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5G时代接入机房面临的挑战

接入机房是距离用户最近的通信机房,是光接入局端设备OLT设备位置所在,典型宽带用户覆盖范围3~5km。在4G时代,BBU池化,基于就近原则,运营商也在接入机房部署了大量BBU设备。4G时代有线、无线设备已经实现共机房,但无论是业务还是网络,有线和无线都互相独立。

5G定义了三个典型业务场景,一是峰值速率可达10Gbps的增强型移动宽带(eMBB),二是连接数可达每平方公里100万的大连接物联网(mMTC),三是车联网等端到端时延1ms的低时延、高可靠通信(uRLLC)。5G时代将实现万物互联,这样人、机器、环境等更加紧密高效地联系起来并融为一体,将引发全社会生产模式、商业模式、生活方式的无限创新和深刻演进。网络将基于业务为用户提供服务,而不是基于接入方式,用户接入将不关心是无线还是有线,业务的融合必然促进网络的融合。

为了保证这些丰富的业务应用,5G网络采用全新的架构:

● 5G核心网采用Cloud Based架构,控制和转发分离,可以根据业务需求快速部署;MEC的导入使得业务处理更加接近边缘,降低业务处理时延。统一的5G核心网为移动用户提供一致的业务,固移融合FMC成为可能,从而保证有线和无线任意场景下无缝的业务体验。

● 5G接入网采用AAU/DU/CU分离架构,AAU拉远和DU池化依然大量应用,高频基站的导入使得基站密度大幅增加,前传网络的规模和复杂度大大增加,同时对于光纤资源的消耗带来了前所未有的挑战。

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图1 5G时代接入机房在网络中成为有线无线接入的门户

接入机房作为用户接入的门户,在5G时代不仅要提供超大带宽、超低时延,以及和各种业务适应的差异化QoS保证(见图1),更要考虑5G核心网云化带来的不确定性连接,尤其是MEC的导入,部分业务处理可下移动到接入机房的NFVI基础设施上。此外,接入机房内部有线和无线之间,以及NFVI上运行的NFV业务之间的内部流量也大幅增加。因此,传统接入机房架构不能适应5G时代的需求,亟需架构创新。

5G时代接入机房建设目标

5G时代的接入机房,必然是一个智能化的固移融合机房,满足极速、易维、灵活、智能、可靠的技术要求。接入机房在保留原有电源系统(含备电)、空调散热系统、监控系统和走线通道的情况下,原有内部网络分成以下四大功能(见图2):

● 连接功能:就是接入机房的内部网络,可参考数据中心的SPINE-LEAF架构建立大带宽、可扩展、可靠的内部通信系统,满足无线DU/有线OLT/上联传输/接入机房NFVI基础设施之间复杂的业务通信和QoS保证。

● 接入网络:无线DU,承担无线接入处理;有线OLT,承担有线接入处理。

● NFVI基础设施(计算存储功能):NFVI基础设施是为了保证低延迟实时业务快速处理,提高用户体验而部署在接入机房,涉及(计算存储资源)作为边缘数据中心EDC的一个远端模块,其上运行的业务NFV受5G核心网统一编排管理。

● 传输功能:承担网络侧接口,统一承载有线、无线流量,可以是OTN,也可以是IPRAN或SPN设备。

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图2 5G时代的接入机房逻辑架构

5G时代接入机房建设原则

在现实情况下,接入机房数量众多,硬件条件和环境也存在较大差异,设备一次性改造工作量大、投入高,在具体实施中,需要逐步演进。应充分考虑以下原则,分步实施和逐步演进:

● 开放性原则

接入机房网络中的接入功能、连接功能、NFVI基础设施(计算存储功能)和传输功能之间支持对外开放接口;NFVI基础设备被接入机房中所有功能和用户共享。

● 可扩展性原则

接入机房的具体情况差异较大,如机房面积、供电、散热等硬件条件各不相同,接入机房中接入、连接、计算存储和传输设备可以根据实际业务需要进行裁剪,并支持按功能和容量平滑扩展。

● 灵活性原则

接入机房网络改造应支持基于现有接入机房架构的平滑演进,在保障现有业务正常运行的前提下,按照机房条件灵活选择相关功能部署。

5G时代接入机房建设步骤

根据以上原则,建议5G时代的接入机房建设分三个步骤,具体实施可以根据实际情况合并和调整:

● 第一步:建立接入机房NFVI基础设施

5G时代,针对低延迟实时业务,需要把业务NFV尽量靠近用户部署,即接入机房。这样就需要在接入机房建立NFVI基础设施,以及支持NFVI工作的内部网络(连接功能)。接入机房的NFVI基础设施作为边缘数据中心EDC的远端模块,受边缘数据中心统一管理和控制,在5G核心网的统一编排下实现业务部署,保证有线用户和无线用户在一致业务下的平滑切换和良好用户体验,这些业务可包含视频加速、位置服务、TCP加速等。

● 第二步:接入机房的智能化

接入机房中接入功能、传输功能、连接功能在一个接入机房内统一管理,实现设备管理和业务管理分离,业务管理通过SDN&NFV改造,实现端到端快速部署和智能运维。

● 第三步:接入机房内部融合优化

接入机房原来有接入功能、传输功能、连接功能,以及NFVI基础设备,都是独立设备,为了节省空间、简化部署、提高可靠性、实现不同业务的QoS保证,可以根据需要选择相关功能融合,以减少网元数量。进一步,可考虑微模块概念,在一个标准的模块中,可选择性配置接入、连接、传输功能,同时解决散热和监控问题,在工厂提前测试和验证,然后在接入机房直接安装,减少机房建设工程。通过按需平滑新增模块,实现根据业务需要平滑扩展,将极大方便运营商的接入机房扩容。

数量巨大的接入机房是运营商的重要资产,在固移融合的大目标下,运营商应分步骤实现接入机房的全业务承载、智能化改造、集约化管理、快速部署和平滑扩展,充分挖掘5G时代接入机房的商业价值。

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