基于5G網絡技術背景的網絡承載方案

耿志剛

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

隨著互聯網技術的飛速發展，5G網絡應運而生。5G網絡在很大程度上改進了4G網絡在使用過程中出現的問題，如消耗過多的光纖資源等，而且具有上網速度快和時延短等優點，能夠更好地滿足人們對快速便捷網絡的需求[1]。但在實際工作中發現，5G需要解決的除人與人的連接問題外，更有人與物和物與物的復雜連接問題，因此對5G時延和帶寬要求更高，也表明其承載網絡需要有更高的性能。

1 5G通信網絡傳輸承載方案制定背景

全球的5G應用尚處于初期階段。由中國信息通信研究院監測獲取的數據顯示，截至2019年9月30日，全球范圍內135家運營商的應用試驗已接近391項。在試驗中，應用最多的為超高清視頻傳輸（4K或8K）、AR/VR以及固定無線接入。在行業具體應用期間，工業互聯網、物聯網以及車聯網引起了廣泛的關注。從整體層面來看，全球5G整體應用尚在初期階段，應用場景主要以增強型移動寬帶業務為主，行業融合應用目前也尚在示范和驗證中[2]。

2 5G通信網絡傳輸對承載方案的要求

2.1 高可靠性、低時延方面的要求

以面向工業控制和車聯網等方面為主，對可靠性和低時延有較為苛刻的要求，需實現99.999 9%可靠性和毫米級別的傳輸。承載網可以提供極低的端到端的時延外，還具有毫秒級別的傳輸能力，從而為可靠性提供保障。

2.2 智能化方面的需求

對5G網絡而言，以軟件定義網絡為基礎技術，轉發和控制面呈分離狀態，整個網絡具有開放、高效以及智能的特征。5G承載網在構建時，需要具有SDN功能，進而設置面向業務的開放接口，支持網絡分片和多域協同，還需滿足差異化需求，提升業務部署效率。

3 5G通信網絡傳輸承載方案構建技術要求

3.1 科技創新方面的要求

5G有許多關鍵性科技創新，如網絡密集式和集中式。5G網絡是一種利用宏站與低功率小型化基站進行覆蓋的融WiFi、4G、LTE以及UMTS等多種無線接入技術混合的異構網絡。Picocell、Femtocell以及Relay是低效率基站，需要將Macro作為網絡的基石。這些低效率基站能消除只有Macrocell覆蓋的盲區，在用網絡的高峰期時，基站的壓力會變小，用戶會有更好的體驗，這時的網絡是低時延且高可靠的。需要注意的是，以往在用網高峰期，用網速率會降低，而且頻譜效率也非常低，現在使用超密集異構網絡雖然可以解決這些缺點，但也會引入一些其他的問題[3]。

3.2 頻譜效率控制要求

傳輸性能對于一個網絡來說是非常重要的。其中，頻譜效率的優化和管理需要借助MIMO大規模陣列天線技術，從而保證相同時段的資源合理分配。采用多天線技術有許多優點。一般波束范圍不太好控制，但使用多天線技術可將波束于控制在較小范圍，防范干擾效應誘導的發射功率偏低等情況。目前，整體的空間自控能力有所提高，管理水平也在不斷增加，還增加了控制管理的準確度，使得整個空間變大，占用變少，處理效果也有所提高[4]。

4 5G通信網絡傳輸承載方案技術要領

4.1 扁平化IP網絡技術

用戶使用5G后，比以前上網更加方便快捷，可以隨時隨地在網絡覆蓋區域接入網絡并一直在線。但EPC網絡目前還有許多的缺點，如無法靈活拓展和無法與未來流量的超速增長適應等，這是因為EPC網絡選取了固定的網元P-GW導致的。為解決這一問題，在5G網絡中引入扁平化IP是必然趨勢。扁平化IP架構需要依托網絡功能達到虛擬化的目標，還需具有移動核心信息傳遞、分布式軟件架構以及邏輯GW等系列功能，而且在架構上由垂直向水平演進。此外，扁平化IP架構有自己的特殊改造，通過運用名稱來識別終端，并依據M-ICT的業務特性來實現運行[5，6]。

4.2 NGFI技術背景下C-RAN系統框架

在NGFI技術背景下，C-RAN系統架構較為重要。此架構利用遠端射頻單元和集中式基地傳遞信號，以集中式基帶池為操作中心，遠端射頻單元為分局點，完成網絡輸送工作。集中式基地以副射形式，依托中途骨干網，將信號傳遞到周圍遠端射單元。應用此種操作，可防范傳統形式網絡在特定區域建立基站的情況，明顯提升功效的同時，還使運營成本顯著下降。在開設遠端射頻單元時，僅需展開調研工作，在設立完成后，將遠端射頻單元和集中式基站間的骨干做好連接網即可。NGFI是遠端射頻單元和集中式基地間的功能接口，負責承載四周和中心的網絡接口平臺，有著較為重要的作用。其有較為強大的功能，除可依據實際情況調節載荷量外，還可依據實際情況做出無誤計算，符合綠色智能通信網絡接口的要求[7,8]

4.3 電路傳輸時延最小化

優化電路發揮承載作用的光纜路徑，提升光纜資源完善度。同一方向，有多條可選擇的路由，不同城市間，光纜路由至少有2條以上。原光纜在敷設時，通常沿二級線路進行，而新建光纜在敷設時沿高速公路進行，在兼顧最短路徑的同時，可發揮保護作用[9]。對于開放系統互連領域的7層網絡層級而言，層級越低時，與物理傳輸層越靠近，處理的復雜程度越低，時延也越小。光傳送網以波分復用技術為基礎構建光網絡傳輸技術，對信息處理的網絡層級分布在L0和L1層。由于所具有的時延與物理極限接近，且不存在統計復用、時延抖動以及報文擁塞，因此時延最低。

4.4 網絡服務質量方面的優化

4.4.1 服務質量技術水平

就網絡業務而言，服務質量含數據的丟包、傳送的時延以及傳輸的帶度等。在網絡傳輸中，可經過保證傳輸帶寬，降低傳送的時延和數據的丟包率，來提高服務質量。但網絡資源相對有限，存在網絡資源搶奪的情況。就網絡業務來講，在保證某類業務所具有的服務質量時，可能會損害其他業務所呈現出的服務質量。例如，由于網絡總帶寬固定，因此當某類業務對帶寬的占據較多時，其他業務則較少，從而會影響網絡使用。網絡管理需依據業務特點來合理分配網絡資源，促使高效利用。網絡業務服務技術包括流量整形、流分類以及擁塞管理等[10]。

4.4.2 端到端質量保障

為滿足承載網絡在低時延方面的要求，使網絡運行更加穩定，在構建體系時需要在業務接入控制和容量規劃等方面，保證服務質量。在容量規劃方面，承載網絡通常依托輕負載來保障網絡質量，故需做好全網流量規劃和網絡拓撲。通常情況下，單邊鏈路利用率應在50%以下，單個節點或單鏈路出現故障時，單邊鏈路利用率需在70%以下。通過限制業務接入點的流量，避免出現網絡資源被過度占用的情況。不同的IP地址和邏輯端口需對QoS標記設置。此外，網絡端到端的設備控制，應用Diffserv/E-LSP模式，重視隊列控制和優先級管理[11]。

5 結 論

5G時代是人工智能和物聯網發展的必然趨勢，讓物與物和人與人之間的信息鏈接變成真正的零延遲。對于數據量大的物流和零售等行業而言，5G高速通道同時處理更高量級的數據，極大地提升了工作效率。研究表明，5G網絡可以有效解決許多問題，如頻譜管理和頻率許可等，但這些需要依據5G網絡融合不同無線通信技術。在未來的發展中，5G網絡將從細微層面，不斷改善公眾的工作模式和社會生活，進而引領經濟發展至新階段。