5G移動通信的承載網技術和組網優化分析

陳麗鍶

（中通服中睿科技有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

隨著現代互聯網技術的飛速發展，移動網絡技術得到了改進和更新，干線管道容量不斷增加，移動網絡規模不斷擴大，對技術指標的要求也更加專業化。5G是主網，在后面的工作中發揮著重要作用。與傳統的在線內容不同，5G網絡的安全能力有限。網絡上的病毒很多，因此有必要專注于移動通信承載網技術分析、網絡優化以及基本5G功能改進。

1 5G網絡的特點

1.1 大帶寬

5G承載網技術應用的第一個特征就是大帶寬。相關科學研究表明，5G網絡在應用過程中的吞吐量可達20 Gb/s，而基站峰值很難在實際應用過程中達到峰值。此外，基于對成本方面的考慮，基站5G的類型多樣化，基站帶寬為1～20 Gb/s不等。在應用過程中，5G基站可分為高頻基站和低頻基站，其中低頻基站比高頻基站的覆蓋范圍大。在使用初期，通常使用低頻基站和4G基站共同部署的方式處理。隨著技術越加成熟，5G基站的應用更加廣泛，由于使用初期其本身規模相對比較小，因此在應用過程中需要采用25GE接口接入[1]。

1.2 低延時

對于不同的業務，在5G應用過程中企業之間的差異延時也會變得非常大。TR38.913合作方案對eMBB場景下的10 ms延時進行了定義。uRLLC的空口時延為0.5 ms，而對于不同的uRLLC業務，3GPP TS 22.261 V16.0.0往往會給出不同的時延定義。

1.3 流量Mesh化

將eMBB、uRLLC以及mMTC3分別引入使用的過程中，核心網絡正在逐漸從集中式部署轉向分布式部署。CU與主網絡之間存在許多關系，主網絡之間有流量交互。可以看出，5G移動通信的承載網技術邁向Mesh業務流量的趨勢更加明顯。

1.4 網絡切片

下一代移動網絡（Next Generation Mobile Networks，NGMN）、IMT2020和第三代合作伙伴（3rd Generation Partnership Project，3GPP）提出了基于軟件定義網絡（Software-Defined Networking，SDN）/網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV） 的 5G網絡架構，這可能是未來網絡創新、業務快速發展的基礎部署條件。同時，網絡切片服務可以提供特定的服務，如管理隔離、資源隔離、計算隔離、轉發隔離以及控制隔離等。靈活配置資源隔離，適應業務安全性、可靠性、關鍵績效指標（Key Performance Indicator，KPI）等不同類型差異，確保業務安全性和服務質量。因此可以看出網絡切片是今后5G移動通信的承載網技術的主要特征之一[2]。

2 5G承載網基礎性要求

2.1 5G承載網基礎性要求大寬帶

5G承載網需滿足大寬帶的需求，對應承載設備必須與5G基站能力相匹配。基站提供10GE/25GE接入需求，5G承載網的鏈式組網以10GE的接口支持，分布無線接入網以25GE/50GE的接口支持。對于5G承載網扁平化3層結構而言，需要在區縣集中的機房位置多設一組匯聚設備，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N×100 GE/200 GE/400 GE鏈路支持。5G設計模型如圖1所示，大容量設備組網可以使5G穩定運行，芯片的處理能力可靠、功耗低，320G、640G芯片可以滿足人們的通信需求[3]。

圖1 5G承載網網絡規劃

2.2 5G承載網基礎性要求強路由

在5G移動網絡通信中，由于共享傳輸信息量比較大，需要逐步替換之前的路由，實現強路由的合理應用。在進行3G基站管理時，采用兩個IP管理方式，單個4G基站應用中所采用的是一個IP地址。5G涉及的方面多，除了正常的通信，還涉及無線組播，也需要引入兩個IP地址，才能正確配置路由器承載網地址。通過應用強路由，在提升帶寬的同時引入切片技術，更好地發揮出5G強路由通信技術的重要作用[4]。

2.3 5G承載網基礎性要求提高可靠性

4G網絡開始應用過程中需要的專線傳輸一般都通過移動承載網來完成，并且采取這樣的方式才能夠更好地發揮出其本身應當具有的優勢。隨著科技水平的不斷提高，基于同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）多業務傳送平臺（Multi-Service Transport Platform，MSTP）的退網，現階段大量的業務都需要進行一定的遷移，只有這樣才能夠更好地讓其應用到承載網。如果在應用過程中出現故障，那么承載網會自動收斂，以確保移動業務能夠正常可靠的運行[5]。

2.4 5G承載網基礎性要求全L3組網

由于5G RAN CU/DU彼此分離，針對當前核心網云化，基站之間低時延的需求，L3到邊緣5G承載網有以下幾個關鍵。第一，5G網絡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。第二，5G C-RAN組網成為普遍需求。載波聚合及多點傳輸等部署明顯，與X2流量聯系起來，按“就近轉發”原則，滿足時延需要。若繞行匯聚有轉發跳數，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。第三，5G基站的東西流量大，則繞行會消耗大量匯聚層網絡帶寬。第四，NSA組網。5G基站以4G基站為支持，4G基站及5G基站有流量需求，流量以就近轉發為原則，盡可能減少回繞。

2.5 5G承載網基礎性要求低成本光模塊

5G網絡通過10GE、25GE接口連接到用戶網絡（User Network Interface，UNI）一側的基站，在網絡的一側引入了25GE、50GE以及100GE網絡互聯技術[6]。未來，城市可能會演變為200GE和400GE通信線路。5G載波網絡需要一個光模塊，具有集成、小型、高速、遠距離、低成本和低功耗的特點。

3 5G承載網關鍵技術

3.1 FlexE

擴大網絡容量使用多個物理信道解決不平衡問題，滿足5G高帶寬需求，同時可以解決傳統組播網絡通信中散列等問題導致的不平衡問題。在這種情況下，可以通過ChenShim配置支持多個客戶業務，實現多個客戶業務之間的物理隔離功能。但是，這只是一種前端技術，可以滿足虛擬分片和低延遲網絡傳輸等鏈接需求[7]。但如果想發揮更大的作用，則需要相關工作人員在進行研究的過程中加大研究力度，才能更好地應用5G網絡，同時也能讓5G網絡更加普及，應用范圍更廣。

3.2 分段路由

SDN控制器發展起來后，不再依賴域間的路由消息，而是根據從控制器接收到的聚合信息計算E2E路由，可以解決傳統路由操作的其他問題。SR技術具有靈活性的標簽分發協議（Lable Distribution Protocol，LDP），同時解決了保留協議的范圍和復雜性的問題[8]。在可靠性方面，SR避免了原有IGP算法的限制。實際計算過程中，承載網絡通過一個環形網絡作為主要接入形式，形成了一個P點和信道的保護。

3.3 MPLS EVPN

傳統多協議標簽交換（Multi-Propocol Label Switching，MPLS）二層虛擬專用網分為虛擬標簽專線服務（Virtual Private Wire Service，VPWS）和虛擬專用局域網業務（Virtual Private Lan Service，VPLS）類型業務。VPWS引入目標LDP會話，除了部署目標LDP外，還需要學習本地用戶MAC和遠端PE發過來的用戶的MAC地址，設備上如果沒有學習到目的MAC地址，則需要廣播處理，這樣存在廣播環路風險，對網絡規劃要求較高。另外，L2VPN在解決跨域互通場景方面比較復雜，通常OptionA/OptionB多鏈路對接組網，跨域保護不好解決，需要借助于Option C才能實現簡化跨域組網。MPLS3層虛擬專用網采用路由轉發方式，路由通過邊界網關協議（Border Gateway Protocol，BGP）在不同PE之間進行路由傳播。傳統MPLSVPN部署方式下，網絡中部署多種協議[9]。以太網虛擬專用網絡（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）通過BGP擴展避免了目標LDP建立，減少了控制面協議部署。在MAC學習方面，除了本地MAC學習以外，遠端的地址不需要依賴業務流進行學習，而是通過BGP學習遠端的地址，像學習VPN路由轉發表一樣學習遠端PE上的用戶地址，降低了轉發面的要求。同時，對于沒有學習到的目的地址流，支持地址解析協議（Address Resolution Protocol，ARP）代理功能，可以禁止流量廣播，避免網絡環路風險。由于借助了BGP方式，跨域組網可借助BGP互通，組網更加靈活，同時可增強L2VPN組網能力。L2VPN和L3VPN通過一套BGP協議實現協議的統一，簡化了控制面和轉發面。

3.4 高精度時鐘

5G階段，C-RAN成為主流，隨著市區微站和室分站的部署，基站全部通過全球定位系統（Global Positioning System，GPS）同步，投資大、施工困難。C-RAN組網下CoMP/CA等基站協同組網，5G階段可能大規模引入。4G與5G時代對于時鐘同步要求不同，在5G時代，時鐘同步存在差異化的需求，高頻站通過傳統方式基本可以滿足同步精度，但是需要減少轉發跳數，基站協同需要在站點進行時間的統一分發，以便能夠實現超高時間同步[10]。在4G時代，時間源同步精度在150 ns左右，單節點同步精度在30跳1 200 ns，每跳同步精度在40 ns左右，基站同步精度要求為150 ns。5G時代，時間源同步精度需要進一步提升到30 ns，單跳時延要滿足10 ns，基站精度需要提升到20 ns。對于基站協同類，時間源的同步精度為10 ns，前傳網同步精度在100 ns，承載的時延要求控制在5 ns以下，時延源需要下沉在C-RAN中的站點設備上或小匯聚設備上，以減少承載跳數，提升同步精度。

3.5 IPv6

在3G/4G階段，無線通常采用IPv4私網地址，承載網內部也是使用IPv4私有地址作為控制面互聯地址。訪問Internet時，需要進行網絡地址轉換（Network Address Translation，NAT）。5G階段RAN和核心網會向IPv4/IPv6雙棧演進，IPv6已經成為國家戰略。5G承載網引入IPv6可以是逐步演進的方式，網絡地址可以繼續采用V4，以6VPE方式承接業務，未來可以在網絡內部引入V6地址。

4 結 論

隨著互聯網技術的不斷發展，我國的移動通信也在不斷完善和普及，移動通信網規模不斷擴大，因此許多相關技術指標也在不斷提高。隨著網絡5G移動通信的不斷發展，現有的移動通信技術逐漸被邊緣化，承載網本身需要先進的通信技術來滿足5G時代用戶的需求，FlexE技術是承載網關鍵技術的核心。應用FlexE技術可以實現網絡切片的物理管理，提高管理控制水平，突破原本的網絡帶寬。此外，結合其他相關技術的應用，可以逐步提高組網安全性，實現整體運行成本的合理控制，提高整體管理水平。