基于分組切片的5G承載網(wǎng)技術(shù)分析與組網(wǎng)探討

林超文

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東廣州，510310）

1 5G承載網(wǎng)需求

1.1 大眾需求

可觸碰互聯(lián)網(wǎng)、全息視頻、智能穿戴、自動(dòng)駕駛等全新的應(yīng)用需求正在快速增長(zhǎng)。而一般用戶在廣域覆蓋、大容量、低功耗等方面形成了直接且敏感的要求。5G有機(jī)整合了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，而持續(xù)創(chuàng)新，集中主要力量發(fā)展移動(dòng)視頻控制，加之日趨成熟的傳感器網(wǎng)絡(luò)、公共安全等技術(shù)，均緊密聯(lián)系了5G與實(shí)體經(jīng)濟(jì)。

1.2 性能需求

網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行有必要提高自身的綜合性能。在不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、改進(jìn)部署方案的前提下，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)。5G承載網(wǎng)不只要求提高自身的穩(wěn)定性，還要形成較好的容錯(cuò)能力。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可完成自我恢復(fù)，保證運(yùn)行效率。

1.3 智能化需求

業(yè)務(wù)發(fā)展智能化體現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性，將直接、靈活的服務(wù)提供給用戶?；?G業(yè)務(wù)大容量和高速率等特點(diǎn)，需在大容量環(huán)境內(nèi)提高5G承載網(wǎng)的傳輸能力。高度重視網(wǎng)絡(luò)的智能化和自動(dòng)化特點(diǎn)。網(wǎng)路智能化需結(jié)合用戶的需要，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，從而精細(xì)化管理網(wǎng)絡(luò)。

2 承載網(wǎng)絡(luò)切片分層架構(gòu)

根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)若干虛擬網(wǎng)絡(luò)，即切片網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步獲得分層架構(gòu)。借虛擬網(wǎng)絡(luò)遞歸切片為虛擬運(yùn)營(yíng)商和子運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行實(shí)現(xiàn)支撐。承載網(wǎng)絡(luò)切片具有下列特點(diǎn)：

（1）按需網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：建立對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成特有的網(wǎng)絡(luò)資源。

（2）切片網(wǎng)絡(luò)與物理網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：切片網(wǎng)絡(luò)近似物理網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)資源提供給上層業(yè)務(wù)，忽視了切片與物理網(wǎng)絡(luò)的不同，而切片網(wǎng)絡(luò)涉及了EPL/EVPL等業(yè)務(wù)。

（3）業(yè)務(wù)層與物理網(wǎng)絡(luò)解耦：基于vNet切片網(wǎng)絡(luò)設(shè)置業(yè)務(wù)，在業(yè)務(wù)層與物理網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)解耦，提高了網(wǎng)絡(luò)的管理效率。

可以發(fā)現(xiàn)，切片網(wǎng)絡(luò)vNet具備與物理網(wǎng)絡(luò)相似的特點(diǎn)，對(duì)管理面、控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面獨(dú)立管理，在不同虛擬網(wǎng)絡(luò)上布置不一樣的業(yè)務(wù)，達(dá)到5G差異化的業(yè)務(wù)要求。

3 基于分組切片的5G承載技術(shù)

3.1 承載網(wǎng)絡(luò)切片協(xié)同管理架構(gòu)

目前，在標(biāo)準(zhǔn)化研究中，重點(diǎn)把握傳送網(wǎng)切片管控架構(gòu)、模型與切片管控策略。根據(jù)3GPP規(guī)范，由3GPP管控系統(tǒng)與非3GPP管控系統(tǒng)構(gòu)建協(xié)同架構(gòu)。當(dāng)承載網(wǎng)管系統(tǒng)、3GPP管控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互通時(shí)，對(duì)交互內(nèi)容合理定義，在獲取非3GPP系統(tǒng)過程中交互操作切片與資源需求，將其傳輸至RAN、無線核心網(wǎng)與傳送網(wǎng)的管理系統(tǒng)。采取5G承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的北向接口，使上層管控系統(tǒng)合理應(yīng)用，提高管控架構(gòu)的擴(kuò)展能力。

3.2 承載網(wǎng)絡(luò)切片全生命周期管理

3GPP對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片管控程序進(jìn)行定義，包含4個(gè)不同的階段。對(duì)比3GPP的切片管理，5G承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)切片全生命周期管理見圖1所示。

圖1 切片管控流程示例

（1）資源信息交互。網(wǎng)絡(luò)切片之前形成承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)，對(duì)切片能力信息抽象處置，交互運(yùn)行上層管控系統(tǒng)，從而得到交流數(shù)據(jù)。

（2）切片操作：上層管控系統(tǒng)將子網(wǎng)絡(luò)切片請(qǐng)求傳輸至承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)，自由建立切片網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)切片資源合理規(guī)劃、標(biāo)記與分配。切片完成操作后，立即清除切片網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)，預(yù)防其占用大量資源。

（3）切片維護(hù)：承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了切片網(wǎng)絡(luò)，涉及了有關(guān)的性能信息，包括警告、流量與時(shí)延。承載網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)聯(lián)系監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，改進(jìn)了由切片自由分配的資源，為切片網(wǎng)絡(luò)的SLA資源提供最大保護(hù)。

3.3 協(xié)同管理北向接口

承載網(wǎng)管控系統(tǒng)聯(lián)系著各種不同的業(yè)務(wù)情景，完成了規(guī)劃、布置、運(yùn)維承載網(wǎng)絡(luò)切片的工作。要想做好這項(xiàng)工作，承載網(wǎng)管控系統(tǒng)由北向接口獲取子切片請(qǐng)求，提高了網(wǎng)絡(luò)切片的自動(dòng)化效率。

圖2 引入人工智能提升切片運(yùn)維效能

目前，結(jié)合北向接口與上層應(yīng)用的關(guān)聯(lián)性，省去了部分底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，只保留對(duì)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)的能力。MIMT工作組圍繞應(yīng)用編程接口建立信息模型，該模型具有抽象特點(diǎn)，虛擬化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)資源，系統(tǒng)描述了網(wǎng)絡(luò)資源，從而深入開展網(wǎng)絡(luò)操作。IETF設(shè)定的ACTN架構(gòu)構(gòu)建了客戶管控接口模型，在客戶網(wǎng)絡(luò)與多域協(xié)調(diào)控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)交互操作；ACTN模型初步界定了VN對(duì)象，對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息分散發(fā)展。IETF、ONF設(shè)計(jì)的VN管控模型，全面描述了5G承載網(wǎng)絡(luò)的多層網(wǎng)絡(luò)信息，優(yōu)化了VN網(wǎng)絡(luò)的操作。

3.4 引入人工智能優(yōu)化管控性能

根據(jù)人工智能技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片科學(xué)規(guī)劃，自由編排業(yè)務(wù)；以人工智能算法調(diào)整結(jié)果，完善部署；在監(jiān)測(cè)保障方面，借助底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備由南向接口收集監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)功能數(shù)據(jù)，通過學(xué)習(xí)機(jī)器，掌握之前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提前預(yù)測(cè)性能數(shù)據(jù)如流量等，聯(lián)系這一結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)切片。

4 5G承載網(wǎng)的組網(wǎng)方案

4.1 提高5G承載組網(wǎng)架構(gòu)

5G承載網(wǎng)包括了轉(zhuǎn)發(fā)平面，其代表端到端逐層組網(wǎng)框架，提高各項(xiàng)業(yè)務(wù)的服務(wù)水平。5G承載網(wǎng)分為兩個(gè)級(jí)別，即城域和省域。城域網(wǎng)絡(luò)包含接入層、匯聚層、核心層。一般狀況下，接入層屬多環(huán)網(wǎng)，類似匯聚層與核心層，憑借雙上聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)明確光纖資源。假如切片化為不同的5G承載網(wǎng)提供相應(yīng)服務(wù)，突出了差異化的隔離技術(shù)，則向輸出網(wǎng)絡(luò)提供鏈路服務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定性。5G網(wǎng)絡(luò)采取新技術(shù)改進(jìn)多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載能力，從而更好服務(wù)各種業(yè)務(wù)。

4.2 統(tǒng)一、協(xié)同管理

為對(duì)SDN框架全面管控，且對(duì)業(yè)務(wù)、資源科學(xué)分配，根據(jù)統(tǒng)一的管控方式完成系統(tǒng)管理。統(tǒng)一管控模式是聯(lián)系各層不同數(shù)據(jù)集中管理不同的網(wǎng)絡(luò)層次，達(dá)到協(xié)同控制的目標(biāo)。統(tǒng)一處理Restful北側(cè)接口，完成集成管理，以自動(dòng)化和切片華方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)管理。采取智能運(yùn)維模式監(jiān)管各種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)層次，最終獲得流量、時(shí)延與故障方面的信息。

4.3 滿足基礎(chǔ)與協(xié)同業(yè)務(wù)的需求

5G承載網(wǎng)絡(luò)把同步網(wǎng)作為關(guān)鍵組成部分，其有利于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和同類業(yè)務(wù)的精度需求?；A(chǔ)業(yè)務(wù)同步需求是選擇城域節(jié)點(diǎn)安裝精度較高的時(shí)鐘源，同步傳輸IEEE1588v2，確保端到端實(shí)現(xiàn)±1.5μs，與5G基礎(chǔ)業(yè)務(wù)同步實(shí)行。相同業(yè)務(wù)高精度需求是下沉設(shè)計(jì)局部網(wǎng)絡(luò)區(qū)域時(shí)，增強(qiáng)BITS設(shè)備的運(yùn)行能力，且聯(lián)系跳數(shù)控制完成5G高精度同步業(yè)務(wù)。

5 結(jié)束語

5G核心由網(wǎng)絡(luò)延伸至業(yè)務(wù)，其是發(fā)生技術(shù)革命的原因，最大程度彰顯了資源價(jià)值。結(jié)合實(shí)際需求選擇對(duì)應(yīng)設(shè)備，保證4G穩(wěn)定升級(jí)到5G，降低了成本。5G技術(shù)發(fā)展中，持續(xù)改進(jìn)了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，隨之推動(dòng)了SDN網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到了同步發(fā)展5G無線網(wǎng)絡(luò)和承載網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，為人們建立了和諧的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。