淺談中國移動面向5G的傳送網承載方案與關鍵技術

李麗紅

摘 要：5G技術發展對目前的傳送網帶來了革命性的沖擊與挑戰，傳送網將面臨不可避免的轉型與升級換代。本文分析了5G技術對傳送網新的承載需求，并介紹了中國移動面向5G的承載方案、SPN關鍵技術以及最新進展。

關鍵詞：5G 傳送網 承載方案 SPN

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0016-02

“5G商用，承載先行”早已成為業界共識。在業界普遍認為5G傳輸只需在4G的基礎上進行升級擴容即可時，中國移動在2017年6月召開的ITU-T SG15上首次提出5G傳輸需求和新技術體系架構，并于2018年2月發布切片分組網SPN（Slicing Packet Network）技術白皮書。本文分析5G技術對傳送網新的承載需求，介紹中國移動面向5G的承載方案，以及SPN的關鍵技術與進展。

1 5G網絡架構變化

ITU定義了5G的三類典型應用場景，包括eMBB（移動寬帶增強）、uRLLC（超高可靠、超低時延通信）、mMTC（大規模物聯網），其中eMBB與人的體驗有關，mMTC和uRLLC則是為滿足物物互聯需求。不同應用場景引發5G網絡架構發生顯著變化。

（1）5G分離的RAN構架。5G RAN將演進為CU、DU和AAU三級結構。承載網分成3個部分。前傳、中傳和回傳。

（2）5G核心網云化和下沉。2017年6月，3GPP正式確認5G核心網采用中國移動牽頭提出的基于服務的SBA（Service-based Architecture）網絡架構，從而使得5G網絡真正面向云化設計，并將引入MEC（移動邊緣計算）。

2 5G傳送網需求分析

（1）大帶寬需求。針對5G傳輸的帶寬估算，回傳中核心層與匯聚層線路側帶寬范圍在100～600G之間，中傳帶寬接近回傳，前傳eCPRI帶寬在25G以內。接入層設備客戶接口帶寬10GE/25GE，網絡接口帶寬大于25G。

（2）低時延需求。3GPP關于5G時延的相關技術指標如表1所示。

（3）靈活組網需求。首先5G需站間協同、快速切換、支持多連接、引入Xn接口，東西向流量占比增大。其次云化部署需支持負載均衡，多歸屬備份，流向更復雜。

（4）網絡切片需求。5G不同應用場景在時延、峰值速率、QoS等方面對網絡要求差異明顯，因此5G將支持網絡切片能力，每個網絡切片將擁有自己獨立的網絡資源和管控能力。

（5）高精度時間同步需求。5G的載波聚合、多點協同和超短幀要求空口之間的時間同步精度偏差小于260ns。5G的基本業務采用時分雙工（TDD）制式，要求任意兩個空口之間的相對精度偏差小于1.5μs。5G的室內定位增值服務對時間同步的精度要求更高，要求一定區域內基站空口時間同步的相對精度小于10ns。

表1 5G時延技術指標

指標類型 時延指標 來源

移動終端-CU（eMBB） 4ms 3GPP TR38.913

移動終端-CU（uRLLC） 0.5ms 3GPP TR38.913

eV2X（enhanced Vehicle to Everthing） 3～10ms 3GPP TR38.913

前傳時延（AAU-DU） 100μs eCPRI

表2 5G前傳場景與相應的承載方案

組網場景 小集中 P2P大集中 環網大集中

適用方案 有源/無源

CWDM/DWDM 有源/無源

DWDM 有源DWDM

3 中國移動面向5G的傳送網承載方案

5G前傳、中傳、回傳并重。5G中傳指DU到CU，回傳指CU到核心網，中傳和回傳可采用相同的傳輸技術。如上所述，5G中傳和回傳在帶寬、時延、分片、管控、同步等方面均提出了新的要求，現有傳輸網絡無法滿足承載需求。為此中國移動提出了新的傳輸網技術體制：切片分組網SPN。SPN轉發面基于“Segment Routing transport profile” over“Slicing Ethernet”over“DWDM”，控制面采用SDN，并分別在物理層、鏈路層和轉發控制層采用創新技術。

5G前傳指AAU到DU，以光層傳輸技術為主。分為3種不同場景：小集中、P2P大集中、環網大集中，可選擇的承載方案如表2所示。

4 SPN關鍵技術與進展

4.1 FlexE和FlexE Tunnel技術

FlexE（靈活以太網）是一個接口技術，通過多個物理鏈路捆綁擴展網絡的容量，滿足5G所需要的大帶寬需求，同時FlexE可以通過Shim層的時隙配置支持多個Client業務，實現多個Client業務之間的物理隔離功能。

FlexE Tunnel是一項重要功能擴展，包括FlexE交換、操作、管理維護（OAM）以及保護倒換技術。FlexE交換是基于時間片的66bit數據塊交換技術，工作在L1層。交換不需要隊列調度，不需要查找報文的MAC和IP地址；交換時延和抖動極低。不同的業務通過時間片進行隔離，相互之間完全不會產生影響。采用FlexE交換技術可以在多個網元之間建立FlexE隧道。FlexE隧道是端到端的剛性電路信道，在FlexE隧道的中間轉發點，不需要彈出分組，從而實現了超低時延和嚴格的物理隔離特性。

4.2 SR-TP技術

分段路由SR-TP（Segment Routing transport profile）是源路由技術在SPN中面向連接的擴展，其原理是在源節點把攜帶路由信息的指令壓棧到報文頭中，中間轉發點逐跳彈出相關的指令進行報文轉發。轉發點不需要感知業務狀態，只維護拓撲信息，從而實現業務實例數與網絡的解耦，提升網絡支持泛在連接的能力和擴展性。Segment Routing技術非常便于與SDN技術融合。SDN通過網絡的流量和拓撲資源情況，集中計算出符合業務需求的最佳轉發路徑，把路由信息下發給源節點即可，不需要對轉發路徑上的其他節點進行控制或者信令交互，從而極大地提升了網絡的控制性能。

4.3 SDN技術

軟件定義網絡SDN是一種新型的網絡體系結構，通過將網絡控制與網絡轉發解耦合構建開放可編程的網絡體系結構。在SPN技術中，SDN與SR-TP結合，滿足5G新型業務的差異化需求。傳送網業務控制器可在Vnet拓撲上編排業務，不同的業務控制器彼此獨立，運行不同的控制協議。例如：一個業務控制器可運行Segment Routing的控制協議編排端到端業務；另一個業務控制器可以允許MPLS-TP的控制協議編排端到端業務。

4.4 50G PAM4調制方案

光模塊速率提升有兩種方式：一種是通道數增加；另一種是提高單通道的速率。目前單波長PAM-4調制方案已被IEEE采用。PAM4信號有4個電平值，可以在相同通道物理帶寬情況下傳輸相對于NRZ信號兩倍的信息量。50G PAM4使光層從單波10G增加到25G，成本增加不高，并最大化帶寬和端口密度，且具備更低的單位成本。

4.5 超高精度時間同步技術

超高精度時間源的關鍵技術包括本地源技術和異地多源比對技術。本地源技術包括單頻、多頻全球定位系統（GPS）/北斗衛星同步技術。異地多源比對技術是采用異地共視差分技術消除空間電離層等干擾因素，使得同步信號可以測源到更高精度的參考源。5G承載設備的超高精度時間傳遞技術涉及到設備和鏈路上的時間同步技術升級，設備內的包括超高精度的時戳、鑒相器、鎖相環技術，鏈路上的涉及到非對稱性補償技術和消除非對稱性的單纖雙向時鐘傳送技術。

5 結語

5G對傳送網帶來革命性的沖擊和挑戰，主要體現在大帶寬、超低時延、高精度同步、網絡切片等各個方面。中國移動應對以上需求，自主創新提出的SPN技術承載方案，是5G承載網標準發展的里程碑。SPN基于高效以太網內核，提供低成本大帶寬承載管道，并通過多層網絡技術的高效融合，實現靈活軟硬管道分片，并采用SDN進行集中管控。2017年，各大設備廠商均公布通過中國移動SPN單機與聯合測試，相信在不久的將來，大規模SPN商用部署指日可待。

參考文獻

[1] 中興通訊.5G技術白皮書[EB/OL].（2016-04-22）[2017-07-03].http：//www.zte.com.cn/cn/solutions/wireless/5g/201406/t20140603_424379.html.

[2] 黃金日，段然.“邁向5G C-RAN：需求、架構和挑戰”技術白皮書V1.0[Z].北京：中國移動研究院，2016.

[3] 方偉津.應對5G技術發展的傳送網演進策略[J].電信技術，2017，8（7）：46-47.