5G移动通信的承载网技术和组网优化分析

姜涛

摘要：移动通信软件技术的发展极大地丰富了我们的生活，提高了日常生活及工作效率.2020年5G通信技术的提出为移动通信拓展了新的发展方向，满足人们对高速、高质量移动通信的要求.文章全面阐述了5G移动通信的承载网技术和组网优化及其安全性、应用性，分析了可移动智能终端及无线接口的不同，为合理推广5G移动通信技术奠定坚实基础.

关键词：5G移动通信;承载网;技术;组网优化

中图分类号：TN929.5  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）08-0049-03

互联网技术高速发展的今天，移动网络随着技术升级更新，原本管道承载量持续增加，移动网络规模不断扩大，其对技术指标要求越来越专业[1].5G为基础网络，在终端性能中有重要作用，不同于传统互联网物质.5G网络自身安全防护能力有限，面对大量互联网病毒，应著重分析移动通信承载网技术，对组网优化，提高5G关键能力.

1 5G无线网络特点

5G移动网可实现增强移动宽带、机械通信、低时延通信，不同业务性能不同，增强型移动宽带自身带宽大;低时延通信多用于工业自动化通信操作，可靠性高;而机械/机器类通信多用于物联网中，多相连接，消耗流量小[2].

5G接入网可分为有源无线单元、分布单元、集中单元等部分，核心部分为3G/4G集中部署逐渐向网云化、分布式部署方向改变，各业务核心网处于不同位置，可满足低时延业务需求，以提高网络用户实际体验.

1.1 大带宽

无线频谱带宽直接决定基站自身实际带宽，天线数量、频谱效率等参数也对基站带宽有一定影响.64TR100M的带宽基站，其最高带宽达到6Gbit/s，平均带宽为3Gbit/s，通过ITU（国际电信联盟）相关叙述，5G基站峰值带宽高达20Gbit/s[3].实际使用中，基站自身速率往往无法达到最大带宽.考虑到成本及功率等因素影响，5G基站类型具有多样性，且各个类型共存，基站带宽范围在1-20Gbit/s范围中.

5G基站有低、高频之分，5G低频基站在4G基站中布置，正常使用中5G低频基站密度和4G基站具有一致性;而5G高频基站在补热上应用广泛，部分5G高频基站需25GE接口接入[4].

1.2 低时延

5G业务时延差异大，3GPP TR38.913定义增强移动宽带（eMBB）端到端时延达到10ms，低时延通信（uRLLC）时延为1ms，eMBB空口时延4ms，uRLLC空口时延0.5ms;不同的uRLLC业务对应的3GPP TS 22.261 V16.0.0对时延的定义具有一定差异性，5G时代业务流量Mesh趋势明显，具体如表1所示.

1.3 流量Mesh化

在5G的CU、DU而言，其部署具有灵活性，既可以分开设计，也可以合起来部署.分设CU、DU为“多对一”“一对多”形式，有双归、冗余等条件要求.就增强移动宽带、机械通信、低时延通信进行分析，由业务分步进行引入，对核心网从集中到分布进行布置，CU及核心网为“多对多”关系，核心网存在流量交互，5G支持下的业务流量逐渐Mesh化.

1.4 网络切片

NGMN（下代移动通信网）、IMT2020、3GPP等提倡以5G给予SDN（软件定义网络）的网络切片架构，通过这种切片的方式，更清楚的了解网络结构，为未来网络创新、部署不同业务奠定坚实基础[5].此外，网络切片的科学服务可实现管理、资源、计算、转发、控制等多方面隔离，满足各个业务安全性开展需求，实现关键性指标的差异性，确保业务高质量、稳定的完成.

1.5 NSA向SA

5G建网一方面是独立部署，称为SA;另一方面是非独立部署，称为NSA.对SA模式而言，主要以无线、核心5G网络、4G网络及5G独立运行网为支持，确保系统工作;对非独立系统NSA而言，其属于逐步演进的先进技术，以4G原本资源为支持，在原有网络上进行加强处理，通过扩容的方式实现5G服务.在5G服务逐渐成熟的过程中，逐渐以5G代替原本移动网络进行通信服务.

2 5G承载网基础性要求

2.1 大宽带

5G的承载网需满足大宽带需求，对应的承载设备需满足5G基站能力，基站提供10GE/25GE接入需求，5G承载网的链式组网以10GE接口支持，分布无线接入网以25GE/50GE接口支持.

对5G承载网扁平化三层结构而言，需在区县集中的机房位置多设置一组汇聚设备，建设扁平化组网，汇聚层以100GE上行链路支持，满足网络流量需求.城市区域以双层汇聚组网支持，上行链路以100GE组网支持，5G成熟期核心汇聚不以Nx100GE/200GE/400GE链路支持.5G设计模型如图1所示.大容量设备组网保证5G稳定运行，芯片处理能力可靠，且功耗低，320G、640G芯片可满足人们通信需求.

2.2 强路由

5G承载网因可以适用3、4、5G基站及企业各项业务承载需求，涉及到公网路由及基站路由.对3、4、5G基站设计比例应向1：2：4方向发展.单个3G基站适用两个IP地址，单个4G基站采用一个IP地址支持.5G基站考虑到无线组播需求，可以引入两个IP地址.承载网路由设备地址、数据通信网络地址、互联网地址为支持，引入切片，网络地址更多.例如，8000台设备网，网络地址为8000x（控制面地址及DCH地址）x2，高达32000，此外，网络切片后地址可能增加到64000.

在城市人口密集区域，其核心设备路由已经达到160000+，加上一些政企业务接入，外部网络沟通需求，对应的汇聚设备路由容量需在105级别以上才能满足要求.接入设备无全网路由，路由数据少，104可满足需求.

2.3 高可靠性

移动业务丢包敏感，移动网络出现故障后将影响用户感知，因此，必须保证快速的业务恢复，确保5G移动通信的高可靠性.

3GPP TR 38.913的uRLLC业务要求网络可靠性达到“6个9”，承载网络具备极高稳定性.在4G阶段，传统传输线路以移动承载网开展各项业务，在同步数字体系技术不断发展影响喜爱，多业务传送平台实现退网，业务需迁移到移动承载网完成.网络故障影响下，原本承载网ms业务收敛，移动业务可靠性提升.以快速重路由保护技术为基础，以转发面异常快速检测技术确保ms业务恢复.一些无法形成FRR的场景，以路由快速收敛，确保业务稳定性.一些政府、企业业务，通过网络切片实现专网隔离，保障传输隐私性.

2.4 全L3组网

5G RAN CU/DU互相分离，核心网逐渐向云端化发展，对基站低时延需求，L3到边缘5G承载网有以下几个关键：

2.4.1 CU/DU分离，引入移动边缘计算，CU云部署，DU及CU业务L3转发，具有灵活多变特征.

2.4.2 C-RAN组网为正常需求，载波聚合及多点传输等部署明显，和X2流量联系起来，按照“就近转发”原则，以满足时延需要.若绕行汇聚有转发跳数及传输光纤距离，则时延变大，无法实现协同增益.接入层以L3层技术支持，基站与基站就近1跳转发协同类业务部署要求.

2.4.3 5G对应基站的东西流量大，则绕行会消耗大量汇聚层网络带宽.

2.4.4 对NSA组网而言，5G基站以4G基站为支持，4G基站及5G基站有流量需求，L3至变匀组网，流量以就近转发为原则，尽可能减少回绕.

3 5G承载网关键技术

3.1 FlexE

FlexE是Nx5G通道带宽落实的前提，各子通道可以媒体介入MAC，端口上各子通道以物质隔离.以FlexE技术实现灵活以太接口带宽，解决传统以太端口仅有集中颗粒弊端，提高以太网自身组网能力，满足网络切片物理隔离需求.在;线路上实现不同物理专网.

FlexE可将多个100GE端口捆绑，并提出100+GE的接口带宽，不单依赖Smartgroup，流量分担均匀，多端口捆绑以多时隙为基础实现.FlexE通道化结合设备虚拟化，可确保承载网转发物理、控制、管理隔离的逻辑网络，物理网络上实现多个隔离逻辑网络.

3.2 分段路由（SR）

SR为源路由技术，以IGP扩展收集路径信息，各信息形成显式或非显式路径，不以中间节点为支持，建立路径，头节点闯进路径且生效，节省中间节点计算.结合SDN控制器，可以控制器信息计算E2E路径，笔译跨域路由通告，组网能力大大增加.SR自身灵活性高，可解决流量工程扩展资源预留协议路径复杂的问题.此外，SR规避了TGP算法弊端，在承载网以环网为接入形态，以拓扑独立无环保护，形成节点及链路FRR保护，工作效率及质量可靠.

3.3 MPLS EVPN

一般的多协议标签交换（MPLS）的二层虚拟专用网（L2VPN）有虚拟标签服务（VPWS）、虚拟专用局域网服务（VPLS）两种，VPWS引入LDP会话，VPLS部署目标LDP，且学习本地MAC、PE发来的MAC地质，若设备上未学习MAC，则需广播操作，有一定风险，需合理规划网络.此外，L2VPN在跨域互通场景较复杂，不能很好的实现跨域保护.MPLS三层虚拟网以路由转发支持，路由以BGP在各PE中进行路由传播，传统MPLS VPN部署支持下，可实现网络中多协议部署.

MPLS EVPN（以太网虚拟专用网络）以BGP扩展避免LDP建立，减少控制面的实际协议部署.MAC的学习上，远程地址不依赖业务流学习，以边界网关协议学习地址，降低转发面要求，未学习到的目的地址流，则通过支持地址解析协议代理，避免流量广播，控制环路风险发生.借助边界网关协议学习地址，跨域组网以BGP实现通信，组网具有多样性、灵活性，可提高L2VPN组网能力.

4 结束语

综上所述，在5G概念突出并积极引入的过程中，承载网需在现有网络支持下多引入新技术，满足新时期5G推广影响的承载需求.其中，FlexE、SR等技术都为5G承載网的完善发展提供合理解决方案，结合FlexE的网络切片可实现物理、管理、控制及转发隔离，落实“6个9”可靠网络，提高组网自身安全性，降低网络运营成本，减少不必要的浪费，满足无线NSA组网主流选择需求.

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参考文献：

〔1〕张云勇，徐雷.专题名称：5G承载网技术和优化组网[J].中兴通讯技术，2018（1）：1-1.

〔2〕宋晓诗，闫岩，王梦源.面向5G的MEC系统关键技术[J].中兴通讯技术，2018（1）：21-25.

〔3〕张宝亚.5G承载网技术和优化组网[J].中兴通讯技术，2018，24（1）：42-48.

〔4〕王光全，沈世奎.满足5G承载新需求G.metro技术优势明显[J].通信世界，2017（24）：47-47.

〔5〕刘冰，周宗付，王雄滔.5G技术对移动通信网络建设方式的影响[J].通信电源技术，2018（3）：201-204.