面向5G通信网络承载方案的探析

面向5G通信网络承载方案的探析

崔立军

中国移动通信集团重庆有限公司 401121

摘要：本文简要概述了5G通信在网络带宽、超低时延、网络切片、时针同步、灵活性能以及智能管控上的需求，并对该承载网方案中SDN架构、转发平面、网络管控架构、CRAN架构以及同步组网架构进行了分析，对其中的大带宽技术、超低时延技术、网络切片技术以及时针同步技术等关键技术展开了深入地探讨。

关键词：5G通信网络承载；需求分析；架构分析；承载方案；网络技术

引言：在信息高速发展的时代下，5G通信在该环境中不断成熟，并且体现诸多优势，该技术被逐渐应用于各个行业之中，能够满足当前大多数通信运输的需求。在其实际的应用之中需要对该承载网的需求与架构予以重视，只有满足其需求、完善其架构，才能够确保5G通信网络承载获得更好的运行效果。

15G通信网络技术概述

5G的通信技术指的是移动通信技术的第五代，该技术以过往的数据网络为基础，比以往的通信技术具有更多的优势。在该技术的设计之中，通过把“软”配置的重要设计纳入通信技术之中，帮助网络的运营商依照实际的动态业务流量实时性地调整通信资源，进而降低了通信系统的能量消耗。5G的通信技术通常具备以下三种特点。第一，其具备较长的数据流量。5G能够吞吐的流量相较于其他网络来说更大，即便网络非常繁忙的情况之下也可以高达100Gbit/s。第二，其联网的设备在不断扩大。在当前的背景之下，能够实现在每平方千米之内建设100万台的巨大规模。第三，其峰值的速率能够不断增加。该技术的峰值速率相较于其他网络而言获得了非常明显的提升，一般每秒都可以实现10Gbit以上。建设5G的移动通信所具备的传输速度相较于4G技术而言快了近百倍。无论是数据的上传还是下载都可以在瞬间之内完成，相同大小的数据信息，5G的通信技术传输得更快更安全，传统的4G网络无法与之比拟。5G新通信技术的出现促使各大运营商对移动通信的网络进行了全面的优化。其信号的覆盖范围更加广泛。传统的通信技术容易出现信号死角，出现信号中断或缺失的问题，影响通信的数据传输效果。而5G的通信技术则利用其多个基站与上百个天线的结合，将信号的覆盖范围全面扩大，避免信号的丢失与遗漏。5G的通信技术出现使得电力通信系统在运行的过程中有了更多的选择，能够根据其实际运行的状况选择出最合适的网络通信，在确保通信质量不受影响的情况下，将网络运行的效率进行最大化地提高，进而将通信运营的成本有效地降低，扩大其经济效益。

25G通信网络承载需求

2.1网络带宽

5G通信网络承载部署时较低的成本需求与其灵活演进的特点使其具备较大的商业价值。使用无线基站推导的公式可以测算出5G通信网络的接入环需要控制在50GE～100GE之间，其汇聚环应当在200GE～400GE之间。要想加强5G业务功能，必须要最大限度提升其无线频谱效率和相应基站的峰值带宽，同时需要关注其均值带宽的提升状态。

2.2超低时延

uRLLC作为5G主要应用的场景之一，其能够节省大量的工作时间，将其劳动效率大大提高，改善生产产品的良品率，将沟通的体验进一步升级，在无人驾驶、VR体验以及工业互联网等新兴产业中发挥着重要作用。国际标准对超低时延作出了相关规定，低时延相关的业必须要满足其时延低于1ms的条件。

2.3网络切片

作为数字信息社会的重要赋能技术和功能网络，5G的定位早已不再局限于通信手段，其作为功能性网络，在数字信息时代已然成为了物联基础，其应对业务场景较多，服务的等级具有较大的指标差异，即便商业模式有非常大的差异，其业务流量也能够在同一网络实现。网络切片对引导数字化转型具有重要作用，其将基础的物联网络切分成大量子网络，其子网络的功能各不相同，能够切实多种业务的需求。因此5G通信网络承载需要对网络切片的应用进行满足[1]。

2.4时针同步

以5G通信网络为支撑的多项业务大多需要满足高精度同步，其中囊括了高精度定位、高速移动网络覆盖以及时延精确测量等业务。其时间同步的精度关系着定位的精度。当其定位精度需要达到3m时，空口信号能够接受的最大偏差为10ns，若要定位精度达到m级，其对应的空口信号能够接受的最大偏差为3ns。

2.5灵活性能

5G通信网络承载核心的虚拟化、SD等技术对其灵敏性的需求更大。为了确保突发业务能够得到合适的承载，传送网需要将L3沉放于UPF、MEC机房，按照网络设备中流向不同的网络业务请求，更灵敏地处理网络流量，应对路由功能，将客户的体验感受大大提升并将带宽的实际使用效率提高。

2.6智能管控

5G通信网络需要满足诸多功能需求，为了更好地应对需求，需要使用SDN技术进行配合，以提升5G通信网络实际运行的效率，将OPEX大幅度减轻。随着功能需求的逐渐扩大，运营商迫切需要5G通信网络满足智能管控。实现智能管控需求的技术有Telemetry技术，其可以对网络数据进行采集以实现远程监控，该技术拥有的数据采样能力非常高，能够到达毫秒级的水平。同时其推送模式的智能化还可以确保数据的汇报及时、可靠、精确，获得全面、有效的监控信息，更有利于应对突发状况。

35G通信网络承载架构

3.1SDN架构

SDN架构中，网络管理员能够在控制台中对流量进行调整，不用直接接触交换机。服务器连接设备的方式不会对网络服务造成影响，集中式类型的SDN控制器能够对交换机下达指示，任何需要网络服务的地方都能够获得相应服务。比较具有典型性的SDN架构主要包含三层架构，第一层为应用层，第二层为控制层，第三层为基础设施层。应用层中囊括了各项电信网络应用以及其网络功能，控制层代表着集中类型的控制器软件。此类控制器通常长期驻留于服务器，对整个5G网络中运行的策略与产生的流量进行管理。基础设施层由物理交换机构建而成。其作为网络硬件具有将SDN数据路径实现并完成实际流量转发的功能。

3.2转发平面

5G通信网络的主要组成部分是省内干线以及城域网，其中城域网的接入层包含前传网络与中回传网络，其提供前传CPRI/eCPRI类型的接口，也提供中传F1类型的接口，回传类型的N2、N3接口也在其提供范围之内，其核心层、汇聚层以及省骨干网不但要承担回传基础网络的功能，还要供给核心网中某些设备的N4、N6、N9类型的接口[2]。

3.3网络管控架构

5G通信网络需要实现多种业务的协同管控，其网络管控架构的实现需要满足以下要求。首先，确保提供的网络业务灵敏便捷，在5G网络实现云化后，应当快速地响应网络配置；供应通信设备需要具备即插即用的方便特性，能够实现智能化的规划部署，自动化业务应当满足分钟级别。其次，确保灵活控制端到端的网络，此技术能够帮助业务跨层次实现，跨区域进行业务部署并对其进行有效的运行维护。再次，合理管控网络切片，按照业务赋予的不同功能请求，为客户及时提供切片管理服务，例如自动化部署网络切片、隔离切片资源等管理式服务。最后，进行智能化运维。落实智能化运维功能，把客户的实际需求当作架构宗旨，在大数据的智能分析下，对故障进行智能化处理和监测。

3.4同步组网架构

5G承载在同步组网时大多沿用4G方案，其主要技术为逐点物理层同步。该同步网络的具体传递方向一般为从左往右。具备高精度效果的时间服务器作为源头设备通常采用卫星授时来获取精度较高的时间同步信号以控制5G同步网的时钟功能。此类具备高精度效果的时间服务器需要满足的性能指标应满足ITU-TG.8272.1的性能指标，5G组网中，重新划分了无线接入网侧的相关功能，对前传中以太网eCPRI类型接口的使用进行了规范。部分同步要求在1.5us的业务参考的指标以YD/T2375-2011国家通信标准为规范，即：源头部分在150ns左右；承载部分在1000ns左右，30跳；接入部分在250ns左右。对部分同步需求在300ns量级的业务而言，其标准建议为：源头部分在30ns左右；承载部分在200ns左右，20跳；接入部分在50ns左右。

3.5CRAN架构

CRAN架构是新兴的组网架构，其以集中化处理(Centralized)为基础，协作式无线电(CooperativeRadio)为辅助，同时搭载实时云计算(Real-timeCloudInfrastructure)以确保绿色节能需求得到满足。未来5G通信网络在发展过程中必然会面对随着建设大量基站引发的能源大量消耗、潮汐效应以及较低的资源利用率等挑战，而集中式的CRAN架构是当前最节能的选择，该架构提供的解决方法性价比最高，解决效率较好。该架构中应用的光纤资源需要被认真考虑，其作为实际建设时网络的决定因素，其CPRI接口能否满足带宽需求对网络建设的影响较大[3]。

45G通信网络承载关键技术

4.1大带宽技术

大带宽是对5G通信是否具备优秀性能进行衡量的最重要的指标。5G的频谱通常分成Sub6G与超高频频段。Sub6G频段的分布范围在3.4GHz~3.6GHz，其连续频谱大致为150Mhz。超高频段正常的频谱范围在24GHz~52GHz之间，其连续可用的最大频谱资源是800Mhz。由此看来更高的频段与更大的连续频谱结合NR技术将5G基站需求的带宽大大提高，由此估计该带宽需求应当为第四代的10倍以上。接入层至少需要保持25G的接口速率，其汇聚层至少要保证25G或50G以上的接口速率，由于核心层的业务流量最为集中，因此其接口速率至少需要达到100G。50GE作为5G通信最为基础的接口速率，其市场需求较大，并随着5G通信的普及获得了井喷式地爆发，拥有广阔的发展空间。同时其具备高功率但低价格的性价比优势，如今已经被大量应用于N×100GE类型的光模块产品之中，此类产品相较于传统的50GE光模块，其只需要做好一对25GE光器件的配置工作，对编码进行改进就能够将其提速至50GE，在提速的同时并不会增加其成本价格，25G光器件在其性价比方面的优势得天独厚。而通信业界共识的50G类型的接口速率涉及的上下游产业链正在逐渐成熟，2017年12月，以PAM4编码手段为基础的N×200GEIEEE标准802.3bs正式发布，为50G光器件带来了更大的发展空间。如今全球范围内光模块制造商中地位最高、质量最好的三大品牌——思博伦、IXIA、VIAVI在生产制造50GE接口类型的端到端产品方面都具有强大的实力，并且其已经向广大客户供给50GE光模块。

4.2超低时延技术

5G通信单独依靠局部时延的优化难以满足极致时延的相关要求，为了达到极致时延的目的，需要应用超低时延技术，该技术需要将空口传输时延的时间大幅度降低，同时还需要将转发节点尽可能地减少，同时要将源与目的节点的距离有效缩短。除此之外，在应用该技术时还应当对整体进行考虑。注意其层级关系，明确规划角度，确保空口信号、无线网络以及网络的层级都能够获得较好地配合，以满足客户不同的业务需求。网络部署时集中单元将会与分散单元分离，在交付功能上，基于SBA的5GNGC，因此获得了较高的敏捷性，其灵活性、稳定性也得到了保障。5G的核心网依靠多种接口协议为用户进行了服务规划。其集中控制的有关平面将信令传递的次数大大减少，在用户平面实现了网络层级的简化，设备的布置较为分散并且更加靠近用户侧，最大化满足5G时延需求，MEC网络通常单独设置，该网络的网元能够放置于无线侧、城域网核心的边缘侧。该技术还可以灵活调度L3VPN，实现无线网络边缘侧的计算功能，使用户更加贴近业务处理的单元，为城域网内用户提供业务服务，打造具备全连接功能的基础网络[4]。

4.3网络切片技术

切片技术的引进主要是为了满足5G通信的个性化需求，达到灵活、可靠的要求。该技术将基础网络资源按照不同业务的需求分割成多个网络，每个子网络都能够获得虚拟资源，进而达到网络隔离效果，每个子网络的控制、管理平面各不相同。单独的切片网络都是完整的网络，能够实现基本运营、管理、维护功能。网络切片一般分为三部分，其一为RAN侧，其二为承载网，其三为核心网。该技术有软切片、硬切片两种模式，如今应用范围较广的VPN技术是软切片技术，而以太网则是硬切片技术。以太网技术的网络成本较低，其网络带宽的配置较为灵活，能够承载多种业务。

4.4时针同步技术

5G覆盖网要求的高精度同步需要依靠时针同步技术实现，由于卫星信号的覆盖盲点引发的信号接收问题能够因此得到解决。该技术能够使同步网络更加可靠，并且节约其设备成本与运营成本。在时针同步技术的支持下，高精度、高灵敏的同步网络指日可待。

结论：5G网络代表着新旧技术的更迭，在不久的将来，其将成为承载海量数字信息的平台，当前的网络架构难以满足5G通信在网络带宽、超低时延、网络切片、时针同步、灵活性能以及智能管控上的诸多需求，需要通过CRAN技术、大带宽技术、超低时延技术、网络切片技术以及时针同步技术等关键技术配置合理的网络资源，实现5G通信网络承载方案。

参考文献：

[1]张继云,符积磊,徐成军.5G通信网络承载与综合业务区融合建设研究[J].数字通信世界,2020(05):149-150.

[2]马亚燕.5G通信网络承载络切片实现方法及应用[J].江苏通信,2021,37(04):9-12+17.

[3]王磊.5G通信网络承载接入环若干关键保护技术[J].网络安全和信息化,2021(08):149-153.

[4]杨荫宇.基于5G业务承载的新型智能城域网重构分析[J].无线互联科技,2021,18(14):5-6+14.