5G通信技术承载网的建设探究

王清新

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

步入5G时代，通信网络中的大部分指标都产生了新变化，甚至有些指标标准相较过去直接提升数十倍。想要满足通信需求，则不能只改进无线空中接口，同时还要升级与建设承载网的网络架构。

1 5G通信业务对承载网提出的新技术需求

5G承载网需要在G.metor中实现室外、室内以及网络等多种环节的相互连接，满足商业级环境与工业级环境的应用需求。承载网可依照外部环境调节波长，既能够保障符合接入质量要求，同时还能够控制接入成本，简化所用激光器的结构与功能，选择新材料或者调整为新结构，并发挥出共享锁定机制的作用。

时延与带宽关系着通信技术的竞争实力，5G时代背景下，通信数据业务流愈加复杂化，特定业务对可靠性与时延均提出要求。5G基站在回传带宽方面的实际需求也产生了变化，远超4G基站。当前移动通信回传承载网具有的容量与实际需求之间产生冲突，5G通信网还需面对高精度时间同步、切片服务以及大容量传送等方面的业务需求[1-3]。

2 4G/5G通信传输技术与承载网建设技术对比分析

2.1 中国移动

移动为4G回传业务选择的承载网技术为分组传送网（Packet Transport Network，PTN），以以太网架构为通信传输基础，PTN主要作为二层传输通道，主要采用分组传送技术手段，所用的传输通道具有透明化的特点，无论是标签分配方式还是路径规划方式，都属于静态化方式[4]。PTN网络体系中，有效运用了基于多协议标签交换的传输子集（Multi-Protocol Label Switching-Transport Profile，MPLS-TP） 技 术，需要分析与掌握实际的网络运行状态，以此对技术的应用价值进行确定。该技术的优势体现在能够满足安全可靠性要求，数据传输性能较为突出，可简化信用命令与IP功能，容易分离，能够独立发挥作用，提供极佳的承载效果，L3VN的使用满足了灵活转发业务的需求。

5G承载网必须对海量连接与无缝切换等需求进行有效支持，同时要控制时延，缩减转发面以及控制面的传输路径数量，其性能方面也要面对时间同步以及FlexE支持等新要求，PTN网络在容量以及性能等方面均存在受限的情况。加密虚拟网络（Secret Private Network，SPN）是在PTN技术基础上升级发展而形成的新型切片分组网技术，同样以以太网架构为基础，其技术内核也是以太网，具有融合性，兼具回传、中传以及前传的端至端组网应用能力。切片通道层（Section Channel Layer，SCL）、FlexE与分段路由（Segment Routing，SR）是SPN技术体系中的核心技术。SCL的作用是在切片业务与网络业务之间构建硬隔离式通道，将时延降低的同时，还能够对网络切片与网络拓扑重构提供必要的技术支持。对于PTN技术，SPN对其优势功能进行了有效继承，同时实现了创新发展，以便于全方位地满足5G承载网的各项应用需求。FlexE技术以逻辑为切入点，对端口与子网进行了切分，保障子网的独立性，解耦物理通道与业务速率，运用时隙交叉技术与端口捆绑技术，以相对简单、容易实现的方式来叠加业务带宽[5]。

2.2 中国电信

电信为4G移动回传业务选择了无线接入IP化（Internet Protocol-Raclio Access Network，IP-RAN）这一承载网技术，同样属于分组传送技术，实现基础为互联网协议/多协议标签交换（Internet Protoco/Multiprotocol Label Switching，IP/MPLS），为移动业务提供承载方面的技术服务，同时为其搭设3层IP通道，转发业务与分发标签则依靠动态路由协议来实现。IP RAN技术为包括移动网络通信业务在内的多种业务提供了良好的技术平台，支持统一、高效协调网络资源，赋予移动网络更强的运行能力。相比同类型的其他技术，IP RAN技术的各项功能已经发展到较为成熟化的程度，形成了3层转发体系，组成部分包括交换机与路由器装置，能够灵活地完成业务调度，开发性极强，能够对网络带宽实现充分利用，仅借助扩容的方式就可以满足业务量存在的承载需求。

进入到5G通信时代后，考虑到承载网在容量与技术方面的变化，也需要在现有基础上对IP RAN技术进行升级，否则难以达到精度、时延与带宽方面的使用标准[6]。电信引入并使用了在功能、带宽以及容量等均占有优势的网络功能虚拟化（Smart Transport Network，STN）技术与配套设备。以太网虚拟专用网络（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）与单信道（Single Radio，SR）是STN技术体系中的关键技术。SDN控制器与SR的联合应用使网络路径具备更强的可编程能力，可直接依照网络状态与不断发生变化的业务需求对路径作出有针对性的调整，实现优化目标，并对转发功能进行有效简化。由于承载网有网络切片方面的技术需求，设备应当具备软切片、EVPN等增强虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN），同时还要兼有硬切片与FlexE等以太网技术，FlexE配有时分多路复用（Time-Division Multiplexing，TDM）调度机制，能够精准地对时延进行确定，可承诺服务等级协议（Service-Level Agreement，SLA）。网络功能虚拟化（Network Functions Oirtualization,NFV）在网络切片技术体系中处于核心地位，其能够将软件与硬件从传统通信网络中有效分离，服务器负责部署硬件设施，NF则负责软件部分，因此业务组装工作也能够以更为灵活的方式完成。

3 5G通信技术承载网建设建议

3.1 时间同步

构建5G承载网系统时，还需要并行5G网络与4G通信网络，使二者实现协同发展。结合5G通信系统发展需求，落实承载网建设工作。5G承载网在时间服务器相关的性能指标方面提出全新要求，网络设备在时钟方面的差异与外部时钟源具有的准确性等因素的共同作用下，时钟同步精度将难以得到保障。因此建设承载网时需要重点关注时间同步在精度方面的要求，实现新业务、协同业务以及基本业务的时间同步需求，部署与构建时间同步网时，可结合业务具体的需求，下沉时间源设备，控制时钟跳数。为了使时钟形成更高的精度，可以考虑把事件源设备设置到系统汇聚层的边缘区域。

3.2 网络结构

5G承载网连接5G通信系统中的核心网与无线接入网，同时还要在网络连接过程中提供管理控制、组网保护以及灵活调度等基础性功能，在性能方面则要兼顾良好的可靠性、同步性、低时延与大带宽等需求[7]。网络切片全方位涉及通信系统的承载、无线、核心网与终端，需满足端到端潜在的协同化管控需求。转发平面在承载业务的基础上也囊括了端至端分层组网的基本架构，在这一网络架构体系中可以对5G承载组网实施划分，将其分成城域与省内干线。城域包括核心层、汇聚层与接入层，集团公司负责统一规划省级骨干层，各省依照具体需求规划省内承载网，一般核心层可选择“口”型这一特殊的组网方式，为接入层与汇聚层均选择“环”型组网方式。若存在光缆资源受限的状况，针对分布式无线接入网（Distributed Radio Access Network，DRAN）站点，可为其选择环带链组网方式。5G承载网整体架构如图1所示。

图1 5G承载网整体架构

3.3 带宽规划

5G前传包含集中式与分布式两种不同的无线接入网情景。分布式接入网的部署方式有小型、中型以及大型3种，为实现大集中部署目标，往往会采用集中部署分布单元（Distributed Unit，DU）池化与中心单元（Centralized Unit，CU）云化。相比集中式接入网，另外一种分布式接入网的使用相对比较少。若站型为S111，5G承载网单基站带宽峰值可达到7 Gb/s，带宽平均值在3 Gb/s左右；若站型为S222，单基站带宽峰值普遍在10 Gb/s左右，带宽平均值则能够提高到4 Gb/s[8]。建设回传网络时，不可忽视基站的情况，并要考虑基站在处于峰值时能够维持正常运行状态。实际规划工作中，面对的流量与地域情况存在差异，若区域的业务流量水平相对较高，则大多选择50GE级别的接入环，单个接入环能够满足20～30个通信共享基站的接入需求；若区域的实际业务流量水平偏低，选择10GE级别的接入环即可，共享基站的接入数量约为10个。进入到规划接入环的环节后，应确保接入环能够正确衔接无线通信网，运用可靠的途径对基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）流量实施精准预测。为了日后能够对带宽进行顺利扩展，可依照需求，在BBU侧选择25GE型、10GE型或者GE型接口。

3.4 部署方式

设置DU时，考虑到DU具有的集中化特点，若仍旧为前传网络则采用光纤直驱技术，而载频、基站等数量增加，就需要消耗大量的光缆资源。因此必须兼顾多方面的影响因素，综合提升承载网建设的性价比，可选择有源光传送网（Optical Transport Network，OTN）技术，其并不会占用过多的光缆资源，可维护性良好，但是对于投入资金的需求量也相对较大[9]。当DU连接的有源天线单元/遥控射频单元（Active Antenna Unit/Remote Radio Unit，AAU/RRU）数量不多，同时相互之间的距离不远时，可在满足光纤资源需求的条件下，仍旧选择光纤直驱的方式完成部署工作。若实际情况相反，AAU/RRU数量过多，相隔距离偏远，可用的光纤资源相对有限，则可选择有源OTN或者无源波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）的方式实施部署。如果选择无源WDM的部署方式，可在DU与AAU上安装彩光模块，凭借无源设备实现WDM的技术功能，仅借助一根或者一对光纤就可满足数个DU与AAU之间的连接需求。图2为无源WDM部署方式。另外还可选择与运用更为简单的微波部署方式，直接运用微波来传输数据资源，这种方式在光纤资源不到位、视距较为空旷以及位置较远的部署条件下有着较好的应用效果，但是在远端管理、性能监控以及网络保护方面存在问题，并且成本极高[10]。

图2 无源WDM部署方式

4 结 论

随着通信技术从1G发展到5G，承载网的规模持续扩大，带宽也在不断增加，其设备性能日益成熟完善。5G通信技术相比前几代有了跨越式的发展，所以必须全面考虑到通信业务在带宽、可靠性、时延、同步能力、运维以及能耗等多方面的新需求与新挑战，在建设承载网的过程中应重点关注部署方式、时间同步、带宽规划以及网络结构方面的问题，以此来夯实5G通信技术的发展基础。