基于5G通信技術(shù)承載網(wǎng)建設(shè)研究

吳舜

【摘要】隨著移動網(wǎng)絡(luò)的不斷演進，單一語音業(yè)務(wù)承載向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、實時多媒體業(yè)務(wù)等綜合業(yè)務(wù)融合發(fā)展。國內(nèi)三大運營商4G網(wǎng)絡(luò)的接入傳輸網(wǎng)絡(luò)基本以IPRAN和PTN為主，它們能滿足網(wǎng)絡(luò)漸進式演進的需求，在2G、3G、4G共址情況下，可以提供E1、IP等多種基站接口需求，實現(xiàn)一定時期內(nèi)的基站深度覆蓋。進入5G時代，eMBB大帶寬業(yè)務(wù)、mMTC（海量連接）和uRLLC（高可靠低時延）等新業(yè)務(wù)成為5G發(fā)展的核心驅(qū)動力，現(xiàn)有的承載網(wǎng)設(shè)備不能滿足大流量承載、SLA可承諾等的運營需求?；诖?，本文主要對5G時代承載網(wǎng)的建設(shè)進行了探析。

【關(guān)鍵詞】5G時代;承載網(wǎng);建設(shè)策略

中圖分類號：TN92 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1673-0348（2020）016-001-03

Analysis on the Construction Strategy of Carrying Network in 5G Era

Wu Shun

（Hainan Telecom Planning and Design Institute Co.， Ltd.， Hainan 570203）

Abstract： With the continuous evolution of the mobile network， the single voice service bearer has developed into integrated services such as data service and real-time multimedia service. IPRAN and PTN are the main access transmission networks of 4G networks of the three major operators in China， which can meet the needs of gradual network evolution. under the condition of 2G， 3G and 4G co-location， they can provide E1， IP and other base station interface requirements， and realize deep coverage of base stations in a certain period of time. In the 5G era， new services such as eMBB large bandwidth service， mMTC （mass connection） and uRLLC （high reliability and low delay） have become the core driving force of 5G development， and the existing bearer network equipment cannot meet the operational requirements of large traffic bearer and SLA commitment. Based on this， this paper mainly discusses the construction of bearer network in 5G era.

Keywords： 5G era; Carrying network; Construction strategy

隨著網(wǎng)絡(luò)信息和通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，5G在此階段已逐漸深化和發(fā)展。當(dāng)前的傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需要科學(xué)合理地調(diào)整。在建設(shè)5G移動通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的過程中，應(yīng)根據(jù)實際情況發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，不斷完善城域網(wǎng)的PTN網(wǎng)絡(luò)，繼續(xù)跟上時代發(fā)展步伐，不斷創(chuàng)新和改變技術(shù)及其他建設(shè)策略和方法，促進5G通信和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，提高人們對移動通信發(fā)展的應(yīng)用和滿意度，以穩(wěn)定的方向推動移動通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包括5G核心網(wǎng)、5G承載網(wǎng)和5G接入網(wǎng)，組網(wǎng)方案有非獨立組網(wǎng)（NSA）和獨立組網(wǎng)（SA）;5G時代的共建共享在NSA和SA階段都要求實現(xiàn)承載網(wǎng)的互通，滿足5G基站共享需求。NSA主要面向個人客戶，業(yè)務(wù)需求主要是大帶寬為主，主要的業(yè)務(wù)場景是VR/AR、4K直播、游戲加速等;SA主要面向垂直行業(yè)客戶方面，業(yè)務(wù)需要除了大帶寬、海量連接，更主要的是低時延和可控可管，業(yè)務(wù)場景主要有智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、智慧港口、遠程醫(yī)療、自動駕駛等。

1. 5G業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)的需求

運營商省層面的承載網(wǎng)總體架構(gòu)基本按核心層、匯聚層、接入層進行設(shè)置，在當(dāng)前的移動通信網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)越來越多，對承載網(wǎng)的壓力也越來越大，承載網(wǎng)也隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷演變而進行技術(shù)的更新迭代。

進入5G時代，帶寬和時延是核心競爭力，5G在數(shù)據(jù)傳輸方面也發(fā)生了一系列變化，數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)流向復(fù)雜、特定業(yè)務(wù)需要低時延、高可靠等。5G基站回傳帶寬需求大幅度提升，預(yù)計是4G基站的10倍以上，現(xiàn)有移動回傳承載網(wǎng)絡(luò)的容量難以滿足，除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)的切片服務(wù)、虛擬化核心網(wǎng)的分布式部署架構(gòu)、大容量傳送、超低時延業(yè)務(wù)、高精度時間同步、快速開通、SLA可承諾、可保障能力和業(yè)務(wù)快速開通能力，對承載網(wǎng)提出諸多新型需求。

就目前現(xiàn)狀來看，當(dāng)前4G承載網(wǎng)技術(shù)體系不能滿足5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。需要結(jié)合現(xiàn)有成熟技術(shù)標(biāo)準和5G新業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)需求，在保護現(xiàn)有投資基礎(chǔ)上對現(xiàn)有承載網(wǎng)進行有序優(yōu)化，為開通5G業(yè)務(wù)做好網(wǎng)絡(luò)層面的準備工作。

2. 4G/5G傳輸技術(shù)特點分析

2.1 中國電信

IPRAN是電信選擇的4G移動回傳業(yè)務(wù)承載技術(shù)，采用分組傳送技術(shù)，基于IP/MPLS協(xié)議及關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，主要面向移動業(yè)務(wù)承載并提供三層IP通道，使用動態(tài)路由協(xié)議分發(fā)標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。在應(yīng)用的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)有移動網(wǎng)絡(luò)的有效承載，同時也能夠為其他業(yè)務(wù)的開展提供平臺，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，大幅度提高移動網(wǎng)絡(luò)的運行能力。IPRAN主要優(yōu)勢在于三層功能的完備和成熟，整個網(wǎng)絡(luò)是一個路由器和交換機組成的基于IP報文的三層轉(zhuǎn)發(fā)體系，包括支持全面的IPV4（IPV6）三層轉(zhuǎn)發(fā)及路由功能（靜態(tài)、動態(tài)）;支持MPLS三層功能、MPLS VPN功能和三層組播功能，開發(fā)性和業(yè)務(wù)調(diào)度非常靈活，尤其是IPRAN統(tǒng)計復(fù)用的特點，充分利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，在4G時代通過擴容就滿足比3G時代業(yè)務(wù)量10倍增長的承載需求。

從現(xiàn)有承載網(wǎng)的技術(shù)和容量來看，IPRAN技術(shù)需要從多維度進行進行升級，為了滿足大帶寬、低時延、高精度同步等要求，電信引入了STN（新型IPRAN）網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備，STN在設(shè)備容量、帶寬能力、新功能（如SR、EVPN）支持能力等方面較IPRAN都有大幅提升。STN的關(guān)鍵技術(shù)是引入SR和EVPN;采用全新的SR（分段路由）功能，結(jié)合SDN控制器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路徑的可編程能力，根據(jù)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動態(tài)調(diào)整路徑，根據(jù)業(yè)務(wù)SLA實現(xiàn)路徑優(yōu)化，簡化了三層轉(zhuǎn)發(fā)功能;為了實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)切片功能，即可按需靈活組網(wǎng)的方式，需要設(shè)備具備增強VPN（EVPN、軟切片）和靈活的以太網(wǎng)技術(shù)（FlexE、硬切片），F(xiàn)lexE具備嚴格的TDM調(diào)度機制，確定時延，實現(xiàn)SLA可承諾，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的核心的NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化），NFV從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中分離出硬件和軟件部分，硬件由統(tǒng)一的服務(wù)器部署，軟件由不同的NF（網(wǎng)絡(luò)功能）承擔(dān)，從而實現(xiàn)靈活組裝業(yè)務(wù)的需求。

2.2 中國移動

PTN是移動選擇的4G回傳業(yè)務(wù)承載技術(shù)，采用分組傳送技術(shù)，基于以太網(wǎng)傳輸架構(gòu)，PTN是二層傳輸通道，這個通道對用戶來講是透明的，PTN的路徑規(guī)劃、標(biāo)簽分配都是靜態(tài)的。在PTN網(wǎng)絡(luò)中，對MPLS-TP技術(shù)進行了實踐應(yīng)用，通過對網(wǎng)絡(luò)運行狀況進行分析，明確了MPLS技術(shù)應(yīng)用的實際價值，其實，它是，其應(yīng)用特征包括以下幾個方面：數(shù)據(jù)傳輸性能強大;安全可靠性強;能夠省略復(fù)雜、繁瑣的IP功能和信用命令;能夠從控制層和客戶中分離出來，獨立存在，對于多種業(yè)務(wù)的承載效果良好;4G業(yè)務(wù)在傳送網(wǎng)核心層引入L3 VPN，實現(xiàn)分組業(yè)務(wù)的靈活轉(zhuǎn)發(fā)。

5G網(wǎng)絡(luò)為實現(xiàn)基站間無縫切換和支持海量連接等功能，滿足低時延業(yè)務(wù)的特性，需要減少控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面?zhèn)鬏斅窂?，即全網(wǎng)端到端L3功能，同時支持FlexE、高精度的時間同步等關(guān)鍵新特性;PTN網(wǎng)絡(luò)在性能和容量上都不能滿足5G業(yè)務(wù)的承載需求。

SPN（Slicing Packet Network）是中國移動在PTN基礎(chǔ)上，提出的新一代切片分組網(wǎng)技術(shù)，基于以太網(wǎng)的傳輸架構(gòu)，是以以太網(wǎng)內(nèi)核為基礎(chǔ)的新一代融合承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具備前傳、中傳和回傳的端到端組網(wǎng)能力。SPN的關(guān)鍵技術(shù)是引入了SR、FlexE接口和SCL層網(wǎng)絡(luò);SCL為網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和切片業(yè)務(wù)提供端到端硬隔離通道，可顯著降低時延，支持網(wǎng)絡(luò)拓撲重構(gòu)和切片，滿足5G業(yè)務(wù)超低時延、硬隔離切片的需求。SPN繼承了PTN傳輸方案的功能特性，并進行增強和創(chuàng)新，滿足5G各種新需求;采用FlexE技術(shù)，將5G大網(wǎng)絡(luò)從邏輯上切分出獨立子網(wǎng)和端口，同時也實現(xiàn)了業(yè)務(wù)速率和物理通道速率的解耦，通過端口捆綁和時隙交叉技術(shù)，輕松實現(xiàn)業(yè)務(wù)帶寬的疊加，滿足各類速率和應(yīng)用的需求。

3. 5G時代承載網(wǎng)的建設(shè)思路

在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，2G、3G、4G、5G 網(wǎng)絡(luò)將會并存較長的一段時間，即使在 5G 網(wǎng)絡(luò)的成熟期，4G 和 5G 網(wǎng)絡(luò)仍將長期并存，協(xié)同發(fā)展。承載網(wǎng)以穩(wěn)步推動5G建設(shè)為出發(fā)點，實際業(yè)務(wù)流量為測算依據(jù)，建設(shè)效益優(yōu)先，初期以滿足需求適度超前，中長期網(wǎng)絡(luò)可平滑擴展的建設(shè)策略。

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G承載網(wǎng)是為5G無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，不僅為這些網(wǎng)絡(luò)連接提供靈活調(diào)度、組網(wǎng)保護和管理控制等功能，還要提供大帶寬、時延、同步和可靠性等方面的性能保障。5G承載網(wǎng)需要支持差異化的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)能力，網(wǎng)絡(luò)切片涉及到終端、無線、承載和核心網(wǎng)，需要實現(xiàn)端到端協(xié)同管控。通過轉(zhuǎn)發(fā)平面的資源切片和管理控制平面的切片管控能力，可為5G三大類業(yè)務(wù)應(yīng)用、政企專線等業(yè)務(wù)提供所需服務(wù)等級協(xié)議（SLA）保障的差異化網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)能力。

承載網(wǎng)按省際骨干層、省內(nèi)核心層、匯聚層、接入層進行設(shè)置，采用分層組網(wǎng)模式。省際骨干層由集團公司統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)，省內(nèi)承載網(wǎng)各省按需進行規(guī)劃建設(shè)，一般核心層采用口字型組網(wǎng)模式，匯聚層和接入層采用環(huán)形網(wǎng)模式，接入層一般采用環(huán)形組網(wǎng)方式，除非在光纜資源極度受限的情況下，個別DRAN站點，可采用環(huán)帶鏈的方式。

3.2 帶寬規(guī)劃

5G前傳主要有分布式無線接入網(wǎng)（CRAN）和集中式無線接入網(wǎng)（DRAN）兩種場景，其中CRAN又分為大型、中型、小型三種部署模式，CRAN大集中一般需要CU云化和DU池化集中部署來支撐實現(xiàn)，DRAN一般極少數(shù)使用。

針對S111站型（64TRx），單基站峰值帶寬一般為7Gbps，均值帶寬為3Gbps;S222（64TRx），單基站峰值帶寬一般為10Gbps，均值帶寬為4Gbps?；貍骶W(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需向基站負責(zé)，保證基站在達到峰值時仍能正常工作，根據(jù)地域和流量的不同，高業(yè)務(wù)流量區(qū)域一般采用50GE的接入環(huán)，每個接入環(huán)接入20-30個共享基站;偏遠低業(yè)務(wù)流量區(qū)域一般采用10GE的接入環(huán)，每個接入環(huán)接入10個左右的共享基站;在接入傳輸環(huán)規(guī)劃階段，要與無線網(wǎng)緊密銜接，合理預(yù)測BBU流量，兼顧擴展性，在傳輸環(huán)節(jié)點BBU側(cè)按需選用GE、10GE或25GE接口。

3.3 時間同步

當(dāng)前4G時間服務(wù)器性能指標(biāo)已無法滿足5G承載的新要求，同時時鐘同步精度主要受到外部時鐘源準確性、不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時鐘差異這兩個因素的影響。超高精度時間同步是5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，5G時間同步需求主要體現(xiàn)在基本業(yè)務(wù)時間同步需求、協(xié)同業(yè)務(wù)時間同步需求和新業(yè)務(wù)時間同步需求三個方面。在時間同步網(wǎng)的架構(gòu)和部署層面，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求采用時間源設(shè)備下沉方案，減少時鐘跳數(shù)，將時間源設(shè)備部署在匯聚層的邊緣，提高時鐘的精度。

4. 結(jié)語

5G為“萬物互聯(lián)”而來，5G行業(yè)應(yīng)用的探索是個分階段的長期過程，5G融合應(yīng)用是新生事物，聚焦新一代信息技術(shù)在行業(yè)市場的應(yīng)用場景、技術(shù)特點和未來發(fā)展機遇，隨著三大應(yīng)用場景的不斷完善和豐富，在5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)過程中，需要考慮到多種層次的需求，因此在5G承載網(wǎng)進行規(guī)劃建設(shè)的過程中，必須要對當(dāng)前的傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新技術(shù)進行深入研究，同時采用標(biāo)準技術(shù)，跨廠家進行混合組網(wǎng)試驗，降低建網(wǎng)成本，從而為5G網(wǎng)絡(luò)的更好發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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