簡(jiǎn)述:大家好,今天這篇文章,我們來(lái)聊一聊5G承載網(wǎng)。什么是承載網(wǎng)?顧名思義,承載網(wǎng)就是專門負(fù)責(zé)承載數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。以前我們更多介紹的是接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。如果說(shuō)核心網(wǎng)是人的大腦,接入網(wǎng)是四肢,那么承載網(wǎng)就是連接大腦和四肢的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),負(fù)責(zé)傳遞信息和指令
大家好,今天的文章,我們來(lái)談?wù)?。G承載網(wǎng)。
什么是承載網(wǎng)?顧名思義,承載網(wǎng)是一個(gè)專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。
以前我們多介紹接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。如果核心網(wǎng)是人腦,接入網(wǎng)是四肢,那么承載網(wǎng)是連接大腦和四肢的神經(jīng)網(wǎng),負(fù)責(zé)傳遞信息和指令。
承載網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)相互合作,最終形成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。
雖然承載網(wǎng)的重要性得到了大家的一致認(rèn)可,但存在感卻很弱。
在大多數(shù)人看來(lái),承載網(wǎng)只是一條管道。只要不斷,就不用管了。
通信網(wǎng)絡(luò)原本是一條管道,承載網(wǎng)絡(luò)是“管道中的管道”
也有很多人認(rèn)為承載網(wǎng)的技術(shù)含量很低,整天面對(duì)光纖和網(wǎng)線的密集恐懼癥,沒(méi)有未來(lái)。
其實(shí)這些都是對(duì)承載網(wǎng)的誤解。
承載網(wǎng)看似簡(jiǎn)單,其實(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜。承載網(wǎng)的整個(gè)技術(shù)體系規(guī)模,一點(diǎn)也不輸給接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。
尤其是5G在時(shí)代,承載網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)到來(lái)“瘋狂”在這一點(diǎn)上,引進(jìn)了許多高大的黑科技,讓人目不暇接,不明覺(jué)厲。
接下來(lái),讓我慢慢介紹給你。
5G承載網(wǎng),到底該怎么辦?
從1G到4G,承載網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從低帶寬到高帶寬,從小規(guī)模到大規(guī)模的巨大變化。
事實(shí)上,今天的承載網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常強(qiáng)大和完善。承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能也非常強(qiáng)大。
機(jī)房里插滿光纖的傳輸設(shè)備
盡管如此,在5G面前,這些現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)方案只是瑟瑟發(fā)抖。
進(jìn)入5G在這個(gè)時(shí)代,通信網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)發(fā)生了很大的變化,有些指標(biāo)甚至增加了十多倍。為了滿足要求,僅僅依靠無(wú)線空氣接口部分的改進(jìn)是不可能的。整個(gè)端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),包括軸承網(wǎng)絡(luò),必須進(jìn)行自我革命。
承載網(wǎng)的革命目標(biāo)在哪里?主要包括以下幾個(gè)方面:
大帶寬帶寬!帶寬!
毫無(wú)疑問(wèn),帶寬是5G承載網(wǎng)絡(luò)最基本、最重要的技術(shù)指標(biāo)。空口速度提高了幾十倍,承載網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)大幅提高。特別是目前的5G剛起步階段,eMBB首先要實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景是帶寬。
延遲低,可靠性高車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的延遲和可靠性要求較高。
5G最重要的需求之一是低延遲,需要實(shí)現(xiàn)個(gè)位數(shù)毫秒的端到端延遲。承載網(wǎng)絡(luò)作為端到端的一部分,雖然不是延遲的關(guān)鍵改進(jìn)對(duì)象,但也應(yīng)分擔(dān)一些指標(biāo)壓力。
在5G很多場(chǎng)景都提出了“6個(gè)9級(jí)別(99.9999%)”可靠性要求。因此,承載網(wǎng)絡(luò)還必須滿足這一要求,并具有足夠強(qiáng)的容災(zāi)能力和故障恢復(fù)能力。
高精度同步能力5G對(duì)承載網(wǎng)的頻率同步和時(shí)間同步能力提出了很高的要求。
同步到底有什么用?
簡(jiǎn)單舉幾個(gè)例子:5G載波聚合、多點(diǎn)協(xié)同和超短幀需要很高的時(shí)間同步精度;5G基本業(yè)務(wù)采用時(shí)間雙工(TDD)公式需要精確的時(shí)間同步;還有室內(nèi)定位增值服務(wù),也需要精確的時(shí)間同步。
易于運(yùn)維5G承載網(wǎng)絡(luò)將是巨大的,大量的設(shè)備和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如果網(wǎng)絡(luò)不能靈活、智能、高效、開(kāi)放,這對(duì)運(yùn)營(yíng)商和運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)噩夢(mèng)。
低能耗網(wǎng)絡(luò)要足夠強(qiáng)大,盡量省電。省電就是省錢。
支持切片我們之前介紹過(guò)切片,是5G網(wǎng)絡(luò)的核心能力。承載網(wǎng)也必須支持切片。
圖片來(lái)自微信官方賬號(hào)“無(wú)線深海”
以上幾個(gè)方面是5G承載網(wǎng)絡(luò)自我革命的目標(biāo)。如果任何目標(biāo)都無(wú)法實(shí)現(xiàn),那就不是合格的5G承載網(wǎng)。
5G承載網(wǎng),到底包括哪些部分?
介紹5G在承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)之前,我們先來(lái)看看接入網(wǎng)的變化。
4G大家都很熟悉接入網(wǎng),是由BBU(基帶處理單元),RRU由射頻拉遠(yuǎn)單元和天饋系統(tǒng)組成。
到了5G,接入網(wǎng)被重建為三個(gè)功能實(shí)體:
CU(CentralizedUnit,集中單元)DU(DistributeUnit,分布單元)AAU(ActiveAntennaUnit,有源天線單元)BBU RRU 天饋▶▶▶CU DU AAU
CU:原BBU分割非實(shí)時(shí)部分,重新定義為CU,負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)。
DU:BBU剩余功能重新定義為DU,負(fù)責(zé)處理物理協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)。
AAU:BBU部分物理層處理功能及原始物理層RRU無(wú)源天線合并為AAU。
為了更好地分配資源,服務(wù)于業(yè)務(wù)的多樣性需求(如減少延遲、降低能耗)和服務(wù)“網(wǎng)絡(luò)切片”。
接入網(wǎng)變成AAU、DU、CU之后,承載網(wǎng)也發(fā)生了巨大的變化。
我想澄清一個(gè)誤解:很多人一直認(rèn)為承載網(wǎng)絡(luò)只連接到網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò),就像本文開(kāi)頭畫的:
事實(shí)上,這并不嚴(yán)格,所以繪畫只是為了方便。準(zhǔn)確地說(shuō),軸承網(wǎng)絡(luò)還包括接入網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部連接和核心網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部連接。因此,更準(zhǔn)確的邏輯關(guān)系繪畫方法應(yīng)該是這樣的:
這才能真正體現(xiàn)出來(lái)“承載”的奧義
5G接入網(wǎng)絡(luò)元之間,即AAU、DU、CU之間,也是5G承載網(wǎng)負(fù)責(zé)連接。不同的連接位置有自己獨(dú)特的名稱,稱為前傳、中傳、回傳。
AAU和DU之間,是前傳
DU和CU之間,是中傳
CU核心網(wǎng)之間是回傳
這三個(gè)“傳”,都屬于承載網(wǎng)
現(xiàn)實(shí)生活中的5G網(wǎng)絡(luò),DU和CU位置不嚴(yán)格固定。運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)環(huán)境需要靈活調(diào)整。
以前小編專門介紹過(guò)。D-RAN和C-RAN。D-RAN分布式無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)(DistributedRAN),C-RAN是集中無(wú)線接入網(wǎng)(CentralizedRAN)。
4G所謂的分布和集中是指時(shí)期BBU分布或集中G時(shí)期是指DU分布或集中。這種集中也分為“小集中”和“大集中”。
5G接入網(wǎng),會(huì)存在多種部署模式
再次提醒,使用C-RAN集中的目的是實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度,提高能效,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)虛擬化(詳細(xì)介紹了訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的文章)。
由于部署模式的多樣性,前傳、中傳、回傳的位置也有所不同。
不同的訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)部署方法=承載網(wǎng)位置不同
電信運(yùn)營(yíng)商在不同的地方有不同層次的機(jī)房。例如,大城市的電信建筑機(jī)房往往是核心機(jī)房。普通辦公樓的基站機(jī)房是站點(diǎn)(訪問(wèn))機(jī)房。小城市或區(qū)級(jí)電信建筑也有機(jī)房,可能是聚集機(jī)房。
看上去有點(diǎn)暈嗎?
我再畫一張完整的承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖,幫助大家理解。
總的來(lái)說(shuō),除了前傳,承載網(wǎng)主要由城市網(wǎng)和骨干網(wǎng)組成。城市網(wǎng)分為接入層、聚合層和核心層。
所有接入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)最終通過(guò)層層匯集到達(dá)頂層骨干網(wǎng)絡(luò)。
前傳部分
我們從前傳開(kāi)始。
前傳就是AAU到DU兩者之間的承載力。它包多種連接方式,如:
光纖直接連接無(wú)源WDM/WDM-PON有源設(shè)備(OTN/SPN/TSN)微波簡(jiǎn)單介紹一下。
一是光纖直接連接方式。
每個(gè)AAU與DU所有光纖點(diǎn)到點(diǎn)直接連接網(wǎng),如下圖所示:
這是典型的“土豪”方法簡(jiǎn)單直接。然而,這種方法占用了大量的光纖資源,更適合光纖資源豐富的地區(qū)。
而且這種方法更適合5G早期建設(shè)G隨著建設(shè)的深入,基站和載頻的數(shù)量也會(huì)急劇增加,這肯定是負(fù)擔(dān)不起的。
二是無(wú)源WDM方式。
安裝彩光模塊AAU和DU上,通過(guò)無(wú)源設(shè)備完成WDM使用一對(duì)或一根光纖提供多個(gè)功能AAU到DU的連接。
如下圖:
什么是WDM?
WDM是波分復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing),在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器中發(fā)送兩個(gè)或多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)(攜帶各種信息)(Multiplexer)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)匯合并耦合到同一光纖中。
什么是彩光模塊?
光復(fù)用傳輸鏈路中的光電轉(zhuǎn)換器,又稱WDM波分光模塊。不同中心波長(zhǎng)的光信號(hào)在同一光纖中傳輸不會(huì)相互干擾,因此彩色光模塊實(shí)現(xiàn)了不同波長(zhǎng)的光信號(hào)合成,大大降低了鏈路成本。
和彩光(Colored)對(duì)應(yīng)的是灰光(Grey)?;夜庖脖环Q為白光或黑白光。其波長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)波動(dòng),沒(méi)有特定的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)(中心波長(zhǎng))?;夜饽K通常用于客戶側(cè)光模塊。
采用無(wú)源WDM雖然節(jié)約了光纖資源,但也存在運(yùn)維困難、管理困難、故障定位困難等問(wèn)題。
三是有源WDM/OTN方式。
在AAU站點(diǎn)和DU相應(yīng)的機(jī)房配置WDM/OTN通過(guò)設(shè)備信號(hào)通過(guò)設(shè)備WDM光纖資源的技術(shù)共享。
如下圖:
與無(wú)源相比,這種方案WDM方案,組網(wǎng)更加靈活(支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和組環(huán)網(wǎng)),光纖資源消耗沒(méi)有增加。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,這是一很好的方法。
第四,微波模式。
這種方法很簡(jiǎn)單,就是通過(guò)微波傳輸數(shù)據(jù),非常適合位置偏遠(yuǎn)、視距開(kāi)闊、光纖不到位的情況。
如下表所示:
根據(jù)現(xiàn)狀,5G部署初期,光纖直驅(qū)仍是前傳承載的主要部分,無(wú)源WDM補(bǔ)充計(jì)劃。
在這里,我兩個(gè)與前傳相關(guān)的概念,即CPRI和eCPRI。
CPRI就是CommonPublicRadioInterface,一般公共無(wú)線電接口。G時(shí)代,BBU和RRU這個(gè)接口在兩者之間。它是一個(gè)通用接口,有多個(gè)不同的版本,不同的版本對(duì)應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
BBU和RRU之間的CPRI光纖
到了5G時(shí)代,AAU和DU帶寬之間的帶寬可能達(dá)到數(shù)百Gbps,CPRI不能滿足要求,升級(jí)到eCPRI接口規(guī)范(enhancedCPRI,增強(qiáng)型CPRI),界面帶寬顯著增加。
說(shuō)到帶寬,我們前面說(shuō)了5G大帶寬需要多大?
目前的4GLTE網(wǎng)絡(luò),主流子載波帶寬是20MHz,單基站的峰值吞吐量約為240Mbit/s。(是的,是的,一個(gè)基站的帶寬沒(méi)有大家想象的那么大。
而5G網(wǎng)絡(luò),特別是毫米波頻段,空口頻寬100-400MHz,甚至更高M(jìn)assiveMIMO在空口技術(shù)的進(jìn)一步加持下,單基站的帶寬將為4G的幾十倍。
5G基站帶寬估算參考
根據(jù)測(cè)算結(jié)果,在5G施工初期,運(yùn)營(yíng)商單基站帶寬參考值將采用10GE或25GE的標(biāo)準(zhǔn)。(4G大多數(shù)站點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)只有1GE。即便如此,前傳帶寬的浪費(fèi)還是比較嚴(yán)重的。
5G前傳帶寬標(biāo)準(zhǔn)
接入環(huán)節(jié)點(diǎn)的帶寬由部署方式和類型決定,5G熱點(diǎn)地區(qū)的帶寬明顯大于普通地區(qū)(節(jié)點(diǎn)多,高頻站多)。
中傳和回傳部分
接下來(lái)我們來(lái)看看中回傳。
由于帶寬和成本等原因,中回傳不能直接使用光纖或無(wú)源WDM等等,微波也不現(xiàn)實(shí)。
5G中回傳承載方案主要集中在PTN、OTN、IPRAN等待現(xiàn)有技術(shù)框架的改造。
從宏觀上看,5G承載網(wǎng)的本質(zhì)是4G在承載網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)框架的基礎(chǔ)上,通過(guò)“加裝升級(jí)”引進(jìn)大量黑色技術(shù)和實(shí)現(xiàn)能力的方法面強(qiáng)化。
國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商5G例如,中回傳承載網(wǎng)方案基本上是在現(xiàn)有方案中加強(qiáng)和改進(jìn)的,從而實(shí)現(xiàn)5G的支持。
首先看實(shí)力最強(qiáng)的中國(guó)移動(dòng)。
移動(dòng)認(rèn)為,SPN這是最適合你的計(jì)劃,可以滿足你所有的需求。
SPN,就是SlicingPacketNetwork,切片分組網(wǎng)。它是中國(guó)移動(dòng)自主創(chuàng)新的技術(shù)體系。
中國(guó)移動(dòng)的4G基于承載網(wǎng)PTN(PacketTransportNetwork,分組傳輸網(wǎng))SPN基于以太網(wǎng)傳輸架構(gòu),繼承PTN在此基礎(chǔ)上,傳輸方案的功能特性得到了加強(qiáng)和創(chuàng)新。
感覺(jué)在移動(dòng)的眼睛里,SPN以太網(wǎng)“升級(jí)”光接口可以充分利用非常成熟的以太網(wǎng)生態(tài)鏈,實(shí)現(xiàn)更高的性價(jià)比。
因此,移動(dòng)非常樂(lè)觀SPN,并盡力推動(dòng)SPN也大力支持標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的批準(zhǔn)SPN發(fā)展上下游產(chǎn)業(yè)鏈。在其努力下,SPN技術(shù)發(fā)展迅速,產(chǎn)業(yè)鏈日益完整。
中國(guó)電信在5G主要承載領(lǐng)域M-OTN方案。M-OTN基于OTN,移動(dòng)承載力優(yōu)化OTN技術(shù)(Mobile-optimizedOTN)。
電信之所以會(huì)選擇M-OTN,和電信非常完美和強(qiáng)大OTN光傳輸網(wǎng)絡(luò)有很大關(guān)系。眾所周知,電信的老本行是固網(wǎng)寬帶,在光傳輸網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施上還是很有家庭背景的,帶寬資源也很充足。
OTN以光為基礎(chǔ)的傳輸網(wǎng)技術(shù),具有大帶寬、低延遲等特點(diǎn),可無(wú)縫連接5G承載需求。而且,OTN經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,技術(shù)穩(wěn)定可靠,并有成熟的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)支持。對(duì)于電信來(lái)說(shuō),它可以在規(guī)模上部署OTN現(xiàn)在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)升級(jí),既省錢又高效。
中國(guó)聯(lián)通缺錢,利舊自家IPRAN是肯定的。
IPRAN是行業(yè)主流的移動(dòng)回傳業(yè)務(wù)承載技術(shù),廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò),3G和4G時(shí)代發(fā)揮了突出的作用,運(yùn)營(yíng)商也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
但是現(xiàn)有IPRAN技術(shù)不可能滿足5G要求的,所以聯(lián)通就搞起了IPRAN2.0,即增強(qiáng)IPRAN。
IPRAN2.0顯著提高了端口接入能力和交換容量。此外,隧道技術(shù)、切片承載技術(shù)和智能維護(hù)技術(shù)也有了很大的改進(jìn)和創(chuàng)新。
中國(guó)聯(lián)通一直在做IPRAN2.0標(biāo)準(zhǔn)功能驗(yàn)證和性能測(cè)試,整體情況看起來(lái)不錯(cuò)。
以上,就是國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商5G中回傳承載網(wǎng)方案。
名言有云,“經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定上層建筑的上層建筑”。其實(shí)這和現(xiàn)在的情況有些相似。
承載網(wǎng)絡(luò)作為通信網(wǎng)絡(luò)的軀干,涉及到大量的資本投資。運(yùn)營(yíng)商肯定會(huì)充分考慮資源再利用、建設(shè)成本產(chǎn)業(yè)成熟度等因素,仔細(xì)選擇最合適的方案。
面對(duì)這種情況,作為產(chǎn)業(yè)鏈上下游的企業(yè),其實(shí)是很痛苦的。
大型設(shè)備制造商可以說(shuō),中小型制造商很難同時(shí)從事多條跑道的研究。如果主要方案不能朝著整合的方向發(fā)展,產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)將被迫選擇“站隊(duì)”。這肯定會(huì)制約產(chǎn)業(yè)鏈的擴(kuò)大和共享,也會(huì)影響承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)總成本的下降。
因此,許多專家呼吁主要運(yùn)營(yíng)商盡可能多地制定計(jì)劃“融合”,最好是同途同歸。這樣對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈和運(yùn)營(yíng)商都有好處。對(duì)最終用戶來(lái)說(shuō)也是好事。
文章來(lái)源:鮮棗課
騰佑科技(mubashirfilms.com)成立于2009年,總部位于河南鄭州,是一家集互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施及軟硬件于一體化的高新技術(shù)企業(yè),具有IDC/ISP/ICP/云牌照、雙軟等資質(zhì),并擁有多個(gè)國(guó)家版權(quán)局認(rèn)證。公司自成立以來(lái),一直致力于發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)IDC數(shù)據(jù)中心DataCenter、云計(jì)算Cloud、大數(shù)據(jù)BigDate、人工智能AI、內(nèi)容加速CDN、互聯(lián)網(wǎng)安全、軟件定制開(kāi)發(fā)等產(chǎn)品服務(wù)及行業(yè)客戶技術(shù)一體化智能解決方案;2018年成為百度智能云AI河南服務(wù)中心。
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