5G移動通信的承載網技術和組網優化分析

姜濤

摘要：移動通信軟件技術的發展極大地豐富了我們的生活，提高了日常生活及工作效率.2020年5G通信技術的提出為移動通信拓展了新的發展方向，滿足人們對高速、高質量移動通信的要求.文章全面闡述了5G移動通信的承載網技術和組網優化及其安全性、應用性，分析了可移動智能終端及無線接口的不同，為合理推廣5G移動通信技術奠定堅實基礎.

關鍵詞：5G移動通信;承載網;技術;組網優化

中圖分類號：TN929.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0049-03

互聯網技術高速發展的今天，移動網絡隨著技術升級更新，原本管道承載量持續增加，移動網絡規模不斷擴大，其對技術指標要求越來越專業[1].5G為基礎網絡，在終端性能中有重要作用，不同于傳統互聯網物質.5G網絡自身安全防護能力有限，面對大量互聯網病毒，應著重分析移動通信承載網技術，對組網優化，提高5G關鍵能力.

1 5G無線網絡特點

5G移動網可實現增強移動寬帶、機械通信、低時延通信，不同業務性能不同，增強型移動寬帶自身帶寬大;低時延通信多用于工業自動化通信操作，可靠性高;而機械/機器類通信多用于物聯網中，多相連接，消耗流量小[2].

5G接入網可分為有源無線單元、分布單元、集中單元等部分，核心部分為3G/4G集中部署逐漸向網云化、分布式部署方向改變，各業務核心網處于不同位置，可滿足低時延業務需求，以提高網絡用戶實際體驗.

1.1 大帶寬

無線頻譜帶寬直接決定基站自身實際帶寬，天線數量、頻譜效率等參數也對基站帶寬有一定影響.64TR100M的帶寬基站，其最高帶寬達到6Gbit/s，平均帶寬為3Gbit/s，通過ITU（國際電信聯盟）相關敘述，5G基站峰值帶寬高達20Gbit/s[3].實際使用中，基站自身速率往往無法達到最大帶寬.考慮到成本及功率等因素影響，5G基站類型具有多樣性，且各個類型共存，基站帶寬范圍在1-20Gbit/s范圍中.

5G基站有低、高頻之分，5G低頻基站在4G基站中布置，正常使用中5G低頻基站密度和4G基站具有一致性;而5G高頻基站在補熱上應用廣泛，部分5G高頻基站需25GE接口接入[4].

1.2 低時延

5G業務時延差異大，3GPP TR38.913定義增強移動寬帶（eMBB）端到端時延達到10ms，低時延通信（uRLLC）時延為1ms，eMBB空口時延4ms，uRLLC空口時延0.5ms;不同的uRLLC業務對應的3GPP TS 22.261 V16.0.0對時延的定義具有一定差異性，5G時代業務流量Mesh趨勢明顯，具體如表1所示.

1.3 流量Mesh化

在5G的CU、DU而言，其部署具有靈活性，既可以分開設計，也可以合起來部署.分設CU、DU為“多對一”“一對多”形式，有雙歸、冗余等條件要求.就增強移動寬帶、機械通信、低時延通信進行分析，由業務分步進行引入，對核心網從集中到分布進行布置，CU及核心網為“多對多”關系，核心網存在流量交互，5G支持下的業務流量逐漸Mesh化.

1.4 網絡切片

NGMN（下代移動通信網）、IMT2020、3GPP等提倡以5G給予SDN（軟件定義網絡）的網絡切片架構，通過這種切片的方式，更清楚的了解網絡結構，為未來網絡創新、部署不同業務奠定堅實基礎[5].此外，網絡切片的科學服務可實現管理、資源、計算、轉發、控制等多方面隔離，滿足各個業務安全性開展需求，實現關鍵性指標的差異性，確保業務高質量、穩定的完成.

1.5 NSA向SA

5G建網一方面是獨立部署，稱為SA;另一方面是非獨立部署，稱為NSA.對SA模式而言，主要以無線、核心5G網絡、4G網絡及5G獨立運行網為支持，確保系統工作;對非獨立系統NSA而言，其屬于逐步演進的先進技術，以4G原本資源為支持，在原有網絡上進行加強處理，通過擴容的方式實現5G服務.在5G服務逐漸成熟的過程中，逐漸以5G代替原本移動網絡進行通信服務.

2 5G承載網基礎性要求

2.1 大寬帶

5G的承載網需滿足大寬帶需求，對應的承載設備需滿足5G基站能力，基站提供10GE/25GE接入需求，5G承載網的鏈式組網以10GE接口支持，分布無線接入網以25GE/50GE接口支持.

對5G承載網扁平化三層結構而言，需在區縣集中的機房位置多設置一組匯聚設備，建設扁平化組網，匯聚層以100GE上行鏈路支持，滿足網絡流量需求.城市區域以雙層匯聚組網支持，上行鏈路以100GE組網支持，5G成熟期核心匯聚不以Nx100GE/200GE/400GE鏈路支持.5G設計模型如圖1所示.大容量設備組網保證5G穩定運行，芯片處理能力可靠，且功耗低，320G、640G芯片可滿足人們通信需求.

2.2 強路由

5G承載網因可以適用3、4、5G基站及企業各項業務承載需求，涉及到公網路由及基站路由.對3、4、5G基站設計比例應向1：2：4方向發展.單個3G基站適用兩個IP地址，單個4G基站采用一個IP地址支持.5G基站考慮到無線組播需求，可以引入兩個IP地址.承載網路由設備地址、數據通信網絡地址、互聯網地址為支持，引入切片，網絡地址更多.例如，8000臺設備網，網絡地址為8000x（控制面地址及DCH地址）x2，高達32000，此外，網絡切片后地址可能增加到64000.

在城市人口密集區域，其核心設備路由已經達到160000+，加上一些政企業務接入，外部網絡溝通需求，對應的匯聚設備路由容量需在105級別以上才能滿足要求.接入設備無全網路由，路由數據少，104可滿足需求.

2.3 高可靠性

移動業務丟包敏感，移動網絡出現故障后將影響用戶感知，因此，必須保證快速的業務恢復，確保5G移動通信的高可靠性.

3GPP TR 38.913的uRLLC業務要求網絡可靠性達到“6個9”，承載網絡具備極高穩定性.在4G階段，傳統傳輸線路以移動承載網開展各項業務，在同步數字體系技術不斷發展影響喜愛，多業務傳送平臺實現退網，業務需遷移到移動承載網完成.網絡故障影響下，原本承載網ms業務收斂，移動業務可靠性提升.以快速重路由保護技術為基礎，以轉發面異常快速檢測技術確保ms業務恢復.一些無法形成FRR的場景，以路由快速收斂，確保業務穩定性.一些政府、企業業務，通過網絡切片實現專網隔離，保障傳輸隱私性.

2.4 全L3組網

5G RAN CU/DU互相分離，核心網逐漸向云端化發展，對基站低時延需求，L3到邊緣5G承載網有以下幾個關鍵：

2.4.1 CU/DU分離，引入移動邊緣計算，CU云部署，DU及CU業務L3轉發，具有靈活多變特征.

2.4.2 C-RAN組網為正常需求，載波聚合及多點傳輸等部署明顯，和X2流量聯系起來，按照“就近轉發”原則，以滿足時延需要.若繞行匯聚有轉發跳數及傳輸光纖距離，則時延變大，無法實現協同增益.接入層以L3層技術支持，基站與基站就近1跳轉發協同類業務部署要求.

2.4.3 5G對應基站的東西流量大，則繞行會消耗大量匯聚層網絡帶寬.

2.4.4 對NSA組網而言，5G基站以4G基站為支持，4G基站及5G基站有流量需求，L3至變勻組網，流量以就近轉發為原則，盡可能減少回繞.

3 5G承載網關鍵技術

3.1 FlexE

FlexE是Nx5G通道帶寬落實的前提，各子通道可以媒體介入MAC，端口上各子通道以物質隔離.以FlexE技術實現靈活以太接口帶寬，解決傳統以太端口僅有集中顆粒弊端，提高以太網自身組網能力，滿足網絡切片物理隔離需求.在;線路上實現不同物理專網.

FlexE可將多個100GE端口捆綁，并提出100+GE的接口帶寬，不單依賴Smartgroup，流量分擔均勻，多端口捆綁以多時隙為基礎實現.FlexE通道化結合設備虛擬化，可確保承載網轉發物理、控制、管理隔離的邏輯網絡，物理網絡上實現多個隔離邏輯網絡.

3.2 分段路由（SR）

SR為源路由技術，以IGP擴展收集路徑信息，各信息形成顯式或非顯式路徑，不以中間節點為支持，建立路徑，頭節點闖進路徑且生效，節省中間節點計算.結合SDN控制器，可以控制器信息計算E2E路徑，筆譯跨域路由通告，組網能力大大增加.SR自身靈活性高，可解決流量工程擴展資源預留協議路徑復雜的問題.此外，SR規避了TGP算法弊端，在承載網以環網為接入形態，以拓撲獨立無環保護，形成節點及鏈路FRR保護，工作效率及質量可靠.

3.3 MPLS EVPN

一般的多協議標簽交換（MPLS）的二層虛擬專用網（L2VPN）有虛擬標簽服務（VPWS）、虛擬專用局域網服務（VPLS）兩種，VPWS引入LDP會話，VPLS部署目標LDP，且學習本地MAC、PE發來的MAC地質，若設備上未學習MAC，則需廣播操作，有一定風險，需合理規劃網絡.此外，L2VPN在跨域互通場景較復雜，不能很好的實現跨域保護.MPLS三層虛擬網以路由轉發支持，路由以BGP在各PE中進行路由傳播，傳統MPLS VPN部署支持下，可實現網絡中多協議部署.

MPLS EVPN（以太網虛擬專用網絡）以BGP擴展避免LDP建立，減少控制面的實際協議部署.MAC的學習上，遠程地址不依賴業務流學習，以邊界網關協議學習地址，降低轉發面要求，未學習到的目的地址流，則通過支持地址解析協議代理，避免流量廣播，控制環路風險發生.借助邊界網關協議學習地址，跨域組網以BGP實現通信，組網具有多樣性、靈活性，可提高L2VPN組網能力.

4 結束語

綜上所述，在5G概念突出并積極引入的過程中，承載網需在現有網絡支持下多引入新技術，滿足新時期5G推廣影響的承載需求.其中，FlexE、SR等技術都為5G承載網的完善發展提供合理解決方案，結合FlexE的網絡切片可實現物理、管理、控制及轉發隔離，落實“6個9”可靠網絡，提高組網自身安全性，降低網絡運營成本，減少不必要的浪費，滿足無線NSA組網主流選擇需求.

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參考文獻：

〔1〕張云勇，徐雷.專題名稱：5G承載網技術和優化組網[J].中興通訊技術，2018（1）：1-1.

〔2〕宋曉詩，閆巖，王夢源.面向5G的MEC系統關鍵技術[J].中興通訊技術，2018（1）：21-25.

〔3〕張寶亞.5G承載網技術和優化組網[J].中興通訊技術，2018，24（1）：42-48.

〔4〕王光全，沈世奎.滿足5G承載新需求G.metro技術優勢明顯[J].通信世界，2017（24）：47-47.

〔5〕劉冰，周宗付，王雄滔.5G技術對移動通信網絡建設方式的影響[J].通信電源技術，2018（3）：201-204.