一直不受重視的承載網,你真的了解嗎?

綜合科技
鮮棗課堂
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2019-06-25 · 10:25
[ 億歐導讀 ] 以前我們更多介紹的是接入網和核心網。如果說核心網是人的大腦,接入網是四肢,那么承載網就是連接大腦和四肢的神經網絡,負責傳遞信息和指令。
網絡,SD-WAN,承載網,核心網,接入網,運營商,5G 圖片來自“東方IC”

編者按:承載網作為網絡架構中的一環,地位是很重要的,但卻很少受到關注。從1G走到5G,承載網已經發展得很成熟。5G時代的大帶寬、高可靠性、低時延等特性均少不了承載網的支持,三大運營商也根據自身特點建設自己的承載網。

本文轉載自鮮棗課堂;經億歐轉載,供行業人士參考。


什么是承載網?顧名思義,承載網就是專門負責承載數據傳輸的網絡。

以前我們更多介紹的是接入網核心網。如果說核心網是人的大腦,接入網是四肢,那么承載網就是連接大腦和四肢的神經網絡,負責傳遞信息和指令。

承載網、接入網、核心網相互協作,最終構成了移動通信網絡。

雖然承載網的重要性被大家一致認可,但存在感卻很弱。

在大多數人看來,承載網只是一個管道。只要它沒有斷,就不用去管它。

通信網絡本來就是一個管道,承載網是“管道中的管道”

也有很多人認為,承載網的技術含量低,整天就是面對讓人密集恐懼癥發作的光纖和網線,沒有什么前途可言。

其實,這都是對承載網的誤解。

承載網看似簡單,實際上內部結構非常復雜。承載網的整個技術體系規模,一點都不輸給接入網和核心網。

尤其是5G時代下,承載網的發展更是到了“瘋狂”的地步,引入了很多高大上的黑科技,讓人目不暇接,不明覺厲。

接下來,就讓我慢慢給大家介紹。

5G承載網,到底要咋辦?    

從1G到4G,承載網經歷了從低帶寬到高帶寬、從小規模到大規模的巨大變化。

如今的承載網網絡,事實上已經非常強大和完善了。承載網設備的性能,也十分強勁。

盡管如此,在5G面前,這些現有設備和技術方案還是只有瑟瑟發抖的份。

進入5G時代,通信網絡的指標發生了大幅的變化,有的指標標準甚至提升了十幾倍。想要達到要求,只靠無線空中接口部分改進是辦不到的。包括承載網在內的整個端到端網絡架構,都必須自我革命。

那承載網的革命目標在哪里呢?主要來說,包括以下幾個方面:

大帶寬

帶寬!帶寬!帶寬!

毫無疑問,帶寬是5G承載網最基礎和最重要的技術指標??湛诘乃俾侍嵘藥资?,承載網相應也要大幅提升。尤其是在目前5G剛起步的階段,eMBB是首先要實現的業務場景,最關注的也就是帶寬。

低時延、高可靠性

車聯網、工業控制等垂直行業,對網絡的時延和可靠性要求苛刻。

5G最重要的需求之一,就是低時延低,需要實現個位數毫秒級的端到端時延。承載網作為端到端的一部分,雖然不是時延的重點提升對象,但也要分攤一部分指標壓力。

在5G很多場景下,都提出了“6個9級別(99.9999%)”的可靠性要求。因此,承載網也必須服務于這樣的要求,還要有足夠強大的容災能力和故障恢復能力。

高精度同步能力

5G對承載網的頻率同步和時間同步能力提出了很高的要求。

同步到底是干啥用的?

簡單舉幾個例子:5G的載波聚合、多點協同和超短幀,需要很高的時間同步精度;5G的基本業務采用時分雙工(TDD)制式,需要精確的時間同步;再有就是室內定位增值服務等,也需要精確的時間同步。

易于運維

5G承載網將會無比巨大,設備數量多,網絡架構復雜。如果網絡不能夠做到靈活、智能、高效、開放,那對于運營商和運維工作人員來說就是一場噩夢。

低能耗

網絡既要足夠強大,又要盡量省電。省電就是省錢。

支持切片

切片之前我們介紹過,它是5G網絡的核心能力。承載網當然也必須支持切片。

以上幾個方面,就是5G承載網自我革命的目標。任何一個目標無法實現,就不是合格的5G承載網。

5G承載網,到底包括哪些部分?    

介紹5G承載網結構之前,我們先來看看接入網的變化。

4G接入網,大家都很熟悉了,是由BBU(基帶處理單元)、RRU(射頻拉遠單元)、天饋系統共同組成的。

到了5G,接入網被重構為3個功能實體,分別是:

CU(Centralized Unit,集中單元)

DU(Distribute Unit,分布單元)

AAU(Active Antenna Unit,有源天線單元)

5G網絡架構

CU:原BBU的非實時部分將分割出來,重新定義為CU,負責處理非實時協議和服務。

DU:BBU的剩余功能重新定義為DU,負責處理物理層協議和實時服務。

AAU:BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU。

之所以要拆分得這么細,是為了更好地調配資源,服務于業務的多樣性需求(例如降低時延、減少能耗),服務于“網絡切片”。

接入網變成AAU、DU、CU之后,承載網也隨之發生了巨變。

這個我要澄清一個誤區:一直以來,很多人認為承載網只是連接接入網和核心網的,就像本文開頭畫的那樣:

其實是不嚴謹的,那樣畫只是為了方便。準確來說,承載網也包括接入網內部連接的部分,還有核心網內部連接的部分。所以,更準確的邏輯關系畫法,應該是這樣:

這才能真正體現“承載”的奧義

5G接入網網元之間,也就是AAU、DU、CU之間,也是5G承載網負責連接的。不同的連接位置,有自己獨特的名字,分別叫作:前傳、中傳、回傳。

AAU和DU之間,是前傳;DU和CU之間,是中傳;CU和核心網之間,是回傳。

這三個“傳”,都屬于承載網。

現實生活中的5G網絡,DU和CU的位置并不是嚴格固定的。運營商可以根據環境需要,靈活調整。

以前小棗君曾經專門介紹過D-RAN和C-RAN。D-RAN就是分布式無線接入網(Distributed RAN),C-RAN是集中化無線接入網(Centralized RAN)。

4G時期,所謂分布和集中,指的就是BBU的分布或集中。5G時期,指的是DU的分布或集中。這種集中還分為“小集中”和“大集中”。

5G接入網,會存在多種部署模式

再次提醒,采用C-RAN進行集中化的目的,就是為了實現統一管理調度資源,提升能效,也可以進一步實現虛擬化。

正因為部署模式的多樣性,使得前傳、中傳、回傳的位置也隨之不同。

不同的接入網部署方式=不同的承載網位置

電信運營商在不同的地方有不同等級的機房。例如大城市的電信大樓機房,往往是核心機房。普通辦公樓里面的基站機房,就是站點(接入)機房。小城市或區級電信樓里,也有機房,可能是匯聚機房。

是不是看起來有點暈?

我再畫一張完整的承載網結構圖,幫助大家理解(雖然我覺得可能會更暈)。

從整體上來看,除了前傳之外,承載網就是主要由城域網和骨干網共同組成的。而城域網,又分為接入層、匯聚層和核心層。

所有接入網過來的數據,最終通過逐層匯聚,到達頂層骨干網。

前傳到底是用了哪些設備和技術呢?中傳呢?回傳呢?我們繼續往下看。

前傳部分

我們還是先從前傳開始。

前傳就是AAU到DU之間這部分的承載。它包括了很多種連接方式,例如:

光纖直連

無源WDM/WDM-PON

有源設備(OTN/SPN/TSN)

微波

我們簡單介紹一下。

第一種,光纖直連方式。

每個AAU與DU全部采用光纖點到點直連組網,如下圖:

這就屬于典型的“土豪”方式了,簡單直接。但是,這種方式光纖資源占用很多,更適用于光纖資源比較豐富的區域。

而且,這種方式更適合5G建設早期。隨著5G建設的深入,基站、載頻數量也會急劇增加,這種方式肯定是玩不起的。

第二種,無源WDM方式。

將彩光模塊安裝到AAU和DU上,通過無源設備完成WDM功能,利用一對或者一根光纖提供多個AAU到DU的連接。

什么是WDM?

WDM就是波分復用(Wavelength Division Multiplexing),是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器(Multiplexer)匯合在一起,并耦合到光線路的同一根光纖中,以此進行數據傳輸的技術。

什么是彩光模塊?

光復用傳輸鏈路中的光電轉換器,也稱為WDM波分光模塊。不同中心波長的光信號在同一根光纖中傳輸是不會互相干擾的,所以彩光模塊實現將不同波長的光信號合成一路傳輸,大大減少了鏈路成本。

和彩光(Colored)相對應的,是灰光(Grey)?;夜庖步邪坠饣蚝诎坠?。它的波長是在某個范圍內波動的,沒有特定的標準波長(中心波長)。一般客戶側光模塊會采用灰光模塊。

采用無源WDM方式,雖然節約了光纖資源,但是也存在著運維困難,不易管理,故障定位較難等問題。

第三種,有源WDM/OTN方式。

在AAU站點和DU機房中配置相應的WDM/OTN設備,多個前傳信號通過WDM技術共享光纖資源。

這種方案相比無源WDM方案,組網更加靈活(支持點對點和組環網),同時光纖資源消耗并沒有增加。從長遠來看,是非常不錯的一種方式。

第四種,微波方式。

這種方式很簡單,就是通過微波進行數據傳輸,非常適合位置偏遠、視距空曠、光纖無法到位的情況。

四種方式的優缺點對比如下表所示:

根據目前的情況,在5G部署初期,前傳承載這部分仍然以光纖直驅為主,無源WDM方案進行補充。

這里要補充給大家介紹兩個和前傳有關的概念,那就是CPRI和eCPRI。

CPRI就是Common Public Radio Interface,通用公共無線電接口。4G時代,BBU和RRU之間就是這個接口。它是一個通用的接口,有多個不同的版本,不同的版本對應不同的網絡制式。

BBU和RRU之間的CPRI光纖

到了5G時代,AAU和DU之間的帶寬可能會達到數百Gbps,CPRI已經無法滿足要求,所以就升級到了eCPRI接口規范(enhanced CPRI,增強型CPRI),顯著提升了接口帶寬。

說到帶寬,前面我們說5G需要很大的帶寬,到底有多大呢?

目前的4G LTE網絡,主流子載波帶寬是20MHz,單基站的峰值吞吐量大約是240Mbit/s。(是的沒錯,一個基站的帶寬其實并沒有大家想的那么大。)

而5G網絡,尤其是毫米波頻段,空口頻寬達到100-400MHz,甚至更高。在Massive MIMO(增強多天線)等空口技術的進一步加持下,單基站的帶寬將是4G的幾十倍。

5G基站帶寬估算參考

根據測算結果,在5G建設前期,運營商單基站帶寬參考值將會采用10GE或25GE的標準。(4G時大部分站點的標準只是1GE。即便如此,前傳帶寬浪費還比較嚴重。)

5G前傳的帶寬標準

接入環節點的帶寬將由部署方式和類型決定,5G熱點地區的帶寬顯然會比一般地區的帶寬更大(節點更多,高頻站更多)。

中傳和回傳部分    

接下來我們看看中回傳。

因為帶寬和成本等原因,中回傳肯定不能用光纖直連或無源WDM之類的了,微波也不現實。

5G中回傳承載方案,主要集中在對PTN、OTN、IPRAN等現有技術框架的改造上。

從宏觀上來說,5G承載網的本質,就是在4G承載網現有技術框架的基礎上,通過“加裝升級”的方式,引入很多黑科技,實現能力的全面強化。

以國內三大運營商的5G中回傳承載網方案為例,基本上都是在現有方案上進行加強和改良,從而實現對5G的支持。

首先看實力最強的中國移動。

移動認為,SPN是最適合自己的方案,能夠滿足自己的所有需求。

SPN,就是Slicing Packet Network,切片分組網。它是中國移動自主創新的一種技術體系。

中國移動的4G承載網是基于PTN(Packet Transport Network,分組傳送網)的。而SPN基于以太網傳輸架構,繼承了PTN傳輸方案的功能特性,并在此基礎上進行了增強和創新。

感覺在移動的眼里,SPN就是以太網上“升級”一個光接口,可以充分利用現在非常成熟的以太網生態鏈,實現比較高的性價比。

因此,移動非??春肧PN,并竭盡全力推動SPN的標準立項,還大力扶持SPN上下游產業鏈的發展。在它的努力下,SPN技術確實發展很快,產業鏈也日趨完整。

中國電信在5G承載領域主推M-OTN方案。M-OTN基于OTN,是面向移動承載優化的OTN技術(Mobile-optimized OTN)。

之所以電信會選擇M-OTN,和電信擁有非常完善和強大的OTN光傳送網絡有很大的關系。眾所周知,電信的老本行是固網寬帶,在光傳輸網基礎設施方面還是很有家底的,帶寬資源也非常充足。

OTN作為以光為基礎的傳送網技術,具有的大帶寬、低時延等特性,可以無縫銜接5G承載需求。而且,OTN經多年發展,技術穩定可靠,并有成熟的體系化標準支撐。對電信來說,可以在已經規模部署的OTN現網上實現平滑升級,既省錢又高效。

中國聯通比較缺錢,利舊自家IPRAN是肯定的。

IPRAN是業界主流的移動回傳業務承載技術,在國內運營商的網絡上被大規模應用,在3G和4G時代發揮了卓越的作用,運營商也積累了豐富的經驗。

但是現有IPRAN技術是不可能滿足5G要求的,所以聯通就搞起了IPRAN2.0,也就是增強IPRAN。

IPRAN2.0在端口接入能力、交換容量方面有了明顯的提升。此外,在隧道技術、切片承載技術、智能維護技術方面也有很大的改進和創新。

中國聯通一直都在做IPRAN 2.0規范的功能驗證和性能測試,總體情況看上去也還好。

以上,就是國內三大運營商5G中回傳承載網方案情況。

名言有云,“經濟基礎決定上層建筑”。其實這和現在的情況倒是有幾分相似。

承載網作為通信網絡的軀干,涉及到大量的資金投入,運營商肯定會充分考慮資源復用、建設成本以及產業成熟度等多方面因素,慎重選擇最適合自己的方案。

而面對這樣的情況,作為產業鏈上下游的企業來說,其實是很痛苦的。

大型設備商還好說,中小廠家很難同時從事多個跑道的研究。如果各大方案不能朝融合的方向發展,就被迫使得產業鏈企業選擇“站隊”。這肯定會制約產業鏈的擴大和共享,也會影響承載網絡建設整體成本的下降。

所以,很多專家都呼吁各大運營商的方案能盡量“融合”,最好是殊途同歸。這樣的話,不管是對產業鏈,還是對運營商,都是好事。對最終用戶來說,也是好事。

本文已標注來源和出處,版權歸原作者所有,如有侵權,請聯系我們。

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