摘要：随着5G业务需求及RAN架构变化的提出，面向5G的传送网面临超高带宽、低时延、网络分片、灵活连接、组网架构变化等多方面的技术挑战，如何推动光传送网技术革新以更好满足未来5G网络的要求已成为光网络研究热点。本文基于以上需求，考虑未来面向5G的城域传送网PTN网络会逐步向三层下移，架构向大容量、扁平化和灵活组网的方向发展，提出了城域传送网核心层、汇聚层、接入层的演进方向和技术特征。
关键词：5G；PTN承载网；低时延；超高带宽；网络切片；
1.5G的典型应用场景
5G技术的应用将带来非常丰富、真实的沟通与体验，成为诸多应用的智能连接，比如海量联接的物联网、垂直产业场景（汽车、医疗、工业自动化机器人）、终端用户的自组网、自动驾驶、超高清视频、虚拟现实、医疗保健、智能家居、全联接的智能传感器等。5G的三类典型应用场景如下图所示：
2.现有PTN网络无法满足5G传送网需求
2.1 5GRAN架构变化
在3GPP的5G标准中，5G RAN从功能角度划分为了集中单元（CU）和分布单元（DU）两级架构，传送网也相应分为前传、中传、回传，并且所需传送功能及业务需求各不相同。同时由于CU与DU是逻辑网元，可分开或一体化部署，所以中传、回传并没有严格的物理界限，需统一承载。此外，随着移动边缘计算（MEC）的引入，网络切片和核心网中将部署网络功能虚拟化（NFV）。这种新模式将使传送网络成为云和数据中心之间的网状网，而不再只是提供传输服务。因此需要新的传输技术和网络架构来适应5G时代的架构转型。
2.2 5G移动传送网的超带宽增长
一方面，随着4K高清、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、物联网等业务的快速增长，流量急剧增长，传送网络需要更大的带宽；另一方面，5G基站的峰值带宽将增长10倍以上，接口速率较4G将增长10~100倍。这些需求驱动移动传送网络引入新的比特率系统。在接入层，比特率将从100M提至1GE，再到50GE/100GE；在汇聚层，将从10GE增长到100GE/400GE，在密集地区，汇聚层峰值甚至可达到太比特量级。提高物理端口速率是选择之一，更高效率的链路聚合也是很必要的补充技术。
2.3 5G移动传送网中的严格低时延要求
第3代合作伙伴计划（3GPP）在超可靠低时延通信（uRLLC）场景中定义了多种服务，主要特点是低误码率、低延迟和确定性延迟。这些时间敏感业务可能需在移动传送网中保持亚毫秒级时延。因此，5G传送网时延要求越来越苛刻，较4G需降低10~100倍。尽管可挖掘出现有设备/芯片的所有潜力，但现有传输技术的上限还无法满足这类业务的需求。
2.4 5G传送网网络切片需求
5G传送网需要支持无线、集客、家庭宽带上联等业务，同时需支持增强型移动宽带（eMBB），大规模机器类通信（mMTC）和uRLLC多种业务类型，这些业务具有不同特性，如：时延、带宽、连接数量、可靠性等。网络应根据不同服务的特点提供隔离、功能剪裁及网络资源分片，且每个网络切片可拥有独立的网络资源和管控能力，现有技术无法实现这些功能。
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3.面向5G发展的传输PTN网络演进探讨
3.1三层网络下移的探讨
目前面向4G的PTN网为小三层的网络，三层设备一般在城域传送网的核心层，以成对的方式进行L2/L3桥接设置。对站间流量等X2业务，其路径为接入-汇聚-桥接-汇聚-接入，X2业务所经过的跳数多、距离远，时延往往较大，在对时延不敏感且流量占比不到5%的4G时代这种方式较为合理，小三层网络通过静态配置，对维护的要求相对简单。
但5G时代的一些应用对时延较为敏感，站间流量所占比例越来越高，可能达到20%～30%，这就要求三层网络逐步下移，形成大三层网络。
初期，三层网络可下沉到核心节点的骨干汇聚设备，将骨干汇聚设备作为L2/L3桥接设备，减少了专门的桥接这一层，但位置依然较高，到桥接的距离仍较长。
后期，三层网络可下沉到普通汇聚设备，将普通汇聚点作为L2/L3桥接设备，其路径为接入-汇聚-接入，则跳数少、桥接距离接入较近，由于普通汇聚点相比核心节点数大为增加，逐步形成大三层的网络。
3.2城域传送网网络架构演进的探讨
（1）城域传送网内带宽测算
每基站上行平均带宽按3G考虑，每接入环6个节点，接入环带宽不收敛，每节点带基站数目2个，则接入环带宽约为30～40G，接入层设备需考虑10G叠加组网或组40GE的环。对于汇聚层，假定一个汇聚环带150个节点，并考虑4：3的收敛，上行带宽按80%考虑，则汇聚层带宽约为540G，汇聚层设备需逐步考虑组400GE的环。对于核心层，假定一对L2/L3桥接设备带3000个节点，并考虑4：2的收敛，上行带宽按80%考虑，则核心层上行带宽约为7T，核心层需采用大容量设备。
3.3城域传送网网络架构演进探讨
结合三层网络下移和带宽的测算，城域传送网的网络架构将向大容量、扁平化和灵活组网的方向发展。
三层网络逐步下移到汇聚层，减少专门桥接层的网络层级，实现大三层的网络；网络组网在汇聚层以上逐步采用直达或口字型组网，减少跳数；逐步采用单端口400G以上的大容量设备，满足5G带宽陡增的需求。
核心层需进行大容量核心调度层的部署，以三层网络为主进行架构搭建，设备板卡全面升级到单槽位400GE，支持ETH大端口。
汇聚层可考虑由环网逐步改为口字型上联，减少逐跳转发的过程并充分利用口字型的带宽；骨干汇聚和L2/L3合一，减少网络层级；逐步下沉三层网络到汇聚层，满足5G部分对时延敏感业务的场景；板卡升级到400GE，同时支持FlexE网络切片和大端口扩容。
接入层可仍以环网形式接入，带宽支持单环40G或100G。
4结束语
5G网络业务需求和网络架构对现有PTN传送网提出了超高带宽、低时延、网络分片、灵活连接、组网架构变化等诸多新需求，同时也给PTN传送网未来发展带来了巨大的挑战，为了满足这些传输需求并解决技术挑战，业界需要推动传送网技术的加速发展和演进，为5G未来快速发展提供关键的基础承载网保障。
论文作者:陈文宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/11
标签：网络论文; 带宽论文; 架构论文; 设备论文; 业务论文; 时延论文; 需求论文; 《基层建设》2018年第13期论文;