5G承载网建设探讨

5G承载网建设探讨

罗海东

广西壮族自治区通信产业服务有限公司 广西南宁

【摘要】：随着5G网络的到来，对承载网也提出了更高的要求。5G承载网络是为5G无线接入网和核心网提供网络连接的基础网络，是5G技术推广的重要核心方向，直接关系到5G技术未来的开展。如何搭建一个适配未来新型5G业务发展的智能、灵活、高效、经济的承载网，是各大电信运營商需要解决的问题。本文主要探讨5G承载网建设问题，以供大家参考。

【关键词】：5G；通信；基站；建设；

引言

随着移动通信技术的快速发展，以及移动互联网的广泛普及，各种新型业务应用不断涌现。5G网络主要有接入网、承载网、核心网三部分组成，接入网一般由基站组成，承载网作为基站和核心网之间的传送通道，肩负着承载各类业务的重大使命。对于基础承载，网络提出了“更大带宽、超低时延、高可靠性”的要求。5G网络带来的不仅仅是更大的带宽，更重要的是容量的提升和时延的降低，这使得更多的业务应用成为可能。在进行5G各项网络建设时，承载网的建设面临着很大困难，与4G网络相比，5G网络单站宽带提高了近100倍，并且在切片功能方面也面临着巨大的挑战。因此，研究5G承载网络的建设，有着十分重要意义。

一、5G承载网概述

通信网的任务，已经从以往的传送语音业务，转变成了如今承载多媒体业务。所谓承载，实际上主要是指IP承载。随着IP承载成为主流，传送网和承载网深度融合，人们逐渐把传统的传送网，加上IP承载网，一起统称为“大承载网”，也就是现在我们通常所说的承载网，承载网就是符合数据运输的专门网络。5Ｇ时代下，承载网发展进入到了一个全新的阶段，5G承载网具有反应速度快，超低时延，较高可靠性等明显特征，5G 承载网主要解决移动网基站和政企专线、云专线业务的承载，其各类业务的带宽需求是进行网络架构搭建、链路选择和网络演进的基础。基于5G RAN 架构的变化，5G承载网主要由以下三部分构成：负责传递无线侧网元设备AAU和DU间数据的前传(AAU-DU)、负责传递无线侧网元设备DU和CU间数据的中传(DU-CU)、负责传递无线侧网元设备CU和核心网网元间数据的回传(CU-核心网)[1]。

二、5G承载网关键技术

1、切片分组网(SPN)。SPN采用基于ITU-T分层网络模型，支持对IP、以太网、CBR业务的综合承载。SPN 体系架构分为3层：切片分组层(SPL)、切片通道层(SCL)和切片传送层(STL)。客户业务层采用SDN L3+SR的业务组网，满足业务灵活调度要求。业务传送层基于以太网技术的接口和端到端组网能力，提供网络分片和低时延应用。传输媒介层接入层采用50GE/100GE组网，核心汇聚采用高速率以太、以太+DWDM组网。

2、分段路由技术(SR)。SR是目前承载网中非常受关注的一项技术，由 CISCO 提出，是一种源路由机制，对现有MPLS技术进行了高效简化，同时复用MPLS已有的转发机制，能很好地兼容目前的IP MPLS/MPLS-TP网络。MPLS 是通过事先分配好的标签，为报文建立一条标签转发通道(LSP)，在通道经过的每一台设备处，只需要进行快速的标签交换即可，从而节约了处理时间。SR也是一种“不管中间节点”的路由技术，灵活性更高，开支更少，效率更高。

3、灵活以太网技术(FLexE)。FlexE 就是把多个物理端口进行“捆绑合并”，形成一个虚拟的逻辑通道，以支持更高的业务速率。FlexE技术在以太网技术的基础上实现了业务速率和物理通道速率的解耦，物理接口速率不必再等于客户业务速率。灵活以太网技术是切片以太网的基础，可对高速率接口进行精细化划分，实现不同低速率业务在不同时隙中的传输，相互之间物理隔离。FlexE 用于SPN架构中，基于原生以太内核扩展以太网切片能力，既完全兼容当前以太网络，又避免报文经过L2/L3级层存储转发，可提供确定性低时延、硬管道的以太网L1组网能力。

三、5G承载网的需求分析

1、大带宽需求。作为5G承载的关键技术和基础指标，大带宽是5G网络承载的显著特点。5G高频基站带宽能力较4G基站提升约20倍，回传和前传带宽需求会更大，承载网上流量将提升10倍以上。因此5G的承载网，在宽带容量上应具有更强的适应性。

2、超低时延需求。超低时延、高可靠性是5G网络的另一个重要特征，影响时延的主要因素有:传输距离、传输设备以及无线设备的处理能力，因此需要控制承载网络的时延，同时需降低无线网络的时延。

3、同步需求。5G高精度时间同步需求主要体现在基本业务、协同业务以及新业务的时间同步需求上。在承载VR、车联网等新型业务时，5G网络需要更高精度的时间同步需求。

4、连接需求。5G网络的基站密度相当高,主要是由于采用了超密集组网技术，这对基站之间的协同功能提出的要求更高。

5、网络分片功能需要。针对eMBB、URLLC和mMTC等不同的业务对带宽、时延、服务质量等不同的需求，分配不同的网络资源，这就要求5G承载网提供网络切片能力，能够接纳不同的网络分片，具备的信息资源进行共享，并进一步动态优化网络连接，降低网络成本，提升效益，满足网络的需求。

四、5G承载网建设方案

1、建设思路

为了打造面向5G的精品承载网络，应该分步新建SPN网络达成目标网络覆盖，逐步实现“市、县、乡”覆盖。新建SPN 网络，由于L3功能直接下沉到汇聚层/接入层，较现有PTN网络减少了L2/L3层。新建的SPN网络初期主要用于承载5G业务，而未来目标是实现综合业务承载。在实现综合业务传输时，总体上采用汇聚接入共用、核心层分离架构。汇聚层主要采用100GE/200GE组网。若需扩展带宽，可通过DWDM+以太Group方式进行扩展。接入层采用10GE/50GE/100GE组网，新建接入层设备应具备100GE组网能力。在5G D-RAN场景下可采用10GE/50GE组网，在C-RAN场景下采用50GE/100GE组网。新建50GE和100GE系统均应采用以太板卡。承载网建设，需重点考虑前传和回传两部分需求及组网方案。前传部分传递无线侧网元设备AAU和DU间的数据，主要通过光纤直连方式实现；回传部分主要传递无线侧网元设备CU和核心网网元间的数据，采用IPRAN 网络进行承载。

2、承载方式的选择

（1）前传承载方式。如果DU下挂的RRU/AAU 数量相对较少，同时距离也比较近，光纤资源相对丰富的地区可以采用光纤点对点直连方案。该方案可选择单纤双向的光模块，施工简单，成本较低，但会快速消耗现有光纤资源。由于5G DU较为集中，因而对于DU和 RRU/AAU 之间的前传网络而言，如果还是使用传统的光纤直驱方式，那么将会对光缆资源产生巨大的消耗。如果DU下挂的RRU/AAU 数量相对较多，同时距离较远，在光纤资源较为紧张的前提下，只有采取有源OTN方案才有优势：首先在可维护性方面有着很大优势，其次它的纤芯消耗适中，安装条件苛刻，成本较高。目前在对传光路的建设需要从任务电缆的承载为出发点，期间采用有源小型化OTN方案为最佳[2]。

（2）回传承载方式。对于5G承载网的建设，回传大多使用以下两种承载方案：IPRAN以及OTN。 一般来说， 如果初期业务量比较小，IPRAN 和现有的承载网以及业务网之间能够进行良好的衔接，借助扩容或升级，也能够达到5G承载的使用需求，采用IPRAN承载方案相对成熟[3]。采用该承载方案，回传接入层要根据需求进行长距高速率接口的引入，条件允许下可以引入FlexE接口。 但是，随着5G的深入发展，现有IPRAN网络在网络架构、容量、新技术能力部署等方面难以满足5G大规模建设的承载需求。因此,需在现有网络基础上，通过优化网络架构、升级设备能力等,提升网络容量和智能化能力，才能满足5G及云网融合业务承载需求。对于一些业务量较大且相对集中的区域，建设5G承载网时建议使用OTN方案，该方案优势是能够达到高速率的需求。采用OTN方案，需要对路由转发功能进行增强，这样才能满足5G网络在灵活组网方面的要求。 现阶段，部分地区已经对分组增强型 OTN 设备进行了部署，该设备的部署主要基于统一信元交换等技术。

3、承载网相关设备的配置

（1）核心网侧。骨干汇聚点数量和本地部署的核心网设备比较多，若采用核心网设备直接对接骨干汇聚，则互联链路数量会非常多，易导致网络瓶颈，因此建议增设核心调度设备，调度设备实现骨干汇聚侧的连接，进行端口收敛。当骨干汇聚节点不超过10对时，建议采用一级核心层组网架构；当骨干汇聚节点超过10对时，建议采用二级核心层组网架构。核心调度节点是网络的中间节点，仅对业务进行传送。核心调度点与核心落地点之间先采用200GE链路连接，考虑到中远期可能需要扩容，如果核心层设备采用 N×200GE 单板时，建议仅用其中1个200GE 端口，其余端口预留[4]。

（2）接入层侧。D-RAN场景模式下，接入环按承载8个基站测算，10GE接入环可以满足5G初期大多数场景，成熟期则至少需要50GE，此时5G基站承载数量不宜超过10个。C-RAN场景模式下，BBU集中部署，基站密度增加，业务较D-RAN 场景流量成倍增长，可考虑直接部署50GE/100GE接入环，此时5G基站承载数量不宜超过20个。不同区域应根据不同的业务发展需求，部署适合的接入层。对于中小型地(市)和业务发展较慢的城区，接入层可采用10GE环实现5G网络的业务承载。对于业务发展较快的城区，应采用新建接入层设备，直接部署50GE/100GE 接入环。当采用50GE接入环时，设备应具备演进支持100GE组网的能力。

4、光缆网建设

当前，由于没有对5G基站站址进行全面的规划和部署，因而末端接入光缆的建设工作无法进行。因此，应根据用户密度和业务需求，提前做好接入主干光缆的调查布局、扩容和优化，毕竟5G基站密度相比4G更高，连续覆盖需要建设数量成倍增长的基站，使之成为固网和移动网的业务的统一物理承载网络。5G 基站站址确定后只需新建短距离的末端接入光缆即可实现接入现有光缆网，从而连接至综合业务局站。

五、5G承载网建设工作建议

为了满足未来5G承载网和通信云DC部署需求，应就5G长远发展目标需求进行梳理，加快推进基础架构完善，完成节点布局，实现承载网络结构稳定；同时，加快汇聚机房建设，提升汇聚机房自有率，加快老旧设备腾退，挖潜和盘活现有汇聚机房资源，实现对现有局房资源利用最大化、使用最优化；采用CU/DU 集中部署模式可以节约末端节点建设和维护成本，因此在条件具备或改造后具备条件的前提下，应将CU/DU集中部署(C-RAN)模式作为主要的站点接入模式。条件不具备时，可采用分散部署(D-RAN)模式。对于机房空间满足条件但外市电容量不足的，应优先考虑电源扩容，无法扩容的可减少集中站点数量，同时可结合建设成本、运维管理等因素考虑调整充放电时间，降低电源负荷。

前传承载应以光纤直驱为主。综合考虑成本，前传应以光纤直驱方式为主，无源波分方案作为补充。前传接口应采用单纤双向技术，单纤双向附加成本较小，可以大大减少主干光缆纤芯占用率，支撑未来高频业务扩展。对于回传承载，建议采用IPRAN 升级方案。因L3需求的存在，核心汇聚层仍采用IPRAN技术，现有IPRAN 核心汇聚层可基本满足5G初期业务需求，接入层由于端口速率升级需替换为IPRAN 2.0设备。

六、结语

总之，5G承载网建设并不是简单的对带宽升级，更应该注重无线网、核心网之间的密切协同。如今，5G承载网相关设备均趋于成熟，在建设5G承载网络时,要综合考虑到网络的平滑演进以及投资效益。因此，5G承载网应充分考虑现有网络资源的利用，进一步优化网络架构，简化网络层级，提升网络承载效率，这样才能为用户提供一个灵活高效、可靠性更强、时延更低的承载网络。

【参考文献】：

[1]许召栋.5G承载网建设方案探讨[J]信息技术与信息化.2018(10)

[2]庄海力.试论5G承载需求分析及传送网建设方案[J]中国新通信2019(09)

[3]何国杰.浅谈5G承载网建设方案[J]通讯世界.2019(08)

[4]黄诚.5G承载网关键技术和组网方案探讨[J]邮电设计技术.2021(04)