［陳鎮(zhèn)銓］

1 引言

帶寬和時延是網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的兩大重要因素。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出大帶寬和低時延的發(fā)展愿景，是對用戶需求和感知的針對性部署。因業(yè)界重視增量規(guī)劃和增量建設(shè)領(lǐng)域，帶寬因其容量及分配影響上下行速率，可決定網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的上限，得到廣泛的關(guān)注。時延決定網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的平滑度和精細度，在受帶寬影響不大的2C領(lǐng)域和2B領(lǐng)域，時延對網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知的影響超過帶寬，但并未得到充分的重視。端到端時延指從一個終端到另一個終端數(shù)據(jù)傳輸和處理的時間間隔，主要由核心網(wǎng)、傳輸和無線三部分時延共同構(gòu)成。邊緣計算場景中，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)導(dǎo)致的數(shù)據(jù)分層處理使得部分數(shù)據(jù)本地化處理將逐步成為現(xiàn)實，部分業(yè)務(wù)類型的核心網(wǎng)處理時延可大幅降低。無線CU/DU分離和拉遠技術(shù)從技術(shù)上極大地提高無線覆蓋的場景和便利度，部分業(yè)務(wù)類型的無線空口時延可大幅降低。但傳輸處理時延確難以通過技術(shù)層面發(fā)展迅速降低，已成為當(dāng)前制約端到端時延的重要因素。

通信機樓體系為多層級垂直架構(gòu)和多專業(yè)平行架構(gòu)的融合，對網(wǎng)絡(luò)感知影響顯著，具體載體包括通信機樓和各類通信機房。傳輸處理時延受設(shè)備、光纜、機樓等專業(yè)共同影響。因機樓作為主要樞紐承載設(shè)備，其部署效率將直接影響設(shè)備、光纜等部署密度和模式，機樓部署效果將直接影響傳輸網(wǎng)絡(luò)效率。因通信業(yè)務(wù)在改革開放后一直處于業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)規(guī)模大規(guī)模增長的發(fā)展趨勢，處于顯著的增量市場。為保障業(yè)務(wù)及時開通以獲取市場戰(zhàn)略高地，配合建設(shè)投資分批籌措和下達的資金分配模式，基礎(chǔ)電信運營商（以下簡稱：運營商）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式在不斷多元化和復(fù)雜化。因傳輸處理時延主要包括業(yè)務(wù)穿透時延、業(yè)務(wù)處理時延和傳輸路由時延三部分，通過分析總結(jié)影響時延的通信機樓規(guī)劃因素，研究據(jù)此提出降低時延的通信機樓規(guī)劃思路。研究結(jié)果表明通過機樓跨專業(yè)統(tǒng)籌體系化、機樓微網(wǎng)格動態(tài)業(yè)務(wù)化、機樓出局多路由共享化和機樓設(shè)備總架構(gòu)簡單化可有助于降低端到端時延，為未來網(wǎng)絡(luò)效率提升具有重要的支撐作用。

2 通信傳輸時延組成部分

2.1 時延的分類組成部分

端到端時延主要由核心網(wǎng)處理時延、傳輸處理時延和無線空口時延三部分組成。目前核心網(wǎng)處理時延（1～2 ms）和無線空口時延（12～14 ms）屬于基本固定數(shù)值，總體可控，目前主要影響端到端時延的主要為傳輸時延。其中，傳輸時延包括設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時延和傳輸路徑時延。設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時延包括業(yè)務(wù)穿透時延（平均最大5.5 μs）和業(yè)務(wù)處理時延（平均最大14 μs），相對可控。主要的不可控部分為傳輸路由時延，目前普遍按5 μs/km進行計算（傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示）。

圖1 傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 影響時延的傳輸因素

因此，影響端到端時延的傳輸因素主要為業(yè)務(wù)穿透次數(shù)、業(yè)務(wù)處理次數(shù)和傳輸路由長度3個變量。其中，業(yè)務(wù)穿透次數(shù)主要取決于傳輸設(shè)備所在環(huán)業(yè)務(wù)傳輸處理時需通過的設(shè)備數(shù)量，主要受到傳輸設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜度（環(huán)或鏈）和傳輸途經(jīng)設(shè)備數(shù)量所影響。業(yè)務(wù)處理次數(shù)則取決于業(yè)務(wù)處理需調(diào)動的傳輸設(shè)備數(shù)量，主要受到傳輸層數(shù)的影響。傳輸路由長度則受到設(shè)備覆蓋范圍的影響。

3 通信機樓體系規(guī)劃因素

3.1 機樓體系的層級數(shù)量

機樓總體層級數(shù)量直接影響數(shù)據(jù)上下行所需業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理次數(shù)。因此，為降低端到端時延，機樓總體層級數(shù)量應(yīng)在滿足功能需求的基礎(chǔ)上盡量降低，即提倡整體機樓體系的扁平化發(fā)展。但整體機樓體系的扁平化發(fā)展不僅需降低總體層級數(shù)量，且需要在原有多種機樓種類的基礎(chǔ)上進行整合和重組。傳統(tǒng)運營商機樓因?qū)I(yè)需求，形成各專業(yè)自行建設(shè)和維護的模式，如核心網(wǎng)專業(yè)主要建設(shè)維護的機樓、傳輸網(wǎng)專業(yè)主要建設(shè)維護的匯聚機房體系和接入機房體系、無線網(wǎng)專業(yè)主要建設(shè)維護的基站機房和室分機房等。在業(yè)務(wù)快速擴張和發(fā)展的過程中，各專業(yè)根據(jù)自身需求迅速選址和建設(shè)機樓體系以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求，各種機樓體系和類型均在相應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展時期發(fā)揮了重要的作用。但各種機樓體系間存在功能層面的重復(fù)性和優(yōu)化整合的可能性。以傳輸網(wǎng)專業(yè)為例，運營商希望整合現(xiàn)網(wǎng)傳輸資源，將其集合在一張“大網(wǎng)”上，對冗余資源進行清退。

目前，運營商充分意識到機樓的層級和類型對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)開展的影響，從“自上而下”和“自下而上”兩個層面并行，對運營商機樓體系進行優(yōu)化。以某運營商為例，“自上而下”層面通過降低現(xiàn)有機樓層級以提高運轉(zhuǎn)效率。雖然機樓體系轉(zhuǎn)變涉及到綜合資源系統(tǒng)等系統(tǒng)變更，需大量配合和調(diào)度工作，但運營商仍然積極地予以推動?！白韵露稀睂用嫱ㄟ^對現(xiàn)有機樓進行優(yōu)化，如傳輸網(wǎng)接入機房、無線網(wǎng)基站機房和室分機房等業(yè)務(wù)側(cè)的機房逐步改造和納入基層機樓體系，逐步開放各專業(yè)進入機樓內(nèi)部配置設(shè)備的權(quán)限，提高機樓使用效率。通過對現(xiàn)網(wǎng)機樓體系的合并和重組，確定一套標(biāo)準(zhǔn)的機樓體系，對不適合機樓體系和承載業(yè)務(wù)較少的組成部分進行逐步清退，提高機樓體系的效率。通過降低機樓體系的層級數(shù)量，可以大規(guī)模降低業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理次數(shù)，減少端到端時延。

3.2 機樓傳輸路由合理度

機樓體系傳輸路由合理度直接影響數(shù)據(jù)傳輸路徑長度。目前，傳輸設(shè)備性能提高可保障業(yè)務(wù)穿透和業(yè)務(wù)處理時延降低，即通過傳輸設(shè)備的更換和升級降低業(yè)務(wù)端到端時延。因此，在傳輸設(shè)備性能得到充分提升的基礎(chǔ)下，通過對關(guān)鍵位置的傳輸設(shè)備進行替換，將大幅提高數(shù)據(jù)處理效率。但傳輸路徑導(dǎo)致的端到端時延卻難以通過設(shè)備優(yōu)化的簡單方式進行處理，因其作為剛性時延直接與光纖特性相關(guān)。因此，數(shù)據(jù)傳輸路由的合理度提升是降低傳輸路徑時延的重要策略。傳輸路由的合理度包括總體傳輸路由合理度和重點傳輸路由合理度兩部分。在傳輸效果相同的情況下，傳輸網(wǎng)絡(luò)整體傳輸路由長度越小，代表傳輸路由的建設(shè)和運維成本越低，傳輸路由建設(shè)效率越高。重點傳輸路由合理度則指傳輸連接上下聯(lián)的重點路段路由長度越小，其建設(shè)和運維成本越低，傳輸路由建設(shè)效率越高。

因此，機樓體系傳輸路由合理度提升的主要策略是減少各機樓間連接的路由長度。目前，傳輸路由使用包括自有傳輸路由和租賃傳輸路由兩部分。自有傳輸路由指運營商自行建設(shè)和維護的傳輸路由，可配置密碼鎖或密碼井以保障傳輸路由的使用權(quán)屬。除早期的自有傳輸路由外，目前建設(shè)傳輸路由的開挖、頂管難度和協(xié)調(diào)難度均較大，且施工費用總體呈現(xiàn)逐步降低的趨勢，目前重新建設(shè)傳輸路由的難度較大。運營商通過補纜、存量傳輸路由挖掘和無主光纜使用等模式以增加自有傳輸路由內(nèi)容。租賃傳輸路由則包括市管線單位、區(qū)管線單位和共建共享友商相互協(xié)調(diào)予以使用，具體租賃費用和租賃權(quán)限均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此運營商會有限不適用租賃傳輸路由。從目前的實際情況而言，機樓體系傳輸路由合理度提升的難度極大。

3.3 機樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度

機樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度直接影響業(yè)務(wù)穿透次數(shù)。傳輸設(shè)備間通過環(huán)還是鏈的模式連接將直接影響數(shù)據(jù)上下行需穿透的設(shè)備數(shù)量。以鏈狀為代表，其單路的傳輸模式需穿透該路上的所有設(shè)備，業(yè)務(wù)穿透時延顯然較長。以環(huán)狀結(jié)果為代表，雖然傳輸模式不需穿透所有設(shè)備，但環(huán)狀上的設(shè)備數(shù)量同樣影響時延效果。若組環(huán)設(shè)備數(shù)量過高，則業(yè)務(wù)穿透次數(shù)也較多，將會影響端到端時延。其他星型等組網(wǎng)模式也具備各自的特點。

設(shè)備結(jié)構(gòu)模式是存在一定的歷史原因。如部分鏈狀模式是因為無法以環(huán)狀模式施工或環(huán)狀模式施工難度較大，該地區(qū)又急需開業(yè)務(wù)。在無法保證物理雙路由時，通過鏈狀模式予以建設(shè)。雖然運營商對新建機樓體系提出物理雙路由或多路由的新型約束條件，但傳統(tǒng)機樓體系物理雙路由或多路由改造難度極大，因此衍生部分局部單路由以替代雙路由的處理模式。目前5G管理規(guī)范明確要求通過組環(huán)模式，不能下設(shè)鏈。但4G等其他業(yè)務(wù)則仍然使用組環(huán)或組鏈模式運行，導(dǎo)致傳輸網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜。因此，對現(xiàn)有機樓體系進行業(yè)務(wù)重整和冗余清退，是降低機樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的重要策略。

3.4 邊緣計算體系的優(yōu)化

機樓體系的層級數(shù)量、機樓傳輸路由合理度和機樓設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜度分別從傳輸處理時延、傳輸路由時延和傳輸穿透時延3個方面影響端到端時延，是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不大規(guī)模調(diào)整的基礎(chǔ)上實現(xiàn)端到端時延優(yōu)化模式。為進一步降低端到端時延，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化是更重要的方式。邊緣計算體系以網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為基礎(chǔ)，對不同類型業(yè)務(wù)進行分類，推動部分業(yè)務(wù)本地化處理，以避免大規(guī)模增長的數(shù)據(jù)上下行對網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響和限制。邊緣計算體系是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要優(yōu)化，也已積累較為成熟的技術(shù)和模式。但因邊緣計算機房部署需一定的物理空間和建設(shè)投資，目前主要應(yīng)用于專網(wǎng)等高附加值業(yè)務(wù)類型，未能形成規(guī)模化應(yīng)用。

邊緣計算體系是對傳統(tǒng)云計算體系的優(yōu)化，以改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理均需上下行帶來的沉重帶寬負擔(dān)。邊緣計算體系在未來可能通過分層技術(shù)實現(xiàn)物與物間的直接連接，將極大程度地降低目前數(shù)據(jù)處理需求。邊緣計算體系降低數(shù)據(jù)處理層數(shù)，能同時有效降低業(yè)務(wù)穿透次數(shù)、業(yè)務(wù)處理次數(shù)和傳輸路由長度。為保障其規(guī)模化應(yīng)用對現(xiàn)網(wǎng)效率的充分提高，仍需進一步降低其部署成本。邊緣計算體系融入現(xiàn)網(wǎng)體系后，將對現(xiàn)網(wǎng)機房進行重新整合，有助于清退部分低業(yè)務(wù)承載或低業(yè)務(wù)價值的機房等基礎(chǔ)設(shè)施，從運維層面實現(xiàn)降低成本和提升效率。

4 通信機樓體系規(guī)劃思路

4.1 機樓跨專業(yè)統(tǒng)籌體系化

運營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系中，機樓體系將在未來持續(xù)發(fā)揮重要的作用。為應(yīng)對未來5G應(yīng)用發(fā)展需求，適度減少機樓體系總體層級數(shù)量，需對現(xiàn)有機樓體系進行重新的統(tǒng)籌和體系化，主要規(guī)劃思路為跨專業(yè)統(tǒng)籌和分級體系化兩方面?？鐚I(yè)統(tǒng)籌指改變現(xiàn)有各專業(yè)自行建設(shè)和維護機樓體系的思路，提前統(tǒng)籌各層級機樓體系的設(shè)備、外電、動力、空調(diào)、出局路由等需求，將可合并和統(tǒng)籌的機樓類型進行分類處理。如室分機房、基站機房、OLT接入機房和傳輸接入機房都是屬于業(yè)務(wù)側(cè)直接面對用戶的機房，其選址位置、配套需求等存在一定的相似度，通過整合相應(yīng)功能和配套，有助于增加業(yè)務(wù)部署的靈活性，打破現(xiàn)有各專業(yè)間的壁壘。分級體系化指促進機樓體系的優(yōu)化，盡量減少機樓體系層數(shù)，適度增加各層機樓體系部署密度，促使機樓體系逐步向扁平化處理，降低機樓體系內(nèi)部傳輸難度。

4.2 機樓主網(wǎng)格動態(tài)業(yè)務(wù)化

機樓主網(wǎng)格對應(yīng)業(yè)務(wù)側(cè)機樓體系部署密度，直接影響用戶感知。機樓體系主網(wǎng)格部署準(zhǔn)確度，直接影響業(yè)務(wù)覆蓋的精準(zhǔn)性和傳輸路由長度。為便于劃定網(wǎng)格，目前機樓主網(wǎng)格規(guī)劃是通過制定基礎(chǔ)規(guī)則，結(jié)合自然和道路情況，以覆蓋范圍為參考進行劃分，但實際情況中，主網(wǎng)格的綜合制訂規(guī)則難以應(yīng)對業(yè)務(wù)實際需求。因此，機樓主網(wǎng)格作為機樓體系部署的關(guān)鍵性要素，需重視業(yè)務(wù)化和動態(tài)化兩個特點。其中，業(yè)務(wù)化指網(wǎng)格的劃定需改變傳統(tǒng)以覆蓋半徑為基礎(chǔ)的模式，調(diào)整為以業(yè)務(wù)需求規(guī)劃為基礎(chǔ)。動態(tài)化指網(wǎng)格需根據(jù)實際業(yè)務(wù)變化而動態(tài)調(diào)整，需定期檢視和調(diào)整網(wǎng)格的數(shù)量和分布。但是，城市內(nèi)部的人口密度、業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)規(guī)模和業(yè)務(wù)價值存在顯著的差異化，采取目前傳統(tǒng)的勻質(zhì)化主網(wǎng)格部署模式，顯然無法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求。因此，根據(jù)實際業(yè)務(wù)發(fā)展需求，需設(shè)定機樓體系規(guī)劃周期，根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)和業(yè)務(wù)需求定期調(diào)整主網(wǎng)格的覆蓋面積和覆蓋需求。

4.3 機樓出局多路由共享化

機房出局路由的方向和便捷程度影響傳輸路由長度，影響傳輸路由時延。機樓體系出局路由的建設(shè)可行性是制約機樓體系使用效率的重要因素。為保障傳輸安全和效率，目前建設(shè)規(guī)范要求機樓體系出局需至少滿足物理雙路由，即從兩個不同方向出局，以保障單路由不通時另一路由能保持業(yè)務(wù)繼續(xù)運轉(zhuǎn)。為保障機樓體系出局雙路由或多路由，運營商需在理想路徑外尋求其他能滿足需求的路徑，對傳輸路由長度造成顯著的影響。結(jié)合當(dāng)前國家共建共享的規(guī)劃方針，運營商內(nèi)部和外部結(jié)合現(xiàn)有管道資源，共同建設(shè)共同維護和共同使用，可有效擴充現(xiàn)有資源情況。通過租賃管道的模式，降低出局雙路由或多路由導(dǎo)致的傳輸路由長度過長的模式。但這種模式需根據(jù)機樓體系內(nèi)部的類型和級別予以處理，對機樓體系內(nèi)部的自有部分和承載穩(wěn)定重要業(yè)務(wù)部分仍建議使用自建管道和線纜的模式處理，對機樓體系內(nèi)部的租賃部分和承載業(yè)務(wù)變化較快部分則可在充分考慮經(jīng)濟性的基礎(chǔ)上，通過多運營商同建共享模式提高建設(shè)效率，提高網(wǎng)絡(luò)運行效率。

4.4 機樓設(shè)備總架構(gòu)簡單化

機樓設(shè)備總架構(gòu)影響業(yè)務(wù)穿透次數(shù)，影響業(yè)務(wù)穿透時延。改革開放后，我國經(jīng)歷大規(guī)模、快速化的城鎮(zhèn)化發(fā)展階段，人口大規(guī)模聚集導(dǎo)致業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)規(guī)模迅速擴張。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)根據(jù)業(yè)務(wù)需求在不斷擴張，為保障業(yè)務(wù)發(fā)展需求，搶占業(yè)務(wù)發(fā)展高地，在設(shè)備入網(wǎng)的過程中，可能會出現(xiàn)因投資分批下達或業(yè)務(wù)保障導(dǎo)致部分難以完全滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需求的設(shè)備組網(wǎng)方式。因此，現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)中會出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相結(jié)合、相影響的情況，其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系保障部分地區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，也增加了數(shù)據(jù)上下行需穿透的設(shè)備個數(shù)。在保持對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)低沖擊的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重新整理則顯得非常重要。目前國內(nèi)主流思路是通過充分運用現(xiàn)網(wǎng)資源以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。通過對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載設(shè)備的重新整理和劃分，區(qū)分不同設(shè)備間的分工界面，對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進行重新割接以優(yōu)化現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，推動總架構(gòu)逐步簡單化，將有助于5G應(yīng)用發(fā)展。

5 小結(jié)與啟示

帶寬和時延是5G應(yīng)用的重要技術(shù)指標(biāo)。為降低端到端時延，設(shè)備商在設(shè)備層面做出大量革新，實現(xiàn)設(shè)備輕量化和高新能化。但設(shè)備的先進程度是影響網(wǎng)絡(luò)用戶感知度的其中一個影響因素，在實際設(shè)備部署過程中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及部署效率直接決定設(shè)備性能能否得到充分發(fā)揮。機樓體系是設(shè)備承載的集中物理空間，其規(guī)劃建設(shè)效率將直接影響網(wǎng)絡(luò)用戶感知。目前傳輸處理時延已成為時延的重要組成部分，研究從傳輸處理時延的組成部分入手，分析通信機樓體系的規(guī)劃因素和規(guī)劃思路，為網(wǎng)絡(luò)用戶感知提升提供發(fā)展思路，為5G應(yīng)用發(fā)展提供技術(shù)支撐。