耿志剛

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。5G網(wǎng)絡(luò)在很大程度上改進(jìn)了4G網(wǎng)絡(luò)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，如消耗過(guò)多的光纖資源等，而且具有上網(wǎng)速度快和時(shí)延短等優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地滿足人們對(duì)快速便捷網(wǎng)絡(luò)的需求[1]。但在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，5G需要解決的除人與人的連接問(wèn)題外，更有人與物和物與物的復(fù)雜連接問(wèn)題，因此對(duì)5G時(shí)延和帶寬要求更高，也表明其承載網(wǎng)絡(luò)需要有更高的性能。

1 5G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸承載方案制定背景

全球的5G應(yīng)用尚處于初期階段。由中國(guó)信息通信研究院監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)顯示，截至2019年9月30日，全球范圍內(nèi)135家運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)用試驗(yàn)已接近391項(xiàng)。在試驗(yàn)中，應(yīng)用最多的為超高清視頻傳輸（4K或8K）、AR/VR以及固定無(wú)線接入。在行業(yè)具體應(yīng)用期間，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)引起了廣泛的關(guān)注。從整體層面來(lái)看，全球5G整體應(yīng)用尚在初期階段，應(yīng)用場(chǎng)景主要以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)為主，行業(yè)融合應(yīng)用目前也尚在示范和驗(yàn)證中[2]。

2 5G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸對(duì)承載方案的要求

2.1 高可靠性、低時(shí)延方面的要求

以面向工業(yè)控制和車(chē)聯(lián)網(wǎng)等方面為主，對(duì)可靠性和低時(shí)延有較為苛刻的要求，需實(shí)現(xiàn)99.999 9%可靠性和毫米級(jí)別的傳輸。承載網(wǎng)可以提供極低的端到端的時(shí)延外，還具有毫秒級(jí)別的傳輸能力，從而為可靠性提供保障。

2.2 智能化方面的需求

對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)而言，以軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)技術(shù)，轉(zhuǎn)發(fā)和控制面呈分離狀態(tài)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有開(kāi)放、高效以及智能的特征。5G承載網(wǎng)在構(gòu)建時(shí)，需要具有SDN功能，進(jìn)而設(shè)置面向業(yè)務(wù)的開(kāi)放接口，支持網(wǎng)絡(luò)分片和多域協(xié)同，還需滿足差異化需求，提升業(yè)務(wù)部署效率。

3 5G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸承載方案構(gòu)建技術(shù)要求

3.1 科技創(chuàng)新方面的要求

5G有許多關(guān)鍵性科技創(chuàng)新，如網(wǎng)絡(luò)密集式和集中式。5G網(wǎng)絡(luò)是一種利用宏站與低功率小型化基站進(jìn)行覆蓋的融WiFi、4G、LTE以及UMTS等多種無(wú)線接入技術(shù)混合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。Picocell、Femtocell以及Relay是低效率基站，需要將Macro作為網(wǎng)絡(luò)的基石。這些低效率基站能消除只有Macrocell覆蓋的盲區(qū)，在用網(wǎng)絡(luò)的高峰期時(shí)，基站的壓力會(huì)變小，用戶會(huì)有更好的體驗(yàn)，這時(shí)的網(wǎng)絡(luò)是低時(shí)延且高可靠的。需要注意的是，以往在用網(wǎng)高峰期，用網(wǎng)速率會(huì)降低，而且頻譜效率也非常低，現(xiàn)在使用超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)雖然可以解決這些缺點(diǎn)，但也會(huì)引入一些其他的問(wèn)題[3]。

3.2 頻譜效率控制要求

傳輸性能對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是非常重要的。其中，頻譜效率的優(yōu)化和管理需要借助MIMO大規(guī)模陣列天線技術(shù)，從而保證相同時(shí)段的資源合理分配。采用多天線技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)。一般波束范圍不太好控制，但使用多天線技術(shù)可將波束于控制在較小范圍，防范干擾效應(yīng)誘導(dǎo)的發(fā)射功率偏低等情況。目前，整體的空間自控能力有所提高，管理水平也在不斷增加，還增加了控制管理的準(zhǔn)確度，使得整個(gè)空間變大，占用變少，處理效果也有所提高[4]。

4 5G通信網(wǎng)絡(luò)傳輸承載方案技術(shù)要領(lǐng)

4.1 扁平化IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

用戶使用5G后，比以前上網(wǎng)更加方便快捷，可以隨時(shí)隨地在網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域接入網(wǎng)絡(luò)并一直在線。但EPC網(wǎng)絡(luò)目前還有許多的缺點(diǎn)，如無(wú)法靈活拓展和無(wú)法與未來(lái)流量的超速增長(zhǎng)適應(yīng)等，這是因?yàn)镋PC網(wǎng)絡(luò)選取了固定的網(wǎng)元P-GW導(dǎo)致的。為解決這一問(wèn)題，在5G網(wǎng)絡(luò)中引入扁平化IP是必然趨勢(shì)。扁平化IP架構(gòu)需要依托網(wǎng)絡(luò)功能達(dá)到虛擬化的目標(biāo)，還需具有移動(dòng)核心信息傳遞、分布式軟件架構(gòu)以及邏輯GW等系列功能，而且在架構(gòu)上由垂直向水平演進(jìn)。此外，扁平化IP架構(gòu)有自己的特殊改造，通過(guò)運(yùn)用名稱(chēng)來(lái)識(shí)別終端，并依據(jù)M-ICT的業(yè)務(wù)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行[5，6]。

4.2 NGFI技術(shù)背景下C-RAN系統(tǒng)框架

在NGFI技術(shù)背景下，C-RAN系統(tǒng)架構(gòu)較為重要。此架構(gòu)利用遠(yuǎn)端射頻單元和集中式基地傳遞信號(hào)，以集中式基帶池為操作中心，遠(yuǎn)端射頻單元為分局點(diǎn)，完成網(wǎng)絡(luò)輸送工作。集中式基地以副射形式，依托中途骨干網(wǎng)，將信號(hào)傳遞到周?chē)h(yuǎn)端射單元。應(yīng)用此種操作，可防范傳統(tǒng)形式網(wǎng)絡(luò)在特定區(qū)域建立基站的情況，明顯提升功效的同時(shí)，還使運(yùn)營(yíng)成本顯著下降。在開(kāi)設(shè)遠(yuǎn)端射頻單元時(shí)，僅需展開(kāi)調(diào)研工作，在設(shè)立完成后，將遠(yuǎn)端射頻單元和集中式基站間的骨干做好連接網(wǎng)即可。NGFI是遠(yuǎn)端射頻單元和集中式基地間的功能接口，負(fù)責(zé)承載四周和中心的網(wǎng)絡(luò)接口平臺(tái)，有著較為重要的作用。其有較為強(qiáng)大的功能，除可依據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)載荷量外，還可依據(jù)實(shí)際情況做出無(wú)誤計(jì)算，符合綠色智能通信網(wǎng)絡(luò)接口的要求[7,8]

4.3 電路傳輸時(shí)延最小化

優(yōu)化電路發(fā)揮承載作用的光纜路徑，提升光纜資源完善度。同一方向，有多條可選擇的路由，不同城市間，光纜路由至少有2條以上。原光纜在敷設(shè)時(shí)，通常沿二級(jí)線路進(jìn)行，而新建光纜在敷設(shè)時(shí)沿高速公路進(jìn)行，在兼顧最短路徑的同時(shí)，可發(fā)揮保護(hù)作用[9]。對(duì)于開(kāi)放系統(tǒng)互連領(lǐng)域的7層網(wǎng)絡(luò)層級(jí)而言，層級(jí)越低時(shí)，與物理傳輸層越靠近，處理的復(fù)雜程度越低，時(shí)延也越小。光傳送網(wǎng)以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，對(duì)信息處理的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)分布在L0和L1層。由于所具有的時(shí)延與物理極限接近，且不存在統(tǒng)計(jì)復(fù)用、時(shí)延抖動(dòng)以及報(bào)文擁塞，因此時(shí)延最低。

4.4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量方面的優(yōu)化

4.4.1 服務(wù)質(zhì)量技術(shù)水平

就網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)而言，服務(wù)質(zhì)量含數(shù)據(jù)的丟包、傳送的時(shí)延以及傳輸?shù)膸Ф鹊?。在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，可經(jīng)過(guò)保證傳輸帶寬，降低傳送的時(shí)延和數(shù)據(jù)的丟包率，來(lái)提高服務(wù)質(zhì)量。但網(wǎng)絡(luò)資源相對(duì)有限，存在網(wǎng)絡(luò)資源搶奪的情況。就網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)來(lái)講，在保證某類(lèi)業(yè)務(wù)所具有的服務(wù)質(zhì)量時(shí)，可能會(huì)損害其他業(yè)務(wù)所呈現(xiàn)出的服務(wù)質(zhì)量。例如，由于網(wǎng)絡(luò)總帶寬固定，因此當(dāng)某類(lèi)業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的占據(jù)較多時(shí)，其他業(yè)務(wù)則較少，從而會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)使用。網(wǎng)絡(luò)管理需依據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)來(lái)合理分配網(wǎng)絡(luò)資源，促使高效利用。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)服務(wù)技術(shù)包括流量整形、流分類(lèi)以及擁塞管理等[10]。

4.4.2 端到端質(zhì)量保障

為滿足承載網(wǎng)絡(luò)在低時(shí)延方面的要求，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加穩(wěn)定，在構(gòu)建體系時(shí)需要在業(yè)務(wù)接入控制和容量規(guī)劃等方面，保證服務(wù)質(zhì)量。在容量規(guī)劃方面，承載網(wǎng)絡(luò)通常依托輕負(fù)載來(lái)保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，故需做好全網(wǎng)流量規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹ＭǔＧ闆r下，單邊鏈路利用率應(yīng)在50%以下，單個(gè)節(jié)點(diǎn)或單鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，單邊鏈路利用率需在70%以下。通過(guò)限制業(yè)務(wù)接入點(diǎn)的流量，避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源被過(guò)度占用的情況。不同的IP地址和邏輯端口需對(duì)QoS標(biāo)記設(shè)置。此外，網(wǎng)絡(luò)端到端的設(shè)備控制，應(yīng)用Diffserv/E-LSP模式，重視隊(duì)列控制和優(yōu)先級(jí)管理[11]。

5 結(jié) 論

5G時(shí)代是人工智能和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，讓物與物和人與人之間的信息鏈接變成真正的零延遲。對(duì)于數(shù)據(jù)量大的物流和零售等行業(yè)而言，5G高速通道同時(shí)處理更高量級(jí)的數(shù)據(jù)，極大地提升了工作效率。研究表明，5G網(wǎng)絡(luò)可以有效解決許多問(wèn)題，如頻譜管理和頻率許可等，但這些需要依據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)融合不同無(wú)線通信技術(shù)。在未來(lái)的發(fā)展中，5G網(wǎng)絡(luò)將從細(xì)微層面，不斷改善公眾的工作模式和社會(huì)生活，進(jìn)而引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至新階段。