5G 网络大带宽驱动下传输网拓扑结构优化模型的研究

2020-05-27王洪鹏李建强

通信电源技术 2020年6期

王洪鹏，李建强

（华信咨询设计研究院有限公司信通院，浙江杭州 310014）

1 背景介绍

传统运营商的传输网络在经历了第二代通信技术（2G）、第三代通信技术（3G）和第四代通信技术（4G）时代的大规模建设后，传输网络的环路拓扑结构越来越庞大，造成网络结构不清晰，同时超大环、同路由组环、大单链等问题日趋突出，这给运行维护人员和网络管理部门业务配置人员带来的压力日益增大。此外，传输网络的可扩展性越来越差。尤其是近年来传输网络带宽的增长非常迅猛，驱动带宽增长的主要因素包括：（1）视频业务的快速增长；（2）移动互联网的飞速发展；（3）云计算等新业务的快速应用，给传输网络带来更大的压力。为更好地承载各种数据业务，传输网络的拓扑结构需要不断优化升级，进而提高传输网络的可扩展性[1]。

此外，第五代通信技术（5G）于2020 年商用，5G 致力于构建信息与通信技术的生态系统。不同于以前的2G、3G 和4G，5G 不仅仅是移动通信技术的升级换代，更是未来数字世界的驱动平台和物联网发展的基础设施，将真正创建一个全联接的新世界。5G 网络拟提供业务的主要特征包括大带宽、低时延和海量连接，从而对传输网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。5G 基站带宽需求将达到4G 基站带宽的10 倍以上，局部区域5G 基站连续覆盖的站址密度将远高于现网4G 站址密度[2]。5G 基站的大带宽需求和站址密度的增大也将会对传输网络的拓扑结构提出更高的要求。传输网络如何在5G 这场划时代的技术演进潮流中不断自我优化来满足5G 网络不同业务的承载需求将是未来传输网络面临的巨大挑战。

2 传输网拓扑现状

目前，国内三大传统运营商的传输网络采用核心层、汇聚层、接入层的3 层拓扑结构，采用OTN（Optical Transport Network）、PTN（Packet Transport Network）、IP Ran（IP Radio Acess Network）和SDH（Synchronous Digital Hierarchy）设备组网[3]。一般传输网络拓扑结构如图1 所示。

图1 传输网络拓扑结构

传输网络的拓扑结构一般遵循如下组网原则：

（1）传输网络的搭建按照“核心、汇聚、接入”三层网络架构；

（2）保持汇聚层结构稳定，根据新增汇聚节点的选址情况，对现有汇聚环进行补点建设；

（3）根据业务需求情况，对现有传输网络的核心汇聚层进行新建、扩容；

（4）核心层一般选择2 个节点；

（5）每个汇聚层一般控制在4～6 个节点为宜；

（6）汇聚环要求必须是双归属环；

（7）每个接入环主环路上以不超过6～8 个主接入节点为宜，且每个接入环所接入的总接入节点（主环路节点及其下挂节点）以不超过15 个节点为宜；

（8）接入环建议以双归属环为主[4]。

3 拓扑结构优化模型

5G 基站的更大带宽需求和更大站址密度需求，就需要增加传输网汇聚节点数量来满足接入层基站业务的收敛和汇聚，新增的5G 基站和汇聚节点如何纳入现有汇聚接入层网络将是传输网络面临的问题。大量的5G 基站和汇聚节点直接破环纳入现有汇聚接入层网络会造成超大环，超大环不能满足业务承载安全和网络维护的要求。因此，很有必要研究如何优化汇聚层和接入层的拓扑结构，以适应不断增加的网络节点数量。本文主要针对传输网络的汇聚层和接入层的拓扑结构做了分析优化模型[5]。

3.1 汇聚层拓扑结构优化模型

传输网络的单个汇聚环一般由4～6 个汇聚节点组成，新增汇聚节点纳入现有汇聚环会造成汇聚环变大，带来业务承载安全风险和网络维护调度风险，兼顾考虑汇聚环下挂多个接入环，为规避光纤同路由风险，同时为满足后期多个汇聚节点的成环入网问题，建议汇聚层拓扑结构优化方案采用裂变的方式，通过中间汇聚节点新建直达光缆或跳纤至核心节点的方式完成1 个超大汇聚环裂变成2 个小汇聚环，便于新增汇聚节点后期直接破环入网[6]。汇聚层拓扑结构优化模型如图2 所示。

图2 汇聚层拓扑结构优化模型

3.2 接入层拓扑结构优化模型

传输网络的单个接入环一般有6～15 个基站接入节点组成，新增基站接入节点纳入现有接入环会造成接入环变大，带来业务承载安全风险和网络维护调度风险，考虑为更好地满足后期多个基站接入节点的成环入网问题，建议接入层拓扑结构优化方案采用同路由跳纤重新组环和直接裂变2 种方式。这2 种方式各有优缺点：（1）同路由跳纤重新组环方式成本低，无需新建光缆，但存在光缆同路由风险；（2）直接裂变方式成本高，需新建光缆，不存在光缆同路由情况，安全系数高[7]。接入层拓扑结构优化模型如图3 和图4 所示。