5G NSA接入專線方案探討

袁 林，黃庠奇，向 軍，蔡 超，范文博，馮 慶（.中國聯(lián)通重慶分公司，重慶 40004；.中國聯(lián)通研究院，北京 0076）

1 背景

隨著2019 年6 月6 日5G 商用牌照的正式發(fā)放，我國正式進入5G 商用階段。3GPP 定義了5G 2 個早期商用場景：增強移動寬帶（eMBB）和固定無線接入（FWA）。根據(jù)Ovum 預測，2020 年無線網(wǎng)絡將為全球3.5 億家庭提供寬帶接入服務，WTTx 將成為移動運營商未來的主要收入來源之一。隨著網(wǎng)絡結構的演進，5G 時代的移動網(wǎng)和固網(wǎng)正在交匯。利用5G 相關特性，在傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡領域考慮使用5G特性進行技術組合，能解決目前固網(wǎng)的一些施工限制問題，并提供一定的機動靈活性。

5G 的關鍵技術中，網(wǎng)絡切片對于實現(xiàn)高可靠超低時延特性具有關鍵作用。網(wǎng)絡切片通過結合NFV、SDN 以及QoS 等技術，能夠為不同業(yè)務劃分不同的網(wǎng)絡資源，保障業(yè)務在帶寬、時延方面的需求，為5G賦能行業(yè)數(shù)字化、智能化提升提供助力。在未來成熟5G網(wǎng)絡場景下，能實現(xiàn)端到端網(wǎng)絡切片解決方案，提供更靈活、更徹底、可編程的切片能力，用于支撐復雜多變的業(yè)務場景。相比目前網(wǎng)絡，端到端網(wǎng)絡切片方案必須進行無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)以及核心網(wǎng)的全新升級，涉及的網(wǎng)絡改造多，會存在一個較長的演進周期。在現(xiàn)階段考慮如何利用5G已實現(xiàn)的特性，結合現(xiàn)網(wǎng)狀況來滿足過渡階段的用戶需求，能夠最大程度發(fā)揮5G 的價值。

運營商專線是運營商提供給政企客戶的高質量產品，提供多站點組網(wǎng)、入云等網(wǎng)絡服務，保障客戶高價值業(yè)務穩(wěn)定運行。運營商專線目前常見的有剛性管道（裸光纖、SDH、MSTP 等）和MPLS VPN 等。這類專線業(yè)務質量有保障，需要固定網(wǎng)絡接入。許多對專線業(yè)務質量有較高要求的企業(yè)，出于安全和線路穩(wěn)定性考慮，都會選擇通過運營商專線方式實現(xiàn)Office 與遠端云的連接。近年來，許多互聯(lián)網(wǎng)公司憑借大量的數(shù)據(jù)中心和寬帶資源，開始向企業(yè)銷售SD-WAN 云專線產品，云商的SD-WAN 方案通?；诠娋W(wǎng)，通過IPSec技術對通信進行加密，同時通過SDN 技術對終端CPE進行集中配置管控。此種方式的優(yōu)勢是價格比運營商專線便宜，但關鍵問題在于路由經(jīng)過公眾網(wǎng)，IP 轉發(fā)路徑不一定最優(yōu)，業(yè)務質量不及專線。

目前，無論是運營商專線還是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供的Overlay 的SD-WAN 都需要依靠固定寬帶網(wǎng)絡。最后一公里的固定線路末梢端易被干擾，在沒有固定線路覆蓋的地方，施工布線情況復雜，周期長，導致專線業(yè)務開通時間長，無法快速響應客戶的專線接入需求?；?G 網(wǎng)絡在帶寬、時延上的性能優(yōu)勢和5G 末端無線接入優(yōu)勢，如果能實現(xiàn)“5G 接入專線”，利用5G 實現(xiàn)專線最后一公里無線接入，可以解決固網(wǎng)施工難的問題，縮短業(yè)務開通時間，實現(xiàn)專線業(yè)務快速提供。5G專線現(xiàn)階段既可以作為有線接入專線的補充手段，也可以拓展為機動性的無線接入、互聯(lián)專線為行業(yè)應用服務。

2 幾種5G接入專線方案的分析與探討

從5G正式商用到端到端的全面應用，將會經(jīng)歷一個較長的普及過程。增強型移動帶寬（eMBB）、超可靠、低時延（uRLLC）以及海量機器類通信（mMTC）作為5G 的三大特性，將會使5G 全面超越4G，實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。網(wǎng)絡切片是實現(xiàn)uRLLC 特性的關鍵技術，能夠對同一物理網(wǎng)絡進行虛擬劃分，來滿足不同等級業(yè)務通信需求。在更宏觀角度上來說，通過對數(shù)據(jù)進行管理分流，利用不同的物理網(wǎng)絡進行傳輸也是一種網(wǎng)絡隔離，與網(wǎng)絡切片的目標基本一致?；诖嗽O想，在現(xiàn)階段可以考慮5G 無線網(wǎng)絡結合專線網(wǎng)絡來實現(xiàn)移動場景下的5G 專線接入。根據(jù)業(yè)務分流點的設置不同，可以分為幾種不同的方案。筆者對5G云專線的幾種不同方案進行了實驗測試驗證。

2.1 測試網(wǎng)絡架構

無線數(shù)據(jù)業(yè)務通常涉及無線接入網(wǎng)、無線回傳網(wǎng)和核心網(wǎng)；固網(wǎng)業(yè)務則涉及固定接入網(wǎng)和城域網(wǎng)；跨域業(yè)務則會涉及到骨干傳輸網(wǎng)。5G 云專線方案的測試驗證基于中國聯(lián)通網(wǎng)絡，網(wǎng)絡架構如圖1所示。

目前中國聯(lián)通已完成骨干A 網(wǎng)的SDN 化改造，能夠提供基于SDN 的跨數(shù)據(jù)中心的專線組網(wǎng)連接。在本次測試驗證中，利用5G 無線網(wǎng)絡接入，通過不同的分流技術，將測試的業(yè)務與骨干A網(wǎng)POP點對接，實現(xiàn)跨域入云。以下為幾種方案的梳理介紹。

2.2 APN分流方案

APN 方式是對現(xiàn)有網(wǎng)絡架構改動最小的實現(xiàn)方式。對運營商來說，APN 一般都部署在GGSN 設備上或者邏輯連接到GGSN 上，用戶使用數(shù)據(jù)上網(wǎng)時，都通過GGSN 代理出去到外部網(wǎng)絡。因此，通過給5G 云專線終端特定的APN、SGSN 等可以根據(jù)定制給用戶的APN 來路由5G 專線流量到特定的GGSN，再經(jīng)大客戶網(wǎng)關路由器連接中國聯(lián)通A網(wǎng)（行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）。

圖2示出的是APN分流5G云專線業(yè)務走向圖。

要實現(xiàn)APN 分流5G 入云專線流量方案，需要做以下配置。

a）GGSN新建一個專有APN用以承載無線云專線業(yè)務，并規(guī)劃分配給終端CPE 的地址池（靜態(tài)/有AAA可由AAA服務器分配）。

b）終端CPE設備與接入路由器通過GRE/IPsec隧道封裝Office 流量，GRE/IPsec 配置數(shù)據(jù)根據(jù)區(qū)域規(guī)劃自動下發(fā)。

c）大客戶網(wǎng)關路由器與A 網(wǎng)PE 對接，采用子接口VRF+靜態(tài)路由的方式。

圖3示出的是APN分流5G云專線方案。

經(jīng)測試表明，使用APN 方式能夠實現(xiàn)本地多點組網(wǎng)、本地跨域入云，同時業(yè)務質量有保障。使用APN分流方式，對現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡結構改變較小，僅需要在核心網(wǎng)上進行APN 配置，工作量小。但由于未使用專有設備來進行專線業(yè)務流量的分流，容易對核心網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)的容量帶來沖擊，會給核心網(wǎng)帶來更多運維工作量。

2.3 MEC分流方案

為了減輕對核心網(wǎng)網(wǎng)元的流量沖擊，第2 種可行5G 專線分流方案使用MEC 分流。在現(xiàn)階段NSA 組網(wǎng)下，MEC 分流方案通過在IPRAN 匯聚或核心層配置旁路MEC，引流5G 專線流量經(jīng)MEC 分流后轉發(fā)至大客戶路由器，在核心網(wǎng)之前實現(xiàn)無線業(yè)務與專線業(yè)務的分流。業(yè)務流量轉發(fā)路徑如圖4所示。

圖2 APN分流5G云專線業(yè)務走向圖

圖3 APN分流5G云專線方案

圖4 MEC分流5G專線業(yè)務轉發(fā)路徑

在現(xiàn)階段NSA 網(wǎng)絡架構下，通過MEC 進行分流，當不希望改動核心網(wǎng)時，可以采用TOF 方案；當用戶需要支持計費和合法監(jiān)聽時，可以選擇TOF+方案。

要實現(xiàn)MEC（TOF）分流5G 入云專線流量方案，需要做以下配置。

a）通過IPRAN 匯聚設備配置策略路由，將需要經(jīng)MEC 分流的5G 流量進行引流。如果IPRAN 匯聚設備不支持策略路由，可以使用VPN 方案：設備新增L3 VPN，接入MEC 的基站都在新增VPN 里，新的VPN 配置靜態(tài)路由（默認路由）到MEC 并關聯(lián)靜態(tài)路由BFD；并通過MEC完成新舊2個VPN的橋接。

b）大客戶網(wǎng)關路由器與A 網(wǎng)PE 對接，采用子接口VRF+BGP/靜態(tài)路由的方式。

c）終端CPE 設備與大客戶網(wǎng)關路由器通過GRE/IPsec 隧道封裝專線流量，GRE/IPsec 配置數(shù)據(jù)根據(jù)區(qū)域規(guī)劃通過控制器自動下發(fā)。

圖5示出的是MEC分流5G專線方案。

通過MEC 分流的方式，減輕了核心網(wǎng)的負擔，能夠在承載網(wǎng)絡進行分流；對于5G 用戶非專線流量，MEC 將流量轉發(fā)回IPRAN 至核心網(wǎng)?，F(xiàn)階段使用MEC 分流的問題在于，配置復雜，單套MEC 能夠覆蓋的無線接入?yún)^(qū)域有限，無法快速推廣業(yè)務可應用區(qū)域。

2.4 5G的SD-WAN方案

第3 種方案為Overlay 方案，對現(xiàn)有網(wǎng)絡不做任何更改，經(jīng)由運營商無線網(wǎng)絡后通過公眾網(wǎng)進行業(yè)務轉發(fā)，即SD-WAN 方案。SD-WAN 方案將5G 作為最后一公里接入，SD-WAN 流量過核心網(wǎng)后由公眾骨干網(wǎng)轉發(fā)。SD-WAN 方案通過集中的SDN 控制器對CPE進行管控，但是無法對公眾骨干網(wǎng)轉發(fā)進行管控。由于中國聯(lián)通已完成骨干A 網(wǎng)的SDN 化改造，因此能夠實現(xiàn)A網(wǎng)與5G專線的對接，能夠提供端到端高質量的專線服務。而對于常規(guī)SD-WAN 服務商來說，提供的服務質量取決于租借的運營商帶寬和節(jié)點資源數(shù)量。

圖5 MEC分流5G專線方案

SD-WAN 方案無需對運營商網(wǎng)絡進行改動，因此成本低。其缺點在于業(yè)務通過公眾網(wǎng)轉發(fā)，屬于Over?lay 的方式，運營商對此類業(yè)務缺乏精細化管控，業(yè)務質量保障無法與專線相比。但由于SD-WAN 的方式屏蔽了運營商之間的差異，也給SD-WAN 服務商進入此領域提供了空間，提供靈活、低成本的廣域網(wǎng)方案。

圖6示出的是5G接入的SD-WAN方案。

圖6 5G接入的SD-WAN方案

SD-WAN 方案預計會在5G 模組成熟后迅速進入市場。云商、互聯(lián)網(wǎng)公司、傳統(tǒng)SD-WAN 廠商都將進入這個市場，運營商將面臨眾多的競爭者。因此，在5G 專線應用方面，運營商必須探索更加差異化的服務產品，通過結合自己的網(wǎng)絡優(yōu)勢條件，給用戶提供質量優(yōu)于Overlay方式的專線服務。

2.5 幾種方式的使用建議

上述的3 種方案各有優(yōu)勢，需根據(jù)自身條件及場景選取不同的技術方案。對于中國聯(lián)通而言，產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源比較富余，可以重點推薦使用APN或MEC分流來充分利用產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)資源，能夠給用戶提供高質量的專線服務。同時，也可以考慮結合使用SD-WAN方案來滿足部分對價格非常關切的客戶的需求。

3 總結和展望

本文基于現(xiàn)階段的網(wǎng)絡架構，探究并比較了幾種5G 接入專線的方式?；诂F(xiàn)階段的NSA 網(wǎng)絡來做5G接入專線，雖然會帶來一定的業(yè)務開通、運維工作量，但為未來5G無線接入的廣泛應用做了積極探索，具有較大的應用價值。5G 接入專線為機動、靈活場景需求下安全便捷的專線業(yè)務開通提供了可能。未來隨著端到端5G網(wǎng)絡的成熟，統(tǒng)一的接入回傳網(wǎng)能提供更便捷的專線業(yè)務實現(xiàn)方法，能夠保證網(wǎng)絡運維便捷、開通自動化的狀態(tài)下，提供多樣化的5G 接入服務，為未來5G浪潮下行業(yè)數(shù)字化、智能化助力。