5G承载网络架构和技术方案分析（下篇）

中国信息通信研究院|李芳 徐云斌 胡昌军 赵文玉 张海懿

《5G承载网络架构和技术方案分析（上篇）》分析了5G承载网络总体架构以及转发平面，下篇对5G承载协同管控和5G同步网的架构及其关键技术方案进行分析，并对我国5G承载网络发展趋势进行分析总结。

5G承载协同管控架构和关键技术

5G承载网络的管控架构

5G网络协同管控架构如图1所示。5G网络端到端协同管控架构采用开放的SDN/NFV架构，上层编排器或运营支撑系统负责实现跨无线、承载和核心网的端到端业务编排和网络切片协同管控功能，承载网管控系统支持多层多域的统一管理、灵活控制和智能运维能力。

（一）端到端业务编排和承载网协同管控功能

运营商的OSS（Operation Support System，运营支撑系统）/业务编排器负责端到端的业务编排和切片的协同管控功能，具体包括以下4个方面。

● 资源、能力信息获取：获取5G无线接入网、核心网以及承载网络的资源信息以及网络能力信息。

● 端到端的业务编排：进行端到端的业务编排和拆分，向5G无线接入网、核心网以及承载网络的管控系统发送业务连接请求，完成端到端业务协同调度。

● 网络资源切片编排：实现端到端的网络资源切片编排，协同整个5G网络的资源切片需求，发送给底层网络控制器以实现对底层网络资源的切片。

● 数据交互：支持与下层网络管控系统进行告警、性能等数据的交互。

（二）承载网络SDN管控架构及功能

通用的软件定义光网络（SDON）采用层次化、递归嵌套的管控架构，具备良好的可扩展性，支持对多层网络技术、多厂商和多区域的调度，满足5G承载网络的管控架构要求，并支持以下四大功能。

● 敏捷灵活的业务提供：满足5G核心网络云化后，快速高效的业务配置需求，提供设备即插即用功能，实现分钟级别的按需、自动化业务部署能力。

● 多层多域的端到端灵活控制：实现跨层次、跨区域的端到端业务部署以及高效运维。

● 全生命周期的网络切片管控：基于上层网络的切片需求，提供承载网络资源的切片管控能力，实现网络切片的全生命周期管理。

● 高效的智能化运维：提供以业务为中心的智能排障、基于AI的智能故障分析、智能故障自愈、业务性能预测等智能化网络运维能力，实现网络运维的自动化和闭环管理。

图15G网络端到端协同管控架构

图2 时间同步通用组网架构

5G承载管控的关键技术

5G承载网络管控的关键技术包括以下诸多技术。

● 多层网络统一管控技术：5G承载为多层多域网络，应采用统一的多层管控网络模型；支持对通用模型进行裁剪和扩展，实现L0的光波长、L1的ODU、L2的ETH以及L3VPN等网络技术的信息建模，定义运营商统一的北向接口信息模型；具备多层网络资源的联合规划和优化功能，实现多层网络资源最优配置；支持统一的面向连接的业务路由策略和约束条件；对于多层路由策略的协同，支持在不同网络层次之间传递路由参数，服务层的链路代价参数可用于客户层路由计算；多层路由联合优化应支持定义优化目标、策略及约束条件等。

● 网络切片的全生命周期管控：承载网管控系统应基于上层编排系统和运营支撑系统发出的业务切片请求，基于各层网络技术特点，支持网络切片的规划优化、自动化部署、业务快速发放、拓扑可视化管理、告警性能监测运维的全生命周期闭环维护管理。

● 基于大数据和机器学习的智能化运维：人工智能（AI）技术为网络管控带来新的能力特征，通过对承载网络进行大数据分析，引入机器学习能力，可实现以业务为中心的智能排障、基于AI的智能故障分析、智能故障自愈、基于业务性能监测的规划优化等智能化网络运维能力。

● 北向接口和南向接口：5G承载网络应支持基于YANG的数据模型，定义开放统一的基于Restful协议的承载网络北向接口，实现网络的开放和可编程能力。5G承载网络涉及多个网络技术层次，网络设备模型复杂，因此南向接口可采用多种网络协议，如Netconf、PCEP、BGP-LS等。

5G同步网架构和关键技术

5G同步网的组网架构

5G时间同步的通用组网架构如图2所示。

图2中时间同步从左向右实现单向传递，端到端同步性能指标包括3个部分：源头部分（参考点B输出）；承载部分（B-C之间）；接入部分（C-E之间）。端到端同步性能指标分配包括5G基本业务以及协同增强类业务两类，具体见表1。同步网应根据5G同步需求和承载网络部署情况，分阶段发展演进。

5G同步网的关键技术

相对于±1.5us指标分配，300ns量级指标分配中的各部分指标都有显著提升，需要在同步源头、高精度传输、同步接入等方面开展关键技术研究。

● 高精度同步源头技术：主要有卫星双频接收和卫星共视两种技术。目前，卫星双频技术更适合于高精度同步源头设备的实现，卫星共视技术可先用于现网时间同步源的性能集中监控，待共视网络建设成熟后再考虑用于实现高精度同步源头设备。

● 高精度同步传输技术：包括时间同步精度要求为±30ns的IEEE 1588v2技术以及更高精度的IEEE 1588-2017（又称IEEE 1588 v2.1）技术。实现更高精度应基于同步以太网的物理层同步、使用DDMTD相位检测器增强时戳精确度、入口与出口时延处理、单纤双向传输和采用相对校正程序。

● 高精度同步局内分配技术：原则上采用高精度PTP以太网接口（GE、10GE等），不建议采用1PPS+ToD接口。另外，由于1PPS TTL接口没有ToD信息，建议其主要用于时间精度相对测量，不用于局内时间分配。

● 高精度同步监测技术：分为绝对监测和相对监测两大类。绝对监测方法包括基于GNSS信号监测和基于光纤授时网络监测；相对监测方法包括利用共视卫星监测和利用PTP报文本身监测，其中前者需建相对监测参考源，后者利用自身网络资源进行监测，可作为初期网络监测首选方式。

我国5G承载产业发展趋势分析

我国5G发展对光纤光缆、光模块器件等产业发展驱动明显。5G建设初期，接入层主干光缆面临纤芯压力，可采用WDM或纤芯扩容，后期接入配线光缆亦存在扩容需求。

表1 端到端同步性能指标分配方案

表25G光模块典型技术方案

随着客户和线路接口速率的提升，光模块在承载设备中的重要性和成本占比逐渐增加。5G光模块在传输距离、调制方式、工作温度和封装等方面存在不同方案，需结合应用场景、成本等因素适需选择。5G前传需25Gbit/s和100Gbit/s的工业级光模块，同时单纤双向（Bidi）技术具备竞争优势。5G中/回传可采用50Gbit/s、100Gbit/s、200Gbit/s、400Gbit/s的商业级光模块，预计80km内将以PAM4为主，需改进研发高线性度光芯片；80km以上需低成本相干光模块，国内需加快25GBaud及以上速率核心光电子芯片的研发突破和规模量产能力，适应5G规模商用的低成本需求。表2为不同应用场景下光模块的典型技术方案。

三种技术方案的5G承载网络设备形态虽有所差异，但均呈现多技术融合发展趋势。SPN和IP RAN增强功能方案均基于分组化承载技术，网络协议和设备形态融合发展趋势日益显著。分组化承载设备和M-OTN网络设备大多采用统一信元交换内核，L0～L3层应用根据SDN管控架构和应用场景来配置。从降低研发成本和提升网络设备普适性的角度考虑，建议新开发的网络设备能最大程度兼容不同技术方案的共性技术，并最大程度共享核心处理芯片、业务板卡、光模块和管控平台。

总结和展望

从光纤基础设施、光模块及芯片以及5G承载网络设备的发展来看，部署更多光纤资源、加速高速率芯片和低成本光模块研发、提升承载设备差异化方案的兼容性至关重要，同时应遵循固移融合、综合承载的原则，支撑5G承载网络实现低成本快速部署。随着5G现网规模试点开展和2019年预商用进程加快，5G承载技术方案还将继续加强融合创新，并加快产业化进程，全力支撑和迎接5G商用到来。