5G承载网技术与优化组网

5G承载网技术与优化组网

罗丽勇

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摘要：以5G为研究对象，首先简要概括了5G网络的特点，其次分析了承载网适用核心技术，最后围绕承载网优化展开了讨论。

关键词：5G承载网技术；优化组网

一、5G网络特点

1.大带宽

5G承载网技术应用的第一个特征就是大带宽。相关科学研究表明，5G网络在应用过程中的吞吐量可达20Gb/s，而基站峰值很难在实际应用过程中达到峰值。此外，基于对成本方面的考虑，基站5G的类型多样化，基站带宽为1～20Gb/s不等。在应用过程中，5G基站可分为高频基站和低频基站，其中低频基站比高频基站的覆盖范围大。在使用初期，通常使用低频基站和4G基站共同部署的方式处理。随着技术越加成熟，5G基站的应用更加广泛，由于使用初期其本身规模相对比较小，因此在应用过程中需要采用25GE接口接入。

2.低延时

对于不同的业务，在5G应用过程中企业之间的差异延时也会变得非常大。TR38.913合作方案对eMBB场景下的10ms延时进行了定义。uRLLC的空口时延为0.5ms，而对于不同的uRLLC业务，3GPPTS22.261V16.0.0往往会给出不同的时延定义。

3.流量Mesh化

将eMBB、uRLLC以及mMTC3分别引入使用的过程中，核心网络正在逐渐从集中式部署转向分布式部署。CU与主网络之间存在许多关系，主网络之间有流量交互。可以看出，5G移动通信的承载网技术迈向Mesh业务流量的趋势更加明显。

4.网络切片

下一代移动网络（NGMN）、IMT2020和第三代合作伙伴（3GPP）提出了基于软件定义网络（SDN）/网络功能虚拟化（NFV）的5G网络架构，这可能是未来网络创新、业务快速发展的基础部署条件。同时，网络切片服务可以提供特定的服务，如管理隔离、资源隔离、计算隔离、转发隔离以及控制隔离等。灵活配置资源隔离，适应业务安全性、可靠性、关键绩效指标（KPI）等不同类型差异，确保业务安全性和服务质量。因此可以看出网络切片是今后5G移动通信的承载网技术的主要特征之一。

二、5G承戴网技术分析

1.SR技术

SR是一种源路由机制，用于优化IP、MPLS的网络能力.使得网络获得更佳的可扩展性，在SDN架构中，为网络提供和上层应用快速交互的能力.SR技术依靠IGP来进行路径信息的统计和收集，并确保路径信息对应一个显式或者非显式的路径，使得路径确立不再完全靠中间节点，使得建立路径是减少了节点计算环节，通过SR技术和SDN技术融合后，可依据全网情况，控制端到端的路径计算，相对以前的路径创建方式，此技术大大提升了组网能力。

2.FlexE技术

相对于传统以太网技术来说，FlexE技术各个子通道实现了独立的MAC并达到物理方式的隔离。FlexE能够提供任意的带宽组合，突破了传统以太网技术只能提供FE/GE/10GE/40GE/100GE/200GE/400GE的接口弊端，大大提升了以太网组网能力，并能够达到切片网的物理隔离条件，同路上可配置几个物理专网。F1exE可将100GE口捆绑可支持100+GE接口，并且形式比较灵活也可根据时隙进行绑定，且流量均匀分布。

3.MPLSEVPN技术

MPLS的二层专网(L2VPN)可划分为两类：VPWS与VPLS。相比VPWS,VPLS额外掌握本地用户及远端PE用户的MAC地址，若设备上无掌握到目的MAC,就要进行广播环节，相应的环路风险也有机会出现，对网络品质要求非常高。此外，L2VPN面对跨域联通场景时，其解决方案也非常复杂且保护部容易实现，风险隐患多。而L3PN特点为路由转发，在不同PE间通过BGP传播路由，并部署多协议。以太网虚拟专用网络(MPLSEVPN)着力于BGP扩展，回避了LDP,使得协议部署在控制面缩减。在MAC地址掌握方面，远程MAC不再依靠业务流掌握，转发面的压力也随之减弱。并通过BGP做到了内部统一，使得控制和转发面都得到了精简。

4.IPv6技术

5G阶段之前，承载网和无线都使用Pv4地址协议，承载网络的控制面都是经过NAT转化后的地址，访问互联网。5G时代到来后，无线的核心和接入网都已向Pv6演进，5G时代的承载网络也是一步一步的吸纳PV6地址。

5.高特度时钟技术

5G时代，随着无线覆盖距离的减少，各类站址密度增加，为平衡效益，现在建站大多采用C一RAN方式，采用CoMP/CA等基站协同组网。协同方式建站，需要时间的统一分发来实现高要求的时间同步。5G时钟源同步精度要求为30s,单跳时延需满足10ns。

三、5G承载网组网优化路径

1.网络扁平化

5G网络建设规模不断扩大，应用场景更加复杂，5G网络带宽、抖动和时延效果不仅会对网络运行的安全性和可靠性造成影响，同时也会影响到用户对网络的感知。在网络节点过多时，将会直接降低数据传输质量，增加瞬时拥塞隐患，使得网络带宽压力不断增加。因此，在进行5G承载网的组网设计时，应当通过增加光通路方式构建扁平化网络，以此有效避免环路故障对网络整体运行性能的影响，使各个区域的网络能够单独承担数据传输需求，有效降低业务传输中的节点跳数，降低汇聚环路的带宽压力，确保组网系统能够保持安全稳定的运行状态。

2.管控融合的SDN架构

5G组网与传统的网络承载方式有明显差异，融合了分段路由和网络切片等新型技术，要求顶端管理层面必须要具备路径计算单元（PCE）。传统网络承载方式中，非极大值抑制（NMS）系统和网元管理系统（EMS）提供统一的北向接口，屏蔽其他厂商相异的接口，使得网管架构功能受到限制。在5G组网模式下，以管控融合的SDN架构为基础，基于SDN架构的Restconf端口提供统一的北向接口，构建新型的融合平台，能够使各个厂商利用简单网络管理协议（SNMP）、QX、命令行界面（CLI）等方式与组网形成融合。通过SDN架构模式，能够有效降低接口限制对组网性能产生的影响，确保组网在各种场景下都能够达到良好的运行状态。

3.C-RAN架构优化

云-无线电接入网（C-RAN）架构是当前5G组网架构发展的新型模式，其运行原理是以集中化处理为基础，在实时云计算功能支撑和协作式无线电辅助方面达到有效降低组网运行能耗的要求。在5G承载网大范围应用中，基站建设数量的不断增加必然会造成能耗水平的不断提升。由于运行场景和用户使用习惯的差异，出现明显的潮汐效应使资源利率效率明显降低。基于C-RAN架构，能够更为全面地分析5G承载网建设时网络运行性能的主要影响因素，对公共无线接口（CPRI）进行优化，根据网络运行场景和流量变化特征实现光纤资源的优化配置，有效提升5G承载网整体运行性价比，推动5G资源的合理利用，使得网络运行朝着绿色节能的方向发展。

4.网络保护技术优化

5G承载网的组网设计中，网络运行性能稳定性和信息安全保护是应当关注的重点方面。当前较为常用的网络保护技术主要有线性保护、双归保护、环网保护及等价路径保护等，其应用和优化主要从以下几个方面入手。在5GSPN网络保护方面，主要有拓扑保护技术、控制面重路由保护技术等。拓扑保护技术能够在网络设备转发面预置保护路径，并将保护倒换的时间控制在50ms以内。控制面重路由保护技术能够基于SDN控制器实现对业务转发面的实时闭环控制，不仅能够有效提升物理链路资源的有效利用，提升业务故障恢复能力，还能够实现对不同用户算路策略的精准配置，提升网络运行可靠性和扩展性。在5GSPN网络故障场景处理方面，主要是基于“L3到接入层”业务承载方案，降低故障发生概率，提升故障处理成效。“L3到接入层”业务承载方案具有如下方面优势：（1）新引入中间系统到中间系统（IS-IS）协议，能够更好地实现网络状态感知，优化SR-BE隧道路径生产方式；（2）将L3域下沉至边缘接入设备，提升设备利用效率；（3）对SR隧道业务功能进行分化，分别满足点对点连接业务需求和Mesh化连接需求；（4）实现对SR隧道承载业务的性能监测。

参考文献：

[1]吕景松.5G承载网面临的挑战及建网方案探讨[J].中国新通信，2020，23（15）：13-14.

[2]张峥华.5G承载网关键技术与建设方案[J].信息通信，2019（4）：208-211.