风险不小，工程进度和质量难以完全掌控。其次，建设和维护成本大大减少。通过优化减少网络层次以实现网络扁平化最直接的好处是大大减少光纤资源的使用。目前投入到光线路等资源建设成本已占用运营商很大投入比重，且光缆资源的紧张、管线的施工困难已严重影响工程建设的进度和质量。网络扁平化还可以节省机房资源，特别在房价离谱的今天，对机房资源本无优势的运营商来说，减少节点便可以直接节省对机房的投资，并将节省的资金投入到实处。对现有网络进行优化，减少网络层次是一套复杂的系统工程，需要统筹规划、分布实施、从下往上依次建设。首先，需要充分发挥OTN高带宽、大颗粒承载优势，布局好OTN网络，提前实施对OTN波导扩容工程建设工作。在OTN布局完成并能提供能力后，再将工作重点逐步转移到对PTN网络的优化上来，具体来讲，对PTN优化内容是主要减少PTN城域本地网的网络层次，提高PTN网络带宽等内容。(2)技术革新，骨干采用MPLS，本地网设备支持三层动态寻址功能对网络层次重新规划的同时，需要对PTN设备进行功能上的升级建设。首先对骨干网层以下停用MPLS功能，在骨干网层面保留MPLS。MPLS本是为保障骨干网IP的传输质量，变无连接为有连接，运营商应积极享用IETF这一巨大成果，匹配技术的适应场景，结合公司LTE业务特性，合理规划LSP带宽，对LSP以高带宽配置为原则，以保持骨干网设备的相对稳定。其次，对城域网设备进行PTN二转三功能建设，支持三层动态路由技术。运营商现有的PTN设备虽然大多数已支持网络三层功能，但在本地网区域内普遍只实现了二层功能。启用二层转建设三层，在功能上不是简单的开启PTN三层静态路由功能，还需要对现有PTN设备进行功能升级，在公路协议上支持OSPF、BGP、RIP等动态路由协议。最后，完善对城域网PTN网络的QoS保证。在实施对骨干网QoS保障的同时，需要同步实施对本地网PTNQoS保障，只有这样网络端对端QoS才能得到彻底保证。本地网PTN设备随LTE站点配置，数量巨大，后期随着第五代等移动通信网络商用，其站点会更加稠密，为减少网络开销，合理利用网络资源，结合IPQoS两种技术的使用场景，无疑Diff-Serv技术将是最好的选择。在实施策略上，考虑到运营商现有PTN设备已规模化商用多年，实施功能升级需要对新老设备统筹考虑，扩容工程中新增加的设备需要全部满足新功能要求，对正在运行的现网设备，可根据其节点位置的重要性分批完成功能升级建设。4结束语5G时代，为适应超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，以及业务及用户感知的智能优化需要，传输设备的IP化、网络层次的扁平化是今后发展的方向，传输设备与数据网设备的界限已越来越模糊，本文仅以PTN运营商现有传输网络架构为基础，朝5G目标网架构发展的建设策略作初步探讨。现实中，对从零开始建设5G传输网络的运营商而言，在网络架构上可能会有更好的技术选择，本文不作深入探讨。参考文献：[1]黄一文.PTN承载网保护方案初探[J].邮电设计技术，2010(1)：53-57.[2]沈剑峰，寿心灵.PTN在移动传输网分组化进程中的应用[J].电信工程技术与标准化，2010，23(2)：48-51.[3]张成良，荆瑞泉.PTN技术发展趋势和组网应用[J].邮电设计技术，2010(3)：1-4.[4]丛凯，赵福川.PTN技术与IP化移动回传网[J].中兴通讯技术，2010，16(3)：31-34.[5]常习海，范志文.PTN