5G承載網技術與優(yōu)化組網研究

徐薔薇

恒隆通信技術有限公司

0 引言

近幾年，持續(xù)發(fā)展的互聯(lián)網技術為移動網絡更新?lián)Q代提供了動力支持，網絡規(guī)模也隨著管道承載量的增加而擴大，這也決定了原有技術指標不再適用于當今社會。作為基礎網絡，5G對終端性能具有重要意義，以常規(guī)互聯(lián)網物質為參照，5G仍有較為明顯的不足存在，因此，在互聯(lián)網病毒大量滋生的當下，在分析承載網技術的基礎上，對組網優(yōu)化方向進行研究很有必要。

1 5G網絡特點概述

1.1 時延低

5G業(yè)務存在較大時延差異，eMBB規(guī)定時延為10ms；uRLLC規(guī)定時延為1ms。另外，前者的空口時延為4ms，后者的空口時延僅為0.5ms。這里要明確一點，3GPP針對不同業(yè)務所規(guī)定時延，通常有顯著差異存在。

1.2 帶寬大

對基站帶寬有決定作用的參數(shù)，主要為天線數(shù)、無線頻譜效率與帶寬。一般來說，帶寬為64TR 100M的基站，其峰值帶寬為6Gbit/s左右，帶寬均值能達到3Gbit/s。由ITU所給出定義可知，5G基站峰值帶寬的最大值，通常為20Gbit/s，但現(xiàn)有技術無法達到這一高度。目前，5G基站主要被分為兩類，其中，高頻基站的應用方向為補熱，雖然規(guī)模較小，但需要接入25GE接口，低頻基站更適合大范圍覆蓋。設計模型如圖1所示。

圖1 5G承載網規(guī)劃

1.3 網絡切片

3GPP和NGMN均提倡利用5G為SDN提供所需網絡切片，通過直觀展示網絡結構的方式，為日后所開展業(yè)務部署及創(chuàng)新工作提供理論支持。除此之外，網絡切片還可被用來隔離資源/控制/管理等環(huán)節(jié)，在提升業(yè)務安全性的基礎上，對指標差異性進行凸顯。

2 承載網技術分析

2.1 SR技術

調查結果表明，在蘇州人口密集區(qū)，核心設備路由容量多達160000條以上，另外，大量政企業(yè)務的接入以及網絡溝通需求的不斷增加，均給路由容量提出了更高的要求，要想使相關要求得到最大程度滿足，路由容量至少應達到105級別。如果接入設備并非全網路由，則可酌情將路由容量降至104級別。

作為路由技術，SR強調利用IGP對路徑信息進行收集，確保收集信息均有顯式路徑/非顯式路徑對應，在不將中間節(jié)點作為支持的基礎上，對路徑進行建立，省略節(jié)點計算步驟。將該技術與SDN相結合，可被用來控制E2E路徑，組網能力往往能夠得到顯著增強。由此可見，該技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：其一，憑借較高的靈活性，對擴展資源需要預留復雜協(xié)議路徑的問題加以解決；其二，省略TGP計算步驟，為承載網提供鏈路+節(jié)點的雙重保護，確保其工作質效可得到顯著提高。

2.2 FlexE技術

作為落實5G通道帶寬的前提，該技術為子通道提供了介入MAC的途徑，并且對子通道進行物質隔離。事實證明，該技術使以太接口帶寬更加靈活，在解決常規(guī)端口僅有顆粒集中的問題的基礎上，賦予以太網更為強大的組網能力，確保網絡切片所提出隔離需求均可得到應有滿足，物理專網設想也因此而具備了實現(xiàn)的條件。該技術可對100GE端口進行捆綁，此外，還創(chuàng)造性地引入了100+GE帶寬，旨在對流量進行均勻分擔，真正做到以設備虛擬化以及技術通道化為基礎，通過轉發(fā)邏輯網絡的方式，使隔離邏輯網絡數(shù)量得到大幅增加。

2.3 MPLS EVPN技術

一般來說，MPLS對應L2VPN分為兩種，分別是VPWS和VPLS，前者被用來對LDP會話進行引入，后者的作用主要是對目標LDP進行部署，以及對本地PE/MAC所發(fā)送內容進行學習。如果設備沒有對MAC進行學習，則要借助廣播操作，才能使其價值得以實現(xiàn)，由于廣播操作出現(xiàn)風險的幾率較大，技術人員應將重心放在對網絡進行科學規(guī)劃上。除此之外，基于L2VPN所展開跨域互通，其場景往往十分復雜，這在無形中增加了跨域保護目標達成的難度，三層虛擬網應運而生。相較于L2VPN，三層虛擬網的優(yōu)勢，主要在于引入了路由轉發(fā)支持模式，多協(xié)議部署目標隨之達成。

MPLS EVPN為避免建立LDP，選擇基于BGP進行擴展，這樣做還使控制面協(xié)議部署得到了減少。在學習MAC方面，遠程地址對業(yè)務流學習的依賴性較小，轉發(fā)面要求隨之降低，如果有未學習目的地址流存在，該技術可借助支持地址對協(xié)議代理進行解析，通過規(guī)避流量廣播的方式，對環(huán)路發(fā)生風險的幾率嚴加控制。

2.4 設備虛擬技術

承載網要想實現(xiàn)網絡切片，所依托核心技術即為設備虛擬化。該技術強調靈活分配現(xiàn)有資源，確保任意虛擬設備均有獨立資源對應，并且切片管理面、控制面板與轉發(fā)面均獨立存在，各切片均不會給其他帶來影響，這也是保證業(yè)務具有理想可靠性的前提。事實證明，該技術可被用來靈活調配網元資源，例如管理資源以及轉發(fā)資源，且不同切片對應不同資源，真正做到了對切片進行動態(tài)創(chuàng)建，所創(chuàng)建切片也較傳統(tǒng)切片更加靈活。

3 承載網優(yōu)化研究

3.1 扁平化

5G技術強調對用戶體驗進行提升，而用戶體驗所受影響，主要源于帶寬、時延和抖動。業(yè)務轉發(fā)所經過節(jié)點數(shù)量與其質量密切相關，一般來說，業(yè)務質量會隨著節(jié)點數(shù)量的增加而下降，由此帶來的連鎖反應，主要為帶寬擁塞幾率增加和鏈路壓力增大。

由于環(huán)網匯聚大量物理業(yè)務，這決定其對帶寬所提出要求較大，一旦有網絡故障出現(xiàn)，受影響區(qū)域自然較大，另外，環(huán)網流量有回繞的可能，流量回繞帶來問題，主要是瞬時擁塞。扁平組網選擇對光路進行增加，通過分開承載物理業(yè)務的方式，在降低鏈路所提出帶寬需求的基礎上，對轉發(fā)跳數(shù)加以控制，上述技術的具體差異，如表1所示。事實證明，視情況采納部署光纖、波分等方案，確保分組跳數(shù)顯著減少，可使扁平組網所提出需求得到最大程度的滿足，網絡質量自然有所提升。

表1 扁平組網/環(huán)形組網對比

項目名稱 扁平組網 環(huán)形組網可靠性 高 低抖動/時延 大 大流量回繞 無 有光路要求 多 少擁塞幾率 低 高轉發(fā)跳數(shù) 少 多

3.2 管控融合

常規(guī)移動承載網依托架構為網管架構，由EMS或NMS對北向接口進行統(tǒng)一提供，確保各廠家接口存在差異可得到有效屏蔽。

由于5G承載網引入了SR和網絡切片，管理平臺新增智能算路功能是必然結果，常規(guī)網管網仍然有需求存在，只有引入融合了EMS和控制器的平臺，才能在滿足網絡運維所提出要求的基礎上，確保SDN場景對SR/虛擬演進/網絡切片所提出需求得到滿足。本文所討論融合平臺經由restconf接口，對北向接口進行提供，廠家可利用現(xiàn)有SNMP/QX/CLI，通過融合的方式，獲得所需南向接口，借助YANG模型對接口差異進行屏蔽，縮短向SDN架構進行過渡需要花費的時間。

3.3 網絡切片

若以承載業(yè)務、無線業(yè)務需求為依據(jù)，可將承載切片劃分為管轉隔離切片和管控轉切片，下文將分別對二者進行介紹，供相關人員參考。

3.3.1 管轉隔離切片

由承載網所提供VPN切片，通常對物理隔離及時延所提出要求較低。以eMBB業(yè)務為例，根據(jù)業(yè)務所提出需求，該切片能夠被用來對配置/性能/告警/登錄進行隔離。由于任意切片網絡均有獨立管理資源對應，因此，VPN切片更適合被用來隔離統(tǒng)計/告警/網絡信息。

3.3.2 管控轉切片

將物理隔離切片融入承載網，不僅可以隔離管控轉，還能夠隔離內存和CPU等資源。該方式主要用在對隔離性及安全性具有較高要求的業(yè)務上，通過提供物理專網相似服務的方式，確保業(yè)務需求能夠得到滿足。例如，分別為政企業(yè)務和用戶提供相應切片。對5G業(yè)務而言，技術人員可以分別為uRLLC業(yè)務、mMTC業(yè)務和eMBB業(yè)務提供切片，這樣做可使業(yè)務可靠性與安全性得到應有保障，此外，如果條件允許，技術人員還可單獨向第三方網絡提供切片。

3.4 統(tǒng)一承載網絡

現(xiàn)階段，各大運營商所采用組網模式均為NSA，該模式強調對4G基站與新興5G業(yè)務進行統(tǒng)一。

目前，投入運行的5G基站，其模式主要分為兩種，一個是帶寬為數(shù)百兆的室分站+微基站，另一個是帶寬能夠達到1G～3G的基站，其中，后者又分為高頻基站與低頻基站。而可能給無線基站帶寬帶來制約的因素，主要為功耗/空口技術/天線成本/頻譜資源，約九成5G基站，其單站帶寬均無法達到10GE，要想縮小實際帶寬與目標帶寬的差距，關鍵是要對5G技術加以完善，這也是未來業(yè)內人士努力的方向。

在5G發(fā)展初期，技術人員選擇通過增加4G承載網容量的方式，達到提升帶寬的目的，旨在使小規(guī)模商用和試點運行需求得到滿足。進入發(fā)展期，考慮到5G演進技術所提出要求，技術人員決定對城域節(jié)點以及接入節(jié)點進行擴容，如果條件允許，還可局部引進全新技術。當5G成熟后，網元節(jié)點、單板所表現(xiàn)出能力將得到顯著增強，此時，便可全網引進全新技術。

4 結束語

通過前文分析能夠看出，5G技術標準隨著行業(yè)發(fā)展而走向完善，這也為SDN網絡提供了前進的動力。要想對5G優(yōu)勢進行充分發(fā)揮，在推動物聯(lián)網持續(xù)發(fā)展的基礎上，對數(shù)字世界進行打造，關鍵是要掌握相關技術及其優(yōu)化方向，只有這樣才能使網絡環(huán)境更符合用戶需求。