5G承载网的关键技术

2021-11-20普天信息工程设计服务有限公司刘涛陈欧伟

数字技术与应用 2021年11期

普天信息工程设计服务有限公司刘涛陈欧伟

随着科学技术的发展，人们的交流方式和交流的便利性也越来越强。5G通信又更加便捷的将人与物、物与物连接起来。因此在网络结构和通信安全方面也发生了重大变化。通过对5G承载网络主要技术的分析和5G关键技术的分析，促进我国5G通信的快速发展。

0 引言

随着通信技术的不断普及，互联网有了新的发展，并且得到了各个领域的应用。承载网也在寻找新的商机，但也给5G运营带来了巨大的挑战。5G网络的建设使互联网业务不断扩展发展，主要技术也将影响未来的发展。通信技术的发展，实现互联网的转型升级，未来5G将应用到各个领域。在实际发展中，凭借5G设备的智能和自动化特点，对我国的技术水平提升具有一定的价值。因此，需要更深入的讨论和研究，为信息技术未来的发展提供支撑。

1 5G承载网特点

5G承载网在5G技术的发展中非常重要，承载网是基础资源。如果要满足5G应用需求，就必须升级承载网。承载网可以将数据从一个网元传输到另一个网元，然后进行数据交换。5G主要有前传、中传和回传三种场景，对网络进行划分和细化，灵活地适应各种场景。同时，5G承载网具有低时延的特点。在传统的业务传输中，由于传输线路复杂，难以根据实际情况对线路进行规划和管理，因此时延过大时有发生。并直接反映在客户端，即加载时间长和传输中断。5G承载网在运行中会进行针对性的网络分析，提高了网络运行性能。

2 5G网络架构

5G重构为AAU、DU、CU三层架构，将原有4GBBU改造成CU和DU两个功能。CU包括部分高层协议栈和无线接入网的核心网，而DU包括物理层和基带处理部分。CU和DU网元在部署中可以采用统一形式，也可以单独形式，目前统一部署形式是主要的形式。传输网络对应的部署分为前传、中传和回传。根据无线传播的特点，由于频率高传播损耗高于4G，基站的覆盖也较弱。需要添加多个4G基站。但是，5G无线网络采用空分复用技术，可以增加容量，使覆盖范围不减少。此外，对于热点和大容量区域，采用超密集网络，对于弱覆盖场景，还将采用小基站来覆盖。5G核心网的控制面与用户场分离，从原来的集中式向分散式下沉，方便不同业务在不同层次承载。基于虚拟化技术，核心网的实体被分割成若干个虚拟实体。

3 5G应用场景

随着互联网的发展，流量已经成为互联网的必争之地，运营商率先使用商用5G，提高客户体验水平。用户体验速率可以达到1Gbps，流量密度最高达到10Tbps/km2。适用于连续广域覆盖和大容量场景，也是5G早期的第一目的地。uRLLC应用对延迟敏感，具有高可靠性的特点。面向车联网和工业控制等领域。端到端延迟系统为延迟敏感的专业提供有保证的高可靠性。mMTC应用的主要特点是数据小和功耗低但连接数多，主要场景为智慧城市、智慧农业、森林防火和环境监测。网络支持海量连接，具备千亿级连接的能力，满足连接密度要求，同时也对终端产品提出要求，满足低能耗特性和低成本。5G容量的主要指标必须具备高带宽、高速率、低时延和高可靠连接。与4G网络相比，速度、延迟、流量密度和连接密度等特性非常重要。

4 5G承载网的应用需求

5G承载网升级需要以公众需求为前提，大众是5G消费者，他们的网络标准是快速稳定。随着互联网的不断进步，如何满足用户使用安全高速数据的需求，成为5G网络的发展方向，也是提高5G承载网传输的关键。为了保障5G网络安全运行，需要从多角度提升综合性能，根据消费者的需求和心理，使其灵活、稳定、高效和便捷。随着对快速的要求越来越高，5G将面临更多的运行条件。更多的挑战意味着5G必须具备一定的扩展能力。当运行中出现故障时，有效减少故障造成的停机时间，延长网络寿命，减少运行过程中的不必要的损失。

5 5G承载网的关键技术

5.1 全双工技术

从通信技术来看，相同的频率和时序可以保证通信。就目前的技术而言，无线通信网络架构的传输，会使全技术带来更大的干扰问题。近年来的通信工作中，经常出现因技术引起的信号干扰，不能满足网络传输的要求，在不同频率和不同时间的传输中，没有空间和时间的定义，无法完成融合。需要配置的网络资源也存在问题，浪费问题将极大地影响网络资源。全双工通信技术实施后，实现的范围还可以扩大，但对技术人员提出了更高的要求。只有集成了MIMO技术，减少网络中的信号干扰。使网络资源分配更合理，稳定性更强和分析更准确。

5.2 端到端智能技术

鉴于5G承载网的低时延、稳定性和灵活性，在应用本身，5G承载网必须承载大量的数据，在中间传输阶段和回程使用，需要解决终端连接问题。现有的IP+异构光网络协同需求给5G的整体运营带来了挑战。为了实现智能控制和管理，需要实施SDN技术。SDN技术是软件集中控制和网络开放的系统架构，主要特点是数据转发和控制，具有网络虚拟化和开放接口。SDN技术可以控制网络功能。实时监控5G运行和优化保障，提供更好的体验。此外，在保证高效、安全和稳定的基础上，SDN技术还可以实现协同管理，实现相关机器之间的数据交互，提高管理质量和效率。

5.3 SR技术

要获得较低的5G网络延迟，也可以在运行中应用SR技术。SR技术是一种源路由技术，将复杂的5G网络信息所需的信令协议进行简化，更好地维护网络安全，建立域间隧道，实现相关业务的保护。SR技术具有编程能力，可以调整和维护流量工程信息，减少时延和跳数情况。优化路径，减少网络信息负载。SR技术避免了传统跨域技术在BGP的下发布远程连接的公网需要，使得跨域隧道更加灵活，解决流量过大和不均衡问题。技术基于路径标签来进一步确认数据必须经过的网络路径。每个路由器都有对应的节点，大多数情况下，使用分段路由技术在每个节点上定义固定标签和。如果转发器支持的标签深度小于标签堆栈深度，则LSP链接标签无法通过标签传输。对于PCE外部系统，应用SR后，可以定义路径。可以创建不共享或与批量数据流分离的实时流量路径。PCE与路由协议交互以获得信息，用于确定要添加到数据包的标签组。SR系统不仅包括在控制平面上收集信息的路由器，还包括运行在PCE上的协议，路由协议使用信息来计算不同的路径。

5.4 分组切片网络技术

3G、4G时代，分组切片技术是支撑网络的分组传输基础，5G时代，也可以满足业务支撑需求。5G承载网前传、中传和回传的端到端能力都是通过SPN架构的核心功能实现的。它利用了以太网通道功能、FlexE切片和结构，切片技术为汇聚层到接入层的功能提供了支持，也保证了更好的灵活性。通过在接入层加入50GE，满足在融合层和核心层引入100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s方案的需求。分组切片网络技术能满足5G运营要求，实现高带宽、低时延、网络共享、灵活连接、高精度同步和SDN控制。5G通信承载的NES网络架构由传输层、信道层和切片分组层组成。规范和统一管理5GNES网络架构，具有精度高和频率共享的特点。同步功能模块提高了运营商网管的准确性。分组网络切片技术可以实现高带宽、低时延、灵活的L3层连接、高同步和SDN管控，满足5G运营需求。

5.5 以太网技术

在云服务、网络划分和视频等这些对时延敏感的业务上，以太网技术的应用显得尤为重要。创新接口技术，确保大端口和1TE等技术，有助于构建智能端到端链路，满足数据对低时延IP和业务的需求。以太网建立在物理层接口标准之上。灵活的以太网技术由于其灵活性和数据隔离性能，可以满足5G运营通信需求。以太网是全球通信运营服务使用的灵活以太网。灵活以太网技术是根据调度时隙划分的，也有很多灵活以太网刚性管道。基于该技术的应用，不仅使5G通信具有强隔离，同时带来效率好和统计复用等优点。

5.6 STN网络架构

STN是中国电信为了满足5G需求而建设的支撑网络，引入了基于IPRAN的大容量STN设备和SRv6/FlexE技术。STN定位于提供移动回传业务，政企以太网专线、云专线和云网等多融合支撑网络。适应5G云网特点和分散部署需求，考虑向固定城域云网与综合运营商融合的无缝演进。STN采用Spine-Leaf架构，以局域网为网络单元，每个局域网有独立的AS。网络分为接入层、城域汇聚层、城域核心层和省核心层，进行集约化管控。STN架构可以保证5G网和云资源的任意层级接入和最优服务路径。STN采用开放的标准技术，统一交换技术实现方式，统一设备演进路线，具备与第三方网管交互能力，网络容量抽象和开放，以及设备可靠性高。支持商业感知等特性、快速业务激活、质量保证、自动管理和配置等特性，满足5G业务低时延和安全可靠的不同需求，支持云网融合网络部署[1]。

6 5G承载网发展战略

6.1 管理控制计划

对于5G承载网来说，重要的是SDN架构，才能进行更高效的控制和管理。同时，更多的企业服务和资源需要根据实际需求进行配置，实现统一管理，助力业务的智能化发展。实现同一管理，对多层次的信息进行建模，对各区域的资源进行集中管理，并在各个网络层提供技术手段。对于不同的系统和技术，应进行统一管理，实现不同区域和网络层级的集中控制，从而增强自动化功能[2]。

6.2 转发方案

考虑到5G承载网特性，转发方案也是一个基础的技术，它具有多层网络结构，并且可以在每一个平面上做业务工作。针对不同的终端分层架构，5G承载网分为若干支线，不同的区域也由不同构成，是访问、融合和核心。接入主网线路时，分为环网和其他相应的网络，也可采用双上行进行业务工作，并辅以光纤。对于差异较大的服务，网络集中管隔离技术，也使得网络连接有效交付，保证了客户企业都能获得高效的传输，提升了技术的功能。5G技术应新需求变革，基于4G网络进行创新，实现高效转型，确保新技术得到更好发挥，提升运营网络作用[3]。

6.3 低延迟保证

低时延是5G通信发展的重要指标。对于网络延迟、设备传输延迟和光纤延迟是主要原因。为了减少延迟，QoS手段主要利用FlexE技术应用来达到子物理隔离的目的，达到良好的拥塞控制。如果网络过载，则优先保证业务的快速转发，减少设备延误。在这种情况下，路由技术可以减少接口延迟。采用NP核心优化，为低时延提供专用通道。采取多种技术优化设备延迟、优化传输距离。可以通过核心网和下沉的方式缩短传输距离，通过优化数据传输来实现降低时延的目的[4]。

6.4 灵活切片

为了满足不同的带宽、时延和业务要求，灵活的SDN/NFV网络拆分广泛应用于核心网和无线网络，这就要求承载网适应灵活的切割技术。只有动态发布支持，实现网络资源，实现不同切片资源相互隔离的功能。承载网需要通过应用FlexE和SDN/NFV2技术来实现切片的创建和调整等功能，以实现与核心网和无线网络协同的目标。为了实现通信网络网络的协调，建立端到端的逻辑网络，包括核心网、无线网和运营网。承载网采用转发平面和控制平面分离的架构。转发计划是在切片间相互隔离，通常使用lexE和VPN来完成。控制平面通过SDN控制器与核心网进行协调。编排端到端的业务链，对顶级编排进行统一管理。