淺析5G承載網(wǎng)的需求及關(guān)鍵技術(shù)

劉川

5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)提出了新的需求，如何利用一張統(tǒng)一的承載網(wǎng)來(lái)滿足5G不同業(yè)務(wù)的承載需求是5G承載網(wǎng)面臨的巨大挑戰(zhàn)。本文在對(duì)5G三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，分析了5G對(duì)承載網(wǎng)的需求，以及5G承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

5G;承載網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù)

5G作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，極大提高了傳輸速率，降低了傳輸時(shí)延。其與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)結(jié)合，將極大促進(jìn)行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，為教育、醫(yī)療、交通、電力等各行各業(yè)賦能，實(shí)現(xiàn)以信息通信技術(shù)發(fā)展促進(jìn)產(chǎn)業(yè)全面轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1.5G的三大典型應(yīng)用場(chǎng)景

ITU-T定義了5G的三種典型應(yīng)用場(chǎng)景，包括：支持海量用戶連接的大規(guī)模及其通信（mMTC），具備超低時(shí)延和超高可靠性的（uRLLC），具備更低時(shí)延更高帶寬的增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）。

1.1 mMTC

mMTC的特點(diǎn)是支持海量連接的能力。該場(chǎng)景每平方公里支持的連接數(shù)超過(guò)百萬(wàn)，其主要應(yīng)用方向是與基于傳感器的物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制功能，可以廣泛應(yīng)用與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、城市管理、生活服務(wù)、生態(tài)環(huán)境等各行各業(yè)，例如將將5G與智能水表結(jié)合的智能抄表業(yè)務(wù)等。

1.2 uRLLC

uRLLC的特點(diǎn)是具有超低的時(shí)延和超高的可靠性，這種特性是其非常適合面向自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制等應(yīng)用。以自動(dòng)駕駛為例，在4G網(wǎng)絡(luò)下的時(shí)延較高，不足以保證自動(dòng)駕駛的安全性，4G網(wǎng)絡(luò)難以支撐自動(dòng)駕駛應(yīng)用。而在5G的uRLLC場(chǎng)景下，時(shí)延可以降低到毫秒級(jí)，使得自動(dòng)駕駛的安全性大大提高，提高了可應(yīng)用性。

1.3 eMBB

eMBB的特點(diǎn)是兼具有超高的帶寬和較低的時(shí)延，最適宜面向VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）/AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、8K超高清視頻、高速移動(dòng)上網(wǎng)等大流量移動(dòng)寬帶應(yīng)用。其關(guān)鍵性能指標(biāo)包括百兆用戶體驗(yàn)速率、每平方公里數(shù)十Tbit/s的流量密度和時(shí)速高達(dá)500公里/小時(shí)的移動(dòng)性等。

2.5G對(duì)承載網(wǎng)的要求

如前所述，5G網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)的主要特征包括大帶寬、低時(shí)延和海量連接，其對(duì)承載網(wǎng)在帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性方面提出了新的需求。

2.1 性能需求

從三大典型應(yīng)用場(chǎng)景可以發(fā)現(xiàn)，5G對(duì)于承載網(wǎng)從帶寬、時(shí)延等方面提出了更高的性能要求。在帶寬方面，VR/AR等eMBB類5G業(yè)務(wù)將流量需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，單站容量逼近10Gbit/s。在時(shí)延方面，自動(dòng)駕駛等uRLLC類5G新業(yè)務(wù)提出了超低時(shí)延要求，同時(shí)5G協(xié)同對(duì)時(shí)延也提出了更高要求。而mMTC，盡管對(duì)于帶寬和時(shí)延都不敏感，但由于其與多種行業(yè)的結(jié)合，以及物聯(lián)網(wǎng)無(wú)處不在的特性，要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供靈活連接能力。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面看，5G對(duì)于承載網(wǎng)絡(luò)也提出了新的要求。5G網(wǎng)絡(luò)中，接入層由三個(gè)功能實(shí)體組成，CU（集中單元）、DU（分布單元）、AAU（有源天線單元）。其中CU負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)，DU負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)，AAU則完成原來(lái)4G中BBU的部分物理層處理功能和無(wú)源天線的功能。承載網(wǎng)負(fù)責(zé)連接CU、DU、AAU之間的連接，其中AAU和DU之間，稱為前傳;DU和CU之間，稱為中傳;CU和核心網(wǎng)之間，稱為回傳。5G承載網(wǎng)將演進(jìn)為前傳、中傳、回傳三級(jí)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同時(shí)，在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化，為了滿足不同的應(yīng)用需求和環(huán)境需要，DU和CU的位置不是嚴(yán)格固定，而是可以靈活調(diào)整的，與之相適應(yīng)，承載網(wǎng)的具體結(jié)構(gòu)也可能會(huì)有所不同。當(dāng)CU和DU合設(shè)時(shí)，承載網(wǎng)變?yōu)榍皞骱突貍鲀杉?jí)結(jié)構(gòu);當(dāng)CU、DU、AAU分設(shè)時(shí)，承載將演進(jìn)為前傳、中傳和回傳三級(jí)結(jié)構(gòu)[3]。

2.3 承載解決方案

在前傳部分，5G承載網(wǎng)絡(luò)可采用光纖直驅(qū)、無(wú)源WDM或無(wú)源WDM-PON、有源OTN、微波等方式實(shí)現(xiàn)。5G時(shí)代，考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點(diǎn)組網(wǎng)方案，光纖直驅(qū)方式需要消耗大量的光纖，某些光纖資源緊張的地區(qū)難以滿足光纖需求，需要設(shè)備承載方案作為補(bǔ)充。針對(duì)不同的場(chǎng)景，可以選擇不同的承載技術(shù)方案。而中傳和回傳部分，則需要在現(xiàn)有技術(shù)框架上進(jìn)行改造，可以采用PTN/SPN、OTN、IPRAN等多種技術(shù)。

3.5G承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于網(wǎng)絡(luò)性能的提升，將使得業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)使用量極大提升。由于在5G網(wǎng)絡(luò)中將實(shí)現(xiàn)從人與人之間的連接發(fā)展到萬(wàn)物連接，連接數(shù)量將成倍上升，網(wǎng)絡(luò)勢(shì)必越來(lái)越擁堵，越來(lái)越復(fù)雜。因此，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行分流管理，這就是網(wǎng)絡(luò)切片。所謂網(wǎng)絡(luò)切片，就是把物理網(wǎng)絡(luò)分為若干個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)需求賦予不同的時(shí)延、帶寬、安全性、可靠性等，從而靈活應(yīng)對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。

網(wǎng)絡(luò)切片是5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于5G承載網(wǎng)，其將在管理層、控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層三個(gè)層面進(jìn)行切片。管理層每個(gè)切片擁有獨(dú)立的管理配置界面和維護(hù)界面，需要支持獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)功能;控制層切片擁有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、控制和資源分配模塊;轉(zhuǎn)發(fā)層切片側(cè)擁有獨(dú)立的硬件管道，可以為不同的用戶分配不同的軟管道資源。

3.2 SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式，其將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面板和數(shù)據(jù)面分離，通過(guò)軟件編程的方式定義和控制網(wǎng)絡(luò)。在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于業(yè)務(wù)和連接類型的多樣化，需要將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的切片。SDN可以將承載網(wǎng)設(shè)備的控制分離出來(lái)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則定義后，通過(guò)默認(rèn)協(xié)議自動(dòng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備端口、鏈路等，大大簡(jiǎn)化傳輸承載設(shè)備的配置。

3.3 FlexETH靈活以太網(wǎng)技術(shù)

FlexETH（靈活以太網(wǎng)）技術(shù)是承載網(wǎng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離承載和網(wǎng)絡(luò)分片的一種接口技術(shù)。由于5G業(yè)務(wù)類型豐富，如何將不同業(yè)務(wù)的它采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)，將一個(gè)物理端口切割成多個(gè)獨(dú)立子通道，每個(gè)用戶側(cè)端口可以指定使用一個(gè)或多個(gè)子通道，以時(shí)隙方式將用戶側(cè)端口數(shù)據(jù)調(diào)度至指定的子通道，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離。通過(guò)采用FlexETH技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)同一分片內(nèi)業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)服用，分片之間業(yè)務(wù)不互相影響，既能在物理層隔離擁塞，又能保證業(yè)務(wù)QOS相互獨(dú)立，使業(yè)務(wù)能夠得到更好的保障。

參考文獻(xiàn)

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&TABLEName=CAPJLAST&FileName=DXKX2019051700K&RESULT=1&SIGN=JR5nhmWnCaDrwCTD34%2f8nODClAo%3d

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