5G 通信网络建设的技术策略及优化方法探析

2023-09-02钱思邈

通信电源技术 2023年14期

钱思邈

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

0 引言

我国在移动网络中仍然采用同步数字技术进行光传输，只注重网络服务质量，而忽视了通信传输网络的开放性[1]。不仅延长了通信网的建造时间，而且会对后期运维工作的开展产生一定的阻碍作用，难以满足用户的实际需求。为解决这一现实困境，需要重视5G 通信传输网络的建设。

1 5G 网络发展分析

相比于4G 网络，5G 网络的通信发展速度明显较快，基站建设更加安全可靠且占据的空间更小，能够满足不同环境条件下的使用需求[2-4]。从功能角度来看，5G 网络相比于4G 网络具有巨大的功能优势，能够发挥我国通信网络领域中的全部优点，如在网络传输过程中更加方便快捷。从整体架构来看，5G 网络能够形成一个大型的服务器，为使用者提供各种帮助，明显缩短网络传输过程中所耗费的时间。现阶段，世界各国都在重视5G 通信传输技术的研究，不同业务类型对服务质量（Quality of Service，QoS）参数的影响分析如表1 所示。

表1 不同业务类型对QoS 参数影响分析

2 5G 通信传输网络技术分析

2.1 SDN 技术

软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）是一种新兴的网络架构，其核心思想是将网络控制层与数据转发层分离，实现网络的集中控制和可编程性。SDN 技术可以提高网络管理的灵活性、可扩展性和自动化程度，有助于满足5G 网络对高速、低时延、大容量等的要求。其主要组成部分包括SDN控制器、南向接口以及应用层。SDN 控制器是网络的核心部分，负责实现网络控制策略、资源管理和拓扑发现等功能；南向接口负责与网络设备交互，实现控制器下发的策略和配置；应用层承载各种基于SDN的服务和应用，如虚拟化、安全策略管理等。此外，SDN 技术作为5G 通信传输网络的关键技术，可以有效应对5G 网络中海量的数据流量和各种业务场景的需求，为5G 通信网络建设提供了强大的技术支持。

2.2 PTN 技术

现阶段，通信网的运营者主要采用分组传送网（Packet Transport Network，PTN）技术来实现长时间演化的网载。这种技术在数据传输方面有很大的优势，同样具有较高的安全性以及可靠性。实际应用期间，利用多协议标签交换（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）标记替代了路径，节省了信令，减少了IP 函数的冗余，为网络服务质量提供了技术保证。为进一步提高整个网络的运行质量，可以采用PTN 技术与MPLS 技术相结合的方式应用于各业务层中，或者是保证控制层和用户之间的相互独立。

2.3 SDN 技术的优缺点分析

SDN 技术作为一种革命性的网络架构，在5G通信传输网络中具有许多优势，同时存在一定的局限性。

2.3.1 优点分析

（1）灵活性。通过将控制层与数据转发层分离，SDN 技术实现了网络的集中控制和可编程性，使得网络管理变得更加灵活。网络管理员可以根据业务需求快速调整网络资源分配和策略配置，实现业务的快速部署与故障恢复。

（2）开放性。SDN 技术采用开放的接口和协议，降低设备厂商的依赖，有助于推动网络设备的多样性和创新。开放性使得网络可以支持多厂商设备互操作，降低了网络建设和维护的成本。

（3）虚拟化。SDN 技术支持网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV），实现网络资源的动态分配和按需分配，进一步降低成本，提高资源利用率。虚拟化技术可以实现网络设备硬件与软件的解耦，简化网络架构，提高网络的可扩展性和可维护性。

2.3.2 缺点表现

（1）成熟度。虽然SDN 技术已经取得了显著的发展，但是与传统网络技术相比，其成熟度仍然有待提高。部分网络设备和协议可能还不完全支持SDN，这可能导致在实际部署过程中出现兼容性和稳定性问题。

（2）安全性。SDN 技术将网络控制集中在SDN控制器上，虽然提高了网络管理的效率，但也可能带来安全风险。一旦控制器遭受攻击或出现故障，整个网络就可能面临瘫痪的风险。因此，在实际应用中需要对SDN 控制器进行严格的安全防护和高可用性设计。

2.4 PTN 技术的优缺点分析

PTN技术能够实现快速网络铺设，商业能力较强，在运维成本中也体现出了明显的优势，具有运行成本和维护成本较低的特性，且日常维护流程相对简单，运行管理较为平滑。PTN 设备的采购费用比较低廉，并且主要用于商用。PTN 技术可以和SDH 进行连接，进一步降低了技术应用成本。在研究团队外场测试后发现，PTN 技术具有很好的承载力，可以很好地满足相应的技术要求。此外，PTN 技术提供了非常强大的网络安全保护，只需依托自身保护机制就能够实现对网络安全的有效管理，确保数据传输安全的同时满足用户群体个性化、多元化的需求。从宏观角度来看，PTN 技术产业链已趋于成熟，已经明确了入网各项流程以及总技术标准，相应的国际化标准也已制定。

但是从实际应用角度来看，印度电子和电信工程师协会（Institution of Electronics and Telecommunication Engineers，IETE）和国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）在PTN 保护机制中的意见并不统一。PTN 保护机制为1 ∶1 保护和1+1 备份保护，相比于新型MPLS 较为落后。PTN 端口配置如表2 所示。

表2 PTN 端口配置表

实际应用期间，技术人员对Wrapping 和Steering的长时间保护倒换期间可能会出现丢包事件，导致数据传输安全问题的出现，难以发挥保护功能的重要价值；可能会在大数据传输过程中出现传输资料不完整的迹象，难以满足用户对大数据传输的实际需求。现阶段，PTN 技术存在同步方面的问题，无法与现行主流网络实现有效兼容。虽然PTN 设备的购入价格低廉，但本质上仍处于商业化的初级阶段，且在技术可靠性以及成熟性等多个领域中存在较大的发展空间。此外，在后续测试中发现，PTN 技术在时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）数据的传输过程中还会出现数据包混乱、丢包等现象，这些现象对用户的体验造成了很大的影响。

3 5G 通信传输网络建设策略

3.1 建设前传网络

无源波分复用和有源波分复用是前窗网络建设的2 种形式，其中无源波分复用更加适用于5G 网络的建设标准，因此波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）方案成为了5G 通信传输网络建设的首选方案。WDM 传输形式相对便捷，且能够有效降低接入侧面的投入成本，并改善接入侧面的性能。此外，WDM 网络连接较为集中，有利于后续网络运维工作的开展。

3.2 建设中传及回传网络

相比于4G 通信网络，5G 通信传输网络建设期间对宽带以及组网的要求较高，必须要确保组网及宽带具有较强的灵活性，因此二者需要采用同样的承载方式。网络架构中包含骨干层、汇聚层以及接入网等多个层次，要想确保整个网络的质量，就要对网络结构进行优化。在光传送网网络中，通过多个协议与以太网实现流量监控交换，满足5G 通信网络的承载需求。

3.3 网络结构优化

相比于4G，5G 技术带来的是更高的数据传输速度以及更高的网络带宽。同时，用户可以更快地浏览网站上的信息，并且可以更好地增强网络的稳定性。

此外，在5G 通信网络技术的支持下，能够实现大规模机器之间的信息交换。科学技术发展的早期阶段，为了迎合IP 化趋势，在移动通信网络结构上选择了层次化的技术方案[5-8]。随着当前科学技术的发展，结构逐渐由层次化朝着扁平化方向转变。现阶段，5G 通信传输网络的主流发展方向为PTN 技术，这项技术本质上是朝着扁平化方向发展，优势如下。

首先，运营商可以通过统一的方式对5G 网络进行更好的控制。其次，它能够进一步提高光纤的利用率，减少光纤部署，降低后期运维所需要的成本。再次，扁平化的发展可以使网络节点得到优化和调整，大大减少了计算机机房的数目，从而降低了网络建设的费用。最后，能够对当地网络系统进行优化，显著提高网络带宽，并缩简网格之间的层次化结构。

3.4 以MPLS 为核心

5G 传输网络建设期间需要对原有的网络层次进行重新优化并改造PTN 设备。为了保证骨干网IP 的传输质量，必须将MPLS 当作核心，并加以保留，而其他的则要视具体情况而定。为使主干网更加稳定可靠，必须对标签交换路径（Label Switched Path，LSP）带宽进行科学、合理的配置，并加强网络技术的研究与开发。根据地区实际需求选择针对性的配置，做到因地制宜。同时，城域网络的PTN 装置要进行更新，必须能支持多种路由协议，如路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）、最短路径优先（Shortest Path First，SPF）等。此外，MPLS 是一种以连通服务为导向的系统，被广泛应用于手机的回传网中。IP 化的新基站需要按照实际需求来部署第3 层虚拟专用网（Layer 3 Virtual Private Network，L3VPN），确保整体通信网络的灵活性。

3.5 重视5G 云数据中心建设

目前，科学技术高速发展，高宽带以及高网速都体现了当前网络庞大数据量的特点。如果采用传统实体数据储存站，那么建设成本将会显著增高，因此需要在5G 通信传输网络建设期间同样建立云数据中心，作为通信传输网络的重要组成部分。以5G 技术为载体的云数据中心需要支持通信传输的长距离交互，具有较高的可靠性以及稳定性，不会受到环境因素的影响出现较大波动导致数据传输受阻，能够满足数据存储的要求。