中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司河南郑州450000
摘要：随着移动通讯技术发展越来越快，在5G时代下，通讯网络对于传输网络的影响已经成为现如今讨论的热点问题。本文探讨了5G发展对于城域传输的关键需求，并且在需求的基础上，阐述了5G时代传输PTN的网络推进。
关键词：5G时代；城域传输；PTN网络
随着移动通信从技术到带宽都呈现愈来愈快的发展趋势，站在5G愈发临近的时代，对通信网络尤其是传输网络如何演进发展的讨论逐步成为技术热点。本文希望通过分析5G的典型应用场景和对传输网络的关键需求，探讨城域传输PTN网络的发展方向，通过模型测算分析网络不同层面的网络特征与演进，而这些分析的基础则是探讨5G到底有哪些技术特征和应用场景。
一、5G网络的技术特点及应用场景
无线网络的发展速度非常快，从最初的GSM到3G，再到4G，仅十余年时间，并且其内涵、功能及服务对象都不断完善，主要服务对象为通信。下一代移动通信网络5G也快到来，势必要求网络基础设施及技术都要更新换代。5G的网络能力必定会更强大，其实现必定催生新的商业模式、新的应用，甚至是新的产业的出现，成为诸多颠覆式创新技术产生的基础。5G应用场景分析。5G技术将会成为更多应用的智能连接，带来真实的沟通和更加丰富的体验。根据当前网络研究，主要针对应用场景从连接、时延及速率三个方面界定，选择与日常生活联系紧密的场景进行总结。如垂直产业场景、海量连接的物联网、自动驾驶、终端用户自组网、虚拟现实、超高清视频、全连接智能传感器及智能家居等方面，5G三类应用场景如图1所示：首先，eMBB应用场景。实现随时随地云存取、高清视频直播、高速移动上网、虚拟现实及人工智能等；其次，mMTC应用场景。实现车联网、智能交通、智能抄表、智能物流、自动停车、资产管理等；
图15G三类应用场景
2.5G发展的关键技术。5G要想获得更好的发展，关键技术支持必不可少，包含以下几方面：（1）新切片网络架构。在诸多行业中，通过网络切片实现物理网络中各个商业网络的隔离。三类应用场景中，对网络需求存在较大差异，如应用场景的不同，在资源使用、时延、网络节点访问、连接密度、速率、移动性及流量分布等方面的要求也不同。为了对不同应用更好的支持，对5G网络进行网络切片，从逻辑方面使网络划分为若干虚拟网络，各分立网络独立组网。（2）新统一空口。即统一的空口技术，对不同应用需求进行满足。（3）全频谱。即要求5G网络既包含高频，也包含低频，将6GHz以下作为低频，以上为高频。低频实现面向覆盖、连接性、移动性及基础容量方面；高频速率更高，达到毫米波及厘米波阶段，其应用需进一步研究。
二、5G发展对于城域传输的关键需求
1.宽带和流量的需求。宽带是5G网络中最主要的需求，也是按照相关组织标准所定义的，一般情况下，6GHz以下的频谱会有500MHz宽带，但是在不同区域中可以用的范围是有限的。因此对于传输网而言，需要更大的宽带支持，例如前提条件在100MHz、64T64R中，宽带所预计的平均值为3Gbps。对于流量的需求，主要是因为在5G阶段中，所采用的是超密集组网，而5G的站间距与4G相比较，显得更为紧密。站间流量不可以向4G*2流量一样被忽视，应该与S1的流量具有一定的可比性，所以无论是基于站间流量的传输或是延迟上的考虑，都需要对流量就近转发或者是网络的下游提出更为严格的要求。
2.低时延需求。5G时代中的应用场景，实际上较为丰富与真实，可以与更多的智能应用相互连接。从目前的研究中可得知，其技术领域是按照速率、时延和连接三个方面对场景进行确定的。如果通过日常工作或者是相关场景的归纳，那么增强型的移动宽带、低时延通信和大规模的机器通信就可以形成一个典型的应用场景。因此其中的低时延通信在S1接口单下延约为10ms时，分解到传输网的时延不能超过2ms。
3.网络切片需求。与全新切片不同的是，网络切片实际上是5G网络随着应用模式而导出。商业模式包括在应用场景，假设不同的应用场景所使用的商业应用，会因为节点和资源的不同，也会在不同的商业机构中进行适当的使用和维护，所以对于网络需求的应用主要包含了转发、管理和控制。转发切片主要是物理转发层面，是对不同应用中所采取不同的转发机制或者是转发资源，但两者是完全区分开的，没有任何影响，而对各个的商业应用而言，转发也是可以完全不受到限制的。管理切片中由于应用的不同，所以在商业应用中运营者的操作与维护也是不同的，管理中需要实现分片，以此来更好的管理自己的网络与业务。
三、面向5G发展的传输PTN网络演进探讨
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输网的核心层，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。
2.城域传输网网络架构演进的探讨。（1）城域传输网内带宽测算每基站上行平均带宽按3G考虑（100MHz，64T64R），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。（2）城域传输网网络架构演进探讨结合三层网络下移和带宽的测算，城域传输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流量切片和大端口扩容。接入层可仍以环网形式接入，带宽支持单环40G或100G。
传统移动通信中，主要服务内容包含短信、通话、视频等，而5G是面向未来数字世界的平台，也是下一代网络通信的基础。通过对5G发展中需求的低时延、高带宽及大流量等需求进行研究，在带宽测算基础上，对城域传输网内带宽进行测算，提出成熟传输PTN网络规划方法，从核心层、汇聚层及接入层三层网络的技术特征及发展方向进行研究，探讨了5G下城域传输PTN网络的架构，其向着灵活组网、大容量及扁平化的方向发展。
参考文献：
[1]王凯.面向5G演进的城域传输PTN网络发展探讨.2016
[2]江德权.面向5G发展的城域传输网络演进的思考.2016
[3]赵金.基于5G发展的PTN技术应用探讨及网络规划方法.2016