5G承载网的需求、架构和解决方案研究

赵 强

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130000）

0 引 言

信息化时代，5G已经逐渐渗透到社会的各个领域，可满足大部分场景的通信传输需求。5G承载网带来了全新的网络体验，同时也面临着一系列的挑战。通过加强对5G承载网需求、架构的研究，制定适宜的传输承载解决方案，以推动5G承载网的可持续发展。

1 5G承载网的需求和架构

5G承载网在网络宽带、超低时延、网络切片、时针同步以及智能管控方面有着新的需求，需要实时关注均值宽带的提升状态，提高网络的低时延性能，通过网络切片来实现不同的网络功能，满足不同的业务需求。

5G承载网的架构主要包含软件定义网络（Software Defined Network，SDN）、转发平面以及集中化/云化无线接入网（Centralized/Cloud Radio Access Network，CRAN）。典型的SDN架构分为3层，分别是应用层、控制层、基础设施层。5G承载网的主要组成部分是城域网、省内干线，接入层中涵盖了前传网络、回传网络，核心网中的设备需要配置不同类型的接口。

CRAN架构能够对网络数据进行集中化处理，通过搭载实时云计算实现数据信息的高效处理[1]。

2 现阶段5G承载网络面临的挑战

现阶段，5G承载网络面临的挑战主要表现为以下4个方面。一是5G的前传网、中传网对承载网有着极高的时延要求，前传网传输时延的预算应当控制在30 μs以内，中传网则要控制在150 μs以内；二是流量模型发生了变化，需要有效融合4G网络和5G网络，核心网云化部署还需进一步规划；三是超高精度时间同步，利用5G网络应用下的多点协同技术使驱动同步时间精度得到有效提升；四是要合理规划网络切片架构，以灵活分配网络资源[2]。

3 5G承载网的关键技术和建设方案

3.1 5G承载网的关键技术

3.1.1 灵活以太网技术

灵活以太网技术的定义来源于光互联网论坛（Optical Internetworking Forum，OIF），其增强了以太网物理编码子层的能力，能够有效接入媒体控制层，组网灵活性更强。灵活以太网技术可以利用物理链路捆绑方式来进一步拓展网络容量，解决传统以太网链路传输过程中存在的问题，容量分配更加均匀。与此同时，灵活以太网技术还能服务于多个客户业务，具有物理隔离功能[3]。

利用灵活以太网交换技术可以在多个网元之间创建灵活以太网隧道，无须弹出分组，具有超低时延。在检测隧道性能时，可以使用灵活以太网操作维护管理（Operation Administration and Maintenance，OAM）系统来检测故障，并采取有效措施来解决发生的故障。

3.1.2 源路由技术

5G信息通信网络架构中，以SDN和网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）为基础，实施核心网、基站的云化分布式部署。信息通信网络架构中包含多方面的传输需求，也对承载网提出了更高的能力要求，应当具备良好的灵活连接能力。源路由技术是5G承载的关键技术之一，而分段路由技术则是源路由技术中较为常见的一种技术类型。分段路由技术的特点在于转发点无须感知业务状态，只需维护拓扑信息，强化了网络支持泛在连接能力，提高了网络拓展性。利用分段路由技术将携带路由信息的指令压栈到报文头中，中间转发点逐跳提前，相关指令直接弹出并转发报文[4]。该技术的优势在于能够有效融合SDN技术，根据网络流量、拓扑资源的实际情况来计算符合业务需求的转发路径，下发源节点路由信息，无须与转发路径中的其他节点进行交互，增强了网络控制性。

3.2 5G承载网的解决方案

为有效落实5G承载网络方案，应当严格按照以下流程来实施。首先要确认无线站点规模，包括本期建设规模、目标网络规模、各基站布局、基站地图位置以及预计收敛位置；其次要选取CRAN机房，确定机房机位、电源、进出局，做好机房定位工作；再次要确认前传方案，需要考虑多方面内容，如融合综合业务接入区、基站光缆网设计等；最后要确定回传方案，主要考虑接入层组网、汇聚组网、核心层组网和网间对接部分等内容[5]。

初步确定CRAN机房时，应当选择环境安全、交通便利、便于市电接入的位置设置机房。自有产权机房是首选，市电引入容量与配套设备配置要满足需求，机房面积应当在20 m2以上，机房的净高应当在3 m以上。与此同时，机房还要按照功能的不同设置电力电池区和设备区，满足设备空间要求，加强设备监控[6]。

除此之外，要明确CRAN机房前传方案。对于集中单元（Centralized Unit，CU）/分布单元（Distributed Unit，DU）与有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）同址的场景，前传网采用光纤直驱方式即可；对于集中式部署场景，前传网可采用光纤直驱、波分复用型无源光网络（Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network，WDM-PON）、有源系统等方式。

光纤直驱方式如图1所示，无线AAU和DU配置白光光口，采用光纤直接连接AAU和DU。

图1 光纤直驱方式

无源WDM方式如图2所示。无线AAU和DU配置彩色光口，并配置无源WDM合分波板。

图2 无源WDM方式

有源系统方式如图3所示，无线AAU和DU配置白光光口，采用Flex-O封装，减少光传送网（Optical Transport Network，OTN）开销与处理时延[7]。

图3 有源系统方式

在明确各站点CRNA机房的归属后，需要计算CRAN机房接入站点数量、设备以及宽带配置。

依据《中国移动5G省内传送网规划建设指导意见》测算带宽需求，单站峰值带宽7 Gb/s，均值带宽3 Gb/s，接入层、汇聚层、核心层的收敛比为8∶ 2∶1。

新建汇聚环优先选择口字型结构组网，在不具备光缆铺设条件、偏远地区或容量较小地区可以选择环型结构组网。一般汇聚环下挂接入环不超过8个，收敛标准站不超过320个。环网容量初期组建100GE汇聚环，需要具备平滑升级至200GE或400GE的能力[8]。

3.3 案例分析

以浙江省某公司的5G承载网建设项目为例，在落实解决方案的过程中应遵循以下内容。

（1）基带处理单元（Base Band Unit，BBU）集中结构应用。优先集中城区5G BBU，逐步收编4G BBU，主要应用于宏站、微站，单点集中规模不超过10个物理站。

（2）在BBU集中场景下选择适宜的前传方案。针对4G/5G集中场景，采用普通双纤、单纤双向（无线设备厂家光模块）、单纤双向（第三方厂家光模块）以及无源波分4种方案测算投资，具体数据如表1所示[9]。

表1 4种方案测算投资数据

（3）确认接入层建设方案。选择适宜的接入层拓扑，网络架构上建议采用V字型或口字型系统。系统带宽暂无合适选择，后续根据商务应用情况确定。

（4）确定汇聚层建设方案。采用100GE FlexE端口，初期组建环型网络，中后期以V字型架构扩容，逐步向网状网演进。

（5）确定业务宽带配置方案。遵循相关指导意见，初期保证带宽按照20 Mb/s配置，推进实现动态调整。

（6）选择适宜的建设模式。预估未来2～3年的建设需求作为商务谈判条件，对分组传送网（Packet Transport Network，PTN）升级方案与新建切片分组网（Slicing Packet Network，SPN）方案共同进行商务比选，选择初期建设和后期扩容成本最低的“方案[10]。

4 结 论

通过对5G承载网络需求、架构的研究，针对当前5G承载网络应用中面临的挑战采取有效的解决方案，推动5G承载网络的应用推广。通过对比方案寻找最佳方案，不断创新相关技术，从而推进通信领域的长久发展。