5G承載網(wǎng)演進(jìn)思路探討

冒星星，丁 寧

（中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

1 5G承載網(wǎng)重要特點(diǎn)

5G承載網(wǎng)是基于移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)使用而言的，涉及較多內(nèi)容，應(yīng)用范圍廣。結(jié)合它的功能框架，可將其劃分為5G同步網(wǎng)、轉(zhuǎn)發(fā)平面與協(xié)同管控。該承載網(wǎng)實(shí)際建設(shè)中的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在3個(gè)方面[1-3]。第一，低延時(shí)。不同于4G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)匯聚型流量轉(zhuǎn)發(fā)，5G網(wǎng)在應(yīng)對VR/AR、自動駕駛以及智能工業(yè)制造等多樣化需求時(shí)，需提供網(wǎng)絡(luò)RTT時(shí)延7 ms、5 ms甚至1 ms以下。通過核心網(wǎng)下沉、直通轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)以及FlexE專用通道等承載網(wǎng)優(yōu)化措施，降低承載網(wǎng)時(shí)延。第二，可靠性高。實(shí)際運(yùn)行中，5G承載網(wǎng)多種場景需求需達(dá)到接近100%的穩(wěn)定與可靠，同時(shí)需滿足較大的容災(zāi)能

力和故障恢復(fù)能力。第三，高靈活性。相較之傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，5G承載網(wǎng)能夠靈活承載寬帶能力。通過引入L3 VPN和SR-TP技術(shù)實(shí)現(xiàn)三層到邊緣，并引入SDN技術(shù)對各類業(yè)務(wù)進(jìn)行自動化配置，從而在整體上提高5G承載網(wǎng)的運(yùn)行靈活性，保障網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。

2 5G承載網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)

2.1 核心網(wǎng)架構(gòu)

4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，核心網(wǎng)以集中部署方法為主。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，業(yè)務(wù)需求呈現(xiàn)多元化，其核心網(wǎng)呈現(xiàn)云化發(fā)展。結(jié)合低時(shí)延uRRLC（可靠性高與通信低延遲）、eMBB（增強(qiáng)移動寬帶）、mMTC（大規(guī)模機(jī)器通信）等各業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行集中部署或部分下沉形成靈活網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，表現(xiàn)出明顯的網(wǎng)關(guān)下移、就近轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)同、終結(jié)本地流量與去中心化趨勢等[2]。

2.2 基站架構(gòu)

2.2.1 架構(gòu)變化

5G時(shí)代，一定程度上是重新切分了4G BBU與RRU的功能，將RAN劃分為有源天線處理單元AAU、分布單元DU與集中單元CU等不同部分。其中，CU功能部署靈活，能夠與DU共址部署，也可在X86服務(wù)器上進(jìn)行集中云化部署。當(dāng)前，3G網(wǎng)絡(luò)在AAU與DU、DU與CU間完成了標(biāo)準(zhǔn)化切分接口。AAU是由BBU部分物理層處理功能與原有的RRU合并而來，而BBU并非實(shí)時(shí)分割而來，而是將其重新界定為CU，負(fù)責(zé)對非實(shí)時(shí)協(xié)議與服務(wù)進(jìn)行處理[1]。BBU其他功能則界定為DU，負(fù)責(zé)物理層協(xié)議與實(shí)時(shí)服務(wù)的處理。

2.2.2 5G前傳接口變化

基于架構(gòu)演進(jìn)，5G重新界定了基帶與遠(yuǎn)端射頻等處理功能鍵的前傳接口。4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，前傳接口是CPRI協(xié)議。大寬帶、多流與Massive MIMO等技術(shù)驅(qū)動下，5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，傳統(tǒng)前傳CPRI接口有了更高的傳輸帶寬要求。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，低頻100M/64T64R配置下，5G CPRI流量將達(dá)到400G[4]。在此基礎(chǔ)上，CPRI聯(lián)盟重新定義前傳接口為eCPRI標(biāo)準(zhǔn)，以此降低帶寬要求。5G AAU與DU/CU間eCPRI接口最大接口為25G，支持以太封裝、分組承載及統(tǒng)計(jì)復(fù)用等。

3 5G承載網(wǎng)重要需求

3.1 寬帶新需求

5G承載網(wǎng)中，5G業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非常重要，對承載網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)有一定影響，帶寬、時(shí)鐘以及精度等也是重要的影響因素。另外，5G無線網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改變，使得承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)切片與路由轉(zhuǎn)發(fā)功能增強(qiáng)等新要求。

3.2 低時(shí)延與高可靠性需求

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，能夠有效滿足互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的高效需求，利用低時(shí)延與高可靠性恢復(fù)系統(tǒng)的相關(guān)能力。

3.3 智能化需求

互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中，用戶需求有所差異。互聯(lián)網(wǎng)5G智能化技術(shù)可靈活應(yīng)用各種有效而快捷的業(yè)務(wù)活動，擴(kuò)大設(shè)備容量，滿足承載網(wǎng)的數(shù)量需求，有利于增強(qiáng)大容量帶寬效率。

3.4 組網(wǎng)靈活性需求

在5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，結(jié)合不同業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，以及機(jī)房、光纖和距離等不同條件，DU/CU選用不同的部署方式。作為5G承載網(wǎng)的基礎(chǔ)配套，靈活適配各種基站部署能力至關(guān)重要。此外，5G網(wǎng)包含豐富的其他流量，如DU間的CoMP協(xié)同流量、相鄰CU間的eX2橫向流量以及核心網(wǎng)云化互聯(lián)流量等[5-6]。因此，要求5G承載網(wǎng)路由具備靈活轉(zhuǎn)發(fā)能力。

3.5 網(wǎng)絡(luò)切片需求

5G網(wǎng)為人們提供了更加豐富的應(yīng)用場景，其性能指標(biāo)要求不同場景是不同的，無法利用一張物理網(wǎng)滿足所有需求。因此，需要利用5G網(wǎng)支持端到端切片管控與承載，以確保各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動能夠滿足差異化需求服務(wù)。

4 5G承載網(wǎng)演進(jìn)思路

4.1 超100G規(guī)模化建設(shè)

5G網(wǎng)絡(luò)的不斷演進(jìn)或?qū)⑹钩休d網(wǎng)提前進(jìn)入超100G規(guī)模化建設(shè)階段，同時(shí)亦能更加有效地整合現(xiàn)網(wǎng)資源，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。

4.1.1 超100G波分規(guī)模化部署

隨著5G不斷增長的業(yè)務(wù)需求，城域承載網(wǎng)核心層逐步采用400G波分技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)帶寬容量。考慮到網(wǎng)絡(luò)容量需冗余，相應(yīng)的骨干承載網(wǎng)必然采用超100G波分技術(shù)，以滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求。現(xiàn)階段，在超100G波分技術(shù)中，雙載波DPM-16QAM方式400G系統(tǒng)已最大程度復(fù)用了100G階段的技術(shù)，具有成本低、傳輸距離適中等優(yōu)點(diǎn)[3]，業(yè)界已有商業(yè)案例，可為后期超100G波分規(guī)模化建設(shè)提供有效保障。

4.1.2 綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)超100G部署

現(xiàn)網(wǎng)PTN/IPRAN網(wǎng)絡(luò)承載家庭寬帶、集團(tuán)客戶以及移動無線網(wǎng)業(yè)務(wù)。隨著5G業(yè)務(wù)需求量的增加，近中期升級到100GE/200GE，遠(yuǎn)期升級到100GE/200GE，個(gè)別熱點(diǎn)區(qū)域升級到400GE，全網(wǎng)存在超大匯聚節(jié)點(diǎn)的鎮(zhèn)區(qū)提前規(guī)劃建設(shè)分流100G設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)的核心層和匯聚層，設(shè)備需要支持更大的線路接口，接口速率向超100G方向發(fā)展，400G、T級別大接口將成為現(xiàn)實(shí)，OTUCn、Flex E等技術(shù)將被引入。

4.2 基礎(chǔ)資源大規(guī)模整合

在5G規(guī)模化建設(shè)背景下，移動、聯(lián)通、電線、廣電以及鐵塔公司不再只顧自有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源。日益增長的需求以及低效的基礎(chǔ)資源利用，必將成為各家網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要矛盾。各家網(wǎng)絡(luò)建設(shè)公司求同存異，積極探索利益共同點(diǎn)，有效整合現(xiàn)網(wǎng)基礎(chǔ)資源。

5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要點(diǎn)，整合基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是首要問題，以自上而下地確保光纜網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格化。同一層次上，承載網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)網(wǎng)元盡可能保持同節(jié)點(diǎn)亦或是就近部署，提升帶寬效率的同時(shí)，降低轉(zhuǎn)接次數(shù)。

4.3 通信機(jī)房DC化趨勢

面對5G規(guī)模化建設(shè)的背景下，傳統(tǒng)運(yùn)營商機(jī)房在承載網(wǎng)中逐漸被DC機(jī)房取代，以滿足5G時(shí)代多方資源整合和業(yè)務(wù)調(diào)度的靈活性。

未來，基礎(chǔ)設(shè)施層將只使用少量專用硬件設(shè)備，并將采用大量標(biāo)準(zhǔn)化和可部署云的硬件設(shè)備，即逐步從目前的傳統(tǒng)機(jī)樓向數(shù)據(jù)中心（DC）架構(gòu)改造。網(wǎng)絡(luò)DC位于與虛擬化網(wǎng)絡(luò)元件和專用硬件設(shè)備集成的新型網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中。未來的網(wǎng)絡(luò)DC將分別繼續(xù)使用四層架構(gòu)“區(qū)域DC+核心DC+邊緣DC+接入局所”，與現(xiàn)有的通信機(jī)房保持一定的對應(yīng)和繼承關(guān)系。

4.4 對5G業(yè)務(wù)需求的針對性滿足

4.4.1 業(yè)務(wù)類型邏輯分層

5G承載網(wǎng)是基于網(wǎng)絡(luò)實(shí)體展開部署的，利用邏輯分層而不是物理隔離實(shí)現(xiàn)“光+IP”[4]。光層上，OTN網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬比較大，大容量通用交叉矩陣?yán)贠DUk和Packet實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一交換。未來發(fā)展中，將對VCn顆粒交叉功能進(jìn)行逐步完善。

對于OTN光網(wǎng)絡(luò)，邏輯上可將其分割為光層、ODUk層及分組層3部分，能夠滿足不同的業(yè)務(wù)需求。光層面?zhèn)魉筒ㄩL級別大顆粒，在符合性能要求的基礎(chǔ)上，提供直達(dá)傳送路徑，減少中間節(jié)點(diǎn)壓力的同時(shí)，降低轉(zhuǎn)接時(shí)延性。

4.4.2 適應(yīng)性滿足時(shí)延要求

對于5G網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合ITU與IMT-2020所界定的關(guān)鍵能力指標(biāo)，各種5G業(yè)務(wù)有不同的性能側(cè)重點(diǎn)要求，控制類與交互類等業(yè)務(wù)有較高的時(shí)延性要求。4G回傳網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)初期，光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與光纜條件無法滿足接入層網(wǎng)格化要求，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)存在很多轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，二層設(shè)備有較大的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。此種情況下，考慮EPC從核心層逐漸下沉，減少回傳路徑，以減小時(shí)延。

5 結(jié) 論

綜上所述，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)特點(diǎn)構(gòu)建靈活快捷的承載網(wǎng)，是現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然趨勢，也是面臨的重要挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段，5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)明顯的多樣化趨勢，結(jié)合各業(yè)務(wù)場景合理選擇承載方案，是5G承載網(wǎng)演進(jìn)的核心。